EA041773B1 - METHOD FOR OBTAINING COLLOID CELLULOSE - Google Patents

METHOD FOR OBTAINING COLLOID CELLULOSE Download PDF

Info

Publication number
EA041773B1
EA041773B1 EA202200031 EA041773B1 EA 041773 B1 EA041773 B1 EA 041773B1 EA 202200031 EA202200031 EA 202200031 EA 041773 B1 EA041773 B1 EA 041773B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
cellulose
microcrystalline cellulose
temperature
mcc
carried out
Prior art date
Application number
EA202200031
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Евгеньевич Махов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ПОЛИФАРМ"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ПОЛИФАРМ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ПОЛИФАРМ"
Publication of EA041773B1 publication Critical patent/EA041773B1/en

Links

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к получению коллоидной целлюлозы в виде легкосыпучего порошка в фармацевтической, пищевой промышленности, а также для производства парфюмерных товаров в качестве адсорбентов и фильтрующих материалов, являясь экологически безвредной, используется во многих отраслях промышленности в качестве загустителей, полимерных покрытий и т.д.The invention relates to the production of colloidal cellulose in the form of a free-flowing powder in the pharmaceutical and food industries, as well as for the production of perfumery products as adsorbents and filter materials, being environmentally friendly, it is used in many industries as thickeners, polymer coatings, etc.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известен способ получения микрокристаллической целлюлозы, полученной обработкой с высоким усилием сдвига при повышенной температуре и повышенном давлении реакционной смеси, состоящей из целлюлозного материала, соединения, содержащего активный кислород, и воды, в течение периода времени, эффективного для деполимеризации целлюлозного материала до средней степени деполимеризации 400 или менее, либо где давление на выходе продукта находится в интервале примерно от 137,9 до 10342,1 кПа, либо где значение рН реакционной смеси в процессе экструзии находится в интервале примерно от 8 до 2. Смесь может подвергаться дополнительной деполимеризации после обработки с высоким усилием сдвига выдерживанием ее без охлаждения. Подходящим соединением, содержащим активный кислород, является пероксид водорода. Типичным устройством высокого усилия сдвига является экструдер (патент RU 2343160 С2, 10.01.2009)In the prior art, a method is known for producing microcrystalline cellulose obtained by processing with high shear at elevated temperature and elevated pressure a reaction mixture consisting of a cellulose material, a compound containing active oxygen, and water, for a period of time effective to depolymerize the cellulose material to an average degree of depolymerization of 400 or less, or where the pressure at the outlet of the product is in the range from about 137.9 to 10342.1 kPa, or where the pH value of the reaction mixture during extrusion is in the range from about 8 to 2. The mixture may undergo additional depolymerization after high shear processing by keeping it without cooling. A suitable active oxygen containing compound is hydrogen peroxide. A typical high shear device is an extruder (patent RU 2343160 C2, 01/10/2009)

Известен способ приготовления на основе термочувствительного гидрогеля коллоидного полисахарида и производного целлюлозы, включающий стадии, на которых растворяют производное целлюлозы в воде при температуре 20-60°С, охлаждают до 0-35°С и продолжают перемешивание в течение 1-6 ч до получения раствора производного целлюлозы; растворяют полисахарид камеди в растворе производного целлюлозы, приготовленном на стадии S1, перемешивают при 15-40°С в течение 6-48 ч для получения сложного раствора, а затем выдерживают при 0-10°С в течение 12-24 ч; массовая доля композиционного раствора составляет от 2 до 20%, при этом массовое соотношение производного целлюлозы и полисахарида камеди составляет от 1:1 до 30; после выдерживания водного раствора, приготовленного на стадии S2, в течение 2-20 мин на водяной бане при температуре от 20 до 60°С можно получить термочувствительный гидрогель на основе коллоидных полисахаридов и производных целлюлозы (патент CN 113372575 А, 10.09.2021).A known method for preparing a colloidal polysaccharide and a cellulose derivative based on a thermosensitive hydrogel, which includes the steps at which the cellulose derivative is dissolved in water at a temperature of 20-60 ° C, cooled to 0-35 ° C and stirring is continued for 1-6 hours until a solution is obtained a cellulose derivative; dissolving the gum polysaccharide in the cellulose derivative solution prepared in step S1, stirring at 15-40°C for 6-48 hours to obtain a complex solution, and then keeping at 0-10°C for 12-24 hours; the mass fraction of the composite solution is from 2 to 20%, while the mass ratio of the cellulose derivative and the gum polysaccharide is from 1:1 to 30; after keeping the aqueous solution prepared at stage S2 for 2-20 min in a water bath at a temperature of 20 to 60°C, a thermosensitive hydrogel based on colloidal polysaccharides and cellulose derivatives can be obtained (patent CN 113372575 A, 09/10/2021).

