BG67533B1 - Metmethod for obtaining bleached microcrystalline cellulose from unbleached cellulose - Google Patents
Metmethod for obtaining bleached microcrystalline cellulose from unbleached cellulose Download PDFInfo
- Publication number
- BG67533B1 BG67533B1 BG112971A BG11297119A BG67533B1 BG 67533 B1 BG67533 B1 BG 67533B1 BG 112971 A BG112971 A BG 112971A BG 11297119 A BG11297119 A BG 11297119A BG 67533 B1 BG67533 B1 BG 67533B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- cellulose
- microcrystalline cellulose
- bleaching
- stage
- acid hydrolysis
- Prior art date
Links
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 title claims abstract description 72
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 72
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 229920000168 Microcrystalline cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 69
- 235000019813 microcrystalline cellulose Nutrition 0.000 title claims abstract description 69
- 239000008108 microcrystalline cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 229940016286 microcrystalline cellulose Drugs 0.000 title claims abstract description 69
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 64
- 238000004061 bleaching Methods 0.000 claims abstract description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 39
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 22
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 17
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims description 6
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 abstract description 7
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract description 7
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 abstract description 6
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 abstract description 5
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 abstract description 2
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 10
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 9
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 9
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 6
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- KFSLWBXXFJQRDL-UHFFFAOYSA-N Peracetic acid Chemical compound CC(=O)OO KFSLWBXXFJQRDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 4
- OSVXSBDYLRYLIG-UHFFFAOYSA-N dioxidochlorine(.) Chemical compound O=Cl=O OSVXSBDYLRYLIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000013736 caramel Nutrition 0.000 description 3
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- -1 pentose sugars Chemical class 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 3
- 239000004155 Chlorine dioxide Substances 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 235000019398 chlorine dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 238000009896 oxidative bleaching Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- HNSDLXPSAYFUHK-UHFFFAOYSA-N 1,4-bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)CC(S(O)(=O)=O)C(=O)OCC(CC)CCCC HNSDLXPSAYFUHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUKUURHRXDUEBC-KAYWLYCHSA-N Atorvastatin Chemical compound C=1C=CC=CC=1C1=C(C=2C=CC(F)=CC=2)N(CC[C@@H](O)C[C@@H](O)CC(O)=O)C(C(C)C)=C1C(=O)NC1=CC=CC=C1 XUKUURHRXDUEBC-KAYWLYCHSA-N 0.000 description 1
- 208000010839 B-cell chronic lymphocytic leukemia Diseases 0.000 description 1
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 description 1
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 description 1
- 240000008564 Boehmeria nivea Species 0.000 description 1
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- 235000012766 Cannabis sativa ssp. sativa var. sativa Nutrition 0.000 description 1
- 235000012765 Cannabis sativa ssp. sativa var. spontanea Nutrition 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 240000000797 Hibiscus cannabinus Species 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000082204 Phyllostachys viridis Species 0.000 description 1
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 101100017603 Rattus norvegicus Hopx gene Proteins 0.000 description 1
- 108010039491 Ricin Proteins 0.000 description 1
- DWAQJAXMDSEUJJ-UHFFFAOYSA-M Sodium bisulfite Chemical compound [Na+].OS([O-])=O DWAQJAXMDSEUJJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000003113 alkalizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000007844 bleaching agent Substances 0.000 description 1
- 235000009120 camo Nutrition 0.000 description 1
- 235000005607 chanvre indien Nutrition 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 235000013325 dietary fiber Nutrition 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 235000013601 eggs Nutrition 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 210000000744 eyelid Anatomy 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 235000001497 healthy food Nutrition 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011487 hemp Substances 0.000 description 1
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004811 liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009965 odorless effect Effects 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000010893 paper waste Substances 0.000 description 1
- 239000000546 pharmaceutical excipient Substances 0.000 description 1
- 210000003800 pharynx Anatomy 0.000 description 1
- 239000010908 plant waste Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- WBHQBSYUUJJSRZ-UHFFFAOYSA-M sodium bisulfate Chemical compound [Na+].OS([O-])(=O)=O WBHQBSYUUJJSRZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000342 sodium bisulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000010267 sodium hydrogen sulphite Nutrition 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L sulfite Chemical compound [O-]S([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000009967 tasteless effect Effects 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000002087 whitening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B15/00—Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
- C08B15/02—Oxycellulose; Hydrocellulose; Cellulosehydrate, e.g. microcrystalline cellulose
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
- Paper (AREA)
Abstract
Description
Настоящото изобретение се отнася до метод за получаване на микрокристална целулоза от неизбелена целулоза чрез двустепенна киселинна хидролиза с междинно промиване с вода и отстраняване на разтворените пентозни захари, както и последващо избелване на получената микрокристална целулоза. Този метод позволява от неизбелена целулоза за хартия, която съдържа значително количество хемицелулози, да се получи избелена микрокристална целулоза с ниско съдържание на пентозани и с показатели подходящи за използване включително във фармацевтичната, козметичната и хранително-вкусовата промишлености.The present invention relates to a method for obtaining microcrystalline cellulose from unbleached cellulose by two-stage acid hydrolysis with intermediate washing with water and removal of dissolved pentose sugars, as well as subsequent bleaching of the resulting microcrystalline cellulose. This method allows from unbleached paper pulp, which contains a significant amount of hemicelluloses, to obtain bleached microcrystalline cellulose with a low content of pentosans and with indicators suitable for use including in the pharmaceutical, cosmetic and food industries.
Предшестващо състояние на техникатаPrior art
От литературата и практиката е известно, че микрокристалната целулоза (МСС) е частично деполимеризирана целулоза с ниска степен на полимеризация (DP). Когато е свободна от органични и неорганични замърсявания, микрокристалната целулоза има структура на прах с бял цвят, без вкус и мирис, неразтворим във вода, разредени киселини и в повечето органични разтворители.It is known from literature and practice that microcrystalline cellulose (MCC) is partially depolymerized cellulose with a low degree of polymerization (DP). When free from organic and inorganic impurities, microcrystalline cellulose has a white powder structure, tasteless and odorless, insoluble in water, dilute acids and most organic solvents.
Получаването й от растителни влакна, липсата на токсичност, високата й хигроскопичност и физиологична инертност осигуряват не просто безвредността, а по-скоро полезно въздействие върху човешкия организъм, като ексципиент за здравословни храни и източник на диетични фибри. Като неабсорбиращо се и неусвоимо баластно вещество, тя спомага за намаляване на калоричността на хранителните продукти, без да влияе на органолептичните им свойства, доказано нормализира обменните процеси в организма и дори намалява риска от появата на новообразувания.Its production from plant fibers, its lack of toxicity, its high hygroscopicity and physiological inertness ensure not just harmlessness, but rather a beneficial effect on the human organism, as an excipient for healthy foods and a source of dietary fiber. As a non-absorbable and non-digestible ballast substance, it helps to reduce the caloric content of food products without affecting their organoleptic properties, it has been proven to normalize metabolic processes in the body and even reduce the risk of the appearance of neoplasms.
