EA023975B1 - Нанесение покрытий на гидроксилированные поверхности газофазной прививкой - Google Patents

Abstract

Рассмотрен способ нанесения покрытий на гидроксилированные поверхности газофазной прививкой. В частности, ацильные группы, силильные группы и/или алкильные группы возникают на поверхности материала в результате газофазной прививки. Метод прививки является сухим процессом. Подлежащий покрытию материал может быть органическим или неорганическим. Образующийся материал с поверхностным покрытием является прочным и долговечным, и материал, обычно не водоотталкивающий, может стать водоотталкивающим вследствие поверхностной обработки. Примерами изделий, полученных из материала с обработанной поверхностью, могут быть водоотталкивающие картонные ящики, другие контейнеры, мебель, детали интерьера автомобилей и яхт. Изделия, полученные из органических материалов, таких как растительные части, являются биоразрушаемыми.

Description

(57) Рассмотрен способ нанесения покрытий на гидроксилированные поверхности газофазной прививкой. В частности, ацильные группы, силильные группы и/или алкильные группы возникают на поверхности материала в результате газофазной прививки. Метод прививки является сухим процессом. Подлежащий покрытию материал может быть органическим или неорганическим. Образующийся материал с поверхностным покрытием является прочным и долговечным, и материал, обьино не водоотталкивающий, может стать водоотталкивающим вследствие поверхностной обработки. Примерами изделий, полученных из материала с обработанной поверхностью, могут быть водоотталкивающие картонные ящики, другие контейнеры, мебель, детали интерьера автомобилей и яхт. Изделия, полученные из органических материалов, таких как растительные части, являются биоразрушаемыми.

Все патентные и непатентные ссылки, цитированные в заявке, включены в настоящий документ во всей их полноте посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области нанесения покрытий на гидроксилированные поверхности газофазной прививкой. Подлежащий нанесению покрытия материал может быть органическим или неорганическим материалом. Материал, особенно подходящий для покрытия поверхностей, является органическим или неорганическим полимерным материалом; в частности, способ пригоден для нанесения покрытий на биоразлагаемые полимеры, предпочтительно полученные из натуральных волокон, например волокон, содержащих целлюлозу. Изобретение раскрывает способ нанесения поверхностного покрытия газофазной прививкой на материалы из соединений с ацильными группами, силильными группами и/или алкильными группами.

Уровень техники

Упаковочные материалы на основе бумажных продуктов широко используются во всем мире. Прочность бумажных продуктов, которые не являются водоотталкивающими или водостойкими, зависит от влажности окружающей среды. Повышение относительной влажности от 50 до 80% приводит к снижению прочности, измеренной в виде несущей способности бумажных ящиков, изготовленных из неводостойкого бумажного продукта, приблизительно на 90%.

Водостойкая упаковка или обертка, обычно используемая для упаковки жидкостей и не жидкостей, продается в большом количестве во всеми мире; однако упаковочный материал часто оказывается трудно ликвидировать не наносящим ущерба окружающей среде путем.

Упаковочные материалы на основе целлюлозы используются для хранения жидкостей, в частности негазированных жидкостей. Таким образом, использование ТейаРак представляет практический подход для использования картонов на основе целлюлозы для хранения жидкостей. В данных материалах волокна бумажной массы покрывают водостойким материалом, но волокна бумажной массы не соединены ковалентно и сшиты химически, потому что прививку обычно осуществляют в органическом растворителе, и она является дорогим процессом в отсутствие настоящего изобретения.

Упаковочные материалы на основе целлюлозы, а также бумажные продукты, использованные как водонепроницаемые упаковки, могут быть получены из продуктов с поверхностью, обработанной соединениями в процессе, включающем жидкие растворители. Современные материалы получают импрегнированием обычных картонных листов различными парафиновыми продуктами и покрытием адгезионными пленками.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение относится к области нанесения покрытий на гидроксилированные поверхности газофазной прививкой. Изобретение раскрывает способ нанесения покрытий на поверхности материалов из соединений с ацильными группами, силильными группами и/или алкильными группами газофазной прививкой. Подлежащий нанесению покрытий материал может быть органическим или неорганическим материалом. Особенно настоящее изобретение относится к получению полимерных материалов с поверхностным покрытием методом газофазной прививки. Способ может быть использован для получения полимерных материалов, особенно способ пригоден для получения биоразлагаемых полимеров, полученных по меньшей мере частично из натуральных волокон. Мономеры могут быть привиты при использовании газофазной прививки до того, как данные мономеры присоединятся к полимерам. Также полимерами могут быть материалы, на которые нанесено поверхностное покрытие газофазной прививкой, как описано в настоящем документе. Способ также может быть использован для дериватизации других гидроксилированных поверхностей неорганических волокон или гранулятов, таких как силикагели, стекловолокно или частицы и другие гидроксилированные волокна, такие как вискоза или лигнин. Полимерный материал, подлежащий покрытию методом газофазной прививки, может быть целлюлозным волокном, которое может быть либо очищенным волокном, либо исходным материалом, содержащим целлюлозные волокна, такие как волокна, произведенные измельчением соломы из сельскохозяйственных культур.

Изобретение основано на выявлении того факта, что улучшенный контакт и быстрая реакция с высокой степенью конверсии могут быть установлены между реакционным агентом при низкой концентрации в газовой фазе по сравнению с получаемыми в растворе с минимальным поглощением реагентов и растворителей. Газофазная реакция делает процесс исключительно простым, дешевым и по существу не имеющим отходов. Кроме того, газофазный метод может использовать сжимаемость газов, чтобы достичь скрытых полостей в растительном волокнистом материале, которые трудно доступны в растворе, где доминирующую роль играет поверхностное натяжение.

Когда целлюлозное волокно используется в газофазной дериватизации, полимерные материалы, полученные при использовании продукта по изобретению в реакциях полимеризации, могут быть использованы как заместители многих обычных термопластичных материалов во многих областях использования. Они включают контейнеры для жидкостей или упаковку для других продуктов, которые требуют водонепроницаемой упаковки. Они также включают вторичную упаковку, такую как контейнеры с ячейками, поскольку армированный волокном материал, полученный из волокон, полученных методом газо- 1 023975 фазной прививки, является исключительно прочным. Полимерные материалы также могут быть использованы для получения продуктов на основе бумажной массы, таких как бумага, картон и толстый картон, особенно водонепроницаемые бумажные продукты, могут быть получены из полимерных материалов с обработанной поверхностью.

Кроме того, продукты по настоящему изобретению могут быть использованы для получения строительных материалов, мебели и обычно формовых изделий из термопластов, таких как детали внутренней отделки для автомобильной промышленности.

Полимерные материалы, полученные из продуктов с покрытыми поверхностями, как рассмотрено в настоящем документе, являются исключительно прочными и пригодными для использования в различных целях, включая контейнеры для жидкостей, и даже газированных жидкостей. Полимерные материалы также могут быть использованы для производства бумаги, картона и плотного картона, особенно водонепроницаемые бумажные продукты могут быть получены из полимерных материалов с поверхностным покрытием, нанесенным газофазной прививкой.

Существует потребность в новых и усовершенствованных полимерных материалах на основе целлюлозы, в частности в долговечном материале, который может быть ликвидирован не наносящим ущерба окружающей среде путем. Вследствие целлюлозной природы материала на основе натурального волокна продукт полимеризации может быть разрушен контактом с почвой в течение промежутка времени 18 мес.-2 г.

В одном аспекте изобретение относится к способу нанесения покрытий на гидроксилированные поверхности материала по меньшей мере из одного соединения из группы агентов ацилирования, силилирования и/или алкилирования с получением сложных эфиров, простых силиловых или алкиловых эфиров на поверхности, названный способ включает следующие стадии:

a) получение материала с гидроксилированной поверхностью;

b) получение по меньшей мере одного агента, выбранного из реагента ацилирования, реагента силилирования и/или реагента алкилирования, где реагент ацилирования выбран из группы соединений формулы

где X выбран из группы, состоящей из галогена;

ОТГ;

Отк;

смешанного ангидрида угольной кислоты;

смешанного ангидрида;

имидазолия, где К_1(асу), К_2(асу) и К_3(асу) выбраны из Н, арильной, алкильной и алкенильной групп с молекулярной массой менее 150, где реагент алкилирования выбран из группы соединений формулы

- 2 023975 где X выбран из группы, состоящей из атомов галогенов;

сульфонатов, включающих ТГ (трифторметилсульфонил);

Μδ (метилсульфонил); и О8ОК4, где К₄ представляет низшую алкильную, фторалкильную или алкенильную группу, и где К₁(_а1к), К₂(_а1к) и К₃(_а1к) выбраны из Н, алкильной, арильной, фторалкильной и алкенильной групп с молекулярной массой менее 150, где реагент силилирования выбран из группы соединений формулы

X р_э-з<-х

I

X где X выбран из группы, состоящей из атомов галогенов;

О8О₂К₄,; ΝΚ₄Κ₄; и

ОК₄, где К₄ представляет низшую алкильную, фторалкильную или алкенильную группу, и где Κ₁(_δΐ1), Κ₂(_δΐ1) и Κ₃(_δΐ1) выбраны из Н, фенильной, алкильной и алкенильной групп с молекулярной массой менее 150;

с) осуществление контакта названного материала с гидроксилированной поверхностью по меньшей мере с одним из названных реагентов, выбранным из реагента ацилирования, реагента силилирования и/или реагента алкилирования, где названный реагент поддерживают в газовой фазе; и

ά) получение материала, который на поверхности включает ковалентно -О-присоединенные фрагменты, включающие ацильные группы, силильные группы и/или алкильные группы.

В настоящем тексте группы К_ь Κ2 и Κ3 описаны как К^су), К^су) и Кз(_ас_У); Κΐ(_Λ), Η- (_Л) и Кз_<а1к> и К^а), Κ₂(_δΐ1) И Κ₃ (_δΐ1). Они предназначены для описания групп Κ₁, Κ₂ и Κ₃ как части реагентов ацилирования (асу), реагентов алкилирования (а1к) или реагентов силилирования (8т1).

К₁(_асу1), К₂(_асу1) и К₃(_асу1) выбраны из Н, низших арильных, алкильных и алкенильных групп. Предпочтительно данные группы представляют С_1-6 группы, более предпочтительно группы представляют С_1-3 группы.

К₁(_а1к), К₂(_а1к) и К₃(_а1к) выбраны из Н, алкильной, арильной, фторалкильной и алкенильной групп. Предпочтительно группы представляют С_1-6 группы, более предпочтительно группы представляют С_1-3 группы.

Κ₁(δί1), Κ₂(δί1) и Κ₃(δί1) выбраны из Н, фенильной, алкильной и алкенильной групп. Предпочтительно данные группы представляют С_1-6 группы, более предпочтительно группы представляют С_1-3 группы.

В целом, относительно групп Κ₁, Κ₂ и Κ₃ реагентов ацилирования (асу), реагентов алкилирования (а1к) или реагентов силилирования (8т1) арильные группы могут быть выбраны из таких групп, как фенильная, бензильная, толильная, о-ксилильная. Алкильные группы могут быть выбраны из таких групп, как метил, этил, пропил, бутил, пентил, гексил. Алкенильные группы могут быть выбраны из таких групп, как винил, аллил, бутенил, пентенил, гексенил, бутадиенил, пентадиенил, гексадиенил, 2-этилгексенил, 2-пропил-2-бутенил и 4-(2-метил-3-бутен)пентенил. Фторалкилом может быть любая из алкильных групп, упомянутых выше, в которой один или более атомов водорода замещены атомами фтора.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения галоген реагента ацилирования выбран из групп Р, С1, Вг.

ОТГ представляет трифлат и более формально известен как трифторметансульфонат (Трифторметилсульфонил) и представляет функциональную группу формулы СР₃8О₃-. Трифлат также известен как ОТГ.

ОМ5 представляет метилсульфонил, который является функциональной группой формулы СН₃8О₂-. Она также известна как мезил.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения галоген реагента алкилирования выбран из группы С1, Вг, I.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения галоген реагента силилирования выбран из группы С1, Вг, I.

Низшие алкильные, арильные, фторалкильные и алкенильные группы К₄ представляют предпочтительно С_1-6 группы, более предпочтительно представляют С_1-3 группы.

Материал может быть неорганическим или органическим, как рассмотрено далее по тексту.

Изобретение также относится к материалу, предпочтительно с гидроксилированной поверхностью, покрытой, т.е. имеющей поверхностное покрытие по меньшей мере с одной ацильной группой, по меньшей мере одной силильной группой и/или по меньшей мере одной алкильной группой, и где ацильная

- 3 023975 группа, силильная группа и/или алкильная группа привиты на поверхность материала в процессе, где реагенты находятся в газовой фазе.

Интересно, что настоящее изобретение особенно относится к способу нанесения поверхностного покрытия на волокна, например целлюлозные волокна, для фиксирования полимерных сеток, образованных при радикальной полимеризации или полимеризации с открытием цикла в присутствии анионных или катионных катализаторов, который обеспечивает получение долговечных материалов, пригодных для использования для многих целей, как описано далее по тексту. Способ основан на прививке агентов ацилирования, агентов силилирования и/или агентов алкилирования к поверхности гидроксилированных частиц или волокна, например целлюлозного волокна, стекловолокна или лигнина, в процессе, когда реагенты находятся в газовой фазе и делаются подвижными под действием теплого газообразного носителя.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения относится к способу получения волокнистого материала, включающего целлюлозные волокна, химически модифицированные поверхностными гидроксилами, по меньшей мере одним соединением из группы реагентов ацилирования, силилирования и/или алкилирования с получением сложных эфиров, простых силиловых или алкиловых эфиров на поверхности волокна, названный способ включает стадии:

a) получения соединения, включающего/содержащего целлюлозу;

b) получения по меньшей мере одного реагента, выбранного из реагента ацилирования, реагента силилирования и/или реагента алкилирования, где реагент ацилирования выбран из группы соединений формул

где Х=Р, С1, Вг, ОТ£ (трифторметилсульфонил), ΘΜδ (метилсульфонил), ОСО₂К, ОСОК или имидазолий, где К представляет небольшую алкилфторалкильнрую или алкенильнрую группы и где Κι, К₂ и К₃ выбраны из Н, арильной, алкильной и алкенильной групп с Μ\ν менее 150, где реагент алкилирования выбран из группы соединений формулы

где Х=С1, Вг, I, О8О₂К, ОСОК, где К представляет небольшую алкилфторалкильную или алкенильную группы и где К₁, К₂ и К₃ выбраны из Н, алкильной, арилфторалкильной и алкенильной групп с Μν меньше 150, где реагент силилирования выбран из группы соединений формулы

X

В₃-&-Х *

X где Х=С1, Вг, I, О8О₂К, ИКК, ОК, где К представляет Н или небольшую алкильную, фторалкильную или алкенильную группу и где К₁, К₂ и К₃ выбраны из Н, фенильной, алкильной и алкенильной групп с Μν меньше 150;

с) осуществления контакта названного материала, включающего целлюлозу, по меньшей мере с одним из названных реагентов, выбранным из реагента ацилирования, реагента силилирования и/или реагента алкилирования, где названный реагент поддерживают в газовой фазе; и

- 4 023975

ά) получения материала, включающего целлюлозу, химически -О-присоединенную по меньшей мере к одному фрагменту, включающему ацильные группы, силильные группы и/или алкильные группы.

Кроме того, изобретение относится к полимерным продуктам, полученным из названного волокнистого материала с поверхностным покрытием, таким как контейнеры, материалы для хранения пищевых продуктов или бумажных продуктов. Изобретение также относится к получению натуральных волокон для производства армированных волокном полимеров, которые могут заменить полимерные материалы на основе ископаемых материалов, используемых в настоящее время во многих потребительских товарах. Они включают полимеры, используемые в производстве кухонной утвари, автомобилей, мебели и строительных материалов.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана схема реакции метакрилоилирования, протекающей в жидкой или газовой фазах.

На фиг. 2 показана схема полимеризации поверхностно обработанных материалов, приводящей к получению полимерного материала, включающего материалы с обработанной поверхностью различных размеров.

На фиг. 3 показана схема реакции между фторофором, включающего тиольную группу, и метакрилоилцеллюлозой/волокном.

На фиг. 4 показаны фотографии соломы ячменя после взаимодействия с КМЛ-1118-69 (слева) и фотография метакрилоилированной соломы ячменя после взаимодействия с КМЛ-1118-69.

На фиг. 5 показано оборудование для газофазной прививки.

На фиг. 6 показана установка для газофазной прививки непрерывного действия.

На фиг. 7 показана система прививки, выполняемой с помощью микроволн.

На фиг. 8 показано оборудование для непрерывной прививки к волокнам, выполняемой с помощью микроволн.

Подробное описание изобретения

Нанесение поверхностного покрытия.

Настоящее изобретение относится к способу поверхностной обработки или нанесения поверхностного покрытия на материал с гидроксилированной поверхностью с ацильными группами, силильными группами или алкильными группами, как рассмотрено в тексте документа. Процесс, приводящий к получению химически связанного поверхностного покрытия, проводят с использованием реагентов ацилирования, реагентов силилирования и/или реагентов алкилирования в газовой фазе.

В предпочтительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу обработки поверхности или нанесения поверхностного покрытия из полимерного материала, включающего целлюлозу, с ацильными группами, силильными группами или алкильными группами, как рассмотрено в тексте настоящего документа. Обработка поверхности/нанесение покрытия также может быть рассмотрено как связывание или прививка ацильных групп, силильных групп и/или алкильных групп к материалу, который предпочтительно представляет материал, включающий целлюлозу. Процесс, приводящий к нанесению химически связанного поверхностного покрытия, проводят реагентами ацилирования, реагентами силилирования и/или реагентами алкилирования в газовой фазе.

