BG112971A - Method of bleached microcrystalline cellulose production from unbleached pulp - Google Patents

Method of bleached microcrystalline cellulose production from unbleached pulp Download PDF

Info

Publication number
BG112971A
BG112971A BG112971A BG11297119A BG112971A BG 112971 A BG112971 A BG 112971A BG 112971 A BG112971 A BG 112971A BG 11297119 A BG11297119 A BG 11297119A BG 112971 A BG112971 A BG 112971A
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
cellulose
acid
stage
acid hydrolysis
hydrolysis
Prior art date
Application number
BG112971A
Other languages
Bulgarian (bg)
Other versions
BG67533B1 (en
Inventor
Красимир Дачев
Банчев Дачев Красимир
Иво Вълчев
Владимиров Вълчев Иво
Николай Яворов
Асенов Яворов Николай
Original Assignee
Свилоза - Ад
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Свилоза - Ад filed Critical Свилоза - Ад
Priority to BG112971A priority Critical patent/BG67533B1/en
Priority to EP20761133.6A priority patent/EP4041777A1/en
Priority to PCT/BG2020/000028 priority patent/WO2021012023A1/en
Publication of BG112971A publication Critical patent/BG112971A/en
Publication of BG67533B1 publication Critical patent/BG67533B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B15/00Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
    • C08B15/02Oxycellulose; 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)
  • Paper (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)

Abstract

The invention relates to a method of bleached microcrystalline cellulose production from unbleached pulp by two-stage acid hydrolysis and washing and removal of the dissolved products after each stage, both, during the hydrolysis, and during the subsequent bleaching of the microcrystalline cellulose that has been obtained. This method allows using unbleached paper grade pulp with high content of hemicelluloses in order to produce bleached microcrystalline cellulose with low pentosan content and properties suitable for use in the pharmaceutical, cosmetic and food industries.

Description

Област на техникатаField of technology

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 process for the preparation of microcrystalline cellulose from unbleached cellulose by two-step 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 unbleached pulp for paper, which contains a significant amount of hemicelluloses, to obtain bleached microcrystalline cellulose with a low content of pentosans and indicators suitable for use including in the pharmaceutical, cosmetic and food industries.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

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 the literature and practice that microcrystalline cellulose (MCC) is partially depolymerized cellulose with a low degree of polymerization (DP). When free of organic and inorganic contaminants, microcrystalline cellulose has a white, tasteless and odorless powder structure, insoluble in water, dilute acids and in most organic solvents.

Получаването й от растителни влакна, липсата на токсичност, високата й хигроскопичност и физиологична инертност осигуряват не просто безвредността, а поскоро 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 provide not only harmlessness, but rather a beneficial effect on the human body as an excipient for healthy foods and a source of dietary fiber. As a non-absorbable and indigestible ballast substance, it helps to reduce the caloric content of food products without affecting their organoleptic properties, has been shown to normalize metabolic processes in the body and even reduces the risk 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 хранително-вкусовата промишленост, фармацевтичната промишленост и биотехнологиите, в козметичната промишленост, в химическата промишленост и селското стопанство.Due to these and other qualities due to its chemical nature, microcrystalline cellulose is a multifunctional product with extremely wide and diverse application in the food industry, pharmaceutical industry and biotechnology, cosmetics, chemical industry and 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.Various methods are known in the literature for the preparation of MCC by a combination of acid hydrolysis and various other processes, usually using bleached cellulose for chemical processing, which is characterized by a low content of pentosans and which is subjected to bleaching with specific oxidants to achieve of high whiteness.

• * I * · »· · · .••з. .::/ : ’• * I * · »· · ·. •• з. . :: /: ’

В патент на САЩ US9469695B2 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.U.S. Pat. No. 994,69695B2 describes a method for producing microcrystalline cellulose comprising acidifying and purifying fibrous cellulosic material from 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 hydrolysis, wherein the mixture or the separated hydrolyzate or the microcrystalline cellulose can be neutralized. The proposed method does not take into account the whiteness of microcrystalline cellulose, which decreases significantly at high hydrolysis temperatures.

От BG19462, 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 от 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.From BG19462, analogous to US patent 3,954,727, a method for producing microcrystalline cellulose is known, in which the hydrolysis of cellulose is carried out with dilute sulfuric acid at a temperature of 120 to 160 ° C, while simultaneously chemically disaggregating the product, which after this is subjected to additional bleaching, cleaning, washing and drying.

В международна заявка за патент WO2016182867 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 WO2016182867 describes a method which makes it possible to obtain bleached microcrystalline cellulose from both chemical processing pulp and paper pulp, which comprises neutralizing or alkalizing a suspension of an acidic microcrystalline reaction mixture, usually obtained by acidic hydrolysis or by electron beam irradiation followed by the addition of an oxidant to such a reaction mixture.

От патент RU2298562 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 маскимална 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 patent RU2298562 C1 is known a method for production of microcrystalline cellulose from unbleached cellulose with initial whiteness up to 65%, which is subjected to single-stage 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 problem with the whiteness of the microcrystalline cellulose in this method is mainly due to the absorption of chromophore structures on the cellulose in the process of one-step acid hydrolysis.

От международна заявка WO2019095024 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 WO2019095024 there is a known method for producing microcrystalline cellulose by two-stage acid hydrolysis and washing with water after each of the stages of hydrolysis, which allows from bleached paper pulp to obtain microcrystalline cellulose with sufficiently high whiteness, (ie without 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 concluded that most of the known methods for producing microcrystalline cellulose by acid hydrolysis of cellulose are not suitable for the treatment of cellulose with a high content of hemicelluloses. Carrying out acid hydrolysis to some extent leads to a significant absorption of chromophore 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 to obtain from unbleached cellulose microcrystalline cellulose with high whiteness and low content of pentosans, which is suitable for use in the pharmaceutical, cosmetic and food industries.