Поради посочените и други дължащи се на химическата й природа качества, микрокристалната целулоза е многофункционален продукт с изключително широко и разнообразно приложение в хранителновкусовата промишленост, фармацевтичната промишленост и биотехнологиите, в козметичната промишленост, в химическата промишленост и селското стопанство.Due to the mentioned and other qualities due to its chemical nature, microcrystalline cellulose is a multifunctional product with an extremely wide and varied application in the food industry, the pharmaceutical industry and biotechnology, in the cosmetic industry, in the chemical industry and in agriculture.
От литературата са известни различни методи за получаване на МСС чрез комбинация от киселинна хидролиза и различни други процеси, при което обичайно се използва избелена целулоза за химично преработване, която се характеризира с ниско съдържание на пентозани и която се подлага на доизбелване със специфични окислители за постигане на висока белота.From the literature, various methods are known for obtaining MCC by a combination of acid hydrolysis and various other processes, in which bleached cellulose is usually used for chemical processing, which is characterized by a low content of pentosans and which is subjected to post-bleaching with specific oxidants to achieve of high whiteness.
В патент на САЩ US 9469695 B2 се описва метод за производство на микрокристална целулоза, включващ подкиселяване и очистване на влакнестия целулозен материал от тежки метали, последвано от промиване и хидролиза на промития целулозен материал при повишена температура, за да се получи смес от микрокристална целулоза и хидролизат, последвано от отделяне на микрокристалната целулоза от хидролизата, при което сместа или отделеният хидролизат или микрокристалната целулоза могат да бъдат подложени на неутрализация. Предложеният метод не отчита белотата на микрокристалната целулоза, която се понижава значително при високата температура на хидролиза.US Patent US 9469695 B2 describes a method for the production of microcrystalline cellulose comprising acidifying and purifying the fibrous cellulosic material of heavy metals, followed by washing and hydrolysis of the washed cellulosic material at elevated temperature to obtain a mixture of microcrystalline cellulose and hydrolyzate, followed by separation of the microcrystalline cellulose from the hydrolyzate, wherein the mixture or the separated hydrolyzate or microcrystalline cellulose may be subjected to neutralization. The proposed method does not take into account the whiteness of microcrystalline cellulose, which decreases significantly at the high hydrolysis temperature.
От BG 19462, с аналог патент на САЩ 3,954,727 е известен метод за получаване на микрокристална целулоза, при който хидролизата на целулозата се провежда с разредена сярна киселина при температура отFrom BG 19462, with analogous US patent 3,954,727, a method for obtaining microcrystalline cellulose is known, in which the hydrolysis of the cellulose is carried out with dilute sulfuric acid at a temperature of
120 до 160°С, като едновременно се осъществява и химическо дезагрегиране на продукта, който след това се подлага на допълнително избелване, очистване, промиване и сушене.120 to 160°C, with simultaneous chemical disaggregation of the product, which is then subjected to additional bleaching, cleaning, washing and drying.
В международна заявка за патент WO 2016182867 се описва метод, който позволява да се получи избелена микрокристална целулоза, както от целулоза за химическо преработване, така и от целулоза за хартия, който включва неутрализиране или алкализиране на суспензия от киселинна микрокристална реакционна смес, обикновено получена чрез киселинна хидролиза или чрез електронно лъчево облъчване, последвано от добавяне на окислител към такава реакционна смес.International patent application WO 2016182867 describes a method that allows to obtain bleached microcrystalline cellulose, both from pulp for chemical processing and from pulp for paper, which involves neutralizing or alkalizing a suspension of an acidic microcrystalline reaction mixture, usually obtained by acid hydrolysis or by electron beam irradiation followed by addition of an oxidant to such reaction mixture.
От патент RU 2298562 С1 е известен метод за производство на микрокристална целулоза от неизбелена целулоза с изходна белота до 65%, която се подлага на едностепенна хидролиза със сярна киселина и на последващо избелване на получената микрокристална целулоза с хлорен диоксид в една степен. В резултат се постига максимална белота от 80%. Проблемът с белотата на микрокристалната целулоза при този метод се дължи основно на абсорбция на хромофорни структури върху целулозата в процеса на едностепенна киселинна хидролиза.From the patent RU 2298562 C1 is known a method for the production of microcrystalline cellulose from unbleached cellulose with an initial whiteness of up to 65%, which is subjected to one-step hydrolysis with sulfuric acid and subsequent bleaching of the obtained microcrystalline cellulose with chlorine dioxide in one step. As a result, a maximum whiteness of 80% is achieved. The whiteness problem of microcrystalline cellulose in this method is mainly due to absorption of chromophoric structures on the cellulose in the one-step acid hydrolysis process.
От международна заявка WO 2019095024 е известен метод за получаване на микрокристална целулоза чрез двустепенна киселинна хидролиза и промиване с вода след всяка от степените на хидролиза, който позволява от избелена целулоза за хартия да се получи микрокристална целулоза с достатъчно висока белота, (т. е. без необходимост от допълнително избелване) и с показатели подходящи за използване във фармацевтичната, в козметичната и хранително-вкусовата промишлености, в селското стопанство и химическата промишленост.From international application WO 2019095024, a method for obtaining microcrystalline cellulose by two-stage acid hydrolysis and washing with water after each of the hydrolysis stages is known, which allows from bleached paper pulp to obtain microcrystalline cellulose with a sufficiently high whiteness, (i.e. without the need for additional bleaching) and with indicators suitable for use in the pharmaceutical, cosmetic and food industries, in agriculture and the chemical industry.
Въз основа на гореизложеното може да се обобщи, че повечето от известните методи за получаване на микрокристална целулоза чрез киселинна хидролиза на целулоза не са пригодени за третиране на целулоза с високо съдържание на хемицелулози. Провеждането на киселинна хидролиза в една степен води до значителна абсорбция на хромофорни структури върху целулозата и е съпроводено със значително нарастване на Капа числото и намаление на белотата на целулозата. Всичко това определя необходимостта от разработване на ефикасни производствени процеси, чрез които от неизбелена целулоза да се получи микрокристална целулоза с висока белота и ниско съдържание на пентозани, която е подходяща за използване във фармацевтичната, козметичната и хранително-вкусовата промишлености.Based on the above, it can be summarized that most of the known methods for obtaining microcrystalline cellulose by acid hydrolysis of cellulose are not suitable for treating cellulose with a high content of hemicelluloses. Carrying out acid hydrolysis in one degree leads to a significant absorption of chromophoric structures on the cellulose and is accompanied by a significant increase in the Kappa number and a decrease in the whiteness of the cellulose. All this determines the need to develop efficient production processes by which unbleached cellulose can be obtained from microcrystalline cellulose with high whiteness and low content of pentosans, which is suitable for use in the pharmaceutical, cosmetic and food industries.