В одном из аспектов настоящее изобретение относится к способу получения волокнистого материала, включающего целлюлозные волокна, химически модифицированные по поверхностным гидроксильным группам, по меньшей мере одним соединением из групп реагентов ацилирования, силилирования и/или алкилирования с получением сложных эфиров, простых силиловых или алкиловых эфиров на поверхности волокна, названный способ включает стадии:

a) получения соединения, включающего/содержащего целлюлозу;

b) получения по меньшей мере одного из реагентов, выбранных из реагента ацилирования, реагента силилирования и/или реагента алкилирования;

c) осуществления контакта названного соединения, включающего целлюлозу, по меньшей мере с одним из названных реагентов, выбранным из реагента ацилирования, реагента силилирования и/или реагента алкилирования, где названный реагент поддерживают в газовой фазе; и

ά) получения материала, включающего целлюлозу, химически -О-присоединенную по меньшей мере к одному соединению с ацильными группами, силильными группами и/или алкильными группами.

Способ газофазной прививки может быть осуществлен нагреванием материала, например материала, включающего целлюлозу, при соответствующей температуре. Реагент ацилирования, реагент силилирования и/или реагент алкилирования испаряются и смешиваются с газообразным носителем. Газовая смесь перемещается через материал в течение времени, достаточного для нанесения поверхностного покрытия на материал. Материал, такой как материал, включающий целлюлозу, может иметь различный размер, как рассмотрено в настоящем документе, в процессе газофазной прививки. Если материал, например материал, включающий целлюлозу, имеет небольшой размер, например соломенная крошка или порошок, или является неорганического происхождения, то газовая фаза реагента ацилирования, реагента силилирования и/или реагента алкилирования может быть направлена над поверхностью материала или может перемещаться через массу крошки или порошка за счет прохождения газа через массу крошки или частиц порошка, каждая из которых подлежит поверхностному покрытию с соответствующими

- 5 023975 ацильными группами, силильными группами и/или алкильными группами.

Предпочтительные реагенты ацилирования, реагенты силилирования и/или реагенты алкилирования или агенты алкилирования, агенты силирования и/или агенты алкилирования упомянуты в тексте настоящего документа. Термин реагент ацилирования или агент ацилирования используются в настоящем документе взаимозаменяемо. Кроме того, реагент силирования и агент силилирования используются в настоящем документе взаимозаменяемо, как и термины реагент ацилирования и агент ацилирования.

Дополнительные параметры методики газофазной прививки рассмотрены ниже, в частности в главе газофазная прививка.

В одном аспекте изобретение относится к способу нанесения покрытия на гидроксилированные поверхности материала по меньшей мере из одного соединения из групп реагентов ацилирования, силилирования и/или алкилирования с получением сложных эфиров, простых силиловых или алкиловых эфиров на поверхности, названный способ включает стадии:

a) получения материала с гидроксилированной поверхностью;

b) получения по меньшей мере одного реагента, выбранного из реагента ацилирования, реагента силилирования и/или реагента алкилирования, где реагент ацилирования выбран из группы соединений формулы

где X выбран из группы, состоящей из галогена;

ОТГ;

Отк;

смешанного ангидрида угольной кислоты;

смешанного ангидрида;

имидазолия, где К_1(асу), К_2(асу) и К_3(асу) выбраны из Н, арильной, алкильной и алкенильной групп с молекулярной массой менее 150, где реагент алкилирования выбран из группы соединений формулы

где X выбран из группы, состоящей из атомов галогенов;

сульфонатов, включающих ТГ и Мк; и ОСОКд, где Кд представляет низшую алкильную, фторалкильную или алкенильную группу, и где К₁(_а1к), К₂(_а1к) и К₃(_а1к) выбраны из Н, алкильной, арильной, фторалкильной и алкенильной групп с молекулярной массой менее 150,

- 6 023975 где реагент силилирования выбран из группы соединений формулы !' ? Ϊ κΥ~Χ ^кэ-5'^х ^3 X где X выбран из группы, состоящей из атомов галогенов;

О8О₂К₄;

ΝΚ4Κ4; и ОК₄, где К₄ представляет Н, низшую алкильную, фторалкильную или алкенильную группу, и где Кщц), Κ₂(₈₁ι) и К₃(₈₁1) выбраны из Н, фенильной, алкильной и алкенильной групп с молекулярной массой менее 150;

с) осуществления контакта названного материала с гидроксилированной поверхностью по меньшей мере с одним из названных реагентов, выбранным из реагента ацилирования, реагента силилирования и/или реагента алкилирования, где названный реагент поддерживают в газовой фазе; и

6) получения материала, который на поверхности включает химически -О-присоединенные фрагменты, включающие ацильные группы, силильные группы и/или алкильные группы.

Смешанный ангидрид угольной кислоты может представлять ОСО₂К₄, где К₄ выбран из группы, состоящей из низших алкильных, фторалкильных или алкенильных групп. Предпочтительно К₄=алкил или арил. Смешанный ангидрид может представлять ОСОК₄, где К₄ выбран из группы, состоящей из низших алкильных, фторалкильных или алкенильных групп. Предпочтительно К₄=алкил или арил. Сульфонаты, включающие Τί и Μδ, могут представлять О8О₂К₄, где К₄ выбран из группы, состоящей из низших алкильных, фторалкильных или алкенильных групп. Предпочтительно К=алкил или арил.

В предпочтительном варианте осуществления изобретение относится к способу получения материала, например материала, включающего целлюлозу, химически -О-связанную по меньшей мере с одним соединением с ацильными группами, силильными группами и/или алкильными группами, названный способ включает стадии:

a) получения материала, например материала или соединения, включающего целлюлозу;

b) получения по меньшей мере одного реагента, выбранного из реагента ацилирования, реагента силилирования и/или реагента алкилирования, где реагент ацилирования выбран из группы соединений формул

где Х=Р, С1, Вг, ОТГ (трифторметилсульфонил), ОМ§ (метилсульфонил), ОСО₂К, ОСОК или имидазолий, где К представляет небольшую алкилфторалкильную или алкенильную группы и где К₁, К₂ и К₃ выбраны из Н, арильной, алкильной и алкенильной групп с М\у менее 150, где реагент алкилирования выбран из группы соединений формулы

где Х=С1, Вг, I, О8О₂К, ОСОК, где К представляет небольшую алкильную, фторалкильную или алкенильную группы и где К₁, К₂ и К₃ выбраны из Н, алкильной, арильной, фторалкильной и алкенильной

- 7 023975 групп с М\у меньше 150, или где реагент силилирования выбран из группы соединений формулы

Т ί Ϊ

КГ?¹'Х ^ρ3-5ι-Χ

Ч Нэ X где Х=С1, Вг, I, О8О₂К, ΝΚΚ, ОК, где К представляет Н или небольшую алкильную, фторалкильную или алкенильную группы и где К₁, К₂ и К₃ выбраны из Н, фенильной, алкильной и алкенильной групп с М\у меньше 150;

с) осуществления контакта названного материала, например материала или соединения, включающего целлюлозу, по меньшей мере с одним из названных реагентов, выбранным из реагента ацилирования, реагента силилирования и/или реагента алкилирования, где названный реагент поддерживают в газовой фазе; и

ά) получения материала, например материала, включающего целлюлозу, химически -Оприсоединенную по меньшей мере к одному соединению с ацильными группами, силильными группами и/или алкильными группами.

Реакцию проводят с использованием реагента ацилирования, реагента силилирования и/или реагента алкилирования в газовой фазе. Газофазная прививка представляет сухой процесс, так как его не проводят в растворе.

Агент ацилирования.

Реагент ацилирования или агенты ацилирования, использованные в процессе прививки, рассмотренном в настоящем документе, могут представлять любые подходящие соединения. Предпочтительные реагенты ацилирования выбраны из группы соединений формулы

где Х=Р, С1, Вг, ОТ! (трифторметилсульфонил), ОМ8 (метилсульфонил), ОСО₂К, ОСОК или имидазолий, где К представляет небольшую алкильную, фторалкильную или алкенильную группы и где К1, К2 и К₃ выбраны из Н, арильной, алкильной и алкенильной групп с М\у менее 150.

Относительно реагентов ацилирования:

алкильные группы могут быть выбраны из числа таких групп, как метил, этил, пропил, бутил, пентил, гексил;

алкенильные группы могут быть выбраны из числа таких групп, как винил, аллил, бутенил, пентенил, гексенил, бутадиенил, пентадиенил, гексадиенил, 2-этилгексенил, 2-пропил-2-бутенил и 4-(2-метил3 -бутен)пентенил;

фторалкильной может быть любая алкильная группа из упомянутых выше, в которой один или более атомов водорода замещены фтором.

Более предпочтительный реагент ацилирования выбран из группы

где Х=Р, С1 или Вг и К₁=Н, СН₃.

Предпочтительно Х=Р или С1 и К₁=Н или СН₃. Более предпочтительно Х=С1 и К₁=Н. Кроме того, предпочтительным является реагент формулы

в которой Κι и К₂ независимо выбраны из группы, состоящей из -Н, низшего алкила, низших спиртов, низшей алкокси, низших простых эфиров, низшего алкенила, атома галогена и низшего алкила, замещенного атомом галогена. Предпочтительно низший алкил представляет С_|-6-алкил. более предпочтительно С_|-3-алкил. даже более предпочтительно С1_-2-алкил. Низший алкил может быть линейным или разветвленным, однако предпочтительно названный линейный алкил является линейным. Предпочтительно низшим алкилом является С_1-6-спирт, более предпочтительно С_1-3-спирт, даже более предпочтительно С_1-2-спирт. Предпочтительно низшей алкоксигруппой является С_1-6-алкокси, более предпочтительно С_1-3-алкокси, даже более предпочтительно С_1-2-алкокси. Предпочтительно низшим простым эфиром является С_1-6-простой эфир, более предпочтительно С_1-3-простой эфир, даже более предпочтительно С_1-2-простой эфир. Низший простой эфир может включать один или более атомов -0-, предпочтительно 1 или 2 -0-, даже более предпочтительно один -0-, где -О- может быть расположен в любом положении в простом эфире. Предпочтительно Κ₁ и К₂ независимо выбраны из группы, состоящей из -Н и низшего алкила, более предпочтительно из группы, состоящей из -Н и С_1-6-алкила, даже более предпочтительно из группы, состоящей из -Н, метила и этила. В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения Κ₁ представляет метил и К₂ представляет -Н. К₃ может быть выбран из группы, состоящей из линейного или разветвленного алкила, алкенила, алкокси, простых эфиров, алифатического кольца, необязательно включающего гетероатомы, спиртов, галогенида, алкила, замещенного атомом галогена, и Н. Предпочтительно К₃ представляет галогенид или алкилгалогенид, более предпочтительно галогенид, даже более предпочтительно хлорид.

Агент алкилирования.

Реагент алкилирования или агенты алкилирования, использованные в процессе прививки, рассмотренном в настоящем документе, могут представлять любые подходящие соединения. Предпочтительные реагенты алкилирования выбраны из группы соединений формулы

где Х=С1, Вг, I 0δ0₂Κ, 0С0К, где Κ представляет небольшую алкильную, фторалкильную или алкенильную группы и где Κ₁, Κ₂ и Κ₃ выбраны из Н, алкильной, арильной, фторалкильной и алкенильной групп с М\у менее 150.

Относительно реагентов алкилирования:

алкильные группы могут быть выбраны из числа таких групп, как метил, этил, пропил, бутил, пентил, гексил;

алкенильные группы могут быть выбраны из числа таких групп, как винил, аллил, бутенил, пентенил, гексенил, бутадиенил, пентадиенил, гексадиенил, 2-этилгексенил, 2-пропил-2-бутенил и 4-(2-метил3 -бутен)пентенил;

фторалкильной может быть любая алкильная группа из упомянутых выше, в которой один или более атомов водорода замещены фтором;

арильные группы могут быть выбраны из числа таких групп, как фенил, бензил, толил и о-ксилил.

Более предпочтительный реагент алкилирования выбран из группы

где Х=Р, С1 или Вг и Κ₁=Η, СН₃.

Предпочтительно Х=С1 или Вг и Κ₁=Η или СН₃. Более предпочтительно Х=С1 и Κ₁=Η.

Агент силилирования.

Реагент силилирования или агенты силилирования, использованные в процессе прививки, рассмотренном в настоящем документе, могут представлять любые подходящие соединения. Предпочтительные реагенты силилирования выбраны из группы соединений формулы

- 9 023975

где Х=С1, Вг, I, О8О₂К, ΝΚΚ, ОК, где К представляет Н или небольшую алкильную, фторалкильную или алкенильную группы и где К!, К₂ и К₃ выбраны из Н, фенильной, алкильной и алкенильной групп с М\у менее 150.

Относительно реагентов силилирования:

алкильные группы могут быть выбраны из числа таких групп, как метил, этил, пропил, бутил, пентил, гексил;

алкенильные группы могут быть выбраны из числа таких групп, как винил, аллил, бутенил, пентенил, гексенил, бутадиенил, пентадиенил, гексадиенил, 2-этилгексенил, 2-пропил-2-бутенил и 4-(2-метил3 -бутен)пентенил;

фторалкильными группами могут быть любые алкильные группы из упомянутых выше, в которых один или более атомов водорода замещены фтором.

Наиболее предпочтительные реагенты.

Другие предпочтительные реагенты, предназначенные для использования в процессе нанесения покрытия, рассмотренном в настоящем документе, выбраны из групп 'Вг

Вг

Хотя наиболее предпочтительные реагенты, используемые в процессе прививки, рассмотренном в настоящем документе, представляют собой метакрилоилхлорид (С₄Н₅С1О) и акрилоилхлорид (С₃Н₃С1О). Оба соединения представляют реагенты ацилирования. Предпочтительные реагенты, имеющие низкие температуры кипения, являются высоко реакционными, легко доступными и дешевле, чем многие другие упомянутые реагенты.

Материал для обработки поверхности.

Настоящее изобретение относится к способу обработки поверхности материала. Материалом может быть любой материал, предпочтительно материал с гидроксилированой поверхностью. Материал может быть неорганического или органического происхождения. Материал может быть неорганическим или органическим полимерным материалом любой формы. Предпочтительно полимерный материал включает целлюлозу. Данный материал является предпочтительно органического происхождения. Примерами неорганических материалов, подходящих для поверхностной обработки согласно способу, раскрытому в настоящем документе, являются стекловолокна или силикаты. Предпочтительными являются полимерные материалы растительного происхождения. Данный материал может происходить от любой части растения, например от корней, стеблей, листьев, цветов, плодов, семян.

Предпочтительно поверхность материала, поверхность которого подлежит обработке, имеет гидроксилированную поверхность. Гидроксилированная поверхность содержит гидроксильные группы (-ОН). Предпочтительно материал содержит по меньшей мере одну гидроксильную группу на квадратный мкм, такую как по меньшей мере 10 гидроксильных групп 23 на квадратный мкм, например по меньшей мере 100 гидроксильных групп на квадратный мкм, такую как 1000 гидроксильных групп на квадратный мкм, например по меньшей мере 10000 гидроксильных групп на квадратный мкм, такую как по меньшей мере 100000 гидроксильных групп на квадратный мкм, например по меньшей мере 1000000 гидроксильных групп на квадратный мкм.

Поверхность материала, подлежащего покрытию, может быть проанализирована на плотность гидроксильных групп на поверхности. Таким образом, измеряется число гидроксилов/единица площади. Измерение плотности поверхностных гидроксильных групп можно объединить с измерением поверхности/массы для расчета числа гидроксильных групп на массу конкретного материала.

Для материала, подлежащего поверхностной обработке и включающего волокна, единицы, составляющие линейную цепь данных звеньев, могут включать гидроксильные группы, например целлюлоза представляет полисахарид, состоящий из линейной цепи из нескольких сотен до более десяти тысяч β (1 ^4) соединенных звеньев И-глюкозы. В цепи звеньев по меньшей мере 10% звеньев может содержать по меньшей мере одну гидроксильную группу, как по меньшей мере 30%, например по меньшей мере 50%, так по меньшей мере 70%, например по меньшей мере 90%. Предпочтительно по меньшей мере 75% звеньев содержит по меньшей мере одну гидроксильную группу. Более предпочтительно по меньшей мере 85% звеньев содержит по меньшей мере одну гидроксильную группу. Кроме того, предпочтительно по меньшей мере 95% звеньев содержит по меньшей мере одну гидроксильную группу. Каждое звено, содержащее по меньшей мере одну гидроксильную группу, может включать по меньшей мере две гидроксильные группы, так по меньшей мере три гидроксильные группы, например по меньшей мере четыре гидроксильные группы.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения материал, подлежащий нанесению по- 10 023975 верхностного покрытия, включает целлюлозу с тремя гидроксильными группами на каждое звено глюкозы.

Материал, поверхность которого предназначена для нанесения покрытия, может также включать гемицеллюлозу. Мономерные сахара в гемицеллюлозе могут включать ксилозу, маннозу, галактозу, рамнозу и арабинозу. Гемицеллюлозы содержат больше всего сахара Ό-пентозы и иногда также небольшие количества Ь-сахаров. Когда материал, поверхность которого подлежит нанесению покрытия, включает гемицеллюлозу, каждое звено сахара в цепи гемицеллюлозы предпочтительно включает от двух до четырех гидроксильных групп.

Кроме того, диоксид кремния и стекло могут быть подвергнуты процессу газофазной прививки, как рассмотрено в настоящем документе. Стеклом могут быть стеклянные шарики, стекло с регулированным размером пор, стеклянные пластинки. Кроме того, гидроксильные группы на диоксиде кремния и стекле могут быть алкилированными, ацилированными и/или силилированными. Предпочтительно гидроксильные группы на диоксиде кремния и стекле могут быть силилированы с использованием рассмотренных выше реагентов силилирования в газофазной реакции. Диоксид кремния может находиться в форме частиц аморфного диоксида кремния или профилированного диоксида кремния, такого как сферические частицы. Стекло может быть в форме шариков, волокон (стекловолокна) или стекла с регулированным размером пор. Кроме того, могут быть использованы стеклянные пластинки большего размера, такие как стеклянные пластинки, например для микроскопии или сканирования.