КРАТКО ОПИСАНИЕ НА ТЕХНИЧЕСКАТА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОBRIEF DESCRIPTION OF THE TECHNICAL SUMMARY 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.A problem of the present invention is to develop an efficient method for producing microcrystalline cellulose by acid hydrosis of unbleached paper pulp, so as to obtain as a final product bleached microcrystalline cellulose with a low content of pentosans, characteristic of cellulose 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 producing bleached microcrystalline cellulose from unbleached pulp for paper, which includes two separate stages of acid hydrolysis, each of which is followed by washing with water and removal of dissolved pentose sugars, and subsequent bleaching of 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 stage 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, removing the sugars passed into solution;

в) Втора степен на киселинна хидролиза, при която степента на полимеризация на целулозата се понижава до размер на частиците характерен за микрокристална целолоза, а съдържанието на пентозани се понижава до нива, характерни за целулоза за химично преработване;(c) Second degree of acid hydrolysis, in which the degree of polymerisation of the cellulose is reduced to the particle size characteristic of microcrystalline cellulose and the content of pentosans is reduced to levels typical of cellulose for chemical processing;

г) Промиване на получената след втората степен на киселинна хидролиза микрокристална целулоза;d) Washing of the microcrystalline cellulose obtained after the second stage of acid hydrolysis;

д) Избелване на микрокристалната целолоза, получена след двустепенна киселинна хидролиза, с окислителни избелващи реагенти.e) Bleaching of microcrystalline cellulose obtained after two-stage 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 degree of bleaching and isolation of the resulting high whiteness microcrystalline cellulose.

ДЕТАЙЛНО ОПИСАНИЕ НА ТЕХНИЧЕСКАТА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОDETAILED DESCRIPTION OF THE TECHNICAL SUMMARY OF THE INVENTION

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 минути, за предпочитане от 20 до 150 минути и още повече за предпочитане от 40 до 120 минути.The essence of the method according to the invention consists in the fact 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. the acid is added in an amount of 1.0 to 5.0 weight percent, based on the weight of absolutely dry cellulose. The hydrolysis is carried out at temperatures of 125 ° C to 180 ° C, preferably at a temperature of 130 ° C to 160 ° C and even more preferably from 135 ° C to 150 ° C. The reaction time in the first step of the acid hydrolysis is from 10 to 180 minutes, preferably from 20 to 150 minutes and even more preferably from 40 to 120 minutes.

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 wash of the cellulose with distilled water is carried out 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 аболютно 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 минута до 180 минути, за предпочитане от 20 минутни до 150 минути и още повече за предпочитане от 40 до 120 минути.In the second stage of the process 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% by weight of the total weight of the reaction mixture. The acid is added in an amount of 0.5 to 5.0 weight percent, 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 minutes to 180 minutes, preferably from 20 minutes to 150 minutes and even more preferably from 40 to 120 minutes.

Промиването на получената получената след втората степен на киселинна хидролиза неизбелена микрокристална целулоза се извършва с дестилирана вода.The washing of the unbleached microcrystalline cellulose obtained after the second stage of acid hydrolysis is carried out with distilled water.

Част от промивните води от втората киселинна степен могат да се използват при междинното промиване.Part of the wash water of the second acid degree 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 областа 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 абсорбцията 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 for the person skilled in the art, it was found that when carrying out the first stage of acid hydrolysis at the beginning of the process, but at different durations as a function of the reaction temperature, a moment passes from hemicelluloses and related chromophore structures. Completion of the first stage of hydrolysis at this time ensures their removal from the system by intermediate washing. Thus, in the second stage of acid hydrolysis, the destructive processes with dissolved sugars are significantly limited, leading to the formation of new chromophore structures and the possibility of their absorption on cellulose is minimized. The obtained 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 and lower consumption of bleaching 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 минута до 240 минути, за предпочитане от 20 минутни до 180 минути и още повече за предпочитане от 30 - 120 минути. Разходът на избелващ реагент и на добавената NaOH е от 0.2 до 5.0 тегловни процента, на базата на теглото на аболютно 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 obtained unbleached microcrystalline cellulose is carried out with classical oxidative bleaching reagents such as: hydrogen peroxide in an alkaline medium; pressurized oxygen in an alkaline medium (alone or in combination with hydrogen peroxide); chlorine dioxide and peracetic acid. Bleaching conditions are standard for the respective reagents. The bleaching temperature is in the range from 50 ° C to 110 ° C, preferably at a temperature of from 60 ° C to 100 ° C and even more preferably from 70 ° C to 100 ° C. The duration of the bleaching in the individual stages is from 10 minutes to 240 minutes, preferably from 20 minutes to 180 minutes and even more preferably from 30 to 120 minutes. The consumption of bleaching reagent and added NaOH is from 0.2 to 5.0 weight percent, based on the weight of absolutely dry cellulose. The pressure during oxygen bleaching is from 0.2 to 7.0 atm. The number of bleaching steps and the consumption of bleaching reagents is less than that required to bleach the starting cellulose, which is determined by the significant reduction in the Kappa number as a result of the acid hydrolysis. After each degree of bleaching, rinse with water.

Финалното промиване на получената 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 resulting bleached microcrystalline cellulose is performed with desalinated water. Some of the wash water can be used for rinsing after previous stages.

Съгласно изобретението, като изходен влакнест материал се използва неизбелена целулоза, която може да бъде: сулфатна целулоза; сулфитна целулоза; натронова целулоза; целулоза получена след изваряване с органични разтворители или след преработване на отпадъчна хартия.According to the invention, unbleached cellulose is used as a starting fibrous material, which can be: sulphate cellulose; sulfite cellulose; soda ash; cellulose obtained 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, deciduous wood, from non-woody plant raw materials, such as straw, hemp, kenaf, ramie, bamboo and other cellulose-containing agricultural vegetable waste.