Техническата същност на изобретениетоThe technical essence of the invention
Проблем на настоящето изобретение е да се разработи ефективен метод за получаване на микрокристална целулоза чрез киселинна хидроза на неизбелена целулоза за хартия, така че като краен продукт да се получи избелена микрокристална целулоза с ниско съдържание на пентозани, характерно за целулозата за химично преработване.It is an object of the present invention to develop an efficient method for the production of microcrystalline cellulose by acid hydrolysis of unbleached paper pulp, so as to obtain as a final product a bleached microcrystalline cellulose with a low content of pentosans, characteristic of pulp for chemical processing.
Проблемът на изобретението се решава чрез метод за производство на избелена микрокристална целулоза от неизбелена целулоза за хартия, който включва две отделни степени на киселинна хидролиза, всяка от които е последвана от промиване с вода и отстраняване на разтворените пентозни захари, както и последващо избелване микрокристалната целулоза до висока степен на белота.The problem of the invention is solved by a method for the production of bleached microcrystalline cellulose from unbleached paper pulp, which includes two separate stages of acid hydrolysis, each of which is followed by washing with water and removing the dissolved pentose sugars, as well as subsequent bleaching of the microcrystalline cellulose to a high degree of whiteness.
Методът, съгласно изобретението, включва следните операции:The method according to the invention includes the following operations:
а) Първа степен на киселинна хидролиза, при която се разтварят основно хемицелулозите и в по-малка степен целулозата;a) First degree of acid hydrolysis, in which mainly hemicelluloses and to a lesser extent cellulose are dissolved;
б) Промиване на целулозата след първата степен на киселинна хидролиза, при което се отстраняват преминалите в разтвор захари;b) Washing the cellulose after the first stage of acid hydrolysis, in which the dissolved sugars are removed;
в) Втора степен на киселинна хидролиза, при която степента на полимеризация на целулозата се понижава до размер на частиците характерен за микрокристална целулоза, а съдържанието на пентозани се понижава до нива, характерни за целулоза за химично преработване;c) A second stage of acid hydrolysis, in which the degree of polymerization of the cellulose is reduced to a particle size characteristic of microcrystalline cellulose, and the content of pentosans is reduced to levels characteristic of cellulose for chemical processing;
г) Промиване на получената след втората степен на киселинна хидролиза микрокристална целулоза;d) Washing the microcrystalline cellulose obtained after the second stage of acid hydrolysis;
д) Избелване на микрокристалната целулоза, получена след двустепенна киселинна хидролиза, с окислителни избелващи реагенти.e) Bleaching of the microcrystalline cellulose obtained after two-step acid hydrolysis with oxidative bleaching reagents.
е) Промиване след всяка степен на избелване и изолиране на получената микрокристална целулоза с висока белота.f) Washing after each bleaching step and isolation of the resulting high whiteness microcrystalline cellulose.
Същността на метода, съгласно изобретението се състои в това, че като първа степен на обработка изходният материал - неизбелена целулоза (като абсолютно суха) с концентрация от 5% до 30% спрямо общото тегло на реакционната смес, се подлага на киселинна хидролиза, при което киселината се добавя в количество от 1.0 до 5.0 тегловни процента, на база теглото на абсолютно сухата целулоза. Хидролизата се провежда при температури от 125°С до 180°С, за предпочитане при температура от 130°С до 160°С и още повече за предпочитане от 135°С до 150°С. Реакционното време в първата степен на киселинната хидролиза е от 10 до 180 min, за предпочитане от 20 до 150 min и още повече за предпочитане от 40 до 120 min.The essence of the method according to the invention is that, as a first stage of processing, the starting material - unbleached cellulose (as absolutely dry) with a concentration of 5% to 30% relative to the total weight of the reaction mixture, is subjected to acid hydrolysis, during which the acid is added in an amount of 1.0 to 5.0 percent by weight, based on the weight of the absolutely dry cellulose. The hydrolysis is carried out at temperatures from 125°C to 180°C, preferably at a temperature from 130°C to 160°C and even more preferably from 135°C to 150°C. The reaction time in the first step of acid hydrolysis is from 10 to 180 min, preferably from 20 to 150 min, and even more preferably from 40 to 120 min.
Между двете степени на киселинна хидролиза се провежда междинно промиване на целулозата с дестилирана вода, без да е необходима неутрализация.Between the two stages of acid hydrolysis, an intermediate washing of the cellulose with distilled water takes place without the need for neutralization.
Във втората степен на метода съгласно изобретението се провежда киселинна хидролиза на промитата след първата степен целулоза (като абсолютно суха) с концентрация от 5% до 30% спрямо общото тегло на реакционната смес. Киселината се добавя в количество от 0.5 до 5.0 тегловни процента, на базата на теглото на абсолютно сухата целулоза. Хидролизата се провежда при температури от 100°С до 180°С, за предпочитане при температура от 120°С до 160°С и още повече за предпочитане от 130°С до 150°С. Реакционното време във втората степен на хидролиза е от 10 min до 180 min, за предпочитане от 20 min до 150 min и още повече за предпочитане от 40 до 120 min.In the second stage of the method according to the invention, acid hydrolysis of the cellulose washed after the first stage (as absolutely dry) is carried out with a concentration of 5% to 30% relative to the total weight of the reaction mixture. The acid is added in an amount of 0.5 to 5.0 percent by weight, based on the weight of the absolutely dry cellulose. The hydrolysis is carried out at temperatures from 100°C to 180°C, preferably at a temperature from 120°C to 160°C and even more preferably from 130°C to 150°C. The reaction time in the second stage of hydrolysis is from 10 min to 180 min, preferably from 20 min to 150 min, and even more preferably from 40 to 120 min.
Промиването на получената след втората степен на киселинна хидролиза неизбелена микрокристална целулоза се извършва с дестилирана вода.The unbleached microcrystalline cellulose obtained after the second stage of acid hydrolysis is washed with distilled water.
Част от промивните води от втората киселинна степен могат да се използват при междинното промиване.Part of the wash water from the second acid step can be used in the intermediate wash.
Двете степени киселинна хидролиза могат да се провеждат в един и същ реактор или поотделно, като периодичен или непрекъснат процес.The two stages of acid hydrolysis can be carried out in the same reactor or separately, as a batch or continuous process.
