Спосіб одержання карбоксиметилцелюлози

Предлагаемое изобретение относится к способам получения карбоксиметилцеллюлозы, и может использоваться в химической промышленности. Наиболее эффективно изобретение может найти применение в нефтегазовой, горнохимической, текстильной, бумажной отраслях промышленности, например, при бурении нефтяных и газовых скважин, изготовлении синтетических моющих средств. Из науки и техники известны способы получения карбоксиметилцеллюлозы разными методами, периодическим, полунепрерывными и непрерывными, и различного технического назначения из различных видов и сортов целлюлозы. Наиболее известен моноаппаратный периодический способ получения карбоксиметилцеллюлозы, где стадии получения щелочной целлюлозы, измельчения, смешения с алкилирующим реагентом /монохлоруксусной кислотой или монохлорацетатом натрия/, карбоксиметилирования, осуществляется в одном аппарате/ Роговин З.А., Шорыгина А.Н. Химия целлюлозы и её спутников. М:, ГОНТИ. 1963 г. с.499 500. Недостаток способа состоит из большой продолжительности процесса (5 – 10) часов и низкого коэффициента использования алкилирующего реагента. Известен также способ получения карбоксиметилцеллюлозы путем обработки древесной целлюлозы в виде листов раствором щелочи, отжима до сухости 30 – 40%, измельчения, смешивания с алкилирущим реагентом, выдерживании для завершения реакций карбоксиметилирования и измельчения готового продукта /Zbigniew Z., Przeniy Chem., 1968, t 47, №3, s 122/. Кроме того, известен способ получения карбоксиметилцеллюлозы, где в качестве исходного сырья используют древесную целлюлозу в виде непрерывной ленты, которую последовательно обрабатывают раствором щелочи, алкилирующим реагентом, выдерживают для завершения реакций карбоксиметилирования, сушат и измельчают готовый продукт / Tap.Chem. Week, 1970, v11, №4. p550. Также известен способ получения карбоксиметилцеллюлозы путём обработки древесной целлюлозы в растворе щёлочи с содержанием её в растворе 3,2 - 13,5 /масс.%/, которую отжимают до сухости 30 - 40% /масс.%/, измельчают, смешивают с алкилирующим реагентом, выдерживают до завершения реакций карбоксиметилирования, сушат, и полученный сухой продукт измельчают /Тимохин И.М., Далабаев У.Д., и др. Химическая промышленность. 1967. №7. с.27 - 30/. Недостаток известных способов является низкий коэффициент использования алкилирущего реагента от 40 – 70%, в зависимости от способа подготовки исходной целлюлозы, типа оборудования и содержания воды в целлюлозной массе. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения карбоксиметилцеллюлозы, включающий обработку целлюлозы щёлочью, отжима щелочной целлюлозы до сухости 30 - 40%, измельчения, смешивания с алкилирущим реагентом, карбоксиметилирование при выдерживании реакционной смеси до достижения температуры 15 - 85°С (температура смеси поднимается за счёт экзотермической реакции взаимодействия щелочной целлюлозы с монохлоруксусной кислотой или монохлорацетатом натрия), выгрузки продукта, и завершают карбоксиметилирование и одновременно сушат в шотоке горячего газа, и полученный продукт измельчают /А.с. СССР, № 168118. Опубл.БИ. №3. 1963 г./. Применение способа по прототипу дает возможность получить высоко-вязкие карбоксиметилцеллюлозы, уменьшить деструкцию целлюлозы и расход алкилирующего реагента. Недостаток способа заключается в том, что из-за отсутствия перемешивания частичек измельчённой щелочной целлюлозы с алкилирующим реагентом в воде содержащейся в объёме реакционной массы происходит растворение алкилирующего реагента (в воде содержащейся в щелочной целлюлозе сухость 30 – 40% или воды 60 - 70%) и его диффузия в объёме частицы целлюлозы до реакционной поверхности молекул целлюлозы. Так как перемешивание отсутствует, то имеются локальнее области с повышенной концентрацией реагента и пониженной концентрацией, и, как правило в областях с повышенной концентрацией реагента, реакция карбоксиметелирования протекает быстрее и при более высокой температуре, тем в локальных областях с пониженной концентрацией алкилирующего реагента. Поэтому получается продукт имеющий неодинаковые показатели качества - степень замещения, степень полимеризации, содержания основного вещества и растворимость продукта в воде. Кроме того, в известном способе получения карбоксиметилцеллюлозы, полученный продукт имеет высокую рН, из-за наличия остаточной щелочи, вследствие чего продукт находит применение в ограниченных областях техники. Поставленная задача решается за счет того что, в отличие от известного способа получения, включающего обработку целлюлозы щелочью, отжима до сухости 30 – 40%, измельчения и смешивания с алкилирующим реагентом, карбоксиметилирование при выдерживании до достижения температуры 15 85°С, завершение карбоксиметилирования и одновременной сушки в потоке горячего газа, согласно настоящему изобретению, карбоксиметилирование целлюлозы ведут при перемешивании и температуре 40 - 105°С в течении 0,1 - 30минут, дополнительно измельчают до пушонки и завершают карбоксиметилирования целлюлозы при перемешивании и одновременной сушке в газовоздушном потоке с температурой на выходе 40 - 120°С с последующим измельчением готового продукта от 40 до 200мкм. Поставленная