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Способ получения стабилизирующей композиции, содержащей микрокристаллическую целлюлозу, первый полисахарид и второй полисахарид, включает следующие стадии:A method for producing a stabilizing composition containing microcrystalline cellulose, a first polysaccharide and a second polysaccharide includes the following steps:

а) совместное измельчение микрокристаллической целлюлозы с первым полисахаридом с получением совместно измельченной коллоидной смеси МКЦ и указанного первого полисахарида; иa) co-grinding the microcrystalline cellulose with the first polysaccharide to obtain a co-milled colloidal mixture of MCC and said first polysaccharide; And

б) смешивание коллоидной смеси стадии (а) со вторым полисахаридом, при этом второй полисахарид составляет от примерно 3 мас.% до примерно 20 мас.% коллоидной смеси, полученной на стадии (а).b) mixing the colloidal mixture of step (a) with a second polysaccharide, wherein the second polysaccharide constitutes from about 3% to about 20% by weight of the colloidal mixture obtained in step (a).

(CN 111094423 А, 01.05.2020.)(CN 111094423 A, 05/01/2020.)

Техническая проблема заключается в создании стабильного технологического процесса целевого продукта с повышенными качественными характеристиками и расширенными функциональными возможностями.The technical problem is to create a stable technological process of the target product with improved quality characteristics and enhanced functionality.

Технический результат заключается в создании стабильного технологического процесса целевого продукта с повышенными качественными характеристиками при обеспечении возможности регулирования свойств конечного продукта в зависимости от назначения путем регулировки концентрации суспензии МКЦ в воде (С), скорости вращения мешалки (S), расстояния (зазора) между решетками гомогенизатора, температуры (T0C), концентрации компонента - NaКМЦ (С1), продолжительности (цикла) гомогенизации.The technical result consists in creating a stable technological process of the target product with improved quality characteristics while providing the ability to control the properties of the final product depending on the purpose by adjusting the concentration of the MCC suspension in water (C), the stirrer rotation speed (S), the distance (gap) between the homogenizer grates , temperature (T0C), concentration of the component - NaCMC (C1), duration (cycle) of homogenization.

Указанный технический результат достигается в способе получения микрокристаллической целлюлозы, включающем гидролитическую деструкцию целлюлозосодержащего сырья в реакторе в водном растворе азотной кислоты при непрерывном перемешивании;The specified technical result is achieved in a method for producing microcrystalline cellulose, including hydrolytic degradation of cellulose-containing raw materials in a reactor in an aqueous solution of nitric acid with continuous stirring;

промывку гидролизованной массы до нейтральной среды;washing the hydrolyzed mass to a neutral environment;

отжим, протирку и сушку, при этом непрерывное перемешивание производят при температуре 95-98°С;wringing, rubbing and drying, while continuous mixing is carried out at a temperature of 95-98°C;

гидролитическую деструкцию осуществляют в 3-5%-ном водном растворе азотной кислоты при гидромодуле 1:10-15 в течение 0,5-1,5 ч;hydrolytic degradation is carried out in a 3-5% aqueous solution of nitric acid at a hydromodulus of 1:10-15 for 0.5-1.5 h;

промывку осуществляют в трех осветлителях водой с температурой 65°С;washing is carried out in three clarifiers with water at a temperature of 65°C;

далее суспензия микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), содержащая 5% от массы воды, поступает в реактор-гомогенизатор, куда добавляется компонент - натриевая карбоксиметилцеллюлоза (NaКМЦ);then a suspension of microcrystalline cellulose (MCC), containing 5% by weight of water, enters the homogenizer reactor, where the component is added - sodium carboxymethylcellulose (NaCMC);

производят гомогенизацию водной суспензии посредством механического истирания до наноразмерных частиц с постоянным перемешиванием;produce homogenization of the aqueous suspension by mechanical abrasion to nano-sized particles with constant stirring;

формируют коллоидную микрокристаллическую целлюлозу, где NaКМЦ служит в качестве защитного коллоида и улучшает дисперсию продукта.form colloidal microcrystalline cellulose, where NaCMC serves as a protective colloid and improves product dispersion.

При этом натриевая карбоксиметилцеллюлоза (NaКМЦ) добавляется в сухом или жидком виде.In this case, sodium carboxymethyl cellulose (NaCMC) is added in dry or liquid form.

- 1 041773- 1 041773

При этом водная суспензия в гомогенизаторе одновременно диспергируется до частиц размером отIn this case, the aqueous suspension in the homogenizer is simultaneously dispersed to particles ranging in size from

0,1 до 50 мкм.0.1 to 50 µm.