Неочевидно за специалиста в областта беше установено, че при провеждане на първата степен на киселинна хидролиза още в началото на процеса, но при различно времетраене, като функция от реакционната температура, се преминава през момент, в който рязко се понижава Капа числото и се разтварят значителна част от хемицелулозите и свързани с тях хромофорни структури. Завършването на първата степен на хидролиза към този момент, обезпечава тяхното извеждане от системата чрез междинното промиване. Така, във втората степен на киселинна хидролиза значително се ограничават деструктивните процеси с разтворените захари, водещи до образуване на нови хромофорни структури и се намалява до минимум възможността за тяхната абсорбция върху целулозата. Получената неизбелена микрокристална целулоза е със съществено по-ниско Капа число от изходната неизбелена целулоза и от тази получена само след едностепенна киселинна хидролиза, което от своя страна е предпоставка за по-ефективно и при по-нисък разход на реагенти избелване. Значително по-ниско е и съдържанието на пентозани, което е съпоставимо с нивата в целулоза за химично преработване.Unobviously to the person skilled in the art, it was found that when the first stage of acid hydrolysis is carried out early in the process, but at a different duration, as a function of the reaction temperature, a point is passed where the Kappa number drops sharply and a significant amount is dissolved part of the hemicelluloses and related chromophoric structures. Completion of the first stage of hydrolysis at this point ensures their removal from the system through the intermediate wash. Thus, in the second stage of acid hydrolysis, destructive processes with dissolved sugars leading to the formation of new chromophoric structures are significantly limited and the possibility of their absorption on cellulose is reduced to a minimum. The resulting unbleached microcrystalline cellulose has a significantly lower Kappa number than the original unbleached cellulose and that obtained only after one-step acid hydrolysis, which in turn is a prerequisite for more efficient bleaching with a lower consumption of reagents. The content of pentosans is also significantly lower, which is comparable to the levels in cellulose for chemical processing.
Избелването на получената неизбелена микрокристална целулоза се провежда с класически окислителни избелващи реагенти като: водороден пероксид в алкална среда; кислород под налягане в алкална среда (самостоятелно или съвместно с водороден пероксид); хлорен диоксид и пероцетна киселина. Условията на избелване са стандартни за съответните реагенти. Температурата при избелването е в границата от 50°С до 110°С, за предпочитане при температура от 60°С до 100°С и още повече за предпочитане от 70°С до 100°С. Продължителността на избелването в отделните степени е от 10 min до 240 min, за предпочитане от 20 min до 180 min и още повече за предпочитане от 30 - 120 min. Разходът на избелващ реагент и на добавената NaOH е от 0.2 до 5.0 тегловни процента, на базата на теглото на абсолютно сухата целулоза. Налягането при провеждане на избелване с кислород е от 0.2 до 7.0 atm. Броят на степените на избелване и разходът на избелващи реагенти е по-малък от този необходим за избелване на изходната целулоза, което се определя от същественото намаление на Капа числото, в резултат на киселинната хидролиза. След всяка степен на избелване се провежда промиване с вода.The bleaching of the resulting unbleached microcrystalline cellulose is carried out with classic oxidative bleaching reagents such as: hydrogen peroxide in an alkaline environment; oxygen under pressure in an alkaline environment (alone or together with hydrogen peroxide); chlorine dioxide and peracetic acid. Bleaching conditions are standard for the respective reagents. The bleaching temperature is in the range of 50°C to 110°C, preferably at a temperature of 60°C to 100°C and even more preferably from 70°C to 100°C. The duration of bleaching in the individual stages is from 10 min to 240 min, preferably from 20 min to 180 min and even more preferably from 30 to 120 min. The consumption of bleaching reagent and added NaOH is from 0.2 to 5.0 percent by weight, based on the weight of absolutely dry cellulose. The pressure when carrying out oxygen bleaching is from 0.2 to 7.0 atm. The number of bleaching stages and the consumption of bleaching reagents is less than that required for bleaching the starting cellulose, which is determined by the substantial reduction in the Kappa number, as a result of acid hydrolysis. After each degree of bleaching, a water wash is carried out.
Финалното промиване на получената избелена микрокристална целулоза се извършва с обезсолена вода. Част от промивните води могат да се използват при промиване след предходни степени.The final washing of the obtained bleached microcrystalline cellulose is carried out with desalted water. Part of the washing water can be used for washing after previous stages.
Съгласно изобретението, като изходен влакнест материал се използва неизбелена или кислородноделигнифицирана целулоза, получена чрез изваряване или по сулфатен, или по сулфитен, или по натронов метод, или след изваряване с органични разтворители, или след преработване на отпадъчна хартия.According to the invention, unbleached or oxygen-delignified cellulose is used as the starting fiber material, obtained by boiling either by sulfate, or by sulphite, or by sodium method, or after boiling with organic solvents, or after processing of waste paper.
Използваната, като изходен материал целулоза може да бъде от иглолистна дървесина, от широколистна дървесина, от недървесни растителни суровини, като от слама, коноп, кенаф, рами, бамбук и други целулозосъдържащи селскостопански растително отпадъци.The cellulose used as a starting material can be from coniferous wood, from broad-leaved wood, from non-wood plant raw materials, such as from straw, hemp, kenaf, ramie, bamboo and other cellulose-containing agricultural plant waste.
Използваната целулоза може да е с високо съдържание на пентозани над 15%.The cellulose used may have a high content of pentosans above 15%.
Хидролизата в първата и втората степен на киселинна хидролиза в метода съгласно изобретението може да се провежда с разредени органични киселини (оксалова, мравчена, оцетна и др.), разтвори на натриев бисулфит и на натриев бисулфат, с разредени неорганични киселини, за предпочитане минерални киселини като хлороводородна (солна) киселина, сярна киселина и азотна киселина.Hydrolysis in the first and second stages of acid hydrolysis in the method according to the invention can be carried out with dilute organic acids (oxalic, formic, acetic, etc.), sodium bisulfite and sodium bisulfate solutions, with dilute inorganic acids, preferably mineral acids such as hydrochloric (hydrochloric) acid, sulfuric acid and nitric acid.