задача решается также за счет того, что в качестве алкилирующего реагента используют монохлоруксусную кислоту или мохлорацетат натрия. Достигаемый технический эффект при получении карбоксиметилцеллюлозы заявляемым способом можно объяснить следующим: Химическая реакция взаимодействия щелочной целлюлозы с алкилирующим реагентом является экзотермической и начинает интенсивно протекать при температуре около 40°С. Поэтому нагревание реакционной смеси при перемешивании сразу же после смешения алкилирущего реагента и щелочной целлюлозы, обеспечивает быстрое и одновременное начало химической реакции карбоксиметилирование по всему объему реакционной смеси, практически при постоянной начальной температуре. Дополнительное измельчение смеси щелочной целлюлозе с алкилирующим реагентом, способствует выравниванию концентрации алкилирующего реагента и температуры реакционной смеси во всем её объёме. Кроме того дополнительное измельчение обеспечивает не только стабилизацию степени полимеризации получаемого продукта во времени, но и достижения заданной степени полимеризации при одновременном сокращении продолжительности процесса. Карбоксиметилирование завершается при перемешивании реакционной смеси и одновременной сушки. При этом создается условия для более полного расходования алкилирующего реагента, так как при такой организации процесса постоянно уменьшается содержание влаги в реакционной смеси и снижается разложение алкилирующего реагента и повышается коэффициент его участия в реакциях карбоксиметилирования. Процесс получения карбоксиметилцеллюлозы по заявляемому способу непрерывный, легко управляемый с продолжительностью не более 1 - 1, часа, обеспечивает получение карбокснметилцеллюлозы с заданными показателями качества из различных видов и сортов целлюлозы, для различного технического назначения во многих областях техники. Изобретение иллюстрируется следящими примерами. Пример 1. Навеску воздушно-сухой древесной целлюлозы из древесины хвойных пород (сульфитная вискозная целлюлоза) со степенью полимеризации 400, массой 35г, помещают в раствор щелочи массой 965г концентрацией 230г/л и перемешивают в течении 30минут при температуре 20°С. Щелочную целлюлозную суспензию отжимают на прессе до сухости 30% измельчают, и одновременно смешивают с алкилирующим реагентом - монохлоруксусной кислотой массой 30грамм, карбоксиметилируют при перемешивании и температуре 80°С, в течении 1,5минуты, и реакционную смесь дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 300г/л, и завершают карбоксиметилирование при перемешивании и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на выходе 60°С, и сухой продукт измельчают до дисперсности 200мкм. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Пример 2. Аналогично примеру 1., отличие состоит в том, что карбоксиметилируют при перемешивании и температуре 60°С в течении 4-хминут, дополнительно реакционную смесь измельчают до пушонки с насыпной плотностью 300г/л, и завершают карбоксиметилирование при перемешивании и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на выходе 80°С, сухой продукт измельчают до дисперсности 80мкм. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Пример 3. Аналогично примеру 1, отличие состоит в том, что карбоксиметрируют при перемешивании и температуре 40°С в течении 10минут, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 300г/л, и завершают карбоксиметилирование при перемешивании и одновременно сушат в газовоздушном потоке при температуре 120°С, и сухой продукт измельчают до дисперсности 40мкм. Пример 4. Аналогично примеру 1, отличие состоит в том, что карбоксиметилируют при перемешивании и температуре 30°С в течении 12минут, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 300г/ч, и завершают карбоксиметилирование при перемешивании и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на выходе 130°С, и сухой продукт измельчают до дисперсности 100мкм. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Пример 5. Аналогично примеру 1, отличие состоит в том, что карбоксиметилируют при перемешивании и температуре 105°С в течении 0,1минуты, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 300г/л, и завершают карбоксиметилирование при перемешивании и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на виходе 40°С, и продукт измельчают до дисперсности 150мкм. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Пример 6. (Для сравнения). Аналогично примеру 1, отличие состоит в том, что карбоксиметилируют при перемешивании и температур 110°С в течении 0,07минуте, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 300г/л, и завершают карбоксиметилирование и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на выходе 30°С, и продукт измельчают до дисперсности 200мкм. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Пример 7. Навеску воздушно - сухой сульфатной целлюлозы из древесины осины массой 35г, и степенью полимеризации 300, обрабатывают в растворе щелочи концентрацией 190г/л и массой 35г, и перемешивают в течении 30минут при температуре 20°С. Щелочную целлюлозную суспензию отжимают до сухости 35% /мас.