При этом сушку осуществляют при температуре 150^170°С до влагосодержания менее 7%. Заявленное изобретение поясняется с помощью графического материла, где на чертеже представлена технологическая схема получения коллоидной целлюлозы.When this drying is carried out at a temperature of 150^170°C to a moisture content of less than 7%. The claimed invention is illustrated with the help of graphic material, where the drawing shows a process flow diagram for the production of colloidal cellulose.

Изобретение относится к получению коллоидного сорта МКЦ механическим истиранием влажного фильтрата непосредственно после известной стадии гидролитической деструкции, фильтрации и промывки, во время которой была внесена такая добавка, как барьерный диспергатор, натрийкарбоксиметилцеллюлоза. Истертая коллоидная МКЦ затем была высушена в распылительной сушилке. Коллоидная МКЦ, как описано выше, имеет размер частиц в пределах от 0,1 до 50 мкм, причем частицы, т.е. их длина, преимущественно менее 1,0 мкм.The invention relates to the production of a colloidal grade of MCC by mechanical attrition of a wet filtrate immediately after a well-known stage of hydrolytic degradation, filtration and washing, during which an additive such as a barrier dispersant, sodium carboxymethyl cellulose, was introduced. The attrited colloidal MCC was then spray dried. Colloidal MCC, as described above, has a particle size in the range from 0.1 to 50 microns, and the particles, i. their length is preferably less than 1.0 μm.

Способ получения коллоидной целлюлозы заключается в создании ее гелеобразующей способности в наноразмерных частицах с использованием водных растворов NaКМЦ (натрий карбоксиметилцеллюлозы - добавки - в качестве барьерного диспергатора). Благодаря этой способности (растворимости, загущающим и клеящим свойствам и пр.) коллоидная целлюлоза успешно конкурирует с природными водорастворимыми продуктами (крахмал, желатин и др.), а в целом ряде случаев превосходит их и является незаменимой.The method for producing colloidal cellulose is to create its gelling ability in nanosized particles using aqueous solutions of NaCMC (sodium carboxymethyl cellulose - additives - as a barrier dispersant). Due to this ability (solubility, thickening and adhesive properties, etc.), colloidal cellulose successfully competes with natural water-soluble products (starch, gelatin, etc.), and in a number of cases surpasses them and is indispensable.

Способ заключается в предварительном получении гетерогенной МКЦ (микрокристаллической целлюлозы) классическим методом гидролитической деструкции исходного целлюлозосодержащего сырья (хлопковая, высокооблагороженная древесная, вискозная целлюлоза и др.) с ее последующим механическим диспергированием в водной среде.The method consists in the preliminary production of heterogeneous MCC (microcrystalline cellulose) by the classical method of hydrolytic destruction of the original cellulose-containing raw materials (cotton, highly refined wood, viscose cellulose, etc.) with its subsequent mechanical dispersion in an aqueous medium.

В результате механических воздействий в водной среде образуется гидрогель МКЦ с более мелкими частицами с узким распределением частиц по размерам, сохраняющих исходную кристалличность. Далее гидрогель МКЦ подается непосредственно в дисперсионную камеру реактора-гомогенизатора, куда добавляется компонент - NaКМЦ - в сухом или жидком виде, производится гомогенизация водной суспензии до наноразмерных частиц и их последующая сушка в аппарате распылительного типа с последующей фасовкой и упаковкой товара.As a result of mechanical impacts in an aqueous medium, an MCC hydrogel is formed with smaller particles with a narrow particle size distribution that retains the original crystallinity. Next, the MCC hydrogel is fed directly into the dispersion chamber of the homogenizer reactor, where the component - NaCMC - is added in dry or liquid form, the aqueous suspension is homogenized to nanosized particles and their subsequent drying in a spray-type apparatus, followed by packaging and packaging of goods.