Примерами других материалов, которые могут быть подвергнуты поверхностной обработке, как рассмотрено в настоящем документе, являются ацетаты целлюлозы, например диацетат целлюлозы, целлофан, вискоза. Целлофан, полученный из ацетатов целлюлозы, может быть подвергнут поверхностной прививке в виде листов целлофана или, например в виде рулонов целлофана. Рулоны целлофана могут быть повергнуты процессу прививки путем прививки от рулона к рулону. С двумя обратно перематываемыми полосами в реакционной емкости (которая будет заполнена реагентом(ами), рассмотренными в настоящем документе, например агентом(ами) ацилирования в газовой форме) целлофан может перематываться в одного рулона в другой рулон, и целлофан подвергается процессу поверхностной прививки. Нагревание и охлаждение могут осуществляться при контакте с несколькими валками с регулированной температурой. Привитой целлофан предпочтительно является свариваемым.

Предпочтительный полимерный материал, включающий целлюлозу, может быть получен из группы, включающей хлопок, ячмень, пшеницу, рожь, овес, рис, сорго, маис, ивняк, рапс, манильскую пеньку, сухие измельченные волокна сахарного тростника, бамбук, банан, корневища ракитника, банталу, бароа, индийский джут, боир, бурауа, малую пальму, блакс, бемп, бенеквин, изору, икстл, джут, лен, капок, кенаф, кудзу, агатис, коноплю, крапиву, масличную пальму, канатную пальму, ананас, новозеландскую лилию, розеллу, волокно рами, сансевиерию, сизаль, губчатую тыкву, солому, кроталярию ситниковую, кадило/урену, древесину, водоросли, морская водоросль.

Предпочтительно органическим материалом, обработанным поверхностно согласно методу, рассмотренному в настоящем документе и использованному для таких целей, как бумажные продукты, обертка, бутылки, строительные материалы и т.п., является растительный материал, который не подходит как пищевой продукт для человека. Примерами данных материалов могут быть солома/стебли, листья, молодые листья, шелуха семян, побеги, стволы, корни, кора, мицелий и т.п.

Любая форма или размер материала, например полимерного материала, может быть подвергнута поверхностной обработке согласно настоящему изобретению. Предпочтительной является обработка материала, такого как полимерный материал, с таким размером, что сумма по длине, ширине и высоте составляет меньше 15 см, так меньше 10 см, например меньше 5 см, более предпочтительно меньше 1 см. Более предпочтительный материал представляет измельченную форму материала, например измельченную форму волокон (порошок из волокон) с размером в интервале от 0,1 мкм до 5000 мкм со средним размером частиц в интервале 5-3000 мкм. Более предпочтительно 10-1000 мкм. Средний размер частиц материала может также составлять 1-1000 мкм, так 1000-2000 мкм, например 2000-3000 мкм, так 3000-4000 мкм, например 4000-5000 мкм.

Предпочтительно средний размер частиц составляет 1-4000 мкм, более предпочтительно

2-3000 мкм, еще более предпочтительно 5-2000 мкм. Измельчение материала может быть осуществлено на мельнице любого типа, но предпочтительной является мельница Ри1ке^ауе®, потому что она защищает целостность целлюлозных волокон.

Плотный полимерный волокнистый материал без полостей является предпочтительным как материал для поверхностной обработки, однако, в реальности, материал клеточных стенок растения часто имеет полые полости. Настоящее изобретение ускоряет поверхностную модификацию данного материала даже внутри данных полостей. Таким образом, даже полый волокнистый материал может быть тщательно прикреплен к сложному полимеру, например по реакции радикальной полимеризации или полимеризации с открытием кольца.

Предпочтительным является полимерный материал, который нарублен на маленькие куски, например щепа размером приблизительно 300 мкм.

Примерами материала, который подходит для нанесения покрытия согласно настоящему изобрете- 11 023975 нию, является солома от злаковых культур, которая нарублена на отрезки длиной приблизительно от 0,1 до 0,9 см. Распределение по размерам волокнистого материала определяется источником происхождения волокна в комбинации с использованным методом измельчения. Предпочтительным измельчителем является РиПеУауе®. Ячменная солома, которая проходит через мельницу РиЕсХУаус®. дает средний размер 400 мкм с распределением в интервале от 0,1 до 2000 мкм с 95% материала в интервале 50-800 мкм.

Части растения от любого растения, упомянутого в тексте настоящего документа, в связи с растительным волокном, также могут быть использованы для нанесения поверхностного покрытия согласно настоящему изобретению. Некоторые из данных растений представляют манильскую пеньку, сухие измельченные волокна сахарного тростника, бамбук, банан, корневища ракитника, кантала, кароа, китайский джут, кокосовые волокна, хлопковое волокно, курауа, финиковую пальму, кудель, пеньку, генекен, изору, икстл, джут, капок, кенаф, кудзу, маврикийскую пеньку, крапиву, масличную пальму, канатную пальму, ананас, новозеландский флакс, розеллу, волокно рами, сансевиерию, сизаль, губчатую бутылочную тыкву, злаки, кроталярию ситниковую, кадило/урену и древесину. Полимерный волокнистый материал с поверхностью, обработанной согласно настоящему изобретению, рассмотренному в настоящем документе, может быть комбинация одного или более растительных волокнистых материалов, такая как один тип растительного волокнистого материала, как два различных типа растительных волокнистых материалов, например 3 различных типа растительных волокнистых материалов, например 4 различных типа растительных волокнистых материалов, такие как 6 различных типов растительных волокнистых материалов, например более 5 различных типов растительных волокнистых материалов, таких как в интервале от 5 до 10 различных типов растительных волокнистых материалов, например в интервале от 10 до 20 различных типов растительных волокнистых материалов, такие как более 20 различных типов растигельных волокнистых материалов. Однако предпочтительно, чтобы полимерный материал, подлежащий поверхностной обработке, представлял смесь, включающую только в интервале от 1 до 5 различных растительных волокнистых материалов, более предпочтительно только в интервале от 1 до 2 различных растительных волокнистых материалов, более предпочтительно только один тип растительного волокнистого материала.

Кроме того, нанесение покрытия на поверхность материала согласно способу, рассмотренному в настоящем документе, является предпочтительным. Волокно предпочтительно получают из растений. Может быть использовано любое растение, образующее волокно. Растения, образующие прочные растительные волокна, могут дать продукт с поверхностным покрытием с чрезвычайно высокой прочностью. Некоторые растения, образующие прочные волокна, упомянуты ниже. В зависимости от природы растения, различные части растения могут быть использованы в качестве источника растительного волокна, например источником растительного волокна может быть солома/стебли, листья, молодые листья, оболочка семян, побеги, стволы, корни, кора, мицелий или плоды.

Предпочтительно, если требуется прочное растительное волокно, растительное волокно может быть получено из растений, выбранных из группы, состоящей из хлопка, льняного семени, морской водоросли, манильской пеньки, сухих измельченных волокон сахарного тростника, бамбука, банана, корневищ ракитника, кантала, кароа, китайского джута, кокосового волокна, хлопкового волокна, курауа, финиковой пальмы, кудели, пеньки, генекен, изоры, икстла, джута, капока, кенафа, кудзу, маврикийской пеньки, крапивы, масличной пальмы, канатной пальмы, ананаса, новозеландского флакса, розеоллы, волокна рами, сансевиерии, сизали, губчатой бутылочной тыквы, соломы, кроталярии ситниковой, кадило/урены, древесины.

В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения, если требуется особо прочное волокно, растительный волокнистый материал может включать волокна из одного или более растений, выбранных из группы, состоящей из банана, пеньки, ананаса, манильской пеньки и сизаля, более предпочтительно сизаля.

Весьма предпочтительно, если растительные волокна образованы любым из вышеперечисленных растений, они предпочтительно образованы из части растений, как указано ниже в таблице.

- 12 023975

Перечень важных биоволокон

Источник волокна	Виды	Происхождение
Манильская пенька	Миза ίβχΐΐϋδ	Листья
Сухие измельченные	Сгазз	Листья
волокна сахарного тростника
Бамбук (>1250 видов)	Сгазз	Корни
Банан	Миза 1псИса	Листья
Корень ракитника	МиЫепЬегдха шасгоига	Листья
Кантала	Αρύνε сапба1а	Стебли
Кароа	№еод1а21<уу1а νа^^еда1;е	Плоды
Китайский джут	АЬиМ1оп ЛНеорЬгазСт	Семена
Кокосовые волокна	Сосоз пис1£ега	Плоды
Хлопчатник	Соззурхит зр.	Семена
Курауа	Апапаз егесЫ£о1з.из	Листья
Финиковая пальма	РЬоепгх Расбу11£ега	Листья
Лен	ίΐηυτη излЛаМззл-тит	Стебли
Пенька	СаппаЬхз заЪхуа	Стебли
Генекен	Адауе £оигсгоус!е5	Листья
Изора	НеПс^егез хзога	Стебли
Икстл	5ашие1а сатегозапа	Листья
Джут	СогсНогиз сарзи1аг!з	Стебли
Капок	СехЬа репбгапйа	Плоды
Кенаф	НхЫзсиз саппаЫпиз	Стебли
Кудзу	Риегагта ЛНипЪегдхапа	Стебли
Маврикийская пенька	Гигсгаеа дгдапЪеа	Листья
Крапива	СгЫса Ыохса	Стебли
Масляничная пальма	Е1аехз дихпеепзхз	Плоды
Канатная пальма	Абба1еа £ипг£ега	Листья
Ананас	Апапиз сотозиз	Листья
Новозеландский флакс	РНогтхит бепаз	Листья
Розелла	НхЫзсиз заЬ4агт£Га	Стебли
Рами	ВоеНгпегха ηΐνββ	Стебли
Сансевиера	(Воиз£г1пд Петр) $3η3©νίθΓΧ3	Листья
Сизаль	Адауе 51зИапа	Листья
Губчатая бутылочная	Ьи££а суИпбегтса	Плоды
тыква
Солома (злаков)	-	Ствол
Кроталярия	Сгого1агФа ]ипсеа	Стебли
ситниковая
Кадилло/урена	бгепа 1оЬаса	Стебли
Древесина	(>10,000 зрестез)	Стебли

Растительные волокна являются коммерчески доступными из многих источников. Например, многие растительные волокна могут быть получены от Капйегк КЕВ 1п1етаЕопа1 Α/δ, Эсптагк (например, δίκο1 (белый), код №: Ν26-0040-001Ν, пенька (серая), код №: Ν04-0060-000Ν и манильская пенька (темно-коричневая), код №: Ν18-0060-001Ν).

Чтобы получить прочный материал с сохранением способности волокна гомогенно распределяться в последующем процессе получения полимерной смеси предпочтительно, чтобы волокна имели оптимальное отношение (соотношение геометрических размеров) между длиной и шириной волокна. Предпочтительное соотношение геометрических размеров лежит в интервале 10-50 и более предпочтительно 30. Длина отрезков волокна определяется, таким образом, шириной. В предпочтительном варианте осу- 13 023975 ществления изобретения ширина волокна может регулироваться также с помощью химической, физической и ферментативной обработки волокон. Небольшие волокна способствуют зацеплению волокон и равномерности конечного продукта, тогда как более крупные волокна добавляют жесткости и прочности полученным полимерам. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения прочные волокна сизаля средней длиной 2 мм, волокна бумажной массы средней длины 1 мм и волокна хлопчатника средней длины 0,5 мм дериватизируют метакрилоилхлоридом в газовой фазе с использованием сухого азота и сухого воздуха в качестве газообразного носителя.

Химическая обработка натуральных волокон, подлежащих поверхностной обработке, также может способствовать высвобождению гидроксилированных поверхностей волокна, которые часто покрыты различными воскоподобными веществами, в растительном материале. Поэтому обработка разбавленным 0,32% 80°С горячим раствором гидроксида натрия с последующей промывкой и сушкой волокон благоприятно влияет на степень поверхностной модификации, достигаемой в настоящем изобретении. Другими средствами предварительной обработки волокон является обработка разбавленными минеральными кислотами, например Н₂§0₄ или НС1 при повышенных температурах. Концентрация кислот может составлять 0,5-5%, предпочтительно 1-4%, более предпочтительно 1,5-3. Наиболее предпочтительно приблизительно 2%. Температура может составлять 65-95°С, предпочтительно 70-90°С, более предпочтительно 75-85°С, наиболее предпочтительно приблизительно 80°С. Время обработки может составлять 5-25 мин, предпочтительно 7-20 мин, более предпочтительно 8-15 мин, наиболее предпочтительно приблизительно 10 мин. Волокна также могут быть обработаны ферментами, например липазами или целлюлазами, для ослабления или придания шероховатости поверхности волокнистого материала. Волокна могут быть обработаны липазами, полученными от АсНготоЬас1сг. А1саПдспс5. Аг1НгоЬас1сг. ВасШик, Вигк1ю1бспа. СНготоЬасЮпит и особенно Ркеиботопак, чтобы удалить воскообразные вещества на волокнах. Волокна могут быть обработаны смесью полученных из Ркеиботопак липаз и комплексов целлюлазы, образованных ТпсНобегта ушбе, выращенной на среде из целлюлозы. Обработка в течение 1-5 ч смесью липазы и сырого экстракта ТпсНобегта утбе с последующим промыванием волокна и тепловой обработкой (перед длительным разрушением волокон) приводит к получению волокон с более доступными поверхностными гидроксильными группами.

Растительное волокно может быть получено из более длинных растительных волокон, которые превращаются в волокно желательного размера под действием любых пригодных для использования средств, например при использовании режущих средств. Предпочтительной является резальная машина как средство размерной обработки волокон, но размерная обработка также может быть достигнута перемалыванием или другими типами размола, включая РиНе^ауе® мельницу. Также может быть применена ручная резка с использованием ножа, смесителя, ножниц или любых других пригодных для использования режущих средств.

В целом, растительные волокна включают полимеры, и предпочтительно, чтобы растительное волокно, использованное в настоящем изобретении, по меньшей мере включало целлюлозу, более предпочтительно растительные волокна включают целлюлозу и гемицеллюлозу.

Материал, включающий целлюлозу, может быть образован, например, такими растениями, как тонко разделенное растительное волокно, например это могут быть целлюлозные композиты. Однако материалом также может быть очищенная целлюлоза, такая как кристаллическая целлюлоза.

Целлюлоза представляет полисахарид, состоящий по существу из полимеризованных мономерных звеньев глюкозы, в общем, целлюлоза представляет линейную цепь из мономерных звеньев Ό-глюкозы, соединенных связями β-(1 —>4). Полисахарид целлюлозы предпочтительно состоит из мономерных звеньев глюкозы, составляющих величину в интервале от 300 до 15000, например в интервале от 500 до 10000.

Газофазная прививка.

Как рассмотрено выше, изобретение относится к способу получения материала, включающего целлюлозное волокно, химически -О-связанное по меньшей мере с одним соединением с ацильными группами, силильными группами и/или алкильными группами, названный способ включает стадии

a) получения соединения или материала, например материала или соединения, включающего целлюлозу,

b) получения по меньшей мере одного регента, выбранного из реагента ацилирования, реагента силилирования и/или реагента алкилирования,

c) осуществления контакта названного соединения или материала, например материала или соединения, включающего целлюлозу, по меньшей мере с одним названным реагентом, выбранным из реагента ацилирования, реагента силилирования и/или реагента алкилирования, где названный реагент поддерживают в газовой фазе, и

б) получения материала, включающего целлюлозу, химически -О-связанную по меньшей мере с одним соединением с ацильными группами, силильными группами и/или алкильными группами.

Материал, например материал, включающий целлюлозу, а также реагент ацилирования, реагент силилирования и/или реагент алкилирования может быть таким, как рассмотрено в настоящем документе.

Реагенты со сравнимой реакционной способностью и температурами кипения могут быть использо- 14 023975 ваны конкретно для получения волокон со сложной модификацией поверхности. Если, например, хлорид валериановой кислоты смешать с метакрилоилхлоридом, то данные реагенты будут испаряться одновременно и дадут смешанную, но гомогенную дериватизацию поверхности, представляя сниженную плотность или полимеризацию активных метакрилатов. Любая другая комбинация реагентов ацилирования, алкилирования и силилирования, которая может сосуществовать без разложения и которая отвечает данному требованию аналогичной летучести и реакционной способности относительно гидроксильных групп, может быть совместно использована.

Примеры комбинаций реагентов, которые могут быть использованы для газофазной дериватизации целлюлозных волокон, следующие:

3- бромметил-3-метилоксетан и бензилбромид; акрилоилхлорид и пропионилхлорид; эпихлоргидрин и циклогексилбромид; метакрилоилхлорид и этилхлорформиат; метакрилоилхлорид и аллилбромид.

Примеры комбинаций реагентов, которые могут быть использованы для газофазной дериватизации стекловолокон, следующие:

4- винилбензилдиметилхлорсилан и трет-бутилхлорсилан; трет-бутилдифенилхлорсилан и трис(3-метилоксетанилметил)хлорсилан.

Предпочтительно материал, на поверхность которого должно быть нанесено покрытие, например материал, включающий целлюлозу, находится в твердом состоянии в ходе процесса нанесения покрытия.

Чтобы поддержать реагенты в газовой фазе, когда они направляются над или через материал, например материал, включающий целлюлозу, материал предпочтительно предварительно нагревают перед инициированием процесса прививки. Температуру в технологической емкости (псевдоожиженном слое) можно также регулировать и поддерживать в ходе процесса прививки. Предпочтительно процесс прививки протекает при температуре ниже 200°С, такой как ниже 175°С, например ниже 150°С, такой как ниже 125°С. Предпочтительные интервалы составляют 110-130°С, 130-150°С, 150-170°С и

170-190°С. Также предпочтительно, чтобы реакция протекала при температуре в интервале от 50 до 110°С, предпочтительно в интервале от 60 до 100°С, более предпочтительно в интервале от 70 до 90°С, даже более предпочтительно в интервале от 75 до 85°С, также более предпочтительно в интервале от 78 до 82°С, например приблизительно 80°С, такой как 80°С, например в интервале от 50 до 100°С, такой как в интервале от 60 до 100°С, например в интервале от 70 до 100°С, такой как в интервале от 75 до 100°С, например в интервале от 50 до 90°С, такой как в интервале от 60 до 90°С, например в интервале от 75 до 90°С. Чтобы реакция протекала при вышеуказанных предпочтительных температурах, предпочтительно, чтобы соединение/материал, необязательно включающий целлюлозу, поддерживали при названной температуре. Это может быть достигнуто любым подходящим методом, известным специалистам, например помещением соединения/материала, необязательно содержащего целлюлозу (например, растительное волокно, растительные очесы или растительный порошок), на водяную, масляную или песчаную баню с указанной температурой, нагреванием контейнера, содержащего материал, паром или микроволновым нагревом.