Използваната целулоза може да е със високо съдържание на пентозани над 15 /о.The cellulose used may be high in 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.The hydrolysis in the first and second stages of acid hydrolysis in the process according to the invention can be carried out with dilute organic acids (oxalic, formic, acetic, etc.), solutions of sodium bisulphite and sodium bisulphate, with dilute inorganic acids, preferably mineral acids. such as 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 high-whiteness microcrystalline cellulose by acid hydrolysis of unbleached cellulose and subsequent bleaching at significantly lower reagent consumption and at a reduced 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 limitation of the destructive processes with dissolved sugars and the formation of chromophore structures, as a result of which the possibility of absorption of these structures on the cellulose is minimized;

- 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 obtained unbleached microcrystalline cellulose has a significantly lower Kappa number than the initial cellulose, which 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;- by appropriate temperature-time regime of the two-stage acid hydrolysis and after additional bleaching, bleached microcrystalline cellulose with low content of pentosans is obtained, characteristic for the 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 adjustment;

- 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 control of the acid hydrolysis process is its much more uniform flow.

Примерно изпълнение на изобретениетоAn exemplary embodiment 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 illustrate 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 performed with unbleached and oxygen-delignified broad-leaved cellulose, which is characterized by a content of pentosans in the cellulose over 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.The acid hydrolysis in the first and second stage 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 абе. суха целулоза, е определена концентрация на масата и добавено към нея необходимо количество разредена киселина.The autoclaves are loaded with a pre-disintegrated pulp containing 30 g of abe. dry cellulose, a mass concentration is determined and the required amount of dilute acid is added to it.

Автоклавите се поставят във вана с полиетиленгликол, която е продварително подгрята до необходимата температура. Времето за темпериране на автоклавите е 5 минути. След завършване на хидролизния процес автоклавите се изваждат и охлаждат със студена вода.The autoclaves are placed in a bath of polyethylene glycol, which is preheated to the required temperature. The autoclave tempering time is 5 minutes. 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 е размери на порите 2 — 3 pm. 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 е 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 was washed on a Buchner funnel with a vacuum pump through a filter with a pore size of 2 - 3 pm. The first filtrate was separated for analysis for sugars and furfural by HPLC Dionex liquid chromatographic system according to NREL Technical Report (NREL / TP-510-42623). Each sample is washed with distilled water. A partial intermediate wash between the acid hydrolysis steps is also performed, in which case the mass is diluted with distilled water to a concentration of 5% and 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 CH 2 , hydrogen peroxide and peracetic acid is carried out under appropriate conditions in plastic bags placed in a water bath. Oxygen bleaching is performed under pressure in rotating autoclaves.

Промиването след всяка степен на избелване се извършва с дестилирана вода, а крайното промиване с дълбоко обезсолена вода.Rinsing after each degree of bleaching is done with distilled water, and the final rinsing with deeply desalinated 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 were characterized by a Fritsch Analysette 22 Micro Tec Plus laser analyzer. The average degree of polymerization of DP cellulose was determined according to the pharmacopoeia standard and the whiteness according to ISO 2470. The content of pentosans in cellulose was determined according to TAPPI T223 cm-10 and the Kappa number according to ISO 302: 2004. The yield of IAS 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 съдържаниена 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 Λ и за двете степени. Продължителността на процеса е 60 минути за първата степен и 60 и 90 минути 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 a pentosan content of 19.7%. Acid hydrolysis was performed 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 Λ for both stages. The duration of the process is 60 minutes for the first degree and 60 and 90 minutes for the second. The cellulose is washed after the first acid stage 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 мин., 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 the process before the second stage of acid hydrolysis, no absorption of caramels and breakdown products of sugars on MCC is observed. At this temperature after 60 minutes, the content of pentosans decreases to 11% and the Kappa number to 4.6. The average degree of polymerization is reduced to 460.

Табл. 1 Киселинна хидролиза на стандартна кислородно-делигнифицирана целулоза приTable. 1 Acid hydrolysis of standard oxygen-delignified cellulose at

условия на хидролиза hydrolysis conditions добив, % yield,% глюкоза, % от асц. glucose,% from asc. ксилоза, % от асц. xylose,% of asc. ФурФур, % от асц. FurFur,% from asc. DP по SCAN DP by SCAN DP по фарм. DP on the farm. пентозани % pentosans% капа число cap number Първа ст First st епен киселинна хидролиза на стандартна кислородно-делигнис ппи разход на к-на 3%; продължителност 60 мин и температур epen acid hydrolysis of standard oxygen-delignis ppi consumption of k-na 3%; duration 60 min and temperatures шцирана цел а Т 150°С target temperature 150 ° C улоза улоза 3.0% H2SO4 60 мин.3.0% H 2 SO 4 60 min. 82.8 82.8 1.66 1.66 8.16 8.16 0.45 0.45 577 577 461 461 10.98 10.98 4.58 4.58 Втора степен Second degree киселинна хидролиза на стандартна кислородно-делигнифицирана целулоза при раз 2%. продължителност 60 и 90 мин и температура 150 С______________ acid hydrolysis of standard oxygen-delignified cellulose at 2% times. duration 60 and 90 min and temperature 150 C ______________ под на к-на under the k-na 60 мин. 60 min. 75.5 75.5 (1.66+2.33) 3.99 (1.66 + 2.33) 3.99 (8.16+2.62) 10.78 (8.16 + 2.62) 10.78 0.75 0.75 400 400 319 319 6.70 6.70 4.48 4.48 90 мин. 90 min. 71.9 71.9 (1.66+2.30) 3.96 (1.66 + 2.30) 3.96 (8.16+2.95) 11.11 (8.16 + 2.95) 11.11 0.79 0.79 377 377 301 301 6.42 6.42 3.89 3.89

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 pentosan content is further reduced to 6%. The average degree of polymerization is a little over 300. The kappa number after the second degree of acid hydrolysis reaches levels of 4 units, which is a prerequisite for more efficient bleaching.

Избелването с пероксид е проведено при концентрация на масата 10/о, температура 70°С, продължителност 120 мин., разход на пероксид 1.0% и разход на NaOH 2.5%.Peroxide bleaching was performed at a mass concentration of 10%, temperature 70 ° C, duration 120 min, peroxide consumption 1.0% and NaOH consumption 2.5%.

