RU2221810C1

RU2221810C1 - Method for xanthogenation of cellulose-containing materials

Info

Publication number: RU2221810C1
Application number: RU2002111092/04A
Authority: RU
Inventors: М.В. Ефанов; Л.А. Першина; Е.С. Филина
Original assignee: Алтайский государственный университет
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2004-01-20

Abstract

FIELD: resin industry. SUBSTANCE: invention relates to chemical processing of lignocellulose materials and can be used for manufacturing surfactants based on ligno-carbohydrate vegetable material. Xanthogenation comprises treatment of starting air-dry material first with sodium hydroxide and then with carbon disulfide at 25 C followed by mechanical disintegration at 25 C without addition of water. Lignocellulose material contains 35-60% cellulose, 20-40% lignin, and 13-55% hemicelluloses. 5 g of lignocellulose material requires 1.4-7.0 g of sodium hydroxide and 2.5-10.0 g of carbon disulfide. EFFECT: achieved complete utilization of ligno-carbohydrate material and wasteless implementation of process. 2 tbl, 15 ex

Description

Изобретение относится к области химической переработки лигноцеллюлозных материалов и может быть использовано для получения поверхностно-активных веществ на основе лигноуглеводного растительного сырья. The invention relates to the field of chemical processing of lignocellulosic materials and can be used to produce surfactants based on lignohydrocarbon plant materials.

Известны способы ксантогенирования целлюлозы, активированной щелочными растворами в воде, с последующим отжимом и смешением с сероуглеродом, в результате чего получаются ксантогенированные продукты [Химические волокна. // Под ред. А.А. Конкина, М.: ВНИИВ, 1968, 244с]. Known methods for xanthogenizing cellulose activated with alkaline solutions in water, followed by extraction and mixing with carbon disulfide, resulting in xanthogenated products [Chemical fibers. // Ed. A.A. Konkina, Moscow: VNIIV, 1968, 244s].

Данные способы обладают существенными технологическими недостатками: обязательная предварительная активация целлюлозы, необходимость регенерации растворов NaOH, а также высокий расход реагента (сероуглерода) на побочные реакции, что приводит к значительному увеличению продолжительности ксантогенирования и ухудшению экологической ситуации. These methods have significant technological disadvantages: the obligatory preliminary activation of cellulose, the need for regeneration of NaOH solutions, as well as the high consumption of reagent (carbon disulfide) for adverse reactions, which leads to a significant increase in the duration of xanthogenesis and environmental degradation.

В заявляемом изобретении предлагается для ксантогенирования использовать весь лигноуглеводный материал (отходы древесины и однолетних растений), а не только целлюлозу (один из компонентов древесины), как это делается в настоящее время. In the invention, it is proposed for xanthogenization to use all ligno-carbohydrate material (waste wood and annual plants), and not just cellulose (one of the components of wood), as is currently being done.

Преимущества в использовании лигноуглеводных материалов заключаются в том, что, во-первых, значительно удешевляется конечный продукт, во-вторых, появляется возможность реализации безотходной технологии (все основные компоненты лигноуглеводных материалов: целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы ксантогенируются и в дальнейшем используются), в-третьих, отпадает необходимость разделения лигноуглеводного комплекса на лигнин и углеводную часть и, в-четвертых, ксантогенированные лигноуглеводные материалы обладают более широким спектром свойств, чем ксантогенаты целлюлозы. The advantages in using ligno-carbohydrate materials are that, firstly, the final product is significantly cheaper, and secondly, there is the possibility of implementing a non-waste technology (all the main components of ligno-carbohydrate materials: cellulose, lignin, hemicelluloses are xanthogenized and are used later), thirdly, there is no need to separate the ligno-carbohydrate complex into lignin and the carbohydrate part and, fourthly, xanthogenated ligno-carbohydrate materials have a wider range of properties Than cellulose xanthates.