Предимствата на метода, съгласно изобретението са:The advantages of the method according to the invention are:
- получаване на микрокристална целулоза с висока белота чрез киселинна хидролиза на неизбелена целулоза и последващо избелване при съществено по-нисък разход на реагенти и при съкратен брой степени в сравнение с тези, които биха били необходими за избелването на изходната целулоза;- production of microcrystalline cellulose with high whiteness by acid hydrolysis of unbleached cellulose and subsequent bleaching at a significantly lower consumption of reagents and at a shortened number of stages compared to those that would be necessary for the bleaching of the starting cellulose;
- провеждането на киселинната хидролиза в две степени и промиването на целулозата след първата степен води до ограничаване на деструктивните процеси с разтворените захари и образуването на хромофорни структури, в резултат на което се намалява до минимум и възможността за абсорбция на тези структури върху целулозата;- carrying out the acid hydrolysis in two stages and washing the cellulose after the first stage leads to limiting the destructive processes with the dissolved sugars and the formation of chromophoric structures, as a result of which the possibility of absorption of these structures on the cellulose is reduced to a minimum;
- получената неизбелената микрокристална целулоза е със съществено по-ниско Капа число от изходната целулоза, което определя и по-ефективното протичане на процеса на избелване;- the resulting unbleached microcrystalline cellulose has a significantly lower Kappa number than the original cellulose, which also determines the more efficient course of the bleaching process;
- чрез подходящ температурно-времеви режим на двустепенната киселинна хидролиза и след допълнително избелване се получава избелена микрокристална целулоза с ниско съдържание на пентозани, характерно за целулозата за химично преработване и с показатели, подходящи за използване във фармацевтичната, козметичната и хранително-вкусовата промишлености;- through an appropriate temperature-time regime of the two-stage acid hydrolysis and after additional bleaching, bleached microcrystalline cellulose with a low content of pentosans is obtained, characteristic of cellulose for chemical processing and with indicators suitable for use in the pharmaceutical, cosmetic and food industries;
- между двете степени на киселинна хидролиза се провежда промиване на реакционния продукт без корекция на pH;- between the two stages of acid hydrolysis, the reaction product is washed without pH correction;
- допълнително съществено предимство на двустепенното водене на процеса на киселинна хидролиза е много по-равномерното му протичане.- an additional significant advantage of the two-stage management of the acid hydrolysis process is its much more even course.
Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of implementation of the invention
Изобретението се илюстрира със следващите примери, които го поясняват без да ограничават обхвата му на закрила.The invention is illustrated by the following examples, which clarify it without limiting its scope of protection.
Изпитанията са извършени с неизбелена и кислородно-делигнифицирана широколистна целулоза, която се характеризира със съдържание на пентозани в целулозата над 18%.The tests were carried out with unbleached and oxygen-delignified broadleaf cellulose, which is characterized by a content of pentosans in the cellulose above 18%.
Киселинната хидролизата в първа и втора степен се провежда във въртящи се 2 литрови лабораторни автоклави от неръждаема стомана, които са изолирани чрез термоустойчив полимер от евентуален контакт на киселината с метала.Acid hydrolysis in the first and second stages is carried out in rotating 2 liter stainless steel laboratory autoclaves, which are isolated by a heat-resistant polymer from possible contact of the acid with the metal.
Автоклавите се зареждат с предварително дезинтегрирана целулозна маса, която съдържа 30 g абс. суха целулоза, с определена концентрация на масата и добавено към нея необходимо количество разредена киселина.The autoclaves were charged with a pre-disintegrated cellulose pulp containing 30 g of abs. dry cellulose, with a certain mass concentration and the necessary amount of diluted acid added to it.
Автоклавите се поставят във вана с полиетиленгликол, която е предварително подгрята до необходимата температура. Времето за темпериране на автоклавите е 5 min. След завършване на хидролизния процес автоклавите се изваждат и охлаждат със студена вода.The autoclaves are placed in a polyethylene glycol bath that is preheated to the required temperature. The time for tempering the autoclaves is 5 min. After completion of the hydrolysis process, the autoclaves are removed and cooled with cold water.
Получената микрокристална целулоза се промива на бюхнерова фуния с вакуум помпа през филтър с размери на порите 2-3 μm. Първият филтрат се отделя за анализ за захари и фурфурал на течна хроматографска система HPLC Dionex съгласно NREL Technical Report (NREL/TP-510-42623). Всяка проба се промива с дестилирана вода. Провежда се и частично междинно промиване между степените киселинна хидролиза, при което масата се разрежда с дестилирана вода до 5% концентрация, след което се филтрува.The resulting microcrystalline cellulose is washed on a Buchner funnel with a vacuum pump through a filter with pore sizes of 2-3 μm. The first filtrate was separated for analysis for sugars and furfural on an HPLC Dionex liquid chromatography system according to NREL Technical Report (NREL/TP-510-42623). Each sample was washed with distilled water. A partial intermediate wash is also carried out between the stages of acid hydrolysis, in which the mass is diluted with distilled water to a concentration of 5%, then filtered.
Избелването с СЮ2, водороден пероксид и пероцетна киселина се провежда при съответни условна в полиетиленови пликчета поставени във водна баня. Избелването с кислород се провежда под налягане във въртящи се автоклави.Bleaching with CO2, hydrogen peroxide and peracetic acid is carried out under appropriate conditions in polyethylene bags placed in a water bath. Oxygen bleaching is carried out under pressure in rotating autoclaves.
Промиването след всяка степен на избелване се извършва с дестилирана вода, а крайното промиване с дълбоко обезсолена вода.The wash after each bleaching stage is done with distilled water and the final wash with deep desalted water.
Размерът на частиците и тяхното разпределение по големина е охарактеризирано на лазерен анализатор Fritsch Analysette 22 Micro Tec Plus. Средната степен на полимеризация на целулозата DP е определена съгласно стандарта на фармакопеята, а белотата съгласно ISO 2470. Съдържанието на пентозани в целулозата е определено съгласно TAPPI Т223 cm-10, а Капа числото съгласно ISO 302:2004. Добивът на МСС е определен тегловно.Particle size and size distribution was characterized on a Fritsch Analysette 22 Micro Tec Plus laser analyzer. The average degree of polymerization of the cellulose DP was determined according to the pharmacopoeia standard and the whiteness according to ISO 2470. The content of pentosans in the cellulose was determined according to TAPPI T223 cm-10 and the Kappa number according to ISO 302:2004. The yield of MSS is determined by weight.
Пример 1Example 1
В Таблица 1 са представени резултатите от едностепенна и двустепенна киселинна хидролиза на кислородно-делигнифицирана целулоза, характеризираща се с Капа число 8.83% и съдържание на пентозани 19.7%. Киселинната хидролиза е проведена с разредена сярна киселина при разход на киселина по отношение на абсолютно сухата целулоза 3.0% за първата степен и 2.0% за втората степен. Реакционната температура е 150°С, а концентрацията на масата 12,5% и за двете степени. Продължителността на процеса е 60 min за първата степен и 60 и 90 min за втората. Целулозата е промита след първата киселинна степен с дестилирана вода.Table 1 presents the results of one-stage and two-stage acid hydrolysis of oxygen-delignified cellulose, characterized by a Kappa number of 8.83% and pentosan content of 19.7%. Acid hydrolysis was carried out with dilute sulfuric acid at an acid consumption relative to absolutely dry cellulose of 3.0% for the first stage and 2.0% for the second stage. The reaction temperature is 150°C and the mass concentration is 12.5% for both stages. The duration of the process is 60 min for the first degree and 60 and 90 min for the second. The cellulose was washed after the first acid step with distilled water.
