способ получения метилированного продукта из отходов древесины березы

Формула изобретения

Способ получения метилированного продукта из древесного сырья, включающий обработку воздушно-сухой древесины 40%-ным водным раствором гидроксида натрия в соотношении 1 г: 11 мл в течение 2-3 ч при комнатной температуре с образованием щелочной древесины, фильтрование и отжим, с последующим метилированием и выделением целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве древесного сырья используют отходы древесины березы, а щелочную древесину обрабатывают избытком хлористого метила при 60-80°С в течение 4-6 ч, при этом целевой продукт высаживают из растворимых в холодной воде (5-7°С) продуктов нагреванием их водного раствора до 95-100°С с последующим горячим фильтрованием и высушиванием твердого остатка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химической переработки древесины и предназначено для получения из отходов древесины березы метилированного продукта, который может быть использован в качестве стабилизатора и эмульгатора в нефтедобывающей, химической, строительной, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности вместо водорастворимой метилцеллюлозы.

Известен способ получения натрий-карбоксиметилцеллюлозного продукта путем обработки растительного целлюлозосодержащего сырья водным раствором едкого натра с последующей этерификацией щелочной целлюлозы и сушкой выделенного продукта. В результате получают порошок, водная суспензия которого обладает высокой вязкостью, что позволяет использовать ее как стабилизатор и эмульгатор (RU 2096417, опубл. 20.11.97).

В данном способе используют растительное сырье, содержащее целлюлозу, без ее отделения от присутствующих в тканях растений лигнина, липидов и смолистых веществ. Однако недостатком способа является ограниченность сырьевой базы: используется только солома злаковых культур.

Известен способ получения метилцеллюлозы путем метилирования древесной целлюлозы влажным хлористым метилом при температуре 90-95°С, давлении 0,1-3,0 ати в течение 1,5-3,0 час (SU 287917, 03.11.1971; GB 1162197, 1969).

Недостатком данного способа является использование в качестве сырья чистой древесной целлюлозы.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения метилированных полиоз из древесины осины (RU 2236416, опубл. 20.09.2004). Воздушно-сухую древесину осины обрабатывают 40%-ным водным раствором гидроксида натрия в соотношении 1 г: 11 мл в течение от 1 до 21 часов при комнатной температуре. Образовавшуюся щелочную целлюлозу отфильтровывают, отжимают и высушивают до воздушно-сухого состояния, после чего ее подвергают интенсивному измельчению в шаровой мельнице в течение 1,5 часов в среде диметилсульфата без или с добавлением изопропилового спирта. Продукт метилирования отфильтровывают, промывают этиловым спиртом, сушат на воздухе, а затем в эксикаторе. Растворимость продукта в воде 96%, относительная вязкость 1,02-1,04, содержание метоксильных групп 13,8%.

К недостаткам данного способа следует отнести вызванное процессами гидролитической деполимеризации полисахаридов под действием диметилсульфата низкое качество полученных метилированных полиоз, что обусловлено малой вязкостью их водных растворов, не позволяющей использовать эти продукты в промышленности в качестве стабилизаторов и эмульгаторов. Кроме того, диметилсульфат является токсичным и обладает сильной коррозионной способностью.

Задачей изобретения является:

- получение метилированного продукта, который обладает способностью образовывать вязкие водные растворы из отходов древесины березы;

- улучшение экологической безопасности процесса.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения метилированного продукта из древесного сырья, включающем обработку воздушно-сухой древесины 40%-ным водным раствором гидроксида натрия в соотношении 1 г: 11 мл в течение 2-3 часов при комнатной температуре с образованием щелочной древесины, фильтрование и отжим, с последующим метилированием и выделением целевого продукта, согласно изобретению в качестве древесного сырья используют отходы древесины березы, а щелочную древесину обрабатывают избытком хлористого метила при 60-80°С в течение 4-6 часов, при этом целевой продукт высаживают из растворимых в холодной воде (5-7°С) продуктов нагреванием их водного раствора до 95-100°С с последующим горячим фильтрованием и высушиванием твердого остатка.

Существенными отличительными признаками заявляемого изобретения от прототипа являются:

- использование в качестве древесного сырья отходов древесины березы;

- использование в качестве метилирующего агента хлористого метила вместо токсичного и вызывающего гидролитическую деполимеризацию полисахаридов диметилсульфата;

- метилирование щелочной древесины березы при 60-80°С в течение 4-6 часов, в прототипе - путем интенсивного измельчения с диметилсульфатом в шаровой мельнице;

- высаживаение целевого продукта из растворимых в холодной воде (5-7°С) продуктов нагреванием их водного раствора до 95-100°С с последующим горячим фильтрованием и высушиванием твердого остатка.