Гидролитические способы получения гетерогенной МКЦ являются наиболее часто применяемыми. При действии на волокно целлюлозы разбавленных или концентрированных растворов кислот при различных температурах целлюлоза подвергается частичному гидролизу, точнее гидролитической деструкции. Качество и выход МКЦ зависят от состава исходных волокон целлюлозосодержащего сырья и условий его гидролитического воздействия, а размер получаемых кристаллов МКЦ определяется продолжительностью деструкции, температурой и концентрацией кислот. Гидролитическую деструкцию исходного целлюлозосодержащего сырья проводят в реакторе в водном растворе 3-5%-ной азотной кислоты при непрерывном перемешивании и температуре 95-98°С при гидромодуле 1:10-1:15 в течение 0,5-1,5 ч, последующей промывке деструктированной массы до нейтральной среды в аппарате-осветлителе, из которого масса транспортируется в реактор-гомогенизатор, сочетающий в одном узле следующие функции: диспергирование, эмульгирование, смешивание, всасывание сухих и жидких компонентов, рециркуляция. Реакторы данной серии оснащены проточным диспергатором, который имеет вращающийся ротор, обеспечивающий всасывание продукта на первой стадии (центробежный насос), и систему ротор-статор на второй ступени, которая обеспечивает гомогенизацию продукта. Для образования гидрогеля МКЦ путем механического диспергирования в водной среде изначально в реакторе-гомогенизаторе при непрерывном перемешивании готовится суспензия МКЦ, содержащая 5% от массы воды.Hydrolytic methods for obtaining heterogeneous MCC are the most commonly used. When cellulose fiber is exposed to dilute or concentrated solutions of acids at different temperatures, cellulose undergoes partial hydrolysis, or rather hydrolytic degradation. The quality and yield of MCC depend on the composition of the initial fibers of the cellulose-containing raw material and the conditions of its hydrolytic action, and the size of the resulting MCC crystals is determined by the duration of degradation, temperature, and acid concentration. Hydrolytic degradation of the initial cellulose-containing raw material is carried out in a reactor in an aqueous solution of 3-5% nitric acid with continuous stirring and a temperature of 95-98°C at a hydromodulus of 1:10-1:15 for 0.5-1.5 h, followed by washing the destructed mass to a neutral medium in the apparatus-clarifier, from which the mass is transported to the homogenizer reactor, which combines the following functions in one unit: dispersion, emulsification, mixing, absorption of dry and liquid components, recirculation. The reactors of this series are equipped with a flow-through disperser, which has a rotating rotor that provides suction of the product in the first stage (centrifugal pump), and a rotor-stator system in the second stage, which ensures product homogenization. For the formation of MCC hydrogel by mechanical dispersion in an aqueous medium, a suspension of MCC containing 5% by weight of water is initially prepared in a homogenizer reactor with continuous stirring.

Влияние концентрации суспензии МКЦ в воде (С), скорости вращения мешалки (S), расстояния (зазора) между решетками гомогенизатора, температуры (Т°С), концентрации компонента - NaКМЦ (С1), продолжительности (цикла) гомогенизации на качество конечного продукта.The influence of the concentration of the suspension of MCC in water (C), the speed of rotation of the stirrer (S), the distance (gap) between the homogenizer grates, the temperature (T°C), the concentration of the component - NaCMC (C1), the duration (cycle) of homogenization on the quality of the final product.

Таблица 1Table 1

№ оп ыт а No. of experience С,% суспен ЗИИ МКЦ в воде C,% suspension ZII MCC in water S об/мин, скорость вращения мешалки S rpm, stirrer rotation speed Расстоян ие (зазор) мм, между решеткам и гомогениз атора Distance (gap) mm, between grates and homogenizer т°с t°s С1, % компоне нта NaKMU С1, % NaKMU component Цикл, ч Cycle, h Степе нь полим еризац ИИ (СП) Degree of polymerization II (DP) Размер, % частиц в предела х от 0,1 до 50 мкм Size, % of particles within x from 0.1 to 50 µm Синерезис (расслоение на две фазы вода МКЦ) Syneresis (stratification into two phases water MCC) 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 1 1 3,0 3.0 7,0 7.0 1,5 1.5 92 92 0,01 0.01 1,0 1.0 147 147 76,7 76.7 присутствие presence 2 2 3,5 3.5 9,0 9.0 1,0 1.0 96 96 0,02 0.02 0,92 0.92 116 116 80,3 80.3 присутствие presence 3 3 4,0 4.0 11,0 11.0 0,9 0.9 98 98 0,03 0.03 0,83 0.83 98 98 87,9 87.9 отсутствие absence 4 4 4,5 4.5 12,5 12.5 0,7 0.7 101 101 0,04 0.04 0,75 0.75 86 86 93,8 93.8 отсутствие absence 5 5 5,0 5.0 14,0 14.0 0,5 0.5 107 107 0,05 0.05 0,67 0.67 74 74 98,4 98.4 отсутствие absence