Предлагаемый в изобретении способ ксантогенирования лигноуглеводных материалов совпадает с уже известными способами ксантогенирования целлюлозы только тем, что в его основе лежит та же реакция ксантогенирования. The method of xanthogenization of ligno-carbohydrate materials proposed in the invention coincides with the already known methods of xanthogenization of cellulose only by the fact that it is based on the same xanthogenation reaction.

Соотношения реагентов, продолжительность проведения реакции установлены в процессе оптимизации условий ксантогенирования лигноуглеводных материалов. The ratio of reagents, the duration of the reaction was established in the process of optimizing the xanthogenization conditions of ligno-carbohydrate materials.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому способу ксантогенирования лигноуглеводных материалов является способ ксантогенирования воздушно-сухой целлюлозы (прототип) [Практические работы по химии древесины и целлюлозы. // Под ред. В. М. Никитина. М.: Лесная промышленность, 1965. 411с]. По этому способу воздушно-сухую целлюлозу обрабатывают в течение 1 ч 18%-ным раствором NaOH. Затем отжимают и полученную щелочную целлюлозу измельчают. Измельченную щелочную целлюлозу оставляют для предсозревания на 65 ч на воздухе при комнатной температуре. После добавляют сероуглерод и ксантогенируют при перемешивании на роликовой мешалке в течение 5 ч при 25^oС. Полученные продукты осаждают метанолом из щелочного раствора. Продукты, полученные таким образом, растворимы в воде и 6% растворе NaOH и образуют вязкие водные растворы.Of the known technical solutions, the closest in purpose and technical essence to the claimed method of xanthogenization of ligno-carbohydrate materials is a method of xanthogenization of air-dry cellulose (prototype) [Practical work on the chemistry of wood and cellulose. // Ed. V. M. Nikitina. M .: Forest industry, 1965. 411c]. In this method, air-dried cellulose is treated for 1 hour with an 18% NaOH solution. Then squeeze and the resulting alkaline cellulose is crushed. The ground alkaline cellulose is left to pre-ripen for 65 hours in air at room temperature. Then carbon disulfide is added and xanthogenized with stirring on a roller mixer for 5 hours at 25 ^° C. The products obtained are precipitated with methanol from an alkaline solution. The products thus obtained are soluble in water and a 6% NaOH solution and form viscous aqueous solutions.

Общими для прототипа и заявляемого изобретения являются такие признаки: химическая реакция, лежащая в основе способа ксантогенирования, а также одинаковая температура (25^oС).Common to the prototype and the claimed invention are such signs: the chemical reaction underlying the xanthogenization method, as well as the same temperature (25 ^o C).

Недостатки прототипа - в качестве сырья используется только целлюлоза, которую необходимо предварительно активировать в растворе щелочи (1 ч), подвергать "предсозреванию" (65 ч), а затем длительно ксантогенировать (5 ч). Кроме того, при ксантогенировании целлюлозы довольно высоким оказывается расход NaOH, растворы которого необходимо регенерировать. The disadvantages of the prototype - as the raw material is used only cellulose, which must first be activated in an alkali solution (1 h), subjected to "pre-ripening" (65 h), and then xanthogenized for a long time (5 h). In addition, during xanthogenization of cellulose, the consumption of NaOH turns out to be rather high, the solutions of which must be regenerated.

В предлагаемом изобретении указанные недостатки устраняются следующим образом: вместо целлюлозы используют любой целлюлозосодержащий материал (различное лигноуглеводное растительное сырье), который предварительно не подвергается активации, а длительность процесса составляет 20-80 мин и растворитель (вода) не используется вообще, то есть реакция проводится в твердой фазе. In the present invention, these disadvantages are eliminated as follows: instead of cellulose, any cellulose-containing material (various ligno-carbohydrate plant materials) that is not previously activated is used, and the process takes 20-80 minutes and the solvent (water) is not used at all, i.e. the reaction is carried out in solid phase.

Использование лигноуглеводных материалов для ксантогенирования способствует расширению сырьевой базы и ее удешевлению, а также позволяет получить материалы, обладающие более широким спектром свойств по сравнению с ксантогенатами целлюлозы. The use of ligno-carbohydrate materials for xanthogenization contributes to the expansion of the raw material base and its cheapening, and also allows to obtain materials with a wider range of properties compared to cellulose xanthates.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что исходный лигноуглеводный материал в виде воздушно-сухих опилок (влажность 6-8%), то есть без разделения на отдельные компоненты, смешивают с NaOH и сероуглеродом, а затем подвергают интенсивному механическому измельчению без добавления воды, в результате чего образуются водорастворимые ксантогенированные продукты, образующие вязкие водно-щелочные растворы. В качестве целлюлозосодержащих материалов используют лнгноуглеводные материалы, содержащие 35-60 мас.% целлюлозы, 20-40 мас.% лигнина, 13-35 мас.% гемицеллюлоз. The essence of the invention lies in the fact that the original ligno-carbohydrate material in the form of air-dry sawdust (humidity 6-8%), that is, without separation into separate components, is mixed with NaOH and carbon disulfide, and then subjected to intensive mechanical grinding without adding water, in as a result, water-soluble xanthogenated products are formed, forming viscous aqueous alkaline solutions. As cellulose-containing materials, ligno-carbohydrate materials are used containing 35-60 wt.% Cellulose, 20-40 wt.% Lignin, 13-35 wt.% Hemicelluloses.

Заявляемое изобретение осуществляется следующим образом. The claimed invention is as follows.

Навеску (5.0 г) воздушно-сухих опилок лигноуглеводного материала (фракции 0.4-0.75 мм) смешивают с NaOH (1.4-7.0 г) и сероуглеродом (2.5-10.0 г). Реакционную смесь подвергают интенсивному механическому измельчению на вибромельнице в течение 20-80 мин при 25^oС без добавления воды. Полученные продукты промывают этанолом и высушивают на воздухе.A portion (5.0 g) of air-dried sawdust of ligno-carbohydrate material (fractions 0.4-0.75 mm) is mixed with NaOH (1.4-7.0 g) and carbon disulfide (2.5-10.0 g). The reaction mixture is subjected to intensive mechanical grinding in a vibratory mill for 20-80 minutes at 25 ^o without adding water. The resulting products are washed with ethanol and dried in air.

Пример 1. 5.0 г воздушно-сухих опилок древесины осины (фракция 0.4-0.75 мм), 2.8 г NaOH и 5.0 г сероуглерода интенсивно измельчают в течение 20 мин при 25^oС. Полученные продукты промывают этанолом и высушивают на воздухе. Растворимость в 6% растворе NaOH - 49%, относительная вязкость - 1.05, содержание серы - 2.85%. По методике, описанной в примере 1, проводят ксантогенирование различных лигноуглеводных материалов (табл. 1).Example 1. 5.0 g of air-dry sawdust of aspen wood (fraction 0.4-0.75 mm), 2.8 g of NaOH and 5.0 g of carbon disulfide are intensively crushed for 20 min at 25 ^o C. The resulting products are washed with ethanol and dried in air. The solubility in a 6% NaOH solution is 49%, the relative viscosity is 1.05, and the sulfur content is 2.85%. By the method described in example 1, xanthogenization of various ligno-carbohydrate materials is carried out (Table 1).

Примеры 6-15 проведены в условиях, аналогичных примеру 1, но при различных соотношениях реагентов и продолжительности реакции (табл. 2). Examples 6-15 were carried out under conditions similar to example 1, but with different ratios of reagents and the duration of the reaction (table. 2).

Claims

A method of xanthogenizing cellulose-containing materials by treating the starting air-dry material first with sodium hydroxide, then with carbon disulfide at 25 ° C, characterized in that ligno-carbohydrate material containing 35-60 wt.% Cellulose, 20-40 wt.% Lignin is used as the cellulose-containing material 13-35 wt.% Hemicelluloses, which is subjected to intensive mechanical grinding without separation into separate components, in a mixture with sodium hydroxide and carbon disulfide, containing 5.0 g of ligno-carbohydrate material, 1.4-7.0 g of hydroxy sodium and 2.5-10.0 g of carbon disulfide, for 20-80 minutes without adding water.