Способ получения микрокристаллической целлюлозы

 

111 53lSll

ОЛ ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН Ия

Союз Советских

Социалистических республик

К АВТСРСКОИУ СВЙДЕТЕЛЬСТВУ

) (61) Дополнительное к авт. свид-зу— (22) Заявлено 20.12.74 (21) 2087072 05

151) М.К.7.- еС 08 В 15/00 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет (23) Прио11HTeT—

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий (43) Опубликовано 15.10.76. Бюллетень ¹ 38 (45) Дата опубликования описания 27.10.76 (,! УДК бэ1.728.8 (" -".- -) (72) Авторы изобретения

В. A. Амосов, A. Е. Гущин и В. A. Попов

Всесоюзное научно-производственное обьединение целлюлозно-бумажной промышленности (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ

МИКРОКРИСТЛЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЪ|

Изобретение относится к целлюлозной промь1шленности, в частности к способам полусчения микрокристаллической целлюлозы, применяемой для обработки волокнистого слоя в .производстве бумаги сухим способом, з качестве инертного вещества в пищевой промышленности, в качестве гелеобразователя,в .пищевой, фармацевтической и парфюмерной промышленности, в качестве рабочего вещества в производстве формованных изде- 0 лий, в качестве наполнителя для пластмасс, в качестве исходного сырья для,получения производных целлюлозы.

Известен:периодический способ получения микро кристаллической целлюлозы путем гетерогенного кислого гидролиза исходной целлюлозы при кипячении ее в среде 2 н. раствора минеральной кислоты в течение 20—

40 мин. Применяют двадцатикратный весовой избыток раствора кислоты (1). Однако этот способ отличается невысокой интенсивностью процесса гидролиза, большим расходом кислоты, воды и тепловой энергии, периодичностью, процесса.

Известен способ получения .микрокристаллической целлюлозы окислением целлюлозы хлоратом натрия, делигнификацией древесной муки. Однако, по этому способу получаются продукты менее раз:1омерные по составу, менее реакционноспособные (2).

Известен способ получения микрокристаллической целлюлозы обработкой целлюлоз;ого материала водным раствором MèHåðàëû:ой кислоты с последующими гидролизом и сушкой гидролизованного продукта (3). Этот способ многостадпйный и получаемая микрокристаллическая целлюлоза обладает невысокой реакционной пособностью.

Для получения микрокриста7.7ической целлюлозы высокой реакционной способности и сокращения процесса, це 7.71олозу обрабатываютт 1 — 5% -ным раствором серйой кислоты до содержания раствора 100 — 180% от веса целлюлозы, измельчают до Bàòîîáðàçного состояния, п1дролиз проводят 7 — 9 с з,процессе сушки в режиме струйного фонтанирования при 120 — 14F С и промывают до нейтральной реакции.

Способ получения микрокристаллической целгполозы осуществляют следующим обзазом. Исходную листовую целлюлозу любого вида смачивают 1 — 5%- 11ûì раствором серной кислоты или другой неорганической .1(1ñлоты до содержания раствора 100 — 180% от веса волокна и разбивают ее до ватообра",;:ого состояния каким-либо известным способом (например на игольчатом измельчителе). За531811

Средняя степень полимеризации

Средний размер частиц, мкм

Зольность, Медное число

Белизна, %

178

20Х60

0,21

4,02

55

65 тем влажную целлюлозную массу-пушонку транспортируют током нагретого воздуха в сушильную камеру с помощью вентилятора, где процесс сушки, протекает интенсивно в благоприятных условиях для материала.

Температура,в сушилке должна быть в .пределах 120 †1 С при условии пребывания материала в аппарате 7 — 9 с. В этом случае температура в самом материале не превышает 70 — 80 С предельной температуры для целлюлозы в рассматриваемых условиях (опыты проведения «полусухого» гидролиза целл1олозных различных образцов показывают, что превышение 70 — 80 С при сушке подкисленной целлюлозы вызывает ее обугливание) .

По мере высыхания целлюлозной пушонки концентрация раствора кислоты непрерывно возрастает, так как вода интенсивно испаряется, а кислота остается внутри материала в силу более высокой температуры кипения кислоты и взаимодействия се с целлюлозой.

По мере повышения температуры материала и его высыхания, а, следовательно, и концентрации кислоты происходит гидролиз целлюлозы до предельной степени полимеризации (ПСП) не выше 230. Полученный материал содержит 0,008 — 0,012 г серной кислоты на

1 г .продукта. После .промывки получают продукт,,представляющий собой однородный тонкодисперсный порошок с высокой степенью чистоты. Частицы микрокристаллической целлюлозы (MKLl) имеют размеры 20Х60 мкм и степень полимеризации 40 — 180.

Высокая степень чистоты микрокристаллической целлюлозы, высокая степень дислерсности (сильно развитая поверхность), высокая реакционная способность, а также абсолютная физиологическая безвредность продукта определяют широкую сферу его применения: в,качестве связующего состава в,производстве бумаги сухим способом и при получении клееных нетканых материалов; в качестве инертного вещества наполнителя .в пищевой промышленности; ia качестве гелеобразователя в,пищевой, фармацевтической и парфюмернои промышленности;,в качестве рабочего вещества,при производстве формованных изделий, в качестве наполнителя для пластмасс; в качестве сырья при получении производных целлюлозы.