В опытах № 3, 4, 5 получены микрочастицы целлюлозы с размерностью, способной в водной среде образовывать устойчивые гидрогели, которые не подвержены синерезису (расслоению на две фазы вода - МКЦ) в зависимости от концентрации суспензии МКЦ в воде, скорости вращения спиральной мешал- 2 041773 ки, расстояния (зазора) между стационарной и вращающейся решетками гомогенизатора, температуры смеси и концентрации компонента - NαКМЦ - в ее составе, для применения в фармацевтической, пищевой промышленности, а также для производства парфюмерных товаров в качестве адсорбентов и фильтрующих материалов.In experiments No. 3, 4, 5, cellulose microparticles were obtained with a dimension capable of forming stable hydrogels in an aqueous medium, which are not subject to syneresis (separation into two phases of water - MCC) depending on the concentration of the MCC suspension in water, the speed of rotation of the spiral stirrer. 041773 ki, distances (gap) between the stationary and rotating grates of the homogenizer, the temperature of the mixture and the concentration of the component - NαCMC - in its composition, for use in the pharmaceutical, food industry, as well as for the production of perfumery products as adsorbents and filter materials.

Первая ступень оснащена насосом-смесителем для осуществления рециркуляции, а также с возможностью создания высокого давления до 4 атм. Лопасти насоса-смесителя для перемешивания минимальных объемов загрузки расположены в основании конической части рабочей камеры аппарата. При их вращении, противоположном вращению спиральной мешалки, делается ненужным разбиение потока. Смешиваемым материалам сообщается вращательное движение с одновременным перемещением в радиальном и осевом направлениях рабочей камеры. Спиральная мешалка из трубных профилей может нагреваться или охлаждаться, что почти в два раза сокращает время, требующееся для нагрева или охлаждения. Это дает значительные преимущества особенно при охлаждении и стабилизации эмульсий.The first stage is equipped with a mixing pump for recirculation, as well as with the possibility of creating high pressure up to 4 atm. The blades of the mixing pump for mixing the minimum volumes of loading are located at the base of the conical part of the working chamber of the apparatus. When they rotate opposite to the rotation of the helical mixer, splitting the flow is made unnecessary. Mixed materials are given rotational movement with simultaneous movement in the radial and axial directions of the working chamber. The tubular spiral agitator can be heated or cooled, which cuts the time required for heating or cooling by almost half. This offers significant advantages especially in cooling and stabilizing emulsions.

Подача сухих и жидких компонентов через загрузочный бункер непосредственно в дисперсионную камеру позволяет избежать образования комков во время растворения или смешивания сухой фракции с жидкостью и таким образом гарантирует быстрое и качественное перемешивание.The supply of dry and liquid components through the feed hopper directly into the dispersion chamber avoids the formation of lumps during the dissolution or mixing of the dry fraction with the liquid and thus guarantees fast and high-quality mixing.

Принцип работы гомогенизатора на примере растворения порошкообразного вещества в жидкости состоит в следующем.The principle of operation of a homogenizer using the example of dissolving a powdered substance in a liquid is as follows.

Конгломераты частиц порошка вместе с жидкостью поступают в рабочую камеру гомогенизатора через всасывающий патрубок и за счет вращения лопастей рабочего колеса отбрасываются на периферию камеры, частично проходя через отверстия сначала подвижной, а затем стационарной решетки. Качественный эффект гомогенизации достигается (в данном примере - однородное распределение частиц порошка в объеме перекачиваемой жидкости) за счет того, что значительное количество (от 70 до 80%) частиц порошка отражается решетками обратно внутрь рабочей камеры и затем вновь отбрасывается лопатками на решетки. Многократная циркуляция среды в зоне лопаток и решетки позволяет более эффективно вести перемешивание и диспергирование рабочей среды. Для эффективного дробления постоянно присутствующих в порошке (и/или образующихся при первичном растворении порошкообразного вещества в жидкости) конгломератов частиц расстояние между стационарной и вращающейся решетками конструктивно минимизировано до 1±0,5 мм.Conglomerates of powder particles together with the liquid enter the working chamber of the homogenizer through the suction pipe and, due to the rotation of the impeller blades, are thrown to the periphery of the chamber, partially passing through the openings of the first movable and then stationary grate. The qualitative effect of homogenization is achieved (in this example, a uniform distribution of powder particles in the volume of the pumped liquid) due to the fact that a significant amount (from 70 to 80%) of the powder particles is reflected by the gratings back into the working chamber and then again thrown by the blades onto the gratings. Multiple circulation of the medium in the area of the blades and grate allows more efficient mixing and dispersion of the working medium. For efficient crushing of conglomerates of particles permanently present in the powder (and/or formed during the initial dissolution of a powdered substance in a liquid), the distance between the stationary and rotating gratings is structurally minimized to 1 ± 0.5 mm.