При условията на водене на процеса преди втората степен на киселинна хидролиза, не се наблюдава абсорция на карамели и продукти на разграждане на захарите върху МСС. При тази температура след 60 min, съдържанието на пентозани се понижава до 11%, а Капа числото до 4.6. Средната степен на полимеризация се понижава до 460.Under the conditions of conducting the process before the second stage of acid hydrolysis, no absorption of caramels and degradation products of sugars on MCC was observed. At this temperature after 60 min, the content of pentosans decreases to 11%, and the Kappa number to 4.6. The average degree of polymerization is lowered to 460.
Табл. ! Кисели >>113 хнлролнли Ой ПииирmJ ь'кс.и>рч11нп-де.1и1нм4>НПНрйНй Ш.ПЛиш при коицигграцпп на масата IJ.5% ц гемиер* При Т 150'СTable ! Acids >>113 hnlrolnli Oi PiiirmJ 1'ks.i>rch11np-de.1i1nm4 > NPNryNj Sh.Plish at coiciggratspp of the mass IJ.5% c gemier* At T 150'C
BG 67533 BlBG 67533 Bl
След втората степен на хидролиза съдържанието на пентозани допълнително се понижава до 6%. Средната степен на полимеризация е малко над 300. Капа числото след втората степен на киселинна хидролиза достига нива от 4 единици, което е предпоставка за по-ефективно избелване.After the second stage of hydrolysis, the content of pentosans further decreases to 6%. The average degree of polymerization is slightly above 300. The Kappa number after the second stage of acid hydrolysis reaches levels of 4 units, which is a prerequisite for more effective bleaching.
Избелването с пероксид е проведено при концентрация на масата 10%, температура 70°С, продължителност 120 min, разход на пероксид 1.0% и разход на NaOH 2.5%.Bleaching with peroxide was carried out at mass concentration 10%, temperature 70°C, duration 120 min, consumption of peroxide 1.0% and consumption of NaOH 2.5%.
Избелването с СЮг е проведено при концентрация на масата 10%, температура 70°С, продължителност 60 min, разход на HCI 2.0% и 2.5%.Bleaching with CO2 was carried out at mass concentration 10%, temperature 70°C, duration 60 min, consumption of HCl 2.0% and 2.5%.
Микрокристалната целулоза, получена след двустепенна киселинна хидролиза на кислородноделигнифицирана неизбелена целулоза се избелва до висока белота в две степени на избелване (табл. 2), като се наблюдава допълнително слабо понижение на съдържанието на пентозани и на средната степен на полимеризация на целулозата.Microcrystalline cellulose obtained after two-step acid hydrolysis of oxygen-delignified unbleached cellulose was bleached to high whiteness in two bleaching stages (Table 2), with an additional slight decrease in the content of pentosans and the average degree of polymerization of cellulose.
Степените на избелване и разходът на избелващи реагенти е по-малък от този необходим за избелване на изходната целулоза, което се определя от същественото намаление на Капа числото, в резултат на киселинната хидролиза.Bleaching rates and consumption of bleaching reagents is less than that required for bleaching the original cellulose, which is determined by the substantial reduction in Kappa number as a result of acid hydrolysis.
Установи се, че провеждането на степените на избелване с СЮг в кисела среда, като последна степен осигурява необходимото ниско пепелно съдържание на микрокристалната целулоза.It was found that carrying out the bleaching steps with CO2 in an acidic medium as the last step provides the required low ash content of the microcrystalline cellulose.
Наблюдавана беше по-висока скорост на избелване на микрокристална целулоза в сравнение с избелването на целулоза за хартия.A higher bleaching rate of microcrystalline cellulose was observed compared to the bleaching of paper pulp.
Ta&i. 2 Избелван* е СЮА н HjOi hi МСС получен а слм лнуспчишнй киселинна хидролиза на LlL-lV.'IOM и Kat.i'Ta&i. 2 Bleached* is SU A n HjOi hi MCC obtained a slm lnspichnic acid hydrolysis of LlL-lV.'IOM and Kat.i'
НЗ С13МД31NZ C13MD31
BG 67533 BlBG 67533 Bl
Представеният пример показва, че от кислородно-делигнифицирана неизбелена целулоза, чрез двустепенна киселинна хидролиза и последващо избелване, може да се получи микрокристална целулоза, отговаряща на изискванията на европейската фармакопея и характеризираща се със съдържание на пентозани съпоставимо с това на търговските продукти микрокристална целулоза, които се получават от избелена целулоза за химично преработване.The presented example shows that from oxygen-delignified unbleached cellulose, by two-step acid hydrolysis and subsequent bleaching, microcrystalline cellulose can be obtained, meeting the requirements of the European Pharmacopoeia and characterized by a pentosan content comparable to that of commercial microcrystalline cellulose products, which are obtained from bleached pulp for chemical processing.
Пример 2Example 2
В Таблица 3 са представени резултатите от едностепенна и двустепенна киселинна хидролиза на неизбелена широколисна целулоза, характеризираща се с Капа число 18.01% и съдържание на пентозани 19.9%. Киселинната хидролиза е проведена с разредена сярна киселина при разход на киселина по отношение на абсолютно сухата целулоза 3.5% за първата степен и 2.0% за втората степен. Реакционната температура е 150°С, а концентрацията на масата 12,5% и за двете степени. Продължителността на процеса е 60 min за първата степен и 60 и 90 min за втората. Целулозата е промита след първата киселинна степен с дестилирана вода.Table 3 presents the results of one-step and two-step acid hydrolysis of unbleached broadleaf cellulose, characterized by a Kappa number of 18.01% and pentosan content of 19.9%. Acid hydrolysis was carried out with dilute sulfuric acid at an acid consumption relative to absolutely dry cellulose of 3.5% for the first stage and 2.0% for the second stage. The reaction temperature is 150°C and the mass concentration is 12.5% for both stages. The duration of the process is 60 min for the first degree and 60 and 90 min for the second. The cellulose was washed after the first acid step with distilled water.
При условията на водене на процеса преди втората степен на киселинна хидролиза, не се наблюдава абсорбция на карамели и продукти на разграждане на захарите върху МСС. При тази температура след 60 min, съдържанието на пентозани се понижава до 10%, а Капа числото до 13. Средната степен на полимеризация се понижава до 460.Under the conditions of conducting the process before the second stage of acid hydrolysis, no absorption of caramels and degradation products of sugars on MCC was observed. At this temperature after 60 min, the content of pentosans decreased to 10% and the Kappa number to 13. The average degree of polymerization decreased to 460.