В результате жидкофазного алкилирования хлористым метилом щелочной древесины березы и высаживания метилированного продукта из растворимых в холодной воде продуктов нагреванием их водного раствора и последующего фильтрования в горячем состоянии удалось получить метилированный продукт, который обладает способностью образовывать вязкие водные растворы. Относительная вязкость 1%-ных водных растворов - 6,2-8,1, в прототипе - 1,02-1,04. Метилированный продукт, полученный в заявляемом изобретении, по своим основным характеристикам близок к промышленной метилцеллюлозе марки МЦ-8, поэтому может быть использован как эмульгатор и стабилизатор в соответствующих областях промышленности. За счет исключения токсичного обладающего сильной коррозионной способностью диметилсульфата и пожароопасного этанола увеличивается экологическая безопасность процесса.

Способ осуществляют следующим образом.

Навеску воздушно-сухих опилок или щепы древесины березы обрабатывают 40%-ным водным раствором гидроксида натрия в соотношении 1 г: 11 мл при перемешивании при комнатной температуре в течение 2-3 часов. Полученную щелочную древесину отфильтровывают, отжимают до весового отношения отжатой щелочной целлюлозы к исходной сухой - 3. Затем щелочную древесину помещают в автоклав, добавляют 5-6-кратный избыток хлористого метила относительно рассчитанного стехиометрического количества. Реакционную смесь перемешивают при 60-80°С в течение 4-6 часов. После окончания процесса массу высушивают на воздухе. Метилированный продукт высаживают из растворимых в холодной воде (5-7°С) продуктов путем нагревания водного раствора последних до 95-100°С, последующего горячего фильтрования осадка и высушивания его при температуре 95-100°С.

Способ подтверждается конкретными примерами.

Пример 1. 10,0 г воздушно-сухих опилок березы (с размером частиц 0,5-2,0 мм) выдерживают в 40%-ном растворе гидроксида натрия (110 мл) при перемешивании и комнатной температуре в течение 2,5 часов. Полученную щелочную древесину отфильтровывают от раствора гидроксида натрия и отжимают до весового отношения отжатой щелочной целлюлозы к исходной сухой равному 3. Щелочную древесину метилируют хлористым метилом (40 мл) в автоклаве в условиях жидкофазного алкилирования при 60°С в течение 4 часов. По окончании реакции массу высушивают на воздухе, затем заливают горячей водой, оставляют набухать 30 минут и охлаждают до температуры 5-7°С. Не растворившийся в холодной воде остаток отфильтровывают. Фильтрат нагревают до температуры 95-100°С, образовавшийся твердый хлопьевидный продукт отфильтровывают в горячем состоянии, промывают на фильтре горячей водой и высушивают при температуре 100-105°С. Выход целевого продукта 1,9 г, растворимость в воде 96,2%, динамическая вязкость 1%-ного раствора 6,2 СП, содержание метоксильных групп 22,6%.

Пример 2. 10,0 г воздушно-сухой щепы березы (с размером частиц 0,5-5,0 мм) обрабатывают раствором гидроксида натрия аналогично примеру 1, а щелочную древесину березы метилируют хлористым метилом при 80°С в течение 6 часов.

Выход целевого продукта 2,0 г, растворимость в воде 96,5%, динамическая вязкость 1%-ного раствора 8,1 СП, содержание метоксильных групп 24,2%.

На основе анализа ИК-спектров водорастворимые продукты метилирования древесины березы хлористым метилом представляют собой преимущественно метиловые эфиры полиоз и не содержат лигнина.

Как видно из примеров, водорастворимые продукты метилирования отходов древесины березы хлористым метилом по значению динамической вязкости (6,2-8,1 СП) соответствуют низковязкой промышленной метилцеллюлозе марки МЦ-8 (1-12 СП).

Таким образом, предлагаемый способ получения метилированного продукта из отходов древесного сырья позволяет:

- получить метилированный продукт, который обладает способностью образовывать вязкие водные растворы;

- улучшить экологическую безопасность процесса за счет замены токсичного и обладающего сильной коррозионной способностью диметилсульфата хлористым метилом.