Высокая чистота микрокристаллической целлюлозы,,полученной .по данному способу, вызвана тем, что все,включения исходной целлюлозы (остаточный лигнин, гемицеллюлозы и пр.) разрушаются в процессе, кислого гидролиза и твердая фаза содержит исключительно целлюлозные микрокристаллиты.

Высокая степень диспероности .продукта, полученного по предлагаемому способу, обусловлена малыми размерами высокоупорядоченных трудногидролизуемых участков,в исходной целлюлозе, далее микрокристаллиты могут быть дополнительно измельчены тем или иным способом. Высокая реакционная способность микрокристаллической целлюлозы .вызвана |высокоразвитой поверхностью (величина поверхности .при измельчении частиц вещества растет быстрее, падения объема), а также активностью концевых групп, образующихся при гидролитическом расщеплении глюкозидных связей исходной высокополимерной целлюлозы.

Полная физиологическая безвредность микрокристаллической целлюлозы, получаемой при кислом гидролизе, определяется высокой чистотой продукта, его:природным органическим происхождением, свойствами целлюлозы вообще.

Пример 1. Исходную листовую целлюлозу — сульфитную беленую со средней СП920 смачивают 1,5%-ным раствором серной кислоты до содержания раствора 140% от массы целлюлозы. Затем целлюлозу разбивают на игольчатом измельчителе до ватообразного состояния. Процесс кислого гидролпза проводят .в условиях аэрофон — àííîé сушки при температуре 160 на входе и 140 С на выходе из зоны сушки. Время .пребывания материала в зоне сушки 8 с, содержание серной кислоты в готовом продукте — 0,009 г/г целлюлозы,;влажность 6%. Выход микрокрпсталлической целлюлозы (МКЦ) составляет 86%.

После, промывки до нейтральной реакции и размола на мельнице ЦРА в течение 1,8 кс (килосекунд) при концентрации 8% получают МК Ц со следующей характеристикой:

Пример 2. Листовую сульфитную беленую целлюлозу смачивают водным 2% -ным раствором серной кислоты до содержания ее

100% по отношению к массе абсолютно сухой целлюлозы, сушат в аэрофонтанной сушилке ,при 140 С 8с и далее обрабатывают, как указано в примере 1.

Готовый продукт имеет среднюю степень полимеризации 190 и средний размер частиц

20Х66 мкм.

Пример 3. Целлюлозу, подготовленную, как указано,в примере 2 (концентрация серной кислоты — 1%), высушивают при

120 С в течение 7 с в режиме струйного фонтанирования. В процессе сушки .происходит кислый гидролиз целлюлозы до,предельной степени полимеризации; после обработки продукта реакции по примеру 1 МКЦ имеет характеристику:

531811

Средняя СП

Средний размер частиц, мкм

Медное число

Выход, %

151

Формула изобретения

27Х60

4,17

Средняя степень полимеризации

Средний размер частиц, мкм

Медное число

Выход, %

220

25Х51

5,1 1

Составитель С. Васюхина

Техред 3. Тараненко

Корректор В. Гутман

Редактор Л. Емельянова

Заказ 952/146? Изд. № 1725 Тираж 630 Подписно"

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. <Патент>

Пример 4. Целлюлозу, подготовленную как указано в примере 2, смачивают 5 /о-ным раствором серной кислоты и высушивают в течение 7 с в аэрофонтанной сушилке,при

130 С. Полученный продукт промывают до нейтральной реакции и размалывают на мельнице ЦРА в течение 1,8 с; при концентрации 10 /о МКЦ имеет характеристику:

Получение МКЦ по предлагаемому способу позволяет сократить, время процесса в

300 — 800 раз и снизить расход серной кислоты в 10 — 15 раз.

Способ получения микрокристаллической целлюлозы обработкой водным раствором минеральной кислоты с последующими гидролизом и сушкой гидролизованного продукта, отличающи йся тем, что с целью получения микрокристаллической целлюлозы высокой реакционной способности и сокращения процесса, целлюлозу обрабатывают 1 — 5 /оным раствором серной кислоты до содержания раствора 100 — 180% от веса целлюлозы, измельчают до ватообразного состояния, гидролиз проводят 7 — 9 с IB процессе сушки в режиме струйного фонтанирования при 120—

140 С и затем промывают до нейтральной реакции.

Источники информации, принятые во внимание .при экспертизе:

1. Н. Н. Steige, В. Philipp, «С11ага terisierung Herstellung und Anxvendung mikrokristalliner Zellstoff» 1974, Лга 3, S 68 — 73.

2. P. «Technologicke moznosti pripravi

1 Ъ

25 prackovг1 bunicny», 1966, Ла 6, стр. 161 — 166.

3. «Res and Ind», 1972, Лго 3, 89 — 91 (прототип).