Патент на изобретение №2393169
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБОКСИМЕТИЛИРОВАННОГО ЛИГНОУГЛЕВОДНОГО МАТЕРИАЛА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводных материалов (ЛУМ) и предназначено для получения карбоксиметиловых эфиров лигноуглеводных материалов. Воздушно-сухие опилки лигноуглеводного материала (ЛУМ) обрабатывают в среде пропанола-2 или воды, гидроксидом натрия при мольном соотношении NaOH: ОН-группы ЛУМ, равное 1:1. Затем монохлорацетатом натрия (Na-МХУК) в мольном соотношении Na-МХУК: ОН-группы ЛУМ, равное 0,5:1. Обработку проводят под воздействием микроволнового излучения мощностью 210-800 Вт на частоте 2,45 гГц в течение 10-30 с. Полученный продукт отмывают подкисленным минеральной кислотой этанолом и высушивают на воздухе. Изобретение позволяет значительно сократить продолжительность получения карбоксиметилированных производных ЛУМ, получив при этом продукт, характеризующийся высоким содержанием карбоксиметильных групп. Карбоксиметиловые эфиры лигноуглеводных материалов могут быть использованы в различных областях, например в качестве реагентов для бурения нефтяных и газовых скважин, сорбентов в строительной индустрии и т.д. 3 табл.
Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводных материалов (ЛУМ) и предназначено для получения карбоксиметиловых эфиров лигноуглеводных материалов, которые могут быть использованы в различных областях, например в качестве реагентов для бурения нефтяных и газовых скважин, сорбентов, в строительной индустрии и др. Известны способы карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов, основанные на реакции гидроксильных групп основных компонентов лигноуглеводного материала (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы) с монохлоруксусной кислотой или монохлорацетатом натрия в щелочной среде. ЛУМ(ОН)n+mClCH2COOH+2mNaOH Для проведения реакции карбоксиметилирования ЛУМ используют различные способы, отличающиеся как методами предварительной обработки ЛУМ, так методами проведения реакции. Так, в патенте [1] предлагается смешивать лигноуглеводный материал в виде опилок с твердым монохлорацетатом натрия (Na-МХУК), NaOH и водой (гидромодуль составляет В патенте [2] карбоксиметилирование лигноуглеводных материалов осуществляют твердофазным способом в отсутствие воды смешиванием твердых опилок лигноуглеводного материала, Na-МХУК, NaOH. Смесь подвергают интенсивному механическому измельчению при 10°С в течение 5-30 мин, в результате чего образуются водорастворимые карбоксиметилированные продукты. Растворимость в воде – 61,0-99,0%, относительная вязкость – 1,03-1,07. Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому изобретению относится способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов [3], принятый нами за прототип, который заключается в том, что исходный лигноуглеводный материал обрабатывают раствором гидроксида натрия в изопропиловом спирте в течение 0,5-6,0 ч при 20-150°С, затем монохлоруксусной кислотой (МХУК) в течение 0,5-4,0 ч при 20-60°С. При этом образуются водорастворимые продукты (на 30-94%) с содержание карбоксиметильных групп 6,2-13,6%. Основным недостатком прототипа является большая общая продолжительность процесса – от 1 до 10 ч. Также в прототипе предусматривается применение в качестве карбоксиметилирующего реагента МХУК, которая является более гигроскопичной, чем Na-МХУК, что снижает технологичность процесса. Сущность заявляемого способа карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов под воздействием микроволнового излучения заключается в том, что для осуществления предлагаемого способа карбоксиметилирования используется микроволновое излучение мощностью 210-800 Вт на частоте 2,45 гГц. В качестве реактора используется бытовая микроволновая печь. При этом при значительном сокращении продолжительности процесса образуются продукты, имеющие более высокое, по сравнению с прототипом, содержание карбоксиметильных групп (КМГ). В этом и состоит технический результат изобретения. Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов под воздействием микроволнового излучения осуществляется следующим образом. К навеске древесины (5 г) прибавляют дистиллированную воду (2,5 мл) (50% влажность) или пропанол-2 (35 мл); добавляют предварительно измельченный NaOH (2,9 г), энергично перемешивают и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 210-800 Вт в течение 10-30 сек. После этого добавляют Na-МХУК (4,3 г), тщательно перемешивают и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 210-800 Вт в течение 10-30 сек или выдерживают при температуре 60°С в течение 1 ч. Полученный продукт сушат на воздухе и затем отмывают 70%-ным этиловым спиртом, добавляя для нейтрализации 90%-ную уксусную кислоту, до отрицательной реакции на щелочь по фенолфталеину и на хлорид ионы с раствором нитрата серебра. Оптимальные соотношения