В гелях МКЦ поверхность частиц должна иметь границу раздела двух фаз вода - МКЦ, где образуются адсорбционные слои. Эти слои могут быть образованы молекулами третьего компонента на поверхности частиц МКЦ. Но при этом большое значение имеет характер ориентации молекул третьего компонента в адсорбционном слое. Максимальная устойчивость системы достигается при образовании полного мономолекулярного слоя. Исходя из этих соображений в качестве третьего растворимого компонента выбрана натриевая карбоксиметилцеллюлоза (NaКМЦ), которая наиболее близка по составу и структуре МКЦ. Расчетное количество NaКМЦ с концентрацией 0,05+0,01%, степенью замещения СЗ=0,80 и степенью полимеризации СП=650 вводится через загрузочный бункер непосредственно в дисперсионную камеру при непрерывном перемешивании с раствором гидрогеля МКЦ. В гомогенизаторе суспензия с большой скоростью пропускается через капиллярные отверстия или узкие щели с регулируемым зазором. При этом частицы целлюлозы раздробляются и распределяются равномерно. Основными частями гомогенизатора являются один или несколько (для равномерности подачи) установленных насосов и одна или несколько гомогенизирующих головок, расположенных последовательно. Водная суспензия в гомогенизаторе одновременно диспергируется до частиц требуемых размеров (от 0,1 до 50 мкм) и подвергается сушке в распылительной сушилке при температуре 150+170°С до влагосодержания менее 7% в зависимости от назначения. Изменяя режимы диспергирования, гомогенизации и сушки, возможно получение конечного продукта по соответствующим характеристикам в зависимости от назначения. Принцип работы распылительной сушильной установки следующий.In MCC gels, the surface of the particles must have an interface between two phases, water - MCC, where adsorption layers are formed. These layers can be formed by molecules of the third component on the surface of MCC particles. But in this case, the nature of the orientation of the molecules of the third component in the adsorption layer is of great importance. The maximum stability of the system is achieved with the formation of a complete monomolecular layer. Based on these considerations, sodium carboxymethyl cellulose (NaCMC) was chosen as the third soluble component, which is the closest in composition and structure to MCC. The calculated amount of NaCMC with a concentration of 0.05 + 0.01%, the degree of substitution SZ=0.80 and the degree of polymerization SP=650 is introduced through the hopper directly into the dispersion chamber with continuous mixing with the MCC hydrogel solution. In the homogenizer, the suspension is passed at high speed through capillary holes or narrow slots with an adjustable gap. In this case, the cellulose particles are crushed and distributed evenly. The main parts of a homogenizer are one or more (for uniformity of supply) installed pumps and one or more homogenizing heads arranged in series. An aqueous suspension in a homogenizer is simultaneously dispersed to particles of the required size (from 0.1 to 50 microns) and dried in a spray dryer at a temperature of 150+170°C to a moisture content of less than 7%, depending on the purpose. By changing the modes of dispersion, homogenization and drying, it is possible to obtain the final product according to the relevant characteristics, depending on the purpose. The principle of operation of the spray dryer is as follows.

Нагрев: нагрев входящего воздуха до нужной температуры (макс. 220°С).Heating: heating the incoming air to the desired temperature (max. 220°C).

Формирование капель: уникальная распылительная головка.Droplet formation: unique spray head.

Сушильная камера: теплообмен между сушильным газом и гранулами образца.Drying chamber: heat exchange between drying gas and sample pellets.

Сбор частиц: циклонная технология.Particle collection: cyclone technology.

Жидкое сырье проходит через высокоскоростной распылитель в верхней части установки и распыляется в мельчайшие капли в виде тумана. Сырье сушится мгновенно во время контакта с подогретым воздухом и превращается в порошок. Такой способ особенно хорошо подходит для сушки термочувствительного материала. Готовая продукция непрерывно отводится из нижней части установки, имеет высокое качество, высокую чистоту, равномерную однородную структуру и хорошую растворимость.The liquid feedstock passes through a high-speed atomizer at the top of the machine and is atomized into tiny droplets in the form of a mist. The raw material dries instantly during contact with heated air and turns into powder. This method is particularly well suited for drying heat-sensitive material. The finished product is continuously discharged from the bottom of the plant, with high quality, high purity, uniform uniform structure and good solubility.

Результаты измерений при работе распылительной сушильной установки приведены в табл. 2.The results of measurements during the operation of the spray dryer are given in table. 2.