Избелването с СЮ2 е проведено при концентрация на масата 10%, температура 70°С, продължителност 60 минути, разход на аС1 2.0% и 2.5%.Bleaching with CY 2 was performed at a mass concentration of 10%, temperature 70 ° C, duration 60 minutes, consumption of aCl 2.0% and 2.5%.

Микрокристалната целулоза, получена след двустепенна киселинна хидролиза на кислородно-делигнифицирана 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.The microcrystalline cellulose obtained after two-stage acid hydrolysis of oxygen-delignified unbleached cellulose is 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 the 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.The degree of bleaching and the consumption of bleaching reagents is less than that required for the bleaching of the starting cellulose, which is determined by the significant reduction in the Kappa number as a result of the acid hydrolysis.

Установи се, че провеждането на степените на избелване с С1О2 в кисела среда, като последна степен осигурява необходимото ниско пепелно съдържение на микрокристалната целулоза.It was found that carrying out the stages of bleaching with C1O 2 in an acidic medium, the last stage providing the necessary low ash content of 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 than that of paper pulp bleaching.

Табл. 2 Избелване с С1О2 и Н2О2 на МСС получена след двустепенна киселинна хидролизаTable. 2 Bleaching with C 2 O 2 and H 2 O 2 of MCC obtained after two-stage acid hydrolysis

ня стянпяптня [гислопопно-лелигниЛиципана целулоза __________________________ nya styanpyaptnya [gislopopno-leligniLitsipana cellulose __________________________ Условия на избелване Bleaching conditions DP по Фаомакоп. DP by Faomakop. белота, % ISO whiteness,% ISO съдърж. на пепел,% content of ash,% пентозани, % pentosans,% среден размер МСС, μπι average MCC size, μπι След в гора оспен киселинна хидролиза на стандартна кислородно-делигнифицирана при .......... ..... па масата 12.5%: температура T 150‘ С. продължителност 60 мин и разход на киселина 2% After in the forest smallpox acid hydrolysis of standard oxygen-delignified at .......... ..... pa mass 12.5%: temperature T 150 'C. duration 60 min and acid consumption 2% 1 ет. избелване 1.0% разход Н2О2 2.5% разход NaOH 120 мин., 70°С, 10% конц.1st floor bleaching 1.0% H 2 O 2 consumption 2.5% NaOH consumption 120 min, 70 ° C, 10% conc. II ст. избелване с С1О2 2.0% разход аС1 60 мин.. ΌΌ. 10% конц.II stage bleaching with С1О 2 2.0% consumption аС1 60 min. ΌΌ. 10% conc. 307 307 88.5 88.5 0.2086 0.2086 6.27 6.27 31.3 31.3 След втора степен киселинна концентрация па маста 12.5%: I ст. избелване 1.0% разход Н2О2 2.5% разход NaOH 120 мин., 70° С, 10% конц.After the second degree acid concentration of the ointment 12.5%: I degree bleaching 1.0% consumption H 2 O 2 2.5% consumption NaOH 120 min., 70 ° С, 10% conc. хидролиза на стандарта кислородно-делигнифицирана при температураТ 150РС. продължителност 90 мин и разход на кисе.hydrolysis of the standard oxygen-delignified at a temperature of T 150 P C. duration 90 min and consumption of vinegar. шна 2% shna 2% II ст. избелване с С1О2 2.5% разход аС1 60 мин., 70° С, 10% конц.______II degree bleaching with С1О 2 2.5% consumption аС1 60 min., 70 ° С, 10% conc .______ 286 286 91.0 91.0 0.0449 0.0449 5.88 5.88 31.6 31.6

Представеният пример показват кислородно-делигпифицирана 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 oxygen-deligified unbleached cellulose, by two-stage acid hydrolysis and subsequent bleaching, microcrystalline cellulose can be obtained, meeting the requirements of the European Pharmacopoeia and characterized by a content of pentosans comparable to that of commercial microcrystalline cellulose products. bleached cellulose 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 съдържаниена 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 минути за първата степен и 60 и 90 минути за втората. Целулозата е с дестилирана вода.Table 3 presents the results of single-stage and two-stage acid hydrolysis of unbleached broadleaf cellulose, characterized by Kappa number 18.01% and pentosan content 19.9%. Acid hydrolysis was performed 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 was 150-C and the mass concentration was 12.5% for both grades. The duration of the process is 60 minutes for the first degree and 60 and 90 minutes for the second. The cellulose is with distilled water.

процеса преди втората степен на киселинна промита след първата киселинна степен При условията на водене на хидролиза, не се наблюдава абсорция на карамели и продукти на разграждане на захарите върху МСС. При тази температура след 60 мин., съдържанието на пентозани се понижава до 10%, а Капа числото до 13. Средната степен на полимеризация се понижава до 460.the process before the second stage of acid washing after the first acid stage Under the conditions of hydrolysis, no absorption of caramels and breakdown products of sugars on MCC is observed. At this temperature after 60 minutes, the content of pentosans decreases to 10% and the Kappa number to 13. The average degree of polymerization decreases to 460.

Табл. 3 Киселинна хидролиза на стандартна неизбелена целулоза при концентрация и. масатаTable. Acid hydrolysis of standard unbleached cellulose at concentration and mass