Процесс прививки можно осуществлять при различных давлениях в интервале от 0,001 до 200 бар для повышения летучести реагентов при более низких давлениях или для повышения концентрации летучего реагента в месте реакции при более высоком давлении. В предпочтительном варианте осуществления изобретения технологическое давление составляет 0,5-2 бар. В более предпочтительном варианте осуществления процесса давление составляет 1 бар.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения комбинация групп Κι, К₂ и К₃ реагентов ацилирования, реагентов силилирования и реагентов алкилирования, как рассмотрено в настоящем документе, не содержит более 25, более предпочтительно менее 10, как, например, пять атомов углерода суммарно. Предпочтительная температура кипения упомянутого реагента при атмосферном давлении составляет ниже 200°С. Реагенты дериватизации, такие как хлориды жирных кислот, с низкой летучестью могут быть переведены в газовую фазу снижением давления в реакционном оборудовании. Например, хлорид додекановой кислоты может быть переведен в газовую фазу и провзаимодействовать в ней с волокнами при использовании температуры 150°С и давлении 5 мбар. Применение циркуляционного газообразного носителя ускоряет испарение реагента даже при температуре ниже температуры кипения названного реагента.

Предпочтительно равномерная температура поддерживается во всем реакционном сосуде (псевдоожиженном слое), когда осуществляют процесс прививки.

Если процесс прививки проводят в вакууме, материал, например материал, включающий целлюлозу, предпочтительно предварительно обрабатывают, т.е. предварительно сушат при температуре и вакууме, при которых должен проводиться процесс прививки. Проведение процесса прививки под вакуумом может быть предпочтительным, так как это снижает или исключает любой риск взрыва пыли. Пыль может присутствовать, если материал, включающий целлюлозу, измельчают или нарезают на более мелкие куски, например растительную щепу, перед проведением прививки.

- 15 023975

Если материал, поверхность которого подлежит покрытию, имеет небольшой размер, материал предпочтительно суспендируют или перемешивают в ходе проведения процесса прививки. Газовый поток реагента через слой материала предпочтительно не должен быть ламинарным. Предпочтительным является турбулентный поток газа.

Скорость реакции может быть увеличена за счет пропускания газообразного реагента и сухого воздуха для выдувания газообразного побочного НС1, если НС1 образуется. Газообразный реагент может быть пропущен через материал, поверхность которого подлежит покрытию, например в течение 3 мин с последующим продуванием в течение 2 мин потока сухого воздуха или азота для удаления газообразного НС1 и для обеспечения продолжения реакции. Интервалы 3 мин для газообразного реагента и 2 мин для нереакционного газа могут чередоваться в течение всего времени реакции. Использованные промежутки времени могут также составлять 2 мин для газообразного реагента и 1 мин для нереакционного газа, 2 мин для газообразного реагента и 2 мин для нереакционного газа, 3 мин для газообразного реагента и 1 мин для нереакционного газа, 3 мин для реакционного газа и 3 мин для нереакционного газа.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения газообразный носитель используют для циркуляции реагента ацилирования, реагента силилирования и/или реагента алкилирования, который находится в газовой фазе, которую приводят в контакт с материалом, который подлежит поверхностной обработке. Предпочтительные газообразные носители выбраны из группы, включающей гелий, неон, аргон, азот, водород, кислород, воздух, хлор, триметиламин, диметиламин, метиламин, простой диметиловый эфир, оксид углерода, диоксид углерода, дисульфид углерода, диоксид серы, сероводород, хлористый водород, оксид азота, диоксид азота, алканы (СхН_2х+2), фторалканы, изобутан, этен, пропилен, бутан, бутадиен, циклопропан, циклобутан, этиленоксид, изобутилен, ацетон, ацетилен, пропин, метилхлорид.

Жидкости, такие как вода, триэтиламин, пиридин, тетрахлорид углерода и т.п. могут быть переведены в газообразное состояние и использованы в качестве газообразных носителей при температурах выше их температур кипения. Предпочтительными газами являются благородные газы, азот, воздух, диоксид углерода, дисульфид углерода и алканы. Наиболее предпочтительным является азот или диоксид углерода из-за их низкой стоимости и инертности данных газов.

Реакция между гидроксилированной поверхностью и реагентом(ами) в газовой фазе может привести к освобождению компонента X в формулах, показанных в тексте настоящего документа. Когда X представляет галоген, такой как С1, тогда НХ, например НС1, может быть продуктом, образующимся, когда на материал наносят поверхностное покрытие. Если образуются нежелательные продукт(ы), процесс может включать стадию удаления образовавшегося продукта.

Если образуется НС1, когда реагенты взаимодействуют с поверхностью материала, то данный НС1 может быть связан, например, цеолитом. Цеолит может быть регенерирован. Другие отщепляемые группы также могут быть удалены из газовой фазы. Образовавшийся НВг может быть удален молекулярным ситом 4А. Органические кислоты и сульфоновые кислоты могут быть связаны протонной губкой или триалкиламиносмолами.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения температурный контроль осуществляют для всех реагентов, газообразных носителей и исходного материала (материала, подлежащего поверхностному покрытию), а также образовавшегося продукта (материала с поверхностным покрытием). Предпочтительно температура реагента(ов) в газовой фазе, газообразных носителей и исходного материала является одинаковой. Аналогичную температуру поддерживают в ходе всего процесса нанесения поверхностного покрытия. Таким образом, средства регулирования температуры могут быть соединены с сосудом для исходного материала, с реакционной емкостью (может быть та же, что и сосуд для исходного материала), с сосудом для материала, поверхность которого подлежит обработке (если таковой есть), с емкостью для нагревания реагента(ов) и с емкостью для галообразного носителя, а также с трубками, соединяющими указанные звенья (сосуды и емкости). предпочтительные температуры указаны в тексте настоящего документа.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения регулирование осуществляется для всех реагентов, газообразных носителей и исходного материала (материала, подлежащего нанесению поверхностного покрытия), как менее предпочтительное для полученного продукта (материала с поверхностным покрытием). Предпочтительно давление реагента(ов) в газовой фазе, газообразных носителей и исходного материала является одинаковым. Аналогичное давление может поддерживаться в ходе всего процесса нанесения покрытия. Давление может также меняться, например испытывать периодические изменения между высоким и низким давлением, с повышением контакта реагентов с неровными поверхностями. Средства регулирования давления могут быть соединены, таким образом, с контейнером для исходного материала, с реакционной емкостью (может быть той же что и контейнер для исходного материала), с контейнером для материала с обработанной поверхностью (если таковой есть), с емкостью для нагревания реагента(ов) и с емкостью для газообразного носителя, а также с шлангами, соединяющими описанные части (контейнеры и емкости). Давление регулируют с учетом желательной температуры и концентрации реагента(ов).

Предпочтительные давления указаны в тексте настоящего документа.

- 16 023975

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения регулирование расхода газа осуществляют, когда реагенты в газовой фазе необязательно вместе с газообразным носителем направляют через реакционную емкость, содержащую материал, который должен быть подвергнут поверхностному покрытию. Средства для контроля расхода газа могут быть, таким образом, соединены контейнером для исходного материала, с реакционной емкостью (может быть той же что и контейнер для исходного материала), с контейнером для материала с обработанной поверхностью (если такой присутствует), с емкостью для нагревания реагента(ов) и с емкостью для газообразного носителя, а также со шлангами, соединяющими указанные части (контейнеры и емкости). Расход газа предпочтительно регулируют для минимизации влияния диффузии на скорость реакции на поверхности, т.е. для обеспечения избытка реагента на поверхности во все промежутки времени в реакторе. Предпочтительный расход газа может быть также ниже, чтобы контролировать возникновение горячих участков вследствие теплоты реакции. Предпочтительный расход газа в случае реактора с псевдоожиженным слоем эквивалентен расходу, который обеспечивает оптимальное псевдоожижение без дегазации материала. Предпочтительный расход поэтому зависит от физической природы дериватизируемого материала. Типичный линейный расход лежит в интервале от 10 до 50000 см/мин, таком как от 30 до 10000 см/мин, например от 100 до 2000 см/мин, таком как от 300 до 1000 см/мин, например приблизительно 600 см/мин.

Еще в одном дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения осуществляют регулирование скорости подачи реагентов и необязательно также материала, подлежащего поверхностному покрытию. Скорость подачи материала для обработки может составлять от 1/10 до 1/50 количества материала в реакторе (реакционной емкости)/мин. Предпочтительно скорость подачи материала для обработки может составлять от 1/20 до 1/40 количества материала в реакторе (реакционной емкости), мин. Более предпочтительно скорость подачи материала для обработки составляет приблизительно 1/30 количества материала в реакторе/мин, чтобы получить среднее время пребывания 30 мин. Продукт выводят с той же скоростью

Предпочтительно скорость подачи реагента(ов) составляет (1-1000 ммоль/литр реакционного объема)/мин со средним размером частиц 100-800 мкм. Более предпочтительно скорость подачи реагента(ов) составляет (1-100 ммоль/литр реакционного объема)/мин. со средним размером частиц 300 мкм.

Средства регулирования скорости подачи реагента(ов) соединены, таким образом, с реакционной емкостью и с емкостью для нагревания реагента(ов). Необязательные средства для регулирования скорости подачи обрабатываемого материала соединены с контейнером для исходного материала, с реакционной емкостью (может быть той же что и контейнер для исходного материала) и с контейнером для материала с обработанной поверхностью (если он присутствует).

Время обработки, т.е. время реагента(ов) в газовой фазе, направляемого над поверхностью материала, может составлять, например, величину в интервале от 0,1 до 50 ч, предпочтительно в интервале от 0,3 до 25 ч, более предпочтительно в интервале от 0,5 до 15 ч, даже еще более предпочтительно в интервале от 1 до 10 ч, еще более предпочтительно в интервале от 1 до 4 ч, даже еще более предпочтительно приблизительно от 1 до 2 ч, такую как 1 ч.

Однако времена реакции могут также составлять от 1 мин до 50 ч, предпочтительно в интервале от 2 мин до 25 ч, более предпочтительно в интервале от 3 мин до 15 ч, даже более предпочтительно в интервале от 4 мин до 10 ч, еще более предпочтительно в интервале от 5 мин до 7 ч, даже еще более предпочтительно приблизительно в течение 6 ч, такое как 6 ч.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения избыток реагента в течение всего времени, когда реагент(ы) в газовой фазе направлены над поверхностью материала, на поверхность которого наносят покрытие. Под избытком реагента подразумевается, что количество реагента(ов) в газовой фазе, когда газ прошел с материалом в реакционную емкость или когда газовая фаза покидает реакционную емкость, по меньшей мере некоторая часть реагента(ов) находятся в газе, выходящем из реакционной емкости. Измерительные средства для измерения концентрации реагента(ов) в газовой фазе могут быть, таким образом, соединены с вводом газа и выводом газа из реакционной емкости, с емкостью для нагревания реагента(ов) и/или с агрегатом, объединяющим нагретый реагент(ы) с газообразным носителем.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения нанесение поверхностного покрытия рассматривается как газофазная реакция, в которой материал, включающий целлюлозу и/или растительное волокно, используется в твердом состоянии и соединение формулы

используется в газовой фазе. К! и К₂ независимо выбраны из группы, состоящей из С1_-6-алкила и -Н, предпочтительно из группы -Н, низшего алкила, низших спиртов, низшей алкокси, низших простых эфиров, низшего алкенила, галогена и низшего алкила, замещенного галогеном, и К₂ может быть выбран из группы, состоящей из линейного и разветвленного алкила, алкенила, алкокси, простых эфиров, алифати- 17 023975 ческого кольца, необязательно включающего гетероатомы, спиртов, галогенида, алкила, замещенного галогеном, и -Н. Предпочтительно К₃ представляет галогенид или алкилгалогенид, более предпочтительно галогенид, даже более предпочтительно хлорид.

Более предпочтительно К₃ выбран из таких групп, которые составляют или содержат отщепляющиеся группы, т.е. галогениды, алкилсульфонаты, галогеналкилсульфонаты, азиды, смешанные ангидриды, алкенилгалогениды, алкилгалогениды, арилгалогениды, Ν-метилимидазолы. Предпочтительно К₃ представляет галогенид, более предпочтительно хлорид.

Таким образом, способ предпочтительно включает стадии:

a) получения соединения, включающего целлюлозу;

b) получения соединения формулы

где Κι, К₂ и К₃ имеют значения, указанные выше в настоящем документе в настоящей главе,

с) осуществления контакта названного соединения, включающего целлюлозу, с названным соединением формулы

где названное соединение поддерживают в газовой фазе.

Соединением, включающим целлюлозу, может быть любой материал, упомянутый в настоящем документе. Соединение, включающее целлюлозу, может также представлять растительное волокно, и в данном случае способ позволяет получить растительный волокнистый материал.

Предпочтительно соединение, включающее целлюлозу (например, растительное волокно и/или щепа из растительного материала), поддерживают в твердом состоянии.

По реакции, описанной выше, где

привита к соединению/материалу, включающему целлюлозу, предпочтительно, чтобы реакция протекала при температуре в интервале от 50 до 110°С, предпочтительно в интервале от 60 до 100°С, более предпочтительно в интервале от 70 до 90°С, даже еще более предпочтительно в интервале от 75 до 85°С, также еще более предпочтительно в интервале от 78 до 82°С, например приблизительно 80°С, такой как 80°С, например в интервале от 50 до 100°С, такой как в интервале от 60 до 100°С, например в интервале от 70 до 100°С, такой как в интервале от 75 до 100°С, например в интервале от 50 до 90°С, такой как в интервале от 60 до 90°С, например в интервале от 75 до 90°С. Чтобы реакция протекала при вышеуказанных предпочтительных температурах, предпочтительно, чтобы соединение/материал, включающее целлюлозное волокно, поддерживали при названной температуре. Этого можно достичь любым подходящим методом, известным специалистам, например путем помещения соединения/материала, включающего целлюлозу (например, щепы или порошка из растительного материала и/или растительного волокна) на песчаную баню с заданной температурой.

Реагент ацилирования, реагент силилирования и/или реагент алкилирования или соединение формулы

может поддерживаться в газовой фазе любым подходящим методом, известным специалистам.

- 18 023975

Например, соединение можно подвергнуть нагреванию, например реагент ацилирования, реагент силилирования и/или реагент алкилирования или соединение формулы

можно поддерживать при температуре в интервале от 40 до 100°С, такой как в интервале от 50 до 100°С, например в интервале от 55 до 100°С, такой как в интервале от 40 до 90°С, например в интервале от 50 до 90°С, такой как в интервале от 55 до 90°С, например в интервале от 40 до 80°С, такой как в интервале от 50 до 80°С, например в интервале от 55 до 80°С, такой как в интервале от 40 до 70°С, предпочтительно в интервале от 50 до 70°С, более предпочтительно в интервале от 55 до 70°С, например в интервале от 40 до 65°С, такой как в интервале от 50 до 65°С, еще более предпочтительно в интервале от 55 до 65°С, даже еще более предпочтительно в интервале от 58 до 62°С, еще более предпочтительно приблизительно 60°С, такой как 60°С.

Соединение/материал, включающее целлюлозу, должно находиться с реагентом ацилирования, реагентом силилирования и/или реагентом алкилирования или соединением формулы

в течение времени. Достаточного для протекания реакции, предпочтительно соединение/материал, включающее целлюлозу, контактирует с реагентом ацилирования, реагентом силилирования и/или реагентом алкилирования или соединением формулы

в течение промежутка времени в интервале от 0,1 до 50 ч, предпочтительно в интервале от 0,3 до 25 ч, более предпочтительно в интервале от 0,5 до 15 ч, даже более предпочтительно в интервале от 1 до 10 ч, еще более предпочтительно в интервале от 1 до 4 ч, даже более предпочтительно в течение приблизительно 1-2 ч, таком как 1 ч.

Хотя реакция, рассмотренная выше, также может быть осуществлена в интервале от 1 до 50 ч, предпочтительно в интервале от 2 до 2 5 ч, более предпочтительно в интервале от 3 до 15 ч, даже более предпочтительно в интервале 4 до 10 ч, даже более предпочтительно в интервале от 5 до 7 ч, даже более предпочтительно в течение приблизительно 6 ч, таком как 6 ч.

Кроме того, чтобы осуществить контакт соединения/материала, включающего целлюлозу, с реагентом ацилирования, реагентом силилирования и/или реагентом алкилирования или соединением формулы

в газовой фазе, может оказаться целесообразным использовать газообразный носитель, которым предпочтительно является инертный газ, более предпочтительно благородный газ, например аргон.

Не ограничивающий пример пригодного для использования метод для химического связывания соединения, включающего целлюлозу, с соединением формулы

в газовой фазе описан в примере 3, представленном ниже по тексту. Специалисты поймут, что в примере соединение, включающее целлюлозу, представляет микрокристаллическую целлюлозу, однако

- 19 023975 способ может быть равно осуществлен с использованием щепы или порошка любого другого растительного материала, рассмотренного выше в настоящем документе в главе Щепа или порошок растительного материала, или любого растительного волокна, рассмотренного выше в настоящем документе в главе растительное волокно. Аналогичным образом, специалист в данной области поймет, что в примере соединение формулы

представляет метакрилоилхлорид, любого другого соединения формулы однако способ может быть равно осуществлен с использованием

рассмотренного выше в настоящем документе в настоящей главе.

Предпочтительный не ограничивающий пример способа присоединения соединения формулы

Κι (¾ к щепе или порошку растительного материала и/или растительному волокну представлен в примере

1.

Степень -О-связывания использована в настоящем документе для обозначения того, до какой степени соединение, включающее целлюлозу, химически связано с ацильными, силильными и/или алкильными соединениями, как рассмотрено в тексте настоящего документа. Предпочтительно степень -Освязывания определяется на основе флуоресцентного метода, где двойные связи могут взаимодействовать со свободной тиольной группой флуоресцентного красителя. Разница флуоресценции между материалом до реакции с реагентом(ами) в газовой фазе и флуоресценцией материала, включающего химически -О-связанные ацильные, силильные и/или алкильные фрагменты, затем используется как мера степени -О-связывания.