Табл. 5 Киселинна лидролнзз ни син да pi па нгнзболсна целулоза при kohuphi рицин на масатаTable 5 Acidic lidrolnzz ni son to pi pa ngnzbolsna cellulose at kohuphi ricin on the table
Вижда се, че след втората степен на киселинна хидролиза съдържанието на пентозани допълнително се понижава до нива под 6%. Средната степен на полимеризация е около 300. Капа числото се понижава след втората степен на киселинна хидролиза до нива около 12 единици, което е предпоставка за по-ефективно избелване.It can be seen that after the second stage of acid hydrolysis, the content of pentosans further decreases to levels below 6%. The average degree of polymerization is about 300. The Kappa number decreases after the second stage of acid hydrolysis to levels of about 12 units, which is a prerequisite for more effective bleaching.
Избелването с пероксид е проведено при концентрация на масата 10%, температура 70°С, продължителност 120 min, разход на пероксид 2.0 % и разход на NaOH 2.5%.Bleaching with peroxide was carried out at mass concentration 10%, temperature 70°C, duration 120 min, consumption of peroxide 2.0% and consumption of NaOH 2.5%.
Избелването с СЮ2 е проведено при концентрация на масата 10%, температура 70°С, продължителност 60 min, разход на HCI 0.5%, 1.0% и 2.0%.Bleaching with SU 2 was carried out at mass concentration 10%, temperature 70°C, duration 60 min, consumption of HCI 0.5%, 1.0% and 2.0%.
BG 67533 BlBG 67533 Bl
Tu6.1l-4 Нтбслианс с ΟΟχΗ H.tlj ни МСС получена счел лвустт№цпй кнссдппий чнлролизй па набелена целулозаTu6.1l-4 Ntbslians with ΟΟχΗ H.tlj our MCC obtained schel lvust#cpy knssdppii chnlrolizy pa naled cellulose
Микрокристална целулоза с висока белота и с показатели, отговарящи на изискванията на европейската фармакопея се получава при избелване на микрокристална целулоза, която е получена след двустепенна киселинна хидролиза на неизбелена целулоза (табл. 4).Microcrystalline cellulose with high whiteness and with indicators meeting the requirements of the European pharmacopoeia is obtained by bleaching microcrystalline cellulose, which was obtained after two-stage acid hydrolysis of unbleached cellulose (table 4).
Степените на избелване и разходът на избелващи реагенти е по-малък от този необходим за избелване на изходната целулоза, което се определя от същественото намаление на Капа числото, в резултат на киселинната хидролиза.Bleaching rates and consumption of bleaching reagents is less than that required for bleaching the original cellulose, which is determined by the substantial reduction in Kappa number as a result of acid hydrolysis.
Установи се, че провеждането на степените на избелване с С1О2 в кисела среда, като последна степен осигурява, необходимото ниско пепелно съдържание на микрокристалната целулоза.It was found that carrying out the bleaching stages with C1O2 in an acidic environment, as the last stage, provides the required low ash content of the microcrystalline cellulose.
Наблюдавана беше по-висока скорост на избелване на микрокристална целулоза в сравнение с избелването на целулоза за хартия.A higher bleaching rate of microcrystalline cellulose was observed compared to the bleaching of paper pulp.
Пример 3Example 3
Изследванията са проведени с неизбелена широколисна целулоза, характеризираща се с Капа число 16.62% и съдържание на пентозани 19.6%.The studies were carried out with unbleached broadleaf cellulose, characterized by a Kappa number of 16.62% and a pentosan content of 19.6%.
Киселинната хидролиза е проведена с разредена сярна киселина при разход на киселина по отношение на абсолютно сухата целулоза 3.5% за първата степен и 2.0% за втората степен. Реакционната температура е 150°С, а концентрацията на масата 12,5% и за двете степени. Продължителността на процеса е 30, 60, 90, 120 и 150 min за първата степен и 60 и 90 min за втората (табл. 5). Целулозата е промита след първата степен на киселинна хидролиза с дестилирана вода, като е проведено и частично междинно промиване.Acid hydrolysis was carried out with dilute sulfuric acid at an acid consumption relative to absolutely dry cellulose of 3.5% for the first stage and 2.0% for the second stage. The reaction temperature is 150°C and the mass concentration is 12.5% for both stages. The duration of the process is 30, 60, 90, 120 and 150 min for the first stage and 60 and 90 min for the second (table 5). The cellulose was washed after the first step of acid hydrolysis with distilled water, and a partial intermediate wash was also carried out.
В хода на първата степен на киселинна хидролиза, се наблюдава съществено понижение на средната степен на полимеризация на целулозата и на съдържанието на пентозани, като процесът е съпроводен със съответно понижение на добива.In the course of the first stage of acid hydrolysis, a significant decrease in the average degree of polymerization of cellulose and the content of pentosans was observed, and the process was accompanied by a corresponding decrease in yield.
Неочаквано за специалиста в областта беше установено, че Капа числото рязко се понижава с около 4 единици в самото начало на киселинната хидролиза, като при тази реакционна температура след 60-тата минута на провеждане на първата степен на киселинна хидролиза нараства съществено и при 150 min достига стойност, която надвишава с 2 единици тази на изходната целулоза. Този ефект може да се обясни с протичане на абсорбция на карамели и продукти на разграждане на захарите върху МСС.Unexpectedly for the person skilled in the art, it was found that the Kappa number drops sharply by about 4 units at the very beginning of acid hydrolysis, and at this reaction temperature, after 60 minutes of carrying out the first stage of acid hydrolysis, it increases substantially and at 150 min reaches a value that exceeds by 2 units that of the starting cellulose. This effect can be explained by absorption of caramels and sugar degradation products on the MCC.
След втората степен на киселинна хидролиза с продължителност 60 и 90 min съдържанието на пентозани допълнително се понижава до 2.8% - 3.8%, а средната степен на полимеризация е 247 - 281. Капа числото на микрокристалната целулоза практически не се променя след втората степен на киселинна хидролиза.After the second stage of acid hydrolysis lasting 60 and 90 min, the content of pentosans further decreases to 2.8% - 3.8%, and the average degree of polymerization is 247 - 281. The Kappa number of microcrystalline cellulose practically does not change after the second stage of acid hydrolysis .
I'alL·. 5 Khcvj.....ни in.ipu.iHj* на станлартна нснбелена целулоза при кикцгшранни ни чигатаI'alL·. 5 Khcvj.
BG 67533 BlBG 67533 Bl
Следователно от гледна точка на оптималното избелване на микрокристалната целулоза е желателно при условията на провеждане на двустепенната киселинна хидролиза с междинно промиване с вода, първата степен на киселинна хидролиза, при посочената реакционна температура, да бъде с оптимална продължителност от около 60 min, при което се постига крайно Капа число на микрокристалната целулоза с 4 единици по-ниско от това на изходната целулоза.Therefore, from the point of view of the optimal bleaching of microcrystalline cellulose, it is desirable under the conditions of carrying out the two-stage acid hydrolysis with an intermediate washing with water, that the first stage of acid hydrolysis, at the indicated reaction temperature, should have an optimal duration of about 60 min, in which achieves a final microcrystalline cellulose Kappa number 4 units lower than that of the starting cellulose.