12.5% и темп условия на хидролиза 12.5% and temp hydrolysis conditions ература добив, % era yield,% Г 150°С глюкоза, % от асц. G 150 ° C glucose,% from asc. ксилоза, % от асц. xylose,% of asc. фурфур, % от асц. furfur,% from asc. DP по SCAN_ DP by SCAN_ DP по фарм. DP on the farm. пентозани % pentosans% капа число cap number Първа степен на киселинна хидр< 3.5%; продъл First degree of acid hydr < 3.5%; continued злиза на стандартна неизбелена целулоза при разход на ,..,™ .опет ап мин и температура Т 150°С_____________ goes to standard unbleached cellulose at a consumption of, .., ™ .ope ap min and temperature T 150 ° C _____________ к-на to-on 7.65 7.65 0.43 0.43 580 580 463 463 10.06 10.06 13.04 13.04 3.5%H2SO4 60 мин.3.5% H 2 SO 4 60 min. 79.2 79.2 1.44 1.44 Втора степен киселинна хидролиза на _____продължи Second degree acid hydrolysis of _____ continued тандартна и специфична неизбелена целулоза при разход па Тропот 60 И 90 мин и температура 150°С----- standard and specific unbleached cellulose at a consumption of pa Tropot 60 I 90 min and temperature 150 ° С ----- (7.65+1.7 8) 9.43 (7.65 + 1.7 8) 9.43 0.60 0.60 410 410 328 328 5.85 5.85 12.28 12.28 60 мин. 60 min. 68.4 68.4 (1.44+1.39) 2.83 (1.44 + 1.39) 2.83 11.56 11.56 90 мин. 90 min. 69.0 69.0 (1.44+1.82) 3.26 (1.44 + 1.82) 3.26 (7.65+2.1 1) 9.76 (7.65 + 2.1 1) 9.76 0.67 0.67 369 369 295 295 5.73 5.73

• .::u.. : · * ’··:•. :: u ..: · * '··:

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 is further reduced to levels below 6%. The average degree of polymerization is about 300. The Kappa number decreases after the second degree of acid hydrolysis to levels of about 12 units, which is a prerequisite for more efficient bleaching.

Избелването с пероксид е проведено при концентрация на масата 10%, температура 70°С, продължителност 120 мин., разход на пероксид 2.0 % и разход на NaOH 2.5%.Bleaching with peroxide was performed at a mass concentration of 10%, temperature 70 ° C, duration 120 min, peroxide consumption 2.0% and NaOH consumption 2.5%.

Избелването с С1О2 е проведено при концентрация на масата 10%, температура 70°С, продължителност 60 минути, разход на аС1 0.5%, 1.0/о и 2.0/о.Bleaching with C 2 O 2 was performed at a mass concentration of 10%, temperature 70 ° C, duration 60 minutes, consumption of aCl 0.5%, 1.0% and 2.0%.

Табл. 4 Избелване е С1О2 и Н2О2 на МСС получена след двустепенна киселинна хидролизаTable. 4 Bleaching is C1O 2 and H 2 O 2 of MCC obtained after two-stage acid hydrolysis

на неизбелена целулоза Условия на избелване of unbleached cellulose Bleaching conditions DP по гЬяпмякоп. DP on gjapmjakop. белота, % ISO whiteness,% ISO съдърж. на пепел, °/« content of ash, ° / « пентозани, % pentosans,% среден размер МСС, pm__ medium size MCC, pm__ След втора степен на кисслш масата 12.5%^ температура Т I ст. избелване 2.0% разход Н2О2 2.5% разход NaOH 120 мин,, 70“ С, 10% конц. II ст. избелване с С1О2 2.0% разход аС1After the second degree of acid mass 12.5% ^ temperature T I degree of bleaching 2.0% consumption H 2 O 2 2.5% consumption NaOH 120 min ,, 70 “C, 10% conc. II stage bleaching with C1O 2 2.0% consumption aC1 та хидролиза на стандартна неизоелена целу 150°С, продължителност 60 мин и разход н^ь hydrolysis of a standard non-isolated whole 150 ° C, duration 60 min and flow rate чоза при концентрация на •исслина 2%_______ choza at a concentration of • isslina 2% _______ III ст. избелване с С1О2 1.0% разход аС1III stage bleaching with C1O 2 1.0% consumption aC1 311 311 90.3 90.3 0.1094 0.1094 5.52 5.52 31.8 ---— 31.8 ---— 60 мин.. 0 ( . Ю <> конн.___ След взори степен на киселини 60 min .. 0 (. Ю <> конн .___ After staring degree of acidity 1 хидролиза на стандарта неизбелена целулоза ιιρι 1 hydrolysis of standard unbleached cellulose ιιρι концентрация на масата ιζ.θ/ц- mass concentration ιζ.θ / c- 1 ст. избелване 2 .0% разход Н2О2 2.5% разход NaOH 120 мин., 70’С, 10% конц. II ст. избелване с С1О2 2.0% разход аС11 tbsp bleach 2 .0% H 2 O 2 consumption 2.5% NaOH consumption 120 min., 70'C, 10% conc. II stage bleaching with C1O 2 2.0% consumption aC1 III ст. избелване с С1О2 0.5% разход аС1 60 мин., 70“С, 10% конц.______III degree bleaching with С1О 2 0.5% consumption аС1 60 min., 70 “С, 10% conc .______ 300 300 89.9 89.9 0.0293 ___ 0.0293 ___ 5.04 5.04 32.4 32.4

Микрокристална целулоза с висока белота и с показатери, 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).High-whiteness microcrystalline cellulose with indicators meeting the requirements of the European Pharmacopoeia is obtained by bleaching microcrystalline cellulose, which is 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.The degree of bleaching and the consumption of bleaching reagents is less than that required for the bleaching of the starting cellulose, which is determined by the significant reduction in the Kappa number as a result of the acid hydrolysis.

/1¾ · : : / * : ’J/ 1¾ ·:: / *: ’.

Установи се, че провеждането на степените на избелване с СЮг в кисела среда, като последна степен осигурява необходимото ниско пепелно съдържение на микрокристалната целулоза.It has been found that carrying out the blending steps with SO 2 in an acidic medium, the latter stage, provides the necessary low ash content of 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 than that of paper pulp bleaching.

Пример 3Example 3

Изследванията са проведени с неизбелена широколисна целулоза, характеризираща се с Капа число 16.62% и съдържаниена пентозани 19.6/о.The studies were performed 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/о за втората степен. Реакционната температура е 150°С, а концентрацията на масата 12,5 Λ и за двете степени. Продължителността на процеса е 30, 60, 90, 120 и 150 минути за първата степен и 60 и 90 минути за втората (табл.5). Целулозата е промита след първата степен на киселинна хидролиза с дестилирана вода, като е проведено и частично междинно промиване.The 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 Λ for both stages. The duration of the process is 30, 60, 90, 120 and 150 minutes for the first stage and 60 and 90 minutes 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 performed.