Предпочтительно флуоресценция материала, химически -О-связанного с ацильными, силильными и/или алкильными группами в ходе реакции с названным флуоресцентным диолом, в 1-5 раза выше, по меньшей мере в 1-2 раза выше, например по меньшей мере в 1,3 раза выше, так по меньшей мере в 1,4 раза выше, например по меньшей мере в 1,5 раза выше, более предпочтительно по меньшей мере в 1,8 раза выше, даже более предпочтительно по меньшей мере в 2,5 раза выше, даже еще более предпочтительно по меньшей мере в 3,5 раза выше, так, в интервале от 1 до 5 раз выше, например в интервале от 1,4 до 3 раз выше, чем флуоресценция материала (холостого) перед реакцией с реагентом(ами), как рассмотрено выше в тексте настоящего документа, но также подвергшегося воздействию названного флуоресцентного тиола.

Предпочтительно степень -О-связывания используется в настоящем документе для обозначения степени, с какой соединение, включающее целлюлозу, химически связано с фрагментом формулы

Κι к₂

- 20 023975

Предпочтительно степень -О- связывания определяется методом на основе флуоресценции, когда двойные связи могут взаимодействовать со свободной тиольной группой флуоресцентного красителя. Разница флуоресценции между соединением, включающим целлюлозу (например, щепу или порошок растительного материала и/или растительное волокно), до реакции с соединением формулы

Ζ / ^кз / ^с\ к, и флуоресценцией соединения, включающего целлюлозу, химически -О-связанную с

(например, щепой или порошком растительного материала или материалом растительного волокна), используется затем как мера степени -0-связывания.

Предпочтительно флуоресценция соединения, включающего целлюлозу, химически -О- связанную

(например, щепой или порошком растительного материала или материалом растительного волокна) в ходе реакции с названным флуоресцентным тиолом, в 1,5 раз выше, так по меньшей мере в 1,2 раза выше, например по меньшей мере в 1,3 раза выше, так по меньшей мере в 1,4 раза выше, например по меньшей мере в 1,5 раза выше, более предпочтительно по меньшей мере в 1,8 раз выше, даже более предпочтительно по меньшей мере в 2,5 раза выше, даже еще более предпочтительно по меньшей мере в 3,5 раза выше, так, в интервале от 1 до 5 раз выше, например в интервале от 1,4 до 3 раз выше, чем флуоресценция соединения (холостого), включающего целлюлозу (например, щепа или порошок растительного материала и/и ли растительное волокно) до реакции с соединением формулы

но также подвергшегося воздействию названного флуоресцентного тиола.

Предпочтительно флуоресцентным красителем может быть любой флуоресцентный краситель, включающий тиольные группы, но в предпочтительном способе флуоресцентным красителем является цис-реакционный родамин, предпочтительно ΚΜΑ1118-69.

Материал, например материал растительного волокна, предназначенный для использования в настоящем изобретении, предпочтительно имеет минимальную степень -О-связывания. Таким образом, предпочтительно, чтобы материал, например материал волокна, такого как материал растительного волокна, с поверхностным покрытием согласно методу газофазной прививки, рассмотренному в настоящем документе, имеет флуоресценцию, которая по меньшей мере в 1,2 раза выше, более предпочтительно по меньшей мере в 1,3 раза выше, даже более предпочтительно по меньшей мере в 1,4 раза выше, еще более предпочтительно по меньшей мере в 1,5 раза выше, например в интервале от 1,2 до 10 раз выше, так, в интервале от 1,3 до 10 раз выше, например в интервале от 1,4 до 10 раз выше, так, в интервале от 1,5 до 10 раз выше, например в интервале от 1,2 до 5 раз выше, так, в интервале от 1,3 до 5 раз выше, например в интервале от 1,4 до 5 раз выше, так, в интервале от 1,5 до 5 раз выше, например в интервале от 1,2 до 3 раз выше, так, в интервале от 1,3 до 3 раз выше, например в интервале от 1,4 до 3 раз выше, так, в интервале от 1,5 до 3 раз выше, например в интервале от 1,2 до 2 раз выше, так, в интервале от 1,3 до 2 раз выше, например в интервале от 1,4 до 2 раз выше, так, в интервале от 1,5 до 2 раз выше, наиболее предпочтительно в интервале от 1,5 до 1,75 раз выше, чем флуоресценция материала, например волокнистого материала, такого как растительное волокно, который не связан с ацильными, силильными и/или алкильными соединениями, определенная методом флуоресцентной метки. Материал, например волокнистый материал, такой как растительное волокно, который не провзаимодействовал с реагентом(ами), как описано в тексте настоящего документа, также можно отнести к стандарту материала, например стандарту

- 21 023975 волокнистого материала, такому как стандарт растительного волокна, в контексте настоящего документа. Стандарт материала, например стандарт волокнистого материала, такой как стандарт растительного волокна, предпочтительно является таким же по структуре, что и материал, например волокнистый материал, такой как материал растительного волокна, за исключением того, что материал, например волокнистый материал, такой как стандарт растительного волокна, не имеет поверхностного покрытия, нанесенного методом газофазной прививки, как рассмотрено в настоящем документе.

Свойства материала с поверхностным покрытием.

Плотность гидроксильных групп на поверхности целлюлозы по оценкам составила 2х10¹⁶ гидроксильных групп/см². Можно ожидать, что степень дериватизации будет соответствовать, таким образом, величине меньше этой и переведенной в проценты.

Предпочтительно поверхность материала, подлежащего поверхностной обработке, представляет гидроксилированную поверхность. Некоторая часть или все гидроксильные группы (-ОН), содержащиеся на материале перед проведением газофазной прививки, могут быть подвергнуты процессу прививки, где группа реагента (привитая группа) соединена с поверхностью материала. Предпочтительно материал в поверхностным покрытием имеет по меньшей мере одну привитую группу на квадратный мкм, так по меньшей мере 100 привитых групп, например 1000 привитых групп на квадратный мкм, например по меньше мере, 10000 привитых групп на квадратный мкм, так, по меньше мере, 100000 привитых групп на квадратный мкм, например по меньшей мере 1000000 привитых групп на квадратный мкм, так по меньшей мере 10000000 привитых групп на квадратный мкм, например по меньшей мере 100000000 привитых групп на квадратный мкм.

Для материала с поверхностным покрытием, включающего волокна, звенья, составляющие линейную цепь, могут включать привитые группы. В цепи звеньев по меньшей мере 10% звеньев может содержать по меньшей мере одну привитую группу, так по меньшей мере 30%, например по меньшей мере 50%, так по меньшей мере 70%, например по меньшей мере 90%. Предпочтительно по меньшей мере 75% звеньев содержит по меньшей мере одну привитую группу. Более предпочтительно по меньшей мере 85% звеньев содержит по меньшей мере одну привитую группу. Еще предпочтительно по меньшей мере 95% звеньев содержит по меньшей мере одну привитую группу. Каждое звено, включающее по меньшей мере одну привитую группу, может включать по меньшей мере две привитые группы, так по меньшей мере три привитые группы, например по меньшей мере четыре привитые группы.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения материал поверхностного покрытия включает целлюлозу с тремя привитыми группами на каждое звено глюкозы.

Материал поверхностного покрытия также может включать гемицеллюлозу. В данном материале каждое звено сахара в цепи гемицеллюлозы предпочтительно включает от двух до четырех привитых к поверхности групп.

Когда материал, на поверхность которого наносят покрытие согласно настоящему изобретению, получают из органического источника, то материал, например полимерный материал с поверхностным покрытием согласно изобретению является в целом биоразлагаемым. В одном варианте осуществления изобретения предпочтительно, чтобы материал, такой как полимерный материал согласно изобретению, был биоразлагаемым, как определено по меньшей мере одним из методов, предпочтительно двумя или более методами, рассмотренными ниже по тесту. Однако материал с поверхностным покрытием, нанесенным методом газофазной прививки, рассмотренном в настоящем документе, также может быть не органического происхождения. В этом случае материал не является биоразлагаемым.

Одним методом, который может быть использован для определения биоразлагаемости, является инкубирование материала, например полимерного материала, со свежим образцом отстойного ила в течение заранее определенного промежутка времени. Определяют выделение СО2 и сравнивают с теоретическим возможным выходом СО₂. Один пример данного метода рассмотрен ниже по тексту в примере 5а. Предпочтительно, чтобы материал, например полимерный материал органического происхождения с поверхностным покрытием согласно изобретению, был биоразлагаемым, как определено в тесте по биоразлагаемости, рассмотренном в примере 5а, и, таким образом, при тестировании полимерного материала по изобретению методом примера 5а предпочтительно по меньшей мере 30%, более предпочтительно по меньшей мере 40%, даже более предпочтительно. По меньшей мере, 50%, даже еще более предпочтительно по меньшей мере 60% теоретически возможного количества СО₂ извлекают через 30 дней инкубирования.

Другим подходящим для использования методом определения биоразлагаемости является инкубирование материала, например полимерного материала, со смесью песка, почвы и компоста в течение заранее заданного промежутка времени. Определяют количество выделенного СО2 и сравнивают с теоретическим возможным количеством выделяющегося СО2. Один пример данного метода рассмотрен ниже по тексту в примере 5Ь. Предпочтительно, чтобы материал, например полимерный материал с поверхностью, покрытой согласно изобретению, был биоразлагаемым, как определено методом оценки биоразлагаемости, описанным в примере 5Ь, и, таким образом, при тестировании полимерного материала по изобретению методом примера 5Ь предпочтительно, чтобы по меньшей мере 30%, более предпочтительно по меньшей мере 40%, даже более предпочтительно по меньшей мере 50%. Еще более предпочтительно

- 22 023975 по меньшей мере 60% теоретически возможного количества СО₂ было извлечено через 60 дней инкубирования.

Предпочтительным методом для определения биоразлагаемости является инкубирование материал, например полимерного материала, с инокулятом, который образован из компоста твердых городских отходов. Инокулят предпочтительно представляет образец компоста из твердых городских отходов. Материал, такой как полимерный материал, предпочтительно инкубируют с инокулятом в течение заранее определенного промежутка времени. Предпочтительно в течение 45 дней. Определяют выход СО₂ и сравнивают с теоретически возможным выходом СО₂. Один пример данного метода рассмотрен ниже по тексту в примере 5с. Предпочтительно, чтобы материал, например полимерный материал с поверхностным покрытием согласно изобретению, был биоразлагаемым, как определено тестом на биоразлагаемость, рассмотренным в примере 5с. Таким образом, когда тестируют материал, такой как полимерный материал по изобретению, методом примера 5с, тогда скорость извлечения СО₂ (т.е. % СО₂, извлеченного от возможного) составляет предпочтительно по меньше мере 30%, более предпочтительно по меньшей мере 40%, даже более предпочтительно по меньшей мере 50%, еще более предпочтительно по меньшей мере 60%, даже более предпочтительно по меньшей мере 70%, еще более предпочтительно по меньшей мере 80% от степени извлечения СО₂ из положительного контрольного материала, где позитивный контрольный материал выбран из группы, состоящей из целлюлозы, крахмала, дуба, клена, листьев кукурузы и крафт-бумаги.

Когда контейнеры, изготовленные из материала с поверхностным покрытием, используются для хранения жидкостей, или материал с обработанной поверхностью используется как упаковка для пищевых продуктов, то предпочтительно, чтобы материал с поверхностным покрытием, например полимерный материал, имел лишь ограниченный захват воды при погружении в воду. Предпочтительно захват воды (далее по тексту также называемый набуханием в воде) составляет самое большее 30%, даже более предпочтительно самое большее 20%, даже более предпочтительно самое большее 10%, даже более предпочтительно самое большее 5%.

В зависимости от использования материала с поверхностным покрытием, может быть предпочтительно, чтобы предел прочности при разрыве полимерного материала был высоким. Применение вышерассмотренного материала с поверхностным покрытием, например растительного волокнистого материала с поверхностным покрытием и растительного материала может привести к получению материала, например полимерного материала с подходящим пределом прочности при разрыве. Таким образом, предпочтительно, чтобы предел прочности при разрыве материала, например полимерного материала, составлял по меньшей мере 10 МПа, более предпочтительно по меньшей мере 20 МПа, даже более предпочтительно по меньшей мере 25 МПа, например по меньшей мере 27 МПа, так по меньшей мере 29 МПа, например в интервале от 10 до 200 МПа, более предпочтительно в интервале от 20 до 200 МПа, даже более предпочтительно в интервале от 254 до 100 МПа, например в интервале от 28 до 100 МПа, так, в интервале от 29 до 100 МПа, при определении с использованием оборудования для тестирования Ноип8йе1й.

Кроме того, предпочтительно, чтобы динамический модуль упругости Е' материала с поверхностным покрытием был достаточно высоким. Предпочтительно динамический модуль упругости Е' составляет по меньшей мере 2500, более предпочтительно по меньшей мере 3000, например по меньшей мере 3200, так по меньшей мере 3300, например по меньшей мере 3400, при температуре в интервале от -40 до -30°С, предпочтительно в интервале от -37 до -32°С.

Применение материала с поверхностным покрытием.

Материал с поверхностным покрытием, например полимерный материал с поверхностным покрытием согласно настоящему изобретению может быть использован в различных областях применения. Одной предпочтительной областью применения полимерного материала является производство контейнеров для жидкостей. Другой предпочтительной областью использования является упаковка для пищевых продуктов, особенно для пищевых продуктов, которые требуют водонепроницаемой упаковки. Другой предпочтительной областью использования является производство бумажных продуктов, особенно продуктов, от которых требуются водоотталкивающие или водозащитные свойства.

Предпочтительными изделиями, полученными из материала с поверхностным покрытием согласно методу газофазной прививки, рассмотренному в настоящем документе, являются автомобильные детали и детали внутренней отделки автомобилей, контейнеры с ячейками и материалы для ящиков, строительные материалы, такие как брус, доски, плитки, поверхностные покрытия, потребительские товары, такие как стеллажи, детали для электронного оборудования, мебель, детали светильников, корпусы компьютеров, строительство плавательных средств, искусственное покрытие, трубопроводы, детали самолетов, кухонная утварь.

Вышеперечисленные изделия изготовлены из материалов с поверхностной модификацией путем радикальной полимеризации или полимеризации с открытием цикла при высоком давлении в прессформе в присутствии 20-50% мономера, полимеризующегося в аналогичных условиях. Радикальная полимеризация может быть инициирована в условиях отсутствия кислорода инициатором свободных радикалов, таким как ΑΙΒΝ/персульфат аммония, или пучком УФ-света. Открытие кольца может быть ини- 23 023975 циировано кислотой (оксетанами) или алкоксидом (оксиранами).

Материал с поверхностным покрытием, рассмотренный в настоящем документе, может быть формован в продукт различными методами формования, такими как формование в пресс-форме, термоформованием, литьем под давлением, компрессионным формованием, экструзионным формованием, формованием с раздувом. При среднем размере частиц материала с поверхностной обработкой 300 мкм предпочтительным является компрессионное формование.

Два или более материалов с поверхностным покрытием, как рассмотрено в настоящем документе, могут быть смешаны и формованы в продукт. Они могут включать фракцию частиц небольшого размера и фракцию прочного волокна, образованную любым источником волокна, упомянутым выше, это предпочтительная смесь. Это также может быть смесь целлюлозного материала и стекловолокна, действительно, любая комбинация материалов, содержащих аналогичные полимеризационно-активные функциональные группы, может быть смешана с эквивалентным мономером и инициатором полимеризации с получением полимера под давлением.

Два или более материалов с поверхностным покрытием, как рассмотрено в настоящем документе, могут быть смешаны с непокрытым материалом, например термопластом, и формованы в продукт. Примером материала, который может быть смешан с полимерами, является любое из волокон, упомянутых выше, перед дериватизацией, или эластомерный гранулят, который может модифицировать пластичность продукта.

В варианте осуществления изобретения материал, на который нанесено поверхностное покрытие согласно газофазной прививке, рассмотренной в настоящем документе, смешивают с полистиролом и формуют литьем под давлением в изделие. Данное изделие может представлять автомобильную деталь и деталь интерьера, контейнеры с ячейками и материалы для ящиков, строительные материалы, такие как брус, доски, плитки, поверхностные покрытия, потребительские товары, такие как стеллажи, детали для электронного оборудования, мебель, детали светильников, корпусы компьютеров, строительство плавательных средств, искусственное покрытие, трубопроводы, детали самолетов, кухонная утварь.

Когда полимерный материал должен быть использован как контейнер, например для жидкостей, материал, например полимерный материал, предпочтительно получают с использованием пресс-формы соответствующего профиля для данных контейнеров. Подходящие профили для контейнеров, например контейнеров для жидкостей, включают, например, различные бутылочные профили, кубические профили, цилиндрические профили и ящики, предпочтительно контейнером для жидкостей является бутылка. Предпочтительно, чтобы весь контейнер, например сама бутылка, была полностью получена из материала с поверхностным покрытием, например полимерным материалом с поверхностным покрытием по изобретению, однако любые запорные средства (такие как крышка или колпачок, например металлическая крышка со складчатыми краями) могут быть изготовлены из другого материала, например металла (такого как алюминий или железо) и/или пластмассы.

Жидкости или мягкие продукты, которые могут храниться в контейнере, полученном из материала с поверхностным покрытием, как рассмотрено в настоящем документе, могут представлять любые жидкости и мягкие продукты. Примерами жидкостей и мягких продуктов являются пищевые продукты, связанные с жидкостями, и мягкие продукты, например прохладительные напитки, такие как безалкогольные напитки, молоко, пиво; продукты на основе бактериальной обработки, такие как сыр, йогурт. Однако в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения материал с поверхностным покрытием, например полимерный материал, использован как контейнер для прохладительных напитков, в частности материал с поверхностным покрытием, такой как полимерный материал, может быть использован как контейнер для газированных прохладительных напитков, таких как газированные безалкогольные напитки или пиво. В данном варианте осуществления изобретения особенно важно, чтобы полимерный материал имел предпочтительную прочность, рассмотренную выше в настоящем документе.