Избелването с пероксид е проведено при концентрация на масата 10%, температура 70°С, продължителност 120 min, разход на пероксид 2% и разход на NaOH 2.5%.Bleaching with peroxide was carried out at mass concentration 10%, temperature 70°C, duration 120 min, consumption of peroxide 2% and consumption of NaOH 2.5%.
Избелването с С1О2 е проведено при концентрация на масата 10%, температура 70°С, продължителност 60 min, разход на HCI 2.0%.Bleaching with C1O2 was carried out at mass concentration 10%, temperature 70°C, duration 60 min, consumption of HCI 2.0%.
Табл.6 ИзбелванеC С!Оа II HjOg 111 МСС Получена С.тсл e^Hocii'iJCHin· н Двустепенна киселинна щтрл.тнзл нл ни нчйглонз шлултзTable 6 Bleaching C C!O a II HjOg 111 MCC Received C.tsl e^Hocii'iJCHin· n Two-stage acid shtrl.tnzl nl ni nchiglonz schultz
Технологичен ефект от провеждането на избелване след двустепенна киселинна хидролиза на неизбелена целулоза при реакционна температура от 150°С, при продължителност на първата степен 60 MIN и на втората 90 MIN (табл. 6) е получаването на микрокристална целулоза с висока белота, ниско съдържание на пентозани и с показатели отговарящи на изискванията на европейската фармакопея.Technological effect of carrying out bleaching after two-stage acid hydrolysis of unbleached cellulose at a reaction temperature of 150°C, with a duration of the first stage of 60 MIN and of the second 90 MIN (table 6) is the production of microcrystalline cellulose with high whiteness, low content of pentosans and with indicators meeting the requirements of the European pharmacopoeia.
По-високите стойности на Капа числото при неизбелената микрокристална целулоза закономерно водят до по-ниска белота след избелването, като при едностепенно водене на процеса на киселинна хидролиза белотата на микрокристалната целулоза е със 7% по-ниска.The higher values of the Kappa number for the unbleached microcrystalline cellulose naturally lead to a lower whiteness after bleaching, and with a one-step acid hydrolysis process, the whiteness of the microcrystalline cellulose is 7% lower.
Claims (1)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG112971A BG67533B1 (en) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Metmethod for obtaining bleached microcrystalline cellulose from unbleached cellulose |
PCT/BG2020/000028 WO2021012023A1 (en) | 2019-07-25 | 2020-07-14 | Method of bleached microcrystalline cellulose production from unbleached pulp |
EP20761133.6A EP4041777A1 (en) | 2019-07-25 | 2020-07-14 | Method of bleached microcrystalline cellulose production from unbleached pulp |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG112971A BG67533B1 (en) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Metmethod for obtaining bleached microcrystalline cellulose from unbleached cellulose |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BG112971A BG112971A (en) | 2021-01-29 |
BG67533B1 true BG67533B1 (en) | 2023-06-15 |
Family
ID=72234611
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BG112971A BG67533B1 (en) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Metmethod for obtaining bleached microcrystalline cellulose from unbleached cellulose |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4041777A1 (en) |
BG (1) | BG67533B1 (en) |
WO (1) | WO2021012023A1 (en) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BG19462A1 (en) | 1973-08-02 | 1975-06-25 | ||
RU2298562C1 (en) | 2005-12-19 | 2007-05-10 | Государственное учреждение Институт химии Коми научного центра Уральского отделения Российской Академии наук | Microcrystalline cellulose manufacture process |
FI126649B (en) | 2010-06-07 | 2017-03-31 | Aalto Univ Found | New process for the preparation of microcellulose |
RU2556143C1 (en) * | 2014-04-07 | 2015-07-10 | Закрытое акционерное общество "Инновационный центр "Бирюч" (ЗАО "ИЦ "Бирюч") | Method of obtaining nanocrystalline cellulose from bagasse |
EP3294951B1 (en) | 2015-05-14 | 2021-06-23 | DuPont Nutrition USA, Inc. | Method of making bleached microcrystalline cellulose |
BG67355B1 (en) | 2017-11-17 | 2021-07-15 | Свилоза - Ад | Method for preparing microcrystalline cellulose |
-
2019
- 2019-07-25 BG BG112971A patent/BG67533B1/en unknown
-
2020
- 2020-07-14 EP EP20761133.6A patent/EP4041777A1/en active Pending
- 2020-07-14 WO PCT/BG2020/000028 patent/WO2021012023A1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP4041777A1 (en) | 2022-08-17 |
WO2021012023A1 (en) | 2021-01-28 |
BG112971A (en) | 2021-01-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3294951B1 (en) | Method of making bleached microcrystalline cellulose | |
ES2730381T3 (en) | Method for producing dissolving paste, dissolving paste and use of the method | |
JP6474897B2 (en) | Process for producing treated pulp | |
FI123270B (en) | Preparation of microcellulose | |
KR20150073195A (en) | Cellulose nanofibers | |
TW201410938A (en) | The use of surfactant to treat pulp and improve the incorporation of kraft pulp into fiber for the production of viscose and other secondary fiber products | |
CN108049234A (en) | A kind of chemically modified kraft fibers | |
AU5783200A (en) | Treatment of pulp to produce microcrystalline cellulose | |
EP3710487B1 (en) | Method for production of microcrystalline cellulose | |
Maryana et al. | Environment-friendly non-sulfur cooking and totally chlorinefree bleaching for preparation of sugarcane bagasse cellulose | |
RU2501810C1 (en) | Method of producing microcellulose | |
BG67533B1 (en) | Metmethod for obtaining bleached microcrystalline cellulose from unbleached cellulose | |
US6392034B1 (en) | Microcrystalline cellulose | |
JP2019007128A (en) | Dissolution pulp | |
RU2501325C2 (en) | Method for production of microfibrillary pectin-containing cellulose fibres | |
CA2568594A1 (en) | Method for producing a dissovling pulp | |
JP5966677B2 (en) | Method for producing cellulose nanofiber | |
RU2505545C1 (en) | Method for obtaining nano-cellulose | |
Salameh | Methods of Extracting Cellulosic Material From Olive Pulp | |
RU2804999C1 (en) | Method for producing microcrystalline cellulose from industrial hemp trust | |
US20240287209A1 (en) | Process for preparing polysaccharide sulfates, and polysaccharide sulfate | |
RU2566275C1 (en) | Method of obtaining of cellulose from half-wit flax for paper industry | |
RU2542562C1 (en) | Method of obtaining microcrystalline cellulose for cardboard production | |
RU2227678C1 (en) | Method of production of edible fibers from exhausted beet pulp | |
Azubuike et al. | Comparative studies on the pharmacopoeial and flow properties of powdered celluloses extracted from maize cob using different chemical procedures |