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 the cellulose and the content of pentosans is observed, and the process is accompanied by a corresponding decrease in the 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 минути достига стойност, която надвишава с 2 единици тази на изходната целулоза. Този ефект може да се обясни с протичане на абсорция 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 decreases sharply by about 4 units at the very beginning of acid hydrolysis, and at this reaction temperature after the 60th minute of the first stage of acid hydrolysis increases significantly and reaches 150 minutes a value which exceeds by 2 units that of the initial cellulose. This effect can be explained by the absorption of caramels and sugar breakdown products on the IAS.

След втората степен на киселинна хидролиза с продължителност 60 и 90 минути 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 with duration of 60 and 90 minutes the content of pentosans is further reduced 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 .

.• чз..: : / . : ···. • чз ..:: /. : ···

Табл. 5 Киселинна хидролиза на стандартна неизбелена целулоза при концентрация на масатаTable. 5 Acid hydrolysis of standard unbleached cellulose at mass concentration

12.5% и температура Т 12.5% and temperature T 150 С глюкоза, % от асц. 150 С glucose,% from asc. ксилоза, % от асц. xylose,% of asc. ФурФур, % от асц. FurFur,% of asc. DP по SCAN DP by SCAN DP по фарм. DP on the farm. пентозани % pentosans% капа число cap number условия на хидролиза hydrolysis conditions добив, % yield,% Първа степ< First step < гн кисела gn sour 1нна хидрол 12.5%; кони 1na hydrol 12.5%; horses иза на стандартна неизбелена целу ентпация на Н24 3.5% и темпергbecause of the standard unbleached whole entpation of H 2 8O 4 3.5% and temperg лоза при 1тура Т 1 vine at 1tura T 1 концентрацм 50°С concentration of 50 ° C я на I'm on 3.5%H2SO4 30 мин.3.5% H 2 SO 4 30 min. 78.8 78.8 1.69 1.69 7.95 7.95 0.55 0.55 590 590 472 472 8.91 8.91 12.39 12.39 3.5%H2SO4 3.5% H 2 SO 4 74,6 74.6 2.64 2.64 9.22 9.22 0.98 0.98 543 543 434 434 7.34 7.34 12.81 12.81 3.5%H2SO4 3.5% H 2 SO 4 72,1 72.1 3.21 3.21 9.31 9.31 1.29 1.29 458 458 366 366 5.42 5.42 14.71 14.71 3.5%H2SO4 3.5% H 2 SO 4 70.9 70.9 3.86 3.86 8.96 8.96 1.81 1.81 416 416 333 333 4.66 4.66 17.35 17.35 3.5%H2SO4 3.5% H 2 SO 4 67.7 67.7 4.90 4.90 8.68 8.68 2.52 2.52 360 360 288 288 3.60 3.60 18.32 18.32 Втора c Second c тепен кис warm vinegar елинна хидролиза на стандартна неизбелена целуло пполължителност 60 и 90 мин и температура 15 Hellenic hydrolysis of standard unbleached cellulose for 60 and 90 minutes and temperature 15 за при раз 0°С for at 0 ° C ход на к-на 2°/ 2 ° course / 0, 0, 60 мин. 1 степен + 90 мин. 60 min. 1 degree + 90 min. 65.3 65.3 (2.64+2.35) 4.99 (2.64 + 2.35) 4.99 (9.22+1.10) 10.32 (9.22 + 1.10) 10.32 1.23 1.23 351 351 281 281 3.78 3.78 12.82 12.82 90 мин. I степен + 60 мин. II степен___ 90 min. I degree + 60 min. II degree ___ 64.5 64.5 (3.21+2.47) 5.68 (3.21 + 2.47) 5.68 (9.31+1.18) 10.48 (9.31 + 1.18) 10.48 1.43 1.43 309 309 247 247 2.82 2.82 15.18 15.18

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 е оптимална продължителност от около 60 минути, 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 optimal bleaching of microcrystalline cellulose, it is desirable under the conditions of carrying out the two-stage acid hydrolysis with intermediate washing with water, the first stage of acid hydrolysis, at the indicated reaction temperature, to be an optimal duration of about 60 minutes. achieves a final Kappa number of microcrystalline cellulose 4 units lower than that of the original cellulose.

Избелването с пероксид е проведено при концентрация на масата 10%, температура 70»С, продължителност 120 мин., разход на пероксид 2% и разход на NaOH 2.5%.Bleaching with peroxide was performed at a mass concentration of 10%, temperature 70 ° C, duration 120 minutes, peroxide consumption 2% and NaOH consumption 2.5%.

Избелването с С1О2 е проведено при концентрация на масата 10%, температура 70°С, продължителност 60 минути, разход на аС12.0%.Bleaching with Cl 2 was performed at a mass concentration of 10%, temperature 70 ° C, duration 60 minutes, consumption aC12.0%.

Λ Λ Λ _ * ·14. : ···Λ Λ Λ _ * · 14. : ···

r.n Μ η ня МСС получена след едностепенна и двустепенна киселинна Табл. 6 Избелване с С1О2 и Н2О2 на МСС получена следrn Μ η is MCC obtained after one-stage and two-stage acid Table. 6 Bleaching with C1O 2 and H 2 O 2 of MCC obtained after