реагентов (древесина, NaOH, Na-МХУК) при проведении процесса выбраны на основании результатов работы [4]. В качестве примера исходного ЛУМ используют древесину сосны с фракцией опилок 0,63-0,315 мм с влажностью до 5%. По нашим данным исходная древесина сосны в среднем содержит 48% целлюлозы, 27% лигнина. Общим для прототипа и заявляемого изобретения является карбоксиметилирование лигноуглеводного материала. В качестве исходного сырья для карбоксиметилирования используют ЛУМ без разделения их на отдельные гидроксилсодержащие компоненты. Данное изобретение отличается от прототипа: 1) предварительную обработку NaOH проводят под воздействием микроволнового излучения мощностью 210-800 Вт в течение 10-30 сек; 2) в качестве карбоксиметилирующего реагента используют Na-МХУК; 3) в качестве реакционной среды используется вода; 4) стадию карбоксиметилирования проводят под воздействием микроволнового излучения мощностью 210-800 Вт в течение 10-30 сек. Способ поясняется примерами. Пример 1-3. К навеске древесины сосны (5 г) прибавляют дистиллированную воду (2,5 мл) (50% влажность); добавляют предварительно измельченный NaOH (2,9 г) (1 моль ОНдревесины – 1 моль NaOH), энергично перемешивают и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 800 Вт в течение 10-30 с. После этого добавляют Na-МХУК (4,3 г) (1 моль ОНдревесины – 0,5 моль Na-МХУК), тщательно перемешивают и выдерживают при температуре 600°С в течение 1 ч. Полученный продукт сушат на воздухе и затем отмывают 70%-ным этиловым спиртом, добавляя для нейтрализации 90%-ную уксусную кислоту, до отрицательной реакции на щелочь по фенолфталеину и на хлорид ионы с раствором нитрата серебра. В продукте определяют содержание карбоксиметильных групп методом кондуктометрического титрования. Свойства карбоксиметиловых эфиров древесины сосны приведены в таблице 1. Сравнение содержания КМГ в продуктах карбоксиметилирования свидетельствует, что обработка микроволновым излучением в течение 20-30 с способствует их увеличению их содержания, по сравнению с продуктом полученным без такой обработки. Примеры 4-10. К навеске древесины (5 г) прибавляют пропанол-2 (35 мл); добавляют предварительно измельченный NaOH (2,9 г) (1 моль ОНдревесины – 1 моль NaOH), энергично перемешивают и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 210-700 Вт в течение 20-30 сек (стадия I). После этого добавляют Na-МХУК (4,3 г) (1 моль ОНдревесины – 0,5 моль Na-МХУК), тщательно перемешивают и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 210-700 Вт в течение 20-30 сек. (стадия II). Выделение продуктов проводят аналогично примерам 1-3. Свойства продуктов представлены в таблице 2. Примеры 11-25. К навеске древесины (5 г) прибавляют дистиллированную воду (2,5 мл) (50% влажность); добавляют предварительно измельченный NaOH (2,9 г) (1 моль ОНдревесины – 1 моль NaOH), энергично перемешивают и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 210-800 Вт в течение 20-30 сек (стадия I). После этого добавляют Na-МХУК (4,3 г) (1 моль ОНдревесины – 0,5 моль Na-МХУК), тщательно перемешивают и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 210-800 Вт в течение 20-30 сек (стадия II). Выделение продуктов проводят аналогично примерам 1-3. Свойства продуктов представлены в таблице 3. Из представленных данных следует, что предлагаемый способ карбоксиметилирования ЛУМ позволяет значительно снизить общую продолжительность карбоксиметилирования (с 1-10 ч до 1 мин), при этом получая продукты со сравнимым содержанием КМГ или более высоким. Следует отметить, что осуществление способа карбоксиметилирования в среде воды приводит к получению продуктов с более высоким содержанием КМГ, чем при проведении процесса в среде пропанола-2.
Библиографический список 1. Патент 2. Патент 3. Патент Формула изобретения
Способ получения карбоксиметилированного лигноуглеводного материала под воздействием микроволнового излучения, заключающийся в том, что воздушно-сухие опилки лигноуглеводного материала в среде пропанола-2 обрабатывают гидроксидом натрия, отличающийся тем, что при взаимодействии с гидроксидом натрия мольное соотношение NaOH: ОН-группы ЛУМ – 1:1, а затем с монохлорацетатом натрия, мольное соотношение Na-МХУК: ОН-группы ЛУМ – 0,5: 1, проводят обработку микроволновым излучением мощностью 210-800 Вт на частоте 2,45 гГц по 10-30 с, в качестве реакционной среды также используют воду, затем продукт отмывают подкисленной минеральной кислотой, этанолом и высушивают на воздухе.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ЛУМ(ОН)n-m(OCH2COONa)m+mNaCl+2mH2O
0,3). Смесь подвергают интенсивному механическому измельчению при 20-80°С в течение 0,5-3 ч, в результате чего образуются водорастворимые карбоксиметилированные продукты. Растворимость в воде полученных продуктов – 87,9-96,0%, относительная вязкость щелочных растворов – 1,08-1,30.
примера