способ получения микрокристаллической целлюлозы

Формула изобретения

Способ получения микрокристаллической целлюлозы, включающий гидролиз исходной целлюлозы в растворе минеральных кислот при атмосферном давлении и температуре 100-105°С в течение 0,5-3 ч, отличающийся тем, что в качестве исходной целлюлозы используют целлюлозу белизной до 65%, гидролиз ведут в растворе серной кислоты при концентрации 5-10% с последующим отбеливанием диоксидом хлора с расходом 0,5-3,0% от массы абсолютно сухого материала при температуре 70°С в течение 1-3 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к изготовлению производных целлюлозы и касается способа получения микрокристаллической целлюлозы, которая может быть использована в качестве наполнителя в химико-фармацевтической и пищевой отраслях промышленности, сорбента и фильтрационного материала в технике, сырья для получения низковязких производных целлюлозы.

Известен способ получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) для указанных целей (РФ патент 2163945) с помощью обработки исходной целлюлозы белизной не более 65% в две стадии, с промежуточной экстракцией раствором гидроксида натрия при повышенной температуре.

Известен способ (прототип) получения микрокристаллической целлюлозы (РФ патент 2119986) с помощью обработки лиственной сульфатной целлюлозы белизной 65-84% в одну ступень, сочетающей гидролиз и отбелку, раствором серной кислоты концентрацией 2,5-10% и раствором пероксимоносерной кислоты с концентрацией 0,48-3% соответственно в качестве гидролизующего и отбеливающего реагента. Обработку ведут при атмосферном давлении и температуре кипения смеси 100-105°С в течение 0,5-3,0 ч. Полученный продукт сушат и подвергают сушке и при необходимости размолу.

Недостатками способа является:

- использование относительно дорогой беленой целлюлозы;

- использование большого расхода пероксида водорода;

- большой расход окислительного реагента на стадии окислительно-гидролитической обработки (пероксимоносерной кислотой).

Так в примере 1 известного способа, при максимальной концентрации пероксимоносерной кислоты (далее ПМС) в растворе, равной 3% (30 г/л) и гидромодуле 20:1 расход ПМС составит 3,020=60%, исходя из: (30 г/л × 1,0 л × 100)/50 г = 60%. В примере 7 (модуль 40:1) расход ПМС составляет 120% от массы абс. сух. целлюлозы. При минимальном расходе ПМС, равном 0,48% от абс. сух. цел. и модуле 20:1 расход ПМС составляет 9,6% от целлюлозы. Кроме того, в известном аналоге используются более мягкие условия обработки диоксидом хлора (20-40°С), но для реализации отбельного процесса при относительно низкой температуре необходима щелочная среда, которая достигается за счет расхода гидрокарбоната натрия, составляющего при концентрации 1 моль/л NaHCO ₃ (84 г/л), гидромодуле 20:1 величину 1680%.

Задачей настоящего изобретения является сокращение расхода реагентов.

В предлагаемом способе расход окислителя - диоксида хлора - находится в пределах 0,5-3,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы, что позволяет сократить в 10-12 раз расход окислительных реагентов. Кроме того, ведение делигнификации гидролизованного лигноцеллюлозного материала при температуре - 70°С позволяет вести процесс без дополнительных добавок других соединений.

Для получения МКЦ обычно используют беленую целлюлозу, то есть целлюлозу после сульфатной варки сначала отбеливают, а затем подвергают деструкции различными реагентами или специфическими окислителями. В данной работе исследована обратная последовательность обработок - лиственную сульфатную целлюлозу вначале деструктировали серной кислотой, а затем отбеливали диоксидом хлора.

Технический результат достигается тем, что обработка исходной целлюлозы белизной до 65% осуществляется в две ступени, при этом первая ступень включает гидролиз исходного сырья, а вторая - отбелку полученного материала диоксидом хлора.

Существенные признаки изобретения: способ получения МКЦ, включающий гидролиз исходной целлюлозы белизной до 65% в растворе серной кислоты концентрацией 5-10% при атмосферном давлении и температуре 100-105°С в течение 0,5-3 ч и последующую отбелку полученного материала диоксидом хлора с расходом 0,5-3,0% от массы абсолютно сухого материала при температуре 70°С в течение 1-3 ч (до полного поглощения диоксида хлора).