хидоолиза на неизбелена цел Условия на избелване hydrolysis of unbleached target Bleaching conditions улоза___ DP по улоза ___ DP по белота, % ISO whiteness,% ISO пентозани, % __ pentosans,% __ среден размер МСС, pm __ average MCC size, pm __ (р а р м к oil» 1 (p a r m k oil »1 ________ „„..τταητιπι неизбелена целулоза ________ „„ ..τταητιπι unbleached cellulose ......ап...... 1 степен и 90 мин. II степен киселииш^^ --- ...... ap ...... 1 degree and 90 min. II degree sour ^^ --- - , I;—й__------- ----—τ- Ι ст. изоелване , I; —й __------- ----— τ- Ι st. Isoelvane 2.0% разход Н2О2 2.5% разход NaOH2.0% consumption of H 2 O 2 2.5% consumption of NaOH ---- ---- 120 мин., 70 С, Ю/оконц. 11 ст. избелване с СЮ2 2.0% разход аС1120 min, 70 C, S / w. 11 st. Whitening with SU 2 2.0% consumption aC1 262 262 88.2 88.2 3.47 3.47 32.7 32.7 оо мин.. 0 С. 10°> конц. oo min .. 0 C. 10 °> conc. ________1 ________1 ................................................... .................................................. . Слея 90 mhil ]_степен_и60_!*1ин Merge 90 mhil] _degree_i60 _! * 1in П степен кисе^инн^хт^™^^^^ P degree kis ^ inn ^ xt ^ ™ ^^^^ лу»юза— .- лу »юза— .- I ст. избелване I st. Whitening 2.0% разход Н2О2 2.5% разход NaOH2.0% consumption of H 2 O 2 2.5% consumption of NaOH _________— _________— 120 мин., 70 С, ш/о конц. II ст. избелване с СЮ2 2.0% разход аС1120 min, 70 C, w / o conc. II stage bleaching with SU 2 2.0% consumption aC1 238 238 84.7 84.7 2.75 2.75 26.8 26.8 (10 М1111.._(н_. 10_о_КОП1£____ След 150 мин. 1 степен кисели(10 М1111 .._ ( н_. 10_о_КОП1 £ ____ After 150 min. 1 degree sour целулоза____ cellulose ____ »на --- "on --- 1 ст. избелване 1 tbsp whitening 2.0% разход Н2О2 2.5% разход NaOH2.0% consumption of H 2 O 2 2.5% consumption of NaOH _____ _____ 120 мин., 70 О, Ю/о конц._____ II ст. избелване с СЮ2 2.0% разход аС1 60 мин., 70° С, 10% конц.120 min., 70 O, S / o conc ._____ II degree bleaching with SU 2 2.0% consumption aC1 60 min., 70 ° C, 10% conc. 273 _____ 273 _____ 81.2 81.2 3.46 3.46 35.4 35.4

Технологичен ефект от проведеждапето на избелване след двустепенна киселинна хидролиза на неизбелеиа целулоза при реакционна температура от 150°С, при продължителност на първата степен 60 минути и на втората 90 минути (табл.6) е получаването на микрокристална целулоза с висока белота, ниско съдържание на пентозани и с показатери отговарящи на изискванията на европейската фармакопея.Technological effect of the bleaching process after two-stage acid hydrolysis of unbleached cellulose at a reaction temperature of 150 ° C, with a duration of the first stage of 60 minutes and the second 90 minutes (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 Кана числото при неизбелената микрокристална целулоза закономерно едностепенно водене водят до по-ниска белота след избелването, като при на процеса на киселинна хидролиза белотата на микрокристалната целулоза е със 7% по-ниска.Higher values of Kana number in unbleached microcrystalline cellulose naturally one-step lead to lower whiteness after bleaching, and in the process of acid hydrolysis the whiteness of microcrystalline cellulose is 7% lower.

Claims (12)