В одном варианте осуществления изобретения материал с поверхностным покрытием может быть использован для изготовления материалов для хранения пищевых продуктов. Предпочтительно материалы для хранения пищевых продуктов получают из материала с поверхностной обработкой органического происхождения, например растительного полимерного материала. Предпочтительно материалы для хранения пищевых продуктов могут быть выбраны из группы, состоящей из тары для упаковки, сосудов, ящиков, заменителей стекла и кухонной утвари. Предпочтительно названные заменители стекла являются одноразовыми заменителями стекла. Таким образом, изобретение в одном из вариантов его осуществления относится к столовым приборам, включающим или предпочтительно состоящим из материала с поверхностным покрытием, например полимерного материала согласно изобретению. Предпочтительно названные столовые приборы представляют одноразовые столовые приборы, которые вследствие способности к биоразложению полимерного материала сами будут предпочтительно также биоразлагаемыми. Столовыми приборами могут быть, например ножевые изделия, такие как ложки, вилки или ножи, или это могут быть тарелки или чашки или полимерные очки.

В одном варианте осуществления изобретения материал с поверхностным покрытием использован для получения водоотталкивающих или водонепроницаемых бумажных изделий. Данные бумажные изделия могут представлять бумагу, используемую для письма, газет, журналов, книг и т.п. Однако бумаж- 24 023975 ными изделиями также может быть твердый картон, белый гофрированный картон, волновые доски, а также другие типы бумажных изделий, толще, чем простая писчая бумага. Бумажные изделия, включающие материал(ы) с поверхностным покрытием, полученные методом газофазной прививки, рассмотренного в настоящем документе, могут быть получены из волокна с поверхностным покрытием, например из бумажной массы с поверхностным покрытием (сухого волокнистого материала). Волокно и бумажная масса могут быть первичными исходными или полученными из макулатуры.

Изделия, полученные из материала(ов) с поверхностным покрытием методом газофазной прививки, рассмотренным в настоящем документе, могут быть использованы вместо традиционных бумажных контейнеров для хранения, например, картонных коробок, однако коробки, изготовленные из материала(ов) с поверхностным покрытием, нанесенным методом газофазной прививки, рассмотренным в настоящем документе, являются водоотталкивающими или водонепроницаемыми и могут быть использованы вместо деревянных ящиков. Особенно в областях (районах и отраслях промышленности), где традиционные картонные коробки не подходят вследствие водопоглощающей способности данных коробок, коробки, изготовленные из материала(ов) с поверхностным покрытием, нанесенным методом газофазной прививки, рассмотренным в настоящем документе, могут быть подходящими из-за водоотталкивающей способности или водонепроницаемости.

Бумажное изделие может быть изготовлено из соломы, например злаковых культур. Солома необязательно может быть пропитана раствором перед нарезкой на более мелкие куски, например измельчением в порошок. Небольшие куски (например, порошок) соломы могут содержать лигнин, остаточные частицы почвы, оставшиеся части насекомых и т.п. На измельченный материал из соломы может быть нанесено поверхностное покрытие, как рассмотрено в настоящем документе. Процесс нанесения покрытия проводят в условиях, в которых протекает стерилизация измельченного материала соломы. Материал из соломы с поверхностным покрытием может быть использован для изготовления водостойкой или водоотталкивающей бумаги. Данная бумага имеет высокую прочность и является биоразлагаемой. По сравнению с традиционными процессами производства бумаги, метод, рассмотренный в настоящем документе, предусматривает использование значительно меньшего количества воды и значительно меньшей энергии. Кроме того, традиционные процессы производства бумаги обеспечивают разложение возможно большего количества целлюлозы кипячением и удаление лигнина перед сушкой бумажной массы.

Изделия, изготовленные из материала с поверхностным покрытием, нанесенным методом газофазной прививки, рассмотренным в настоящем документе, могут иметь такую прочность, что продукт может заменить термопласт во многих изделиях. Примерами являются автомобильные детали и детали интерьера автомобиля, материалы для упаковочных коробок и ящиков, строительные материалы, такие как брус, панели, плитка, поверхностные покрытия, потребительские товары, такие как стеллажи, детали для электронного оборудования, мебель, детали светильников, корпусы компьютеров, строительные детали для лодок, панели, трубопроводы, детали самолетов, кухонная утварь.

Система.

В одном из аспектов изобретение относится к системе для материала с поверхностным покрытием, как рассмотрено в настоящем документе, система включает реакторную емкость;

емкость для реагента(ов);

емкость для газообразного носителя;

шланги и трубы для соединения реакторной емкости, емкости для нагревания реагента(ов) и емкости для газообразного носителя;

средства температурного контроля; средства контроля давления; средства для контроля расхода газа.

Реакторная емкость содержит материал, когда на материал наносят поверхностное покрытие рассмотренным способом газофазной прививки. Материал может поступать в реакторную емкость в виде загрузки (периодической) перед инициированием процесса прививки или непрерывно подается, пока протекает процесс газофазной прививки. Процесс газофазной прививки протекает, когда газообразный реагент(ы), рассмотренный в настоящем документе, направляют над поверхностью материала. Реакторная емкость может регулироваться по температуре (средствами температурного контроля для реакторной емкости) внутри реакторной емкости. Температура внутри реакторной емкости может регулироваться до того, как материал войдет в реакторную емкость, а также в промежуток, когда материал располагается внутри реакторной емкости. Средства температурного контроля могут быть активированы, так что материал будет нагреваться, пока материал входит в реакторную емкость, а также когда материал находится в реакторной емкости, но до того, как будет инициирован процесс газофазной прививки, т.е. до того, как газообразный реагент(ы) будет направлен в реакторную емкость. Это предварительный нагрев материала. Предварительный нагрев материала перед направлением реагента(ов) в реакторную емкость осуществляют, чтобы поддерживать реагент(ы) в газовой фазе. Средства температурного контроля реакторной емкости способны осуществлять нагрев и охлаждение внутри реакторной емкости. Температура в реакторной емкости может регулироваться в интервале 0-350°С, предпочтительно 10-300°С, более предпоч- 25 023975 тительно 20-250°С, также предпочтительно 30-200°С. Предпочтительные температуры при осуществлении процесса нанесения поверхностного покрытия рассмотрены в тексту настоящего документа в части температур процесса газофазной прививки.

В одном из вариантов осуществления изобретения средство контроля давления соединены с реакторной емкостью. Давление реакторной емкости можно контролировать до того, пока материал войдет в реакторную емкость, а также в период, когда материал расположен внутри реакторной емкости. Средства регулирования давления могут быть активированы, когда материал находится в реакторной емкости (периодическая или непрерывная подача), но до того, как будет инициирован процесс газофазной прививки, т.е. до того, как газообразный реагент(ы) будет направлен в реакторную емкость. Это предварительная обработка давлением (отрицательным давлением (вакуум) или положительным давлением) материала и может быть осуществлена вместе с предварительным нагревом, рассмотренным в тексте настоящего документа. Предварительная обработка давлением вместе с предварительным нагревом материала перед направлением реагента(ов) в реакторную емкость могут улучшить процесс нанесения покрытия, когда реагент(ы) в газовой фазе в последний момент направляют над поверхностью материала. Средства регулирования давления реакторной емкости способны создавать отрицательное давление (вакуум) и положительное давление внутри реакторной емкости. Средства контроля давления реакторной емкости могут обеспечивать регулирование давления в реакторной емкости в интервале 1-100000 мбар. Предпочтительным является давление 100-10000 мбар, такое как 300-3000 мбар, например 800-1500 мбар, такое как 1013 мбар.

Примером процесса прививки может быть вакуумирование нагретого реактора (реакторной емкости), содержащего твердое вещество/подлежащий дериватизации материал, затем загрузка реактора смесью реагента и газообразного носителя, чтобы заполнить все полости в материале реагентом. Затем давление может быть повышено до, например, 5000 мбар с повышением концентрации реагента на поверхности и, следовательно, скорости реакции.

Предпочтительное отрицательное давление, используемое при проведении нанесения покрытия, рассмотрено в тексте настоящего документа и составляет предпочтительно 1-200 мбар. Отрицательное давление устанавливают с помощью стандартных вакуумных насосов.

В дополнительном варианте осуществления изобретения средства контроля расхода газа соединены в реакторной емкостью. Средства контроля расхода газа регулируют расход газообразного реагента(ов) и/или газообразных носителей, когда они направляются через реакторную емкость. Расход газа можно регулировать с повышением или снижением времени нахождения газообразного реагента(ов) и газообразных носителей внутри реакторной емкости. Расход газа может зависеть от количества материала, направляемого в процесс нанесения покрытия. Расход газа также можно регулировать по количеству поверхностного покрытия, нанесенного на материал, на поверхность которого наносят покрытие.

Система дополнительно включает емкость для реагента(ов). Реагент, когда он находится в емкости, может первоначально быть твердым, жидким или газообразным, например реагент под атмосферным давлением и комнатной температуре может быть подан в емкость для реагента(ов) как твердое вещество, жидкость или газ. Емкость для реагента(ов) может включать всего одну камеру для предварительной обработки реагента(ов) перед направлением реагента(ов) в виде газа в реакторную емкость. В камере для предварительной обработки (которая может быть той же, что и камера для подачи реагента(ов) в емкость) реагенты могут нагреваться и/или подвергнуты воздействию отрицательного или положительного давления. Предварительная обработка реагента(ов), т.е. перевод реагента(ов) в газовую фазу, если он(и) были твердыми или жидкости при комнатной температуре, также может быть осуществлена в шлангах и трубках, соединяющих емкость для реагента(ов) и реакторную емкость. Кроме того, газообразный носитель может входить в емкость для реагента(ов) или быть смешан с предварительно нагретым(и) реагентом(амии) в шлангах и трубках перед входом смеси в реакторную емкость.

В другом варианте осуществления изобретения система включает емкость для газообразного носителя. Газообразным носителем может быть инертный газ, предпочтительно азот и/или аргон. Газообразным носителем также может быть кислород. Газообразный носитель действует как носитель, который облегчает выпаривание и поддерживание реагента в паровой фазе и, кроме того, может оказывать действие, сравнимое с действием растворителей в жидкофазных реакциях, например комплексообразование и облегчение протеканию реакций замещения.

Емкость для газообразного носителя может быть соединена с емкостью для реагента(ов) и/или с шлангами/трубами, направляющими реагент(ы) в газовой фазе из емкости для реагента(ов) в реакторную емкость. К емкости для газообразного носителя присоединены средства регулирования количества газообразного носителя. Данные средства для регулирования количества газообразного газа направляют количество газообразного носителя из емкости для газообразного носителя и через систему в направлении емкости для реагента(ов) и/или реакторную емкость. Количество газообразного носителя может быть отрегулировано, когда осуществляют реакцию газофазной прививки.

Шланги и трубки используются для соединения по меньшей мере реакторной емкости, емкости для нагревания реагента(ов) и емкости для газообразного носителя. Также шланги и трубки могут быть частью системы для соединения других частей системы. Данные соединения показаны на фигурах и/или

- 26 023975 рассмотрены ниже. Описание может быть только таким что материал или газ направляются из одной части в другую часть без четкого описания шлангов и трубок.

Средства температурного контроля могут быть соединены с реакторной емкостью, с емкостью для реагента(ов), с емкостью для газообразного носителя и/или шлангами/трубками, так что при необходимости температуры в данных частях можно независимо контролировать и регулировать.

Средства для направления газа через систему могут быть соединены с реакторной емкостью, с емкостью для реагента(ов), с емкостью для газообразного носителя и/или с шлангами/трубками, так что оптимальная комбинация реагента(ов) в газовой фазе и газообразного носителя может быть направлена через реакторную емкость, где на поверхность материала наносят покрытие.

Температура, давление, количество реагента(ов) в газовой фазе и количество газообразного носителя можно независимо регулировать средствами, описанными в настоящем документе, с получением подходящих условий для поверхностной реакции в реакторной емкости.

В варианте осуществления изобретения система, рассмотренная выше, дополнительно включает средства нагрева;

контейнер для исходного материала;

контейнер для материала, предназначенного для обработки поверхности; контейнер для связывания НС1;

насосы для накачивания газовой фазы реагентов и газообразного носителя, и/или холодильник для охлаждения материала, предназначенного для поверхностной обработки и/или охлаждения газа, выходящего из реакторной емкости.

Средства нагрева и охлаждения могут составлять объединенную часть из средств регулирования температуры, как рассмотрено выше. Средства нагрева могут быть использованы, как рассмотрено выше, в отношении средств регулирования температуры. Средства нагрева могут быть использованы для нагревания реакторной емкости в системе, где материал, который должен быть подвергнут непрерывному процессу нанесения поверхностного покрытия, направляют через реакторную емкость. Материал, который должен быть подвергнут непрерывному процессу нанесения поверхностного покрытия, подают с одного конца реакторной емкости и отводят с другого конца реакторной емкости. Реагент(ы) в газовой фазе могут быть направлены в и из реакторной емкости с том же направлении, что и поток материала, который предназначен для процесса нанесения поверхностного покрытия. Реагент(ы) также могут иметь направление потока, противоположное направлению потока материала в реакторной емкости. Когда материал и газ имеют одинаковое направление потока через реакторную емкость, нагревательные средства могут нагревать реакторную емкость в том конце, где материал входит в реакторную емкость. Средства охлаждения могут охлаждать реакторную емкость с того конца, откуда материал выходит из реакторной емкости. Материал может быть повторно направлен в реакторную емкость определенное число раз для проведения дополнительного покрытия поверхности материала. Предпочтительно материал поступает в реакторную емкость со стороны дна и выходит из емкости сверху. Предпочтительно материал и газ имеют одинаковое направление потока через реакторную емкость.

В варианте осуществления изобретения система включает контейнер для исходного материала. Данный контейнер предпочтительно предназначен для материала, еще не имеющего поверхностного покрытия согласно способу, рассмотренному в настоящем документе. Контейнер для исходного материала предпочтительно соединен с реакторной емкостью, так что обрабатываемый материал может быть направлен из контейнера для исходного материала в реакторную емкость. Средства температурного контроля и средства контроля давления могут быть соединены с контейнером для исходного материала, чтобы обеспечить возможность предварительной обработки материала перед его подачей в реакторную емкость. Предварительная обработка материала в контейнере для исходного материала при температуре и давлении, аналогичных температуре и давлению, которые используются в реакторной емкости, может быть преимущественной для поверхностного покрытия материала.

Система также может включать контейнер для материала с обработанной поверхностью. Материал, прошедший процесс газофазной прививки в реакторной емкости, направляют в контейнер для материала с обработанной поверхностью. Из данного контейнера материал может быть направлен в реакторную емкость или материал может выйти из системы как материал с поверхностным покрытием. Средства контроля поверхности могут быть соединены с контейнером для материала с обработанной поверхностью для определения того, имеет ли материал необходимое покрытие поверхности и может ли покинуть систему, или материал необходимо повторно направить в реакторную емкость. Средства контроля поверхности могут быть основаны на автоматическом измерении флуоресценции материала, так как материал с поверхностным покрытием и материал без покрытия могут иметь различное флуоресцентное испускание.

Материал и газы (реагенты), газообразный носитель и образующийся газ в реакторной емкости (если он образуется), выходящие из реакторной емкости могут быть разделены средствами разделения твердых материалов и газов. Данным средством для разделения названных материалов и газов может быть циклон-аппарат. Газ может быть очищен от любых газов, образовавшихся в реакторной емкости. Кроме того, содержание газообразного реагента(ов) и газообразного носителя может контролироваться и

- 27 023975 регулироваться. Таким образом, комбинация газообразного носителя и газообразного реагента(ов) оказывается готовой для повторной подачи в реакторную емкость.

Реагент(ы), используемые при газофазной прививке, может содержать -С1 группу. Следовательно, в реакторной емкости может образоваться НС1 (хлористый водород), когда реагент(ы) с -С1 группой взаимодействует с гидроксилированной поверхностью материала. НС1 будет отводиться из реакторной емкости вместе с остальными газообразными реагентами (непровзаимодействовавшим реагентом с гидроксилированной частью поверхности материла) и газообразным носителем. Контейнер для захвата НС1 или других газов, образовавшихся в реакторной емкости, может быть соединен с реакторной емкостью для разделения твердых материалов и газов. Контейнер для связывания НС1 (колонка для поглощения НС1 или цеолитная ловушка для НС1) может содержать цеолит для захвата НС1.

В одном из вариантов осуществления изобретения система включает насосы для прокачивания газообразной фазы реагентов и газообразного носителя через систему. Данные насосы могут быть расположены в различных точках системы. Примерами мест расположения являются шланги и трубки, расположенные перед вводом газовой фазы в реакторную емкость, и/или расположенные после отвода газовой фазы из реакторной емкости.

В системе для газофазной прививки материалов также могут находиться вентили. Вентили могут быть расположены на входе и/или выходе из любой части системы, как рассмотрено в настоящем документе. Предпочтительно вентили используют в соединениях средств контроля количества газообразного реагента(ов) в системе, количества газообразного носителя в системе, для контроля материла, поступающего в систему и выходящего из нее.

Система может также включать холодильник для контроля материала с обработанной поверхностью и/или для охлаждения газа, выходящего из реакторной емкости. Холодильником может быть теплообменник. Тепло, полученное при охлаждении материала с обработанной поверхностью и/или газа, выходящего из реакторной емкости, может быть использовано для нагревания материала и/или газа перед их подачей в реакторную емкость и/или пока они находятся в реакторной емкости.

В другом варианте осуществления изобретения система дополнительно включает перемешивающие средства для перемешивания материала при осуществлении процесса нанесения покрытия;

средства рециркуляции для рециркуляции материала с нанесением покрытия;

средства подачи для подачи в реакторную емкость необработанного (без покрытия) материала.