Способ осуществляется следующим образом.

Первая стадия включает в себя гидролиз исходной небеленой лиственной сульфатной целлюлозы раствором серной кислоты, концентрацией 5-10%. Обработку ведут при атмосферном давлении и температуре кипения смеси (100-105°С) в течение 0,5-3 ч. Затем полуфабрикат промывают водой до нейтральной реакции.

Вторая ступень включает в себя отбелку полученного материала диоксидом хлора с расходом 0,5-3,0% от массы абсолютно сухого материала при температуре 70°С в течение 1-3 ч.

Пример 1. Навеску воздушно-сухой небеленой лиственной сульфатной целлюлозы массой 100 г (по абсолютно сухому материалу) переносят в колбу на 2000 см³, заливают раствором серной кислоты концентрацией 5% (модуль 13:1). Колбу подогревают до температуры кипения и выдерживают в течение 0,5 ч. После охлаждения до 60°С смесь из колбы переносят на воронку Бюхнера, промывают горячей водой до нейтральной реакции фильтрата (рН 6,5) и сушат на воздухе. Показатели исходной небеленой целлюлозы: степень полимеризации (СП) 1230 (кадоксен); белизна 35,6%. Полученный полуфабрикат представляет собой лигноцеллюлозный порошок (ЛЦП) со степенью полимеризации 350 и белизной 41%, выход после гидролиза 86%. Для повышения белизны полуфабрикат подвергают отбелке (примеры 3-8).

Пример 2. Навеску воздушно-сухой небеленой лиственной сульфатной целлюлозы массой 100 г (по абсолютно сухому материалу) переносят в колбу на 2000 см, заливают раствором серной кислоты концентрацией 10% (модуль 13:1) и обрабатывают в течение 3 ч, как в примере 1. Показатели ЛЦП: СП - 180 (кадоксен), белизна - 46,3%, выход - 84%. Для повышения белизны полуфабрикат подвергают отбелке (примеры 3-8).

Пример 3. Навеску ЛЦП массой 1 г (по абсолютно сухому материалу) переносят в колбу на 100 см³, заливают раствором диоксида хлора с расходом 0,5% от массы абсолютно сухого материала. Жидкостной модуль 10:1. Обрабатывают в течение 0,5 ч при температуре 70°С, после чего на стеклянном пористом фильтре полученную микрокристаллическую целлюлозу промывают водой до нейтральной реакции и сушат на воздухе. Показатели МКЦ: белизна - 55,5%, выход - 95,3%.

Пример 4. Навеску МКЦ массой 1 г (по абсолютно сухому материалу) переносят в колбу на 100 см³, заливают раствором диоксида хлора с расходом ClO₂ 1% от массы абсолютно сухого материала и обрабатывают, как в примере 3, в течение 1 ч. Показатели: белизна - 61,9%, выход - 96,0%.

Пример 5. Навеску ЛЦП массой 1 г (по абсолютно сухому материалу) переносят в колбу на 100 см³, заливают раствором диоксида хлора с расходом 1,5% от массы абсолютно сухого материала. Гидромодуль 10:1. Дальнейшую обработку ведут, как в примере 3, в течение 1,5 ч. Показатели: белизна - 68,9%, выход - 96,2%.

Пример 6. Навеску ЛЦП массой 1 г (по абсолютно сухому материалу) переносят в колбу на 100 см ³, заливают раствором диоксида хлора с расходом 2,0% от массы абсолютно сухого материала и обработку ведут, как в примере 3, только в течение 2 ч. Показатели: белизна МКЦ - 72,5%, выход после отбелки - 95%.

Пример 7. Навеску ЛЦП массой 1 г (по абсолютно сухому материалу) переносят в колбу на 100 см ³, заливают раствором диоксида хлора с расходом 2,5% от массы абсолютно сухого материала и ведут обработку в течение 2,5 ч, как в примере 3. Показатели: белизна - 75,2%, выход - 95,7%.

Пример 8. Навеску ЛЦП массой 1 г (по абсолютно сухому материалу) переносят в колбу на 100 см³ , заливают раствором диоксида хлора с расходом 3,0% от массы абсолютно сухого материала и ведут обработку в течение 3 ч, как в примере 3. Показатели: белизна - 80%, выход - 95,7%.