1. Метод за получаване на избелена микрокристална целулоза от целулоза с концентрация от 5% до 30% спрямо общото тегло на реакционната смес, чрез двустепенна киселинна хидролиза с разредена киселина, включващ междинно промиване с вода на целулозата, получена след първата степен на киселинна хидролиза, характеризиращ се е това, че като изходна суровина се използва неизбелена целулоза, първата степен на киселинна хидролиза се провежда с разредена киселина в количество от 1.0 до 5.0, на база теглото на абсолютно сухата целулоза при температури от 125°С до 180°С за време от 10 до 180 минути, след което промитата след първата степен на киселинна хидролиза целулоза с концентрация от 5% до 30% спрямо общото тегло на реакционната смес се подлага на втора степен на киселинна хидролиза с разредена киселина в количество от 0.5 до 5.0 тегловни процента, на база теглото на абсолютно сухата целулоза, при което хидролизата се провежда при температури от 100°С до 180°С, за време от 10 минути до 180 минути, последвано от промиване с вода и избелване на получената неизбелена микрокристална целулоза, като след всяка степен на избелване микрокристалната целулоза се промива с вода, а финалното промиване на получената избелена микрокристална целулоза се извършва с обезсолена вода.A method for producing bleached microcrystalline cellulose from cellulose at a concentration of 5% to 30% by weight of the reaction mixture, by two-stage acid hydrolysis with dilute acid, comprising intermediate washing with water of the cellulose obtained after the first stage of acid hydrolysis, characterized in that unbleached cellulose is used as a raw material, the first stage of acid hydrolysis is carried out with dilute acid in an amount of 1.0 to 5.0, based on the weight of absolutely dry cellulose at temperatures from 125 ° C to 180 ° C for a time from 10 to 180 minutes, after which the cellulose washed after the first stage of acid hydrolysis at a concentration of 5% to 30% by weight of the total reaction mixture is subjected to a second stage of acid hydrolysis with dilute acid in an amount of 0.5 to 5.0% by weight, based on the weight of absolutely dry cellulose, in which the hydrolysis is carried out at temperatures from 100 ° C to 180 ° C, for a period of 10 minutes to 180 m followed by washing with water and bleaching the resulting unbleached microcrystalline cellulose, after each stage of bleaching the microcrystalline cellulose is washed with water and the final washing of the obtained bleached microcrystalline cellulose is carried out with desalinated water. 2. Метод, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че температурата на провеждане на първата степен на киселинна хидролиза е за предпочитане от 130 С до 160°С и още повече за предпочитане от 135°С до 150°С.Process according to Claim 1, characterized in that the temperature for carrying out the first step of acid hydrolysis is preferably from 130 ° C to 160 ° C and even more preferably from 135 ° C to 150 ° C. 3. Метод, съгласно претенция 1 и 2, характеризиращ се с това, че температурата на провеждане на втората степен на киселинна хидролиза е за предпочитане от 120°С до 160°С и още повече за предпочитане от 130°С до 150°С.Process according to Claims 1 and 2, characterized in that the temperature for carrying out the second stage of acid hydrolysis is preferably from 120 ° C to 160 ° C and even more preferably from 130 ° C to 150 ° C. 4. Метод, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че времето за провеждане на първата степен на киселинна хидролиза е за предпочитане 20 до 150 минути и още повече за предпочитане от 40 до 120 минути.Process according to Claim 1, characterized in that the time for carrying out the first step of acid hydrolysis is preferably 20 to 150 minutes and even more preferably 40 to 120 minutes. 5. Метод, съгласно претенция 1 и 4, характеризиращ се с това, че времето за провеждане на втората степен на киселинна хидролиза е за предпочитане 20 до 150 минути и още повече за предпочитане от 40 до 120 минути.Process according to Claims 1 and 4, characterized in that the time for carrying out the second stage of acid hydrolysis is preferably 20 to 150 minutes and even more preferably from 40 to 120 minutes. 6. Метод, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че киселината в първата и втората степен на киселинна хидролиза може да бъде разредена органична киселина, воден разтвор на натриев бисулфит, воден разтвор на натриев бисулфат, разредена неорганична киселина, за предпочитане минерална киселина.Process according to Claim 1, characterized in that the acid in the first and second stages of acid hydrolysis can be a dilute organic acid, an aqueous solution of sodium bisulphite, an aqueous solution of sodium bisulphate, a dilute inorganic acid, preferably a mineral acid. . 7. Метод, съгласно претенция 1 и 6, характеризиращ се с това, че разредената органична киселина може да бъде оксалова, оцетна, мравчена киселина.Process according to Claims 1 and 6, characterized in that the dilute organic acid can be oxalic, acetic, formic acid. 8. Метод, съгласно претенция 1 и 6, характеризиращ се с това, че разредената минерална киселина може да бъде хлороводородна киселина, сярна киселина, азотна киселина.Process according to Claims 1 and 6, characterized in that the dilute mineral acid can be hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid. 9. Метод, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че целулозата може да бъде неизбелена сулфатна целулоза; неизбелена сулфитна целулоза, натронова целулоза, целулоза получена след изваряване с органични разтворители или след преработване на отпадъчна хартия.Process according to Claim 1, characterized in that the cellulose can be unbleached sulphate cellulose; unbleached sulphite cellulose, soda ash, cellulose obtained by digestion with organic solvents or after processing of waste paper. 10. Метод, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че целулозата може да бъде от иглолистна дървесина, от широколистна дървесина, от недървестни растителни суровини като слама, коноп, кенаф, рами, бамбук и други целулозосъдържащи селскостопански растителни отпадъци.Method according to claim 1, characterized in that the cellulose can be from coniferous wood, deciduous wood, from non-woody plant raw materials such as straw, hemp, kenaf, ramie, bamboo and other cellulose-containing agricultural vegetable waste. 11. Метод, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че целулозата може да е със съдържание на пентозани над 15 тегловни % спрямо общото й тегло.Process according to Claim 1, characterized in that the cellulose may have a pentosan content of more than 15% by weight relative to its total weight. 12. Метод, съгласно претенции от 1, характеризиращ се с това, че двете степени на киселинна хидролиза могат да се провеждат в един и същ реактор или поотделно като периодичен или непрекъснат процес.Process according to Claim 1, characterized in that the two stages of acid hydrolysis can be carried out in the same reactor or separately as a batch or continuous process.
BG112971A 2019-07-25 2019-07-25 Metmethod for obtaining bleached microcrystalline cellulose from unbleached cellulose BG67533B1 (en)

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
EP20761133.6A EP4041777A1 (en) 2019-07-25 2020-07-14 Method of bleached microcrystalline cellulose production from unbleached pulp
PCT/BG2020/000028 WO2021012023A1 (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 true BG112971A (en) 2021-01-29
BG67533B1 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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
US10597820B2 (en) 2015-05-14 2020-03-24 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

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021012023A1 (en) 2021-01-28
BG67533B1 (en) 2023-06-15
EP4041777A1 (en) 2022-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AT503610B1 (en) METHOD FOR PRODUCING A PULP
SU1194282A3 (en) Method of decomposing lignocellulose material
RU2579395C2 (en) Method for obtaining microcellulose
JP6474897B2 (en) Process for producing treated pulp
RU2571735C2 (en) Method for obtaining microcellulose
CN105143547B (en) With low viscosity kraft fibers for increasing carboxyl-content and production and preparation method thereof
JP6748115B2 (en) Method for producing bleached microcrystalline cellulose
CA2378927C (en) Preparation of chemical pulp and xylose, utilizing a direct acid hydrolysis on the pulp
BG112624A (en) Method for preparing microcrystalline cellulose
CA2568594A1 (en) Method for producing a dissovling pulp
JP2019007128A (en) Dissolution pulp
US10415183B2 (en) Method of producing regenerated cellulose and hemicellulose
RU2501325C2 (en) Method for production of microfibrillary pectin-containing cellulose fibres
BG112971A (en) Method of bleached microcrystalline cellulose production from unbleached pulp
AT503611B1 (en) METHOD FOR PRODUCING A PULP
RU2590882C1 (en) Method of producing cellulose
Fatemi et al. Optimization of a Bleaching Process for the Conversion of Sugar Beet Pulp Alpha-Cellulose with a High Whiteness Index and Purity
RU1796632C (en) Method of preparing powder cellulose
RU2253710C1 (en) Cellulose manufacture process
AT503612A1 (en) METHOD FOR PRODUCING A PULP
FI70056C (en) FOERFARANDE FOER DELIGNIFIERING AV CELLULOSAMASSA
FI20185448A1 (en) Method for the pretreatment of paper pulp