- 3 041773- 3 041773

Таблица 2table 2

Номер цикла cycle number Темпер атура сушки, °C Drying temperature, °C Внешний вид Appearance Вре мя суш ки, мин Drying time, min Массов ая доля воды, % Mass fraction of water, % Размер частиц по остатку на сите № 0040 Particle size by sieve residue No. 0040 Примечание Note 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 1 1 90 90 Слипание частиц в гранулы Clumping of particles into granules 7 7 12,9 12.9 31,2 31.2 Для обеспечения размера частиц, распределения To ensure particle size, distribution 2 2 110 110 Слипание частиц в гранулы Clumping of particles into granules 7 7 10,1 10.1 15,9 15.9 размеров и их формы при распылительной сушке регулировались параметры, влияющие на метод распыления (сопло, центробежные силы), скорость распыления (скорость вращения, размер сопла, давление воздуха в распылительном сопле и т.д.) и свойства суспензии, такие как вязкость и связанное с ним содержание сухого вещества. sizes and their shapes during spray drying, the parameters affecting the spraying method (nozzle, centrifugal forces), spraying speed (rotation speed, nozzle size, air pressure in the spray nozzle, etc.) and suspension properties such as viscosity and with it dry matter content. 3 3 130 130 Порошок Powder 7 7 8,2 8.2 6,8 6.8 4 4 150 150 Легкосыпу чий порошок Free flowing powder 7 7 6,8 6.8 1,0 1.0 5 5 170 170 Легкосыпу чий порошок Free flowing powder 7 7 5,6 5.6 0,74 0.74

В циклах № 4, 5 получены микрочастицы с наноразмерностью, способной в водной среде образовывать устойчивые гидрогели, которые не подвержены синерезису (расслоению на две фазы вода МКЦ) при значительных их разбавлениях.In cycles No. 4, 5, microparticles with a nanosize were obtained that are capable of forming stable hydrogels in an aqueous medium that are not subject to syneresis (separation into two phases of water MCC) at significant dilutions.

Микрокристаллическая целлюлоза МКЦ, используемая в данном способе, имеет коллоидный размер, т.е. средний размер ее частиц находится в пределах от 0,1 до 50 мкм, при этом не более 15% частиц имели размер менее 1,0 мкм. Частицы такого размера и с таким распределением размеров получены таким вышеуказанным способом, как гидролитическая деструкция целлюлозной пульпы с последующим влажным механическим измельчением.Microcrystalline cellulose MCC used in this method has a colloidal size, i. the average size of its particles is in the range from 0.1 to 50 microns, while not more than 15% of the particles had a size of less than 1.0 microns. Particles of this size and with this size distribution are obtained by such a above-mentioned method as hydrolytic degradation of cellulose pulp followed by wet mechanical grinding.

Пример осуществления способа.An example of the implementation of the method.

Способ проводят в соответствии с технологической схемой, представленной на чертеже. В качестве целлюлозосодержащего сырья используются целлюлоза сульфатная беленая из древесины хвойных пород, целлюлоза сульфатная вискозная, целлюлоза хлопковая и др. Исходное целлюлозосодержащее сырье освобождают от транспортной упаковки и подают на рыхление в измельчитель-дозатор ИД-1.The method is carried out in accordance with the flow chart shown in the drawing. Bleached sulphate pulp from coniferous wood, viscose sulphate cellulose, cotton cellulose, etc. are used as cellulose-containing raw materials.

Разрыхленное и измельченное волокно поступает в реактор Р-1 и Р-2, в который предварительно заливают заранее подготовленный и подогретый до температуры не менее 90°С рабочий раствор для кислотной деструкции из емкостей Е-1, Е-2 и Е-3. Корпус реактора выполнен из кислотостойкой нержавеющей стали с водяной рубашкой обогрева. Реактор снабжен лопастной мешалкой. Скорость вращения лопастной мешалки регулируется от 50 до 250 об/мин. Чем больше скорость вращения мешалки, концентрация раствора кислоты, его температура, тем меньше продолжительность процесса и значение степени полимеризации, рН, насыпной плотности.The loosened and chopped fiber enters the reactor R-1 and R-2, into which the working solution prepared in advance and heated to a temperature of at least 90 ° C is first poured for acid destruction from tanks E-1, E-2 and E-3. The reactor vessel is made of acid-resistant stainless steel with a heating water jacket. The reactor is equipped with a paddle mixer. The rotation speed of the paddle agitator is adjustable from 50 to 250 rpm. The greater the speed of rotation of the stirrer, the concentration of the acid solution, its temperature, the lower the duration of the process and the value of the degree of polymerization, pH, bulk density.

Подогрев рабочего раствора ведут до температуры 95-98°С. Исходное сырье выдерживается (варится) в горячем 3-5%-ном водном растворе азотной кислоты при гидромодуле 1:10-1:15 при постоянно работающей мешалке до готовности в течение 0,5-1,5 ч при 95-98°С до получения целлюлозы заданной вязкости, определяющей степень полимеризации продукта.Heating of the working solution is carried out to a temperature of 95-98°C. The feedstock is aged (cooked) in a hot 3-5% aqueous solution of nitric acid at a hydromodulus of 1:10-1:15 with a constantly running stirrer until ready for 0.5-1.5 hours at 95-98°C to obtaining cellulose of a given viscosity, which determines the degree of polymerization of the product.