%/, измельчают и одновременно смешивают с алкилирующим реагентом - монохлорацетатом натрия, карбоксиметилируют при перемешивании и температуре 80°С в течении 1,5минуте, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 250г/л, и завершают карбоксиметилирование при перемешивании и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на выходе 60°С, продукт измельчают до дисперсности 200мкм. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Пример 8. Аналогично примеру 7, отличие состоит в том, что карбоксиметилируют при перемешивании и температуре 60°С в течении 4-х минут, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 250г/л, и завершают карбоксиметилирование при перемешивании и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на выходе 80°С, продукт измельчают до дисперсности 100мкм. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Пример 9. Аналогично примеру 7, отличие состоит в том, что карбоксиметрируют при перемешивании и температуре 30°С в течении 12минут, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 550г/л, и завершают карбоксиметилирование и одновременно сушат в газовоздушном потоке при температуре 120°С, продукт измельчают до дисперсности 150мкм. Результата эксперимента приведены в таблице 1. Пример 10. Аналогично примеру 7, отличие состоит в том, что карбоксиметилируют при перемешивании и температуре 40°С в течении 10 минут, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 250г/л, и завершают карбоксиметрирование при перемешивании и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на выходе 130°С, сухой продукт измельчают до дисперсности 100мкм. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Пример 11. Аналогично примеру 7, отличие состоит в том, что карбоксиметилируют при перемешивании и температуре 100°С в течении 0,07минуты, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 250г/л, и завершают карбоксиметилирование и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на выходе 30°С, продукт измельчают до дисперсности 40мкм. Пример 12. Аналогично примеру 7, отличие состоит в том, что карбоксиметилируют при перемешивании й температуре 105°С в течении 0,1минут, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 250г/л, завершают карбоксиметилирование и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на выходе 40°С, продукт измельчают до дисперсности 200мкм. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Пример 13. Навеску воздушно - сухой сульфитной целлюлозы из хвойной породы древесины (сосны) массой 40г, белизной 85% и степенью полимеризации 900 обрабатывают в растворе щёлочи концентрацией 230г/л, массой 960г, при перемешивании в течении 40минут при температуре 25°С. Щелочную целлюлозную суспензию отжимают до сухости 40% /мас.%/, измельчают и одновременно смешивают с алкилирущим реагентом - монохлоруксусной кислотой, карбоксиметилируют при перемешивании и температуре 80°С в течении 1,5минуты, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотность 350г/л, и завершают карбоксиметилирование при перемешивании и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на выходе 60°С, продукт измельчают до дисперсности 40мкм. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Пример 14. Аналогично примеру 13, отличие состоит в том, что карбоксиметилируют при перемешивании и температуре 60°С, в течении 4минут, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 350г/л, и завершают карбоксиметилирование при перемешивании и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на выходе 80°С, продукт измельчают до дисперсности 100мкм. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Пример 15. Аналогично примеру 13, отличие состоит в том, что карбоксиметилируют при перемешивании и температуре 40°С в течении 10минут, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 350г/л, и завершают карбоксиметилирование при перемешивании и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на выходе 110°С продукт измельчают до дисперсности 150мкм. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Пример 16. Аналогично примеру 13, отличие состоит в том, что карбоксиметилируют при перемешивании и температуре 30°С в течении 12минут, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 350г/л, и завершают карбоксиметилирование при перемешивании и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на выходе 130°С, продукт измельчают до дисперсности 40мкм. Пример 17. Аналогично примеру 13, отличие состоит в том, что карбоксиметилируют при перемешивании и температуре 106°С в течении 0,1минуты, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 350 г/л, завершают карбоксиметилирование и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на выходе 40°С, продукт измельчают до дисперсности 200мкм. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Пример 18. Аналогично примеру 13, отличие состоит в том, что карбоксиметилируют при перемешивании и температуре 110°С в течении 0,07минут, дополнительно измельчают до пушонки с насыпной плотностью 350г/л, и завершают карбоксиметилирование и одновременно сушат в газовоздушном потоке с температурой на виходе 30°С, продукт измельчают до дисперсности 80мкм. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Технологические параметры процесса карбоксиметилирования целлюлозы Таблица 1