Средства перемешивания для перемешивания материала при осуществлении процесса нанесения покрытия могут быть расположены внутри реакторной емкости. Перемешивание материал снижает риск температурного разброса в реакторной емкости, и оно обеспечивает турбулентность потока газа через реакторную емкость. Если протекает дополнительная реакция, например микроволновая обработка, как рассмотрено в тексте настоящего документа, средства перемешивания могут обеспечить более равномерную обработку материала в реакторной емкости. Средствами перемешивания может быть любое перемешивающее оборудование, например циркуляционные совки. Средством перемешивания также может быть винтовой шнек, перемещающий материал по реакторной емкости. Направление, в котором шнек перемещает материал, может быть горизонтальным или вертикальным. При вертикальном перемещении материал может перемещаться вверх или вниз. Отверстия или прорези в перемешивающих средствах, например в лопастях, могут обеспечить контакт между газообразным реагентом(амии) и поверхностями материала в реакторной емкости. Газообразный реагент(ы) и газообразный носитель также могут направляться по внутренней стороне перемешивающих средств и в реакторную емкость по прорезям или апертурам в перемешивающих средствах, например через прорези или апертуры в спиральных шнеках.

Как упомянуто выше, средства рециркуляции для рециркуляции материала могут быть расположены для направления материала из реакторной емкости обратно в реакторную емкость с получением другого цикла газофазной прививки на поверхности материала. Рециркуляция материала в системе может привести к получению материала с более равномерным покрытием поверхности, чем при отсутствии рециркуляции.

В варианте осуществления изобретения система включает средства подачи для введения в реакторную емкость необработанного (без покрытия) материала. Средства подачи могут быть соединены со средствами рециркуляции для рециркуляции материала, так что количество материала в реакторной емкости во времени остается постоянным. Поэтому количество материала, которое не циркулирует средствами циркуляции (т.е. количество, которое находится в системе), подается в реакторную емкость средствами подачи с загрузкой реакторной емкости.

В другом варианте осуществления изобретения система включает средства излучения микроволн в реакторной емкости. Средствами излучения микроволн могут быть один или более магнетронов.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения реакторная емкость имеет псевдоожиженный слой. Предпочтительно материал поступает в реакторную емкость со стороны днища емкости, и материал выходит из реакторной емкости сверху емкости. Также предпочтительное направление газового потока проходит от днища к верху реакторной емкости.

- 28 023975

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения материал поступает в реакторную емкость сверху емкости и материал выходит из реакторной емкости из днища емкости. Материал также может поступать в реакторную емкость через ввод в верхней части емкости, и материал может выходить из реакторной емкости через отвод, расположенный в любой точке ниже ввода. Таким образом, оба ввод и вывод могут быть расположены в верхней части емкости. Предпочтительно газовый поток в системах данного типа противоположен общему направлению материала в реакторной емкости, т.е. направление газового потока проходит от дна к верху реакторной емкости.

Подробное описание чертежей

На фиг. 1 показана схема реакции метакрилоилирования, протекающей в жидкой или газовой фазе. Схема реакции, протекающей в растворе, показана на фиг. 1а. Схема соответствующей реакции, протекающей в газовой фазе, показана на фиг. 1Ь. В примерах показана реакция между целлюлозой и метакрилоилхлоридом, однако аналогичная реакция может иметь место с использованием растительного волокна, включающего целлюлозу. Аналогичная реакция может протекать с другими соединениями, аналогичными метакрилоилхлориду, такие как соединения, рассмотренные в настоящем документе.

На фиг. 2 показана схема полимеризации поверхности, обработанной материалами, приводящими к образованию полимерного материала, включающего различные размеры материалов с обработанной поверхностью. В данном примере растительное волокно (которое также может быть материалами других типов) представлено овалами, которые являются метакрилоилированными, и щепа или порошок растительного материала представляет метакрилоилированную целлюлозу. Использованы 3 различных мономера, которые в данном примере представляют этилметакрилат, этилакрилат и акриловую кислоту. В данном примере добавлен структурирующий агент, а именно, структурирующий агент Αϊύπαΐι 24, 684-0. В качестве инициаторов свободных радикалов использованы ΤΕΜΕΌ, персульфат аммония, лауроилпероксид и 2,2'-азобис(2-метилпропионамидин)дигидрохлорид. Растительные волокна (овалы) и целлюлозное волокно могут быть с поверхностью, обработанной методом газофазной прививки, как рассмотрено в настоящем документе.

На фиг. 3 показан схема реакции между фторофором, включающим тиольную группу, и щепой или порошком метакрилоилцеллюлоза/целлюлоза/растительный материал, где щепа или порошок целлюлоза/растительное волокно/растительный материал изображен в виде овала. Реакция приводит к химическому связыванию между щепой или порошком целлюлоза/растительное волокно/растительный материал и фторофором по реакции Михаэля тиола с метакрилатами на поверхности.

На фиг. 4 показан пример фотографии соломы ячменя, провзаимодействовавшей с ΡΜΑ-1118-69 (слева) и фотографии метакрилоилированной соломы ячменя, провзаимодействовавшей с ΡΜΑ-1118-69.

А) Солома ячменя перед, т.е. без метакрилоилирования, имела интенсивность 193. В) Солома ячменя после метакрилоилирования имела интенсивность 364. Таким образом, флуоресценция может быть использована для определения того, подвергался ли материал поверхностной обработке. В данном примере метакрилоилирование проводили в жидкостной реакции.

На фиг. 5 показана лабораторная установка газофазной прививки. Принцип действия системы также применим к промышленной системе любого размера. Материал, предназначенный для нанесения поверхностного покрытия, расположен в жидком слое, тогда как реагент в газовой фазе направляется через псевдоожидженный слой снизу. Температура реагента, а также псевдоожиденный слой контролируются. Если НС1 выделяется вследствие связывания соединения с поверхностью материала, данный НС1 может быть связан цеолитом. Газ/реагент может непрерывно подаваться через псевдоожиженный слой. Вертикальный стеклянный реактор снабжен шлифовыми соединениями сверху и снизу, к которым присоединены стеклянные фриттованные соединители. Верх колонки соединен через холодильник с небольшим циркуляционным вентилятором. Через ловушку с молекулярным ситом ЗА для НС1 непрореагировавшие реагенты циркулируют под действием нагретого газообразного носителя и барботируют через слегка нагретый маточный раствор реагента.

На фиг. 6 показана установка газофазной прививки непрерывного действия. Материал, предназначенный для нанесения поверхностного покрытия, располагается в псевдоожиженном слое, тогда как реагент в газовой фазе направляют через псевдоожиженный слой снизу. Температура реагента, а также псевдоожиженного слоя контролируется. Если НС1 выделяется вследствие связывания соединения с поверхностью материала, этот НС1 может быть связан цеолитом. Газ/реагент могут непрерывно подаваться через псевдоожиженный слой. Материал, предназначенный для нанесения поверхностного покрытия, может подаваться в установку через δοϊίά Реей и может выводиться из псевдоожиженного слоя сверху, где он входит в циклон и может быть либо рециркулирован в псевдоожиженный слой, либо может быть выведен в виде твердого вещества. Материал в псевдоожиженном слое может перемешиваться. Вертикальный реактор из нержавеющей стали составлен из стандартного химического оборудования с использованием хорошо доказанных технологических процессов. Он включает реактор с псевдоожиженным слоем длиной по меньшей мере 2 м, с подачей со стороны днища и циркуляцией волокна. Твердые вещества отделяют от циркулирующего газообразного носителя и реагентов с использованием циклонаппарата и переносят на спиральный шнек, который может удалять продукт или при необходимости направлять волокно на рециркуляцию. Из циклон-аппарата НС1 направляют в цеолитную колонку для свя- 29 023975 зывания НС1, и непрореагировавший реагент поступает на рециркуляцию.

На фиг. 7 показана система прививки с микроволновой приставкой. Материал, предназначенный для нанесения поверхностного покрытия, расположен в псевдоожиженном слое, тогда как реагент в газовой фазе направляют через псевдоожиженный слой снизу. Температура реагента, а также жидкостного слоя регулируется. Когда НС1 образуется в ходе реакции, то его можно связать цеолитом. Газ/реагент можно непрерывно пропускать через жидкостной слой. Материал для нанесения поверхностного покрытия можно подавать в установку через зону подачи Сырье (Рееб) и можно отводить из жидкостного слоя со стороны днище. Материал в жидкости можно перемешивать. Магнетроны используются для создания внутри контейнера (жидкостного слоя) микроволн. Реактор снабжен двумя рядами двухседельных клапанов для введения и отвода волокна (безопасное обращение с микроволнами) и имеет эллиптическое поперечное сечение для облегчения распределения микроволн, исходящих из выступа, размещенного в центре эллипса. Другой центр занят материалом, который прозрачен для микроволн, например полимером или керамической заглушкой. Центры разделены множеством длин микроволн. Таким путем можно поддерживать даже нагревание без измерительных наконечников интенсивного нагрева, избегая, таким образом, локального перегрева волокон. Перемешивающие лопасти поднимают материал и обеспечивают равномерное распределение тепла и потока газа. Вентилятор обеспечивает циркуляцию использованного в качестве носителя азота или воздуха, несущего газообразный НС1, образовавшийся в ходе реакции, в слой цеолита 3А, который связывает НС1 и обеспечивает возврат в реактор непрореагировавшего реагента. Цеолит может непрерывно регенерироваться (не показано) путем десорбционной обработки во внешнем контуре.

На фиг. 8 показано оборудование для непрерывной прививки волокон в присутствии микроволн. Материал для нанесения на него поверхностного покрытия входит через зону подачи Сырья (Рееф, направляется волноводами через систему, где реагенты пропускают через материал по полым осям с небольшими отверстиями для переноса газовой фазы. Магнетрон подает в систему микроволны. Привитые или с обработанной поверхностью продукты могут быть получены из системы, как показано на фигуре. Хотя и не показано, но температура реагента, а также материала, подвергаемого действию реагента в газовой фазе, контролируется. Если НС1 выделяется при сшивании соединения с поверхностью материала, то данный НС1 может быть связан цеолитом. Газ/реагент могут непрерывно проходить через жидкостной слой. В горизонтальном шнеке проходят микроволна в спиральном волноводе вокруг цилиндра со прорезями в узловых точках волны, откуда энергия распространяется по материалу в шнеке. Сам шнек перемещает волокнистый материал в противотоке потоку инертного газа, содержащего реагент ацилирования или другой реагент. НС1, образовавшийся в ходе реакции, поступает в слой цеолита и абсорбируется, обеспечивая возврат неизрасходованного реагента в реактор с помощью вентилятора. Материал непрерывно перемещается через реактор со временем пребывания 5 мин в зоне нагрева.

Дискламации.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения процесс прививки, как описано выше в настоящем документе, проводят без воздействия на материал, который подлежит нанесению поверхностного покрытия, раствора при осуществлении процесса прививки.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения материал, который предназначен для поверхностной обработки, не подвергают воздействию других химических изменений, отличающихся от прививки ацильных групп, силильных групп и/или алкильных групп к поверхности.

Примеры.

Следующие примеры представлены для пояснения вариантов осуществления изобретения, и их не следует рассматривать как ограничивающие изобретение.

Сокращения:

РЕСЛ=смола на основе полиэтиленгликольполиакриламида;

НМВА=гидроксиметилбензойная кислота;

ТВТи=О(1Н-бензотризол-1-ил)1,1,3,3-тетраметилуронийтетрафторборат, СЛ§ по.125700-67-6;

О1ЕЛ=диизопропилэтиламин;

Ό СМ=дихлорметан;

^МΡ=NN'-диметилформамид;

Т1Р§=триизопропилсилан;

РСМ§=жидкостная хроматография, масс-спектрометрия;

НРРС=жидкостная хроматография высокого разрешения;

ТРЛ=трифторуксусная кислота.

Пример 1. Акрилоилирование в растворе: получение материала сравнения.

Акрилоилилирование в растворе проводили с использованием метода, аналогичного методу синтеза растворимых ацетоацетатов целлюлозы, как описано Ебдаг К.Р, ЛгпоИ К. М., В1оип1 У.У., ба\ушс/ак. РЕ., Ьогетаи ЭЛУ., Масгото1еси1е8 1995, 28, 4122-4128.

Ячменную солому измельчали в лабораторном блендере и дополнительно троекратно растирали в порошок на мельнице для образцов РО88 СУСЬОТЕС 1093. Средний размер частиц порошка составлял от 36 до 360-590 мкм. Троекратно растертую ячменную солому (5 г) помещали в 500 мл круглодонную

- 30 023975 колбу, снабженную капельной воронкой. Добавляли 30 мл сухого дихлорметана (ЭСМ) с последующим добавлением триэтаноламина (ТЕА) (13,02 мл, 93,75 ммоль). Реакционную смесь держали в атмосфере аргона и охлаждали на ледяной бане. По каплям, в течение 30 мин добавляли метакрилоилхлорид (9,027 мл, 93,75 ммоль). Через 1 ч перемешивания при 0°С ледяную баню снимали и реакционную смесь перемешивали в течение ночи (22°С). После проведения реакции в течение ночи реакционную смесь охлаждали на ледяной бане и по каплям добавляли метанол (30 мл) в течение 15 мин. Реакционную смесь фильтровали, продукт промывали метанолом, водой, этанолом и ЭСМ. Продукт сушили (4,3 г) под высоким вакуумом.

Аналогичную методику использовали для получения акрилата/метакрилата целлюлозы, за исключением того, что использовали кристаллическую целлюлозу вместо ячменного порошка и акрилоилхлорид использовали, когда было необходимо.

Аналогичный метод использовали для получения акрилата/метакрилата целлюлозы, а также метакрилата кокосового волокна.

Вместо измельченной ячменной соломы использовали либо кристаллическую целлюлозу (81дтаАИпсН). либо кокосовое волокно. Для проведения реакции метакрилоилирования кокосовое волокно нарезали на кусочки 3-5 мм, используя ножницы. Схема реакции, протекающей в растворе, показана на фиг. 1а.

Схема соответствующей реакции, протекающей в газовой фазе, показана на фиг. 1Ь.

Пример 2. Листовой материал, например полимерные листы, полученные из материалов с поверхностным покрытием, нанесенным методом газофазной прививки, рассмотренным в настоящем документе, может быть использован для проведения реологического теста, рассмотренного ниже.

Реологический тест.

Листы материала, например полимерные листы, полученные из материалов с поверхностью, на которую нанесено покрытие методом газофазной прививки, рассмотренном в настоящем документе, нарезают на диски для проведения теста с использованием фрезерно-нарезной машины. Данные диски тестируют на реометре с параллельными пластинами МКМ-2000 от Νίρροη КЬео1оду Κί-Κί Со. ЫД Радиус пластин составляет К=2х1 см. Тестирование проводят при различных угловых частотах, которые меняются от 0x0,31 до 37x7 рад/с. Все измерения проводят при температуре 185°С. Амплитуды деформации поддерживают постоянными при 10%. Равномерная скорость сдвига, прилагаемая на осцилляторное течение образцов, меняется по пяти ступням как 0x01, 0x05, 0x1, 0x5 и 1x0 с^-1.

Пример 3.

Пример 3а. Парофазное метакрилоилирование.

Вместо использования метода, описанного в примере 1, материал, например растительный волокнистый материал и щепа или порошок растительного материала, также могут быть получены парофазной реакцией.

Парофазное метакрилоилирование проводили в 1 г чешуек, однако реакцию также можно проводить в более крупном масштабе.

Микрокристаллическую целлюлозу помещали в полипропиленовый шприц и закрывали, используя другой притертый шприц. Установку поддерживали при температуре 80°С на песчаной бане, и пропускали через нее пары метакрилоилхлорида. Метакрилоилхлорид помещали в 500 мл круглодонную колбу, снабженную барботером. Медленный поток сухого аргона пропускали через колбу, поддерживаемую при 60°С. Выходящий поток пропускали через охлаждающую ловушку, охлаждаемую смесью ацетона и сухого льда. Через 6 ч реакцию останавливали и продукт переносили в воронку Бюхнера и промывали метанолом, водой, этанолом и ЭСМ. Продукт сушили под высоким вакуумом (Выход 1,15 г).

Вместо целлюлозы метакрилировать данным методом можно измельченную ячменную солому и/или кокосовое волокно.

Пример 3Ь. Парофаэное метакрилоилирование: период действия.

Парофазное метакрилоилирование проводят в массе 2 г. Смесь метакрилоилхлорида и этилацетата (1:1) в 500 мл круглодонной колбе, снабженной барботером, выпаривали под медленным током сухого воздуха, проходившим через колбу, которую поддерживали при 60°С. Микрокристаллическую целлюлозу в полипропиленовом шприце, снабженном фриттой на обоих концах, поддерживали при 80°С на песчаной бане, пока пары метакрилоилхлорида проходили через него. Неиспользованный реагент связывали на холодном конце. Реакцию проводили в течение 6 ч. Каждый час отбирали образцы по 100 мг. Все образцы анализировали флуоресцентным методом, рассмотренным выше. Реакция протекала количественно после 1 ч медленного снижения интенсивности флуоресценции при длительном воздействии тепла.

Чтобы получить более точный период действия реакции, проводили второй эксперимент так же, как описано выше, при 85°С, и образцы отбирали на 5, 20, 35, 50 и 65 мин. Аналитический образец волокон промывали метанолом, водой, этанолом и ЭСМ. Согласно определению флуоресценции флуоресцентным методом ее измерения у образца, вышеуказанная реакция завершалась в течение 20 мин при данной температуре.

В отдельном эксперименте целлюлозно-бумажную массу деагрегировали и сушили под высоким

- 31 023975 вакуумом в течение одного дня. Парофазное метакрилоилирование проводили на данных волокнах (1 г), как описано выше, в течение 20 мин-6 ч. Оценка флуоресценции показала максимальное увеличение уровня флуоресценции по сравнению с холостым образцом через 20 мин.

Пример 3с. Метакрилоилирование в лабораторном реакторе.

Волокна ячменной соломы микроразмера (50 г, обработанных 0,31% ЫаОН при 80°С, промытые и высушенные) взвешивают в собранную колонку лабораторного оборудования для газофазной прививки и продувают азотом. Колонку и газ нагревают до 80°С и включают вентилятор. Метакрилоилхлорид инжектируют в этилацетат. В ходе опыта отбирают аликвотные количества на 5, 15, 30 мин, 1, 2, 3, 4 и 5 ч. Через 15 мин реакция завершена согласно результатам измерения флуоресценции с использованием тетраметилродаминовой пробы, рассмотренной выше. Время реакции поэтому поддерживают 20 мин с предварительным нагревом. Избыток реагента удаляют путем продувки азотом в течение 10 мин с необязательным охлаждением. Аналитический образец волокна осторожно промывают метанолом, водой, этанолом и ЭСМ и сушат. Продукт анализируют на степень дериватизации, и введение метакрилатных групп эквивалентно тому, что достигается в оптимизированных растворных реакциях.

Пример 3ά. Крупномасштабное метакрилоилирование в реакторе с жидкостным слоем.

Реактор заполняют азотом. Волокна из ячменной соломы микроразмера (3 м²) в реактор с жидкостным слоем по нижнему шнеку, тогда как циркуляция используется для поддерживания псевдоожиженного слоя. Наг нагревают и добавляют метакрилоилхлорид для поддержания насыщенной атмосферы. Через 20 мин реакция достигает равновесия, и волокна извлекают по нижнему шнеку для вывода твердой фазы, а новое волокно добавляют на входе со скоростью 9 м²/ч. Волокна охлаждают и избыток реагента выводят азотом или воздухом, проходящим противотоком через волокна на транспортном устройстве. Аналитический образец волокон тщательно промывают метанолом, водой, этанолом и ОСМ и сушат. Продукт анализируют с использованием тетраметилродаминовой пробы, рассмотренной выше, и дериватизация оказывается сравнимой с той, что достигается на оборудовании лабораторного масштаба.

Пример 3е. Газофазное метакрилоилирование волокон в условиях действия микроволн.

A) Лабораторный эксперимент проводили в 5 мл реакционной колбе на микроволновом приборе ЫЬеЧу, пропуская Ν₂, несущий пары метакрилоилхлорида, через порошкообразную целлюлозу (2 г). После достижения равновесного состояния с парами, колбу нагревали при 90°С в течение 5 мин. Материал тщательно промывали метанолом, водой, этанолом и ЭСМ. Его сушили и оценивали степень реакции вышерассмотренным флуоресцентным методом, которая оказалась почти количественной.

B) Вертикальный микроволновой реактор, представленный на чертеже, сначала продували газообразным азотом и заполняли порошком сухой молотой ячменной соломы со средним размером частиц 300 мкм. Реактор нагревали до 80°С, используя микроволновой нагрев, пропуская добавленный метакрилоилхлоридный реагент (10% в этилацетате) через реакционную трубку и распределяя его с помощью газообразного носителя, вводимого через ввод перфорированной трубки в днище реактора. Температуру в зонах нагрева поддерживали максимум при 90°С, пока волокна вводили и выводили со скоростью, обеспечивающей среднее время пребывания в реакторе 10 мин. Волокна охлаждали и избыток реагента удаляли с помощью азота или воздуха, проходящего противотоком через волокно на транспортном средстве. Аналитический образец волокон отбирали и тщательно промывали метанолом, водой, этанолом и ЭСМ. Образец сушили и оценивали степень реакции вышерассмотренным флуоресцентным методом, которая оказалась почти количественной.

C) Вертикальный микроволновой реактор, представленный на чертеже, сначала продували газообразным азотом. Реактор нагревали до 80°С, используя микроволновой нагрев, пропуская добавленный метакрилоилхлоридный реагент (10% в этилацетате) через реакционную трубку и распределяя его с помощью газообразного носителя, вводимого через ввод перфорированной осевой элемент в шнеке реактора. Порошок сухой молотой ячменной соломы со средним размером частиц 300 мкм вводили через вводной патрубок до тех пор, пока шнек не был заполнен. Температуру в самой горячей зоне реакторного шнека вблизи магнетрона поддерживали максимум при 90°С. Волокна вводили и выводили со скоростью, обеспечивающей среднее время пребывания в реакторе 10 мин. Волокна охлаждали, и избыток реагента удаляли с помощью азота или воздуха, проходящего противотоком через дериватизированный волокнистый продукт. Аналитический образец волокон отбирали и тщательно промывали метанолом, водой, этанолом и ЭСМ. Образец сушили и оценивали степень реакции вышерассмотренным методом флуоресцентной тетраметилродаминровой пробы, которая оказалась почти количественной.

Пример 4. Оценка двойных связей на поверхности целлюлозных волокон: степень метакрилоипирования.

- 32 023975

Тетраметилродамин присоединяли к 6-аминогексаноил-Ь-Су8(Тг1)-Ь-РЬе-НМВЛ-РЕОЛ (НМВА=гидроксиметилбензамид) с использованием метода активации ТВТИ. Защиту снимали ТРА, Н₂О, триизопропилсиланом и этандитиолом; 98,5; 0,5; 0,5 и 0,5%.

Смолу тщательно промывали, обрабатывали ΌΙΕΑ/ΌΜΡ (5%) и промывали. Смолу сушили, и пептид отщепляли с помощью 0,1% ЫаОН в течение 2 ч. Продукт отфильтровывали, и смолу промывали 0,1 М ЫаОН. Фильтрат и промывные фракции нейтрализовывали НС1 (1М) и лиофизировали. НРЬС продукта показала только два изомера из фторофора (5 и 6 карбоксилат), и он был использован без дополнительной очистки для метки двойных связей присоединением по Михаэлю.

По двойным связям на поверхности модифицированных волокон протекала реакция с разбавленным раствором (но избытком) фторофора. Холостой и метакрилоилированный целлюлозный образец (25 мг) взвешивали в фриттовый шприц, промывали РВ§ и ТСЕР (0,1 М) со снижением доступных дисульфидных связей. Волокно в РВ§ (250 мл) взаимодействовало со 150 микрограмм красителя в 15 мл ΌΜΡ. Реакция протекала в течение 3 ч при периодическом встряхивании реакционной смеси. Реагенты удаляли промыванием, и холостой и метакрилоилированный образцы сравнивали под флуоресцентным микроскопом и количественно определяли флуоресценцию. Флуоресценция метакрилоилированного образца (показание 3300) в 11 раз превышала флуоресценцию холостого образца, у которого отсутствовало метакрилоилилрование, но обработанного таким же образом.

Определение степени метакрилоилирования.

Свободные тиольные группы в красителе, полученном в вышепредставленном примере, взаимодействует с двойными связями на поверхности модифицированной ячменной соломы или целлюлозы. Это дает повышенную флуоресценцию по сравнению с немодифицированным волокном/целлюлозой. Интенсивность флеоресценции измеряют под флуоресцентным микроскопом, записывая значения относительной флуоресценции по фотографиям с использованием программного анализатор изображений Μеΐатогрк.

В типичном эксперименте метакрилоилированную целлюлозу и образец эталонной целлюлозы взвешивают (25 мг) в отдельные 5 мл шприцы, снабженные фриттой. Образцы промывают дважды РВ§ буфером (250 мкл, 0,1 М), содержащим ТСЕР (0,1 М). К образцу добавляют реакционный буфер РВ§ (250 мкл), а затем добавляют раствор основной раствор красителя (10 мкг/мкл) в ΌΜΡ (15 мкл). Реакционную смесь тщательно перемешивают и держат при комнатной температуре с периодическим встряхиванием в течение 3 ч. Образцы промывают водой и ΌΜΡ, держат в ΌΜΡ в течение ночи и дополнительно промывают водой, оставляют в воде на ночь и окончательно промывают водой. Образцы переносят в титровальную пластину с 8 ячейками (500 мкл воды) и рассматривают под флуоресцентным микроскопом (инвертированный микроскоп ΖΕΙδδ АХЮУЕКТ 200 М). Изображения холостого образца и экспериментального образца записывают в идентичных условиях и анализируют с использованием ΜеΐаΜо^рЬ Μеΐа графической серии ^оксИат Эе\зсе5).

Пример 5. Изучение биологического разложения.

Тесты проводят для определения возможности биологического разложения полимерных материалов и других органических компонентов в термопластичном продукте и необязательно также возможности улучшения понимания механизма разрушения.

Методы испытания представляют стандартные методы для оценки компостируемости разрушающихся в окружающей среде термопластов и дополнительно описаны в §1аийатй Ошйе Гог А55е55ш§ (Не Сотро5!аЬШ!у оГ Епуиоптейа11у ЭедгайаЫе Р1а5ЙС5; стандарте Американского общества по испытаниям и материалам (Α^Μ) Ό 6002-96 (Пересмотренный 2002).

Номера методов испытаний также относятся к вышеупомянутому стандарту.

Кроме того, дается ссылка на публикацию Те5( те(Ной5 апй 5(апйагй5 Гог ЫойедтайаЫе р1а5ЙС5: К.!§еа1 1п сНепщИу апй 1есНпо1оду оГ ЬюйедтайаЫе ро1утег5: Ей. О.ЕЬ. СпГПп. РиЬ. В1ас1йе Асайетю&Ргойе55юпа1, иК@1995.

Биологическое разрушение основано на образовании диоксида углерода. Следующие методы испытаний могут быть использованы для определения биологического разрушения полимерных материалов, мономерных звеньев полимера и других органических компонентов.

Пример 5а. Метод испытания Ό 5209 (Метод Штурма).

Данный водный метод испытания предусматривает использование свежего образца активированно- 33 023975 го отстойного ила, который проаэрирован, гомогенизирован и осажден. Верхний слой используется как инокулят. Он содержит главным образом смешанную бактериальную популяцию, которая ускоряет быстрое биологическое разложение в мезофильных условиях. В результате метаболизма тестируемых материалов образуется СО₂, который связывают щелочным раствором и количественно оценивают титрованием. Продолжительность теста составляет 30 дней, если не указано чего-то еще. Однако можно проводить тест более продолжительное время, если среда повторно инокулирована. Положительный результат (извлечение по меньшей мере 60% теоретического СО₂ через 30 дней) указывает, что материал будет также подвергаться биологическому разрушению в условиях компостирования.

Отрицательный результат подтверждается лабораторным методом термофильного компостирования, таким как метод испытания Ό 5338. Вклад немикробного разрушения количественно оценивают включением стерильных или зараженных контрольных образцов и сравнением изменений в молекулярном весе или массе.

Пример 5Ь. Испытание в контакте с почвой (δοί1 СоШас! ТсЩ (Метод испытаний Ό 5988).

Данный статический тест предусматривает использование определенной матрицы песок/почва/выдержанный компост для обеспечения консорции мезофильных и термофильных бактерий и грибков. Биологическое разрушение измеряют путем, аналогичным тесту Штурма, на основе количества углерода в материале, превратившегося в газообразный углерод (СО2). Материалы быстрого биологического разрушения могут быть просеяны в течение 30-60 дней. Извлечение 60% + от теоретически возможного количества СО₂ через 60 дней считается положительным результатом. Отрицательный результат должен быть подтвержден в условиях теромфильного компостирования (метод испытаний Ό5338).

Пример 5с. Следующий метод испытаний используется для установления скорости биологического разрушения полимерного материала в условиях компостирования.

Метод испытания Ό 5338 предназначен для установления биологического разрушения полимерного материала в условиях компостирования. Биологическое разрушение материала основано на количестве углерода материала, извлекаемого в виде газообразного углерода (СО2), относительно количества углерода в материале, исходного введенного в компост. Скорости биологического разрушения или конечные точки следует сравнить с эталонными материалами, рассмотренными ниже.

Если получают отрицательный результат, рассмотренные контрольные образцы тестируют методом испытания, или метод испытания повторяют с более низкой дозировкой, слизкой уровням применения в полевых условиях.

Продукты или полимерные материалы можно сравнивать в условиях, идентичных природным эталонным материалам, известным как биоразрушаемые в условиях компостирования, например целлюлозе или крахмалу. Другими материалами, считающимися биоразрушающимися в рамках данного контекста, являются дуб, клен и листья кукурузы и крафт-бумага. Немодифицированная полиэтиленовая пленка, обычно используемая для сбора дворовых обрезков, в данном контексте считается отрицательным эталонным материалом.

Извлечение всего углерода материала в виде газообразного углерода (С02) может быть непрактичным вследствие введения углерода материала в микробную биомассу или стабильные гуминовые вещества. Таким образом, извлеченный С0₂ следует сравнивать с извлеченным С0₂ положительного и отрицательного эталонов сравнения. Скорость извлечения С0₂ (т.е. % С0₂, извлеченного от возможного общего) по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 60%, более предпочтительно по меньшей мере 70%, еще более предпочтительно по меньшей мере 80% от скорости извлечения СО₂ из положительного эталона сравнения считается положительным результатом, и данные материалы считаются биоразрушаемыми согласно изобретению.

Продолжительность теста составляет 45 дней, если не указано ничего иного, но она может быть продлена для моделирования полевых условий.

Пример 56. Тесты по заглублению в почву.

Тестируемый полимерный материал закапывают в гряды из почвы, полученные в лаборатории с использованием стандартной просеянной почвы. Гряды из почвы обычно кондиционируют до 4 недель перед использованием, и в них может быть добавлено органическое удобрение для активизации активной микробной флоры. Почвенные гряды, содержащие образцы, инкубируют при постоянной температуре в течение времени от 28 дней до 6 мес. Содержание влаги устанавливают 30-40%. Образцы извлекают для оценки изменений в их свойствах, такие как потеря массы, изменений механической прочности или микроскопического изучения для оценки повреждения поверхности и посмотреть на наличие и природу микробного роста.

Пример 9. Метакрилоилилрование.

На фиг. 1Ь показана схема реакции для предпочтительного способа метакрилоилирования согласно настоящему изобретению.

Способ может быть использован для получения привитых ацильных групп, силильных групп и/или алкильных групп, как рассмотрено в настоящем документе, на материале, например растительном волокнистом материале. Для получения растительного волокнистого материала используют растительное волокно, например щепу любого растения, упомянутого в настоящем документе. Материал, например

- 34 023975 целлюлоза/растительный материал/растительное волокно сначала сушат в струе сухого воздуха, а затем обрабатывают реагентами ацилирования, силилирования и/или алкилирования в газовой фазе и газообразном носителе, например азоте, при температуре приблизительно 80°С. Продукт охарактеризовывают по пробе флуоресцентным красителем.

Claims (17)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ нанесения покрытий на материал растительного волокна по меньшей мере одним реагентом ацилирования с присоединением ацильной группы к поверхности материала, представляющий собой сухой процесс и включающий стадии:

   a) получения материала растительного волокна, состоящего из измельченных растительных волокон со средним размером частиц в интервале от 5 до 3000 мкм;

   b) получения по меньшей мере одного реагента ацилирования, выбранного из группы соединений формулы

   К₂ где X выбран из атома галогена, где Κι, К₂ и К₃ реагента ацилирования выбраны из атома водорода, С1-С₃-алкильной, винильной и аллильной групп и п=0-3;

   с) осуществления контакта указанного материала растительного волокна по меньшей мере с одним указанным реагентом ацилирования, где указанный реагент поддерживают в газовой фазе; и

   б) получения материала, который на поверхности включает ковалентно -О-связанные фрагменты, включающие ацильные группы.
2. 2. Способ по п.1, где реагент ацилирования представлен формулой где Х=Р, С1 или Вг и Κι=Η, СН₃.
3. 3. Способ по любому из предшествующих пунктов, где реагентами являются метакрилоилхлорид (С₄Н₅С10) и/или акрилоилхлорид (С₃Н₃С10).
4. 4. Способ по любому из предшествующих пунктов, где контакт реагента(ов) с материалом на стадии с) представляет собой сухой процесс.
5. 5. Способ по любому из предшествующих пунктов, где реагент ацилирования превращают в газ, который в газообразном носителе контактирует с материалом в течение промежутка времени, достаточного, чтобы покрыть поверхность материала.
6. 6. Способ по любому из предшествующих пунктов, где газообразный носитель выбран из азота, кислорода или аргона.
7. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, где НС1, образующийся в процессе, когда ацильная группа присоединяется к материалу растительного волокна, удаляют.
8. 8. Способ по п.7, где НС1 связывают цеолитом.
9. 9. Способ по п.1 для получения материала растительного волокна, включающего целлюлозу, ковалентно -О-соединенную с где Κι и К₂ независимо выбраны из группы, состоящей из -Н, С₁.₃ алкила, винила и аллила, включающй стадии:

   a) получения соединения, включающего целлюлозу;

   b) получения соединения формулы где Κι и К₂ независимо выбраны из группы, состоящей из -Н, С1_-3-алкила, винила и аллила, и К₃ вы- 35 023975 бран из группы, состоящей из галогенидов;

   с) осуществления контакта указанного материала растительного волокна, включающего целлюлозу, с указанным соединением формулы где указанное соединение поддерживают в газовой фазе.
10. 10. Способ по любому из пп.1-9, где материал растительного волокна представляет собой части растений, выбранные из группы, состоящей из корней, стеблей, листьев, цветов, плодов и семян.
11. 11. Способ получения упаковочного материала, включающий стадии:

    a) получения покрытого материала растительного волокна по способу по любому из пп.1-10; и

    b) фиксирования материала растительного волокна на полимерных сетках, образованных при радикальной полимеризации или полимеризации с открытием цикла в присутствии анионных или катионных катализаторов.
12. 12. Способ получения продукта, содержащего смесь покрытого материала и полимера, включающий стадии:

    a) получения покрытого материала способом по любому из пп.1-10; и

    b) смешивания указанного материала с полимером; и

    c) формования его в продукт.
13. 13. Материал растительного волокна с поверхностным покрытием, где материал растительного волокна состоит из измельченных растительных волокон со средним размером частиц в интервале от 5 до 3000 мкм, и измельченные растительные волокна ковалентно -О-связаны по меньшей мере с одним реагентом ацилирования, выбранным из группы соединений формулы где X выбран из группы, состоящей из атома галогена, К₂ и К₃ реагента ацилирования выбраны из атома водорода, С1-С₃-алкильной, винильной и аллильной групп и п=0-3.
14. 14. Материал с поверхностным покрытием по п.13, где материал имеет степень О-связывания, соответствующую от 1 до 200000000/квадратный мкм.
15. 15. Изделие, полученное из материала с поверхностным покрытием по любому из пп.13-14.
16. 16. Изделие по п.15, где изделие является водостойким.
17. 17. Изделие по любому из п.15 и 16, где изделие выбрано из группы контейнеров, строительных материалов, мебели, деталей интерьеров для автомобильной промышленности, материала для хранения пищевых продуктов.