Затем гидролизованная масса из реактора самотеком поступает в три последовательно расположенных аппарата осветлителя: O-1, O-2, O-3, в которых продукт экстрагируется и промывается горячей водой 65°С до нейтральной среды.Then, the hydrolyzed mass from the reactor flows by gravity into three successively located clarifier apparatuses: O-1, O-2, O-3, in which the product is extracted and washed with hot water at 65°C to a neutral environment.

Гидролизованный продукт подвергают трехступенчатой промывке в трех осветлителях. Продукт из реактора самотеком поступает в первый осветлитель О-1, где происходит осаждение и экстракция от кислого гидролизующего раствора, а верхний слой с первого осветлителя сливают и отправляют на повторное использование в емкости приема и приготовления раствора азотной кислоты Е-1, Е-2, во втором О-2 и третьем О-3 осветлителях в продукт добавляют горячую воду, а экстрагированный раствор с менее кислой средой из отстойников О-2 и О-3 направляют на повторное использование в емкость приема и приготовления слабой азотной кислоты Е-1, Е-2, а избыток - в систему очистки и водоподготовки с последующим возвратом его в процесс.The hydrolyzed product is subjected to a three-stage washing in three clarifiers. The product from the reactor flows by gravity into the first clarifier O-1, where precipitation and extraction from the acidic hydrolyzing solution take place, and the top layer from the first clarifier is drained and sent for reuse in the tanks for receiving and preparing a solution of nitric acid E-1, E-2, in the second O-2 and third O-3 clarifiers, hot water is added to the product, and the extracted solution with a less acidic medium from the settling tanks O-2 and O-3 is sent for reuse to the container for receiving and preparing weak nitric acid E-1, E -2, and the excess - to the system of purification and water treatment with its subsequent return to the process.

Очистка экстрагированного раствора из осветлителей обеспечивает экономию воды и сокращениеPurification of the extracted solution from clarifiers saves water and reduces

- 4 041773 выбросов водоотведения в сравнении с аналогичными схемами примерно на 60%.- 4 041773 sewerage emissions in comparison with similar schemes by about 60%.

Отстоявшаяся в осветлителях суспензия МКЦ, содержащая 5% от массы воды, поступает в реакторгомогенизатор Р-3, сочетающий в одном узле следующие функции: диспергирование, эмульгирование, смешивание, всасывание сухих и жидких компонентов, рециркуляция. Туда также добавляется компонент - NaKMU - в сухом или жидком виде. Производят гомогенизацию водной суспензии посредством механического истирания до наноразмерных частиц с постоянным перемешиванием, формируют коллоидную микрокристаллическую целлюлозу, где NaKMU, служит в качестве защитного коллоида и улучшает дисперсию продукта.The suspension of MCC settled in clarifiers, containing 5% by weight of water, enters the R-3 homogenizer reactor, which combines the following functions in one unit: dispersion, emulsification, mixing, absorption of dry and liquid components, recirculation. There is also added a component - NaKMU - in dry or liquid form. An aqueous suspension is homogenized by mechanical abrasion to nanosized particles with constant stirring, colloidal microcrystalline cellulose is formed, where NaKMU serves as a protective colloid and improves the dispersion of the product.

Гомогенизированная МКЦ далее поступает в распылительную сушилку С-1, где при температуре 1504-170°С подвергается сушке до влагосодержания менее 7% в зависимости от назначения. Изменяя режимы диспергирования, гомогенизации и сушки, возможно получение конечного продукта по соответствующим характеристикам в зависимости от назначения.The homogenized MCC then enters the S-1 spray dryer, where it is dried at a temperature of 1504-170°C to a moisture content of less than 7%, depending on the purpose. By changing the modes of dispersion, homogenization and drying, it is possible to obtain the final product according to the relevant characteristics, depending on the purpose.

Claims (4)

1. Способ получения коллоидной микрокристаллической целлюлозы, включающий гидролитическую деструкцию целлюлозосодержащего сырья в реакторе в водном растворе азотной кислоты при непрерывном перемешивании;1. The method of obtaining colloidal microcrystalline cellulose, including hydrolytic degradation of cellulose-containing raw materials in the reactor in an aqueous solution of nitric acid with continuous stirring; промывку гидролизованной массы до нейтральной среды;washing the hