СПОСОБ КАРБОКСИМЕТИЛИРОВАНИЯ ЛИГНОУГЛЕВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области химической технологии и предназначено для получения калиевых солей карбоксиметиловых эфиров лигноуглеводных материалов (ЛУМ), которые могут быть использованы в качестве химических добавок для регулирования свойств промывочных жидкостей при бурении, для стабилизации растворов в строительной индустрии, в качестве химических реагентов при флотации, в горноперерабатывающей промышленности и в качестве сорбентов тяжелых металлов.

Известны способы карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов, основанные на протекании реакции гидроксильных групп основных компонентов лигноуглеводного материала (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы) с монохлоруксусной кислотой или монохлорацетатом натрия в щелочной среде [Патент РФ №2131884 /Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов / Базарнова Н.Г., Маркин В.И., Галочкин А.И., Токарева И.В. / Опублик. 1999.06.20. Бюл. №17.; Патент РФ №2135517 /Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов / Базарнова Н.Г., Токарева И.В., Галочкин А.И., Маркин В.И. / Опублик. 1999.08.27. Бюл. №24], которые заключаются в обработке исходного растительного сырья (лигноуглеводного материала) монохлорацетатом натрия в среде растворителя (суспензионный способ) или без него (твердофазный способ) с получением водорастворимых продуктов с различным содержанием карбоксиметильных групп.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому изобретению относится - [Патент РФ №2130947/ Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов / Галочкин А.И., Маркин В.И., Базарнова Н.Г., Заставенко Н.В., Крестьянникова Н.С. / Опублик. 1999.05.27. Бюл. №15], принятый за прототип. Способ получения карбоксиметилированого лигноуглеводного материала включает предварительную обработку лигноуглеводного материала раствором гидроксида натрия в изопропиловом спирте в течение 0,5-6,0 ч при 20-150°C, а затем монохлоруксусной кислотой (МХУК) в течение 0,5-4,0 ч при 20-60°C. При этом образуются водорастворимые продукты (на 30-94%) с содержанием карбоксиметильных групп 6,2-13,6%.

К недостаткам прототипа следует отнести следующее - в качестве основного продукта образуется натриевая соль карбоксиметилированного лигноуглеводного материала, а в качестве реакционной среды используется изопропиловый спирт.

Сущность изобретения заключается в том, что лигноуглеводный материал без предварительного разделения в водной среде обрабатывают гидроксидом калия (КОН) при температуре 30-80°C от 30 до 120 мин; добавляют монохлоруксусную кислоту (МХУК) и выдерживают от 30 до 120 мин при температуре 30-80°C, после чего продукт отмывают подкисленной уксусной кислотой водным этанолом и высушивают на воздухе.

Предлагаемый способ получения карбоксиметилированного лигноуглеводного материала позволяет получить продукт в виде калиевой соли карбоксиметилированного лигноуглеводного материала. Продукт характеризуется умеренной растворимостью в воде и высоким содержанием карбокиметильных групп. В этом и состоит технический результат изобретения.

Общим для прототипа и заявляемого изобретения является проведение карбоксиметилирования лигноуглеводного материала монохлоруксусной кислотой. В качестве исходного сырья для карбоксиметилирования используют лигноуглеводные материалы без предварительного разделения их на отдельные гидроксилсодержащие компоненты (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы).

Данное изобретение отличается от прототипа:

1) Использованием в качестве растворителя (суспензионной среды) воды;

2) использованием гидроксида калия на стадии обработки лигноуглеводного материала щелочью.

Способ осуществляется в две стадии: I - обработка водным раствором гидроксида калия при температуре от 30 до 80°C в течение от 60 до 120 мин и последующее карбоксиметилирование (стадия II) монохлоруксусной кислотой в течение от 60 до 120 мин при температуре от 30 до 80°C, после чего продукт отмывают подкисленной уксусной кислотой водным этанолом и высушивают на воздухе, и поясняется примерами:

Пример 1.

Навеску опилок древесины сосны (5 г) помещают в фарфоровую ступку, прибавляют 3,9 г предварительно измельченного гидроксида калия растворенного в 50 мл воды; энергично растирают в ступке пестиком и количественно переносят в колбу Эрленмейера и нагревают в течение 2 ч при температуре 60°C (стадия I). Затем добавляют 6,6 г монохлоруксусной кислоты, тщательно перемешивают, до получения однородной массы и нагревают в течение 1 ч при температуре 60°C (стадия II).

Полученный продукт отмывают водным раствором этанола (70%), добавляя для нейтрализации 90%-ную уксусную кислоту, до отрицательной реакции на щелочь по фенолфталеину и на хлорид ионы с раствором нитрата серебра, а затем сушат на воздухе.

Пример 2-4.

Способ осуществляют аналогично примеру 1, только в качестве исходного сырья используется древесина осины, березы и солома пшеницы.

Пример 5.

Способ осуществляют аналогично примеру 1, только температура на стадии I и стадии II 30°C.

Пример 6.

Способ осуществляют аналогично примеру 1, только температура на стадии I и стадии II 80°C.

Пример 7

Способ осуществляют аналогично примеру 1, только продолжительность стадии I составляет 60 мин.

Пример 8

Способ осуществляют аналогично примеру 7, только продолжительность стадии II составляет 120 мин.

Пример 9

Способ осуществляют аналогично примеру 1, только продолжительность на стадиях I и II составляет по 30 мин.

В полученных продуктах определяют содержание карбоксиметильных групп (КМГ) и растворимость в воде. Результаты представлены в таблице.

Из представленных данных следует, что предлагаемый способ позволяет получать умеренно водорастворимые карбоксиметилированные ЛУМ в виде калиевых солей с высоким содержанием карбоксиметильных групп. Более низкая растворимость калиевых солей карбоксиметилированных лигноуглеводных материалов позволяет рекомендовать в качестве сорбентов тяжелых металлов, по аналогии с карбоксиметилированными лигноуглеводными материалами в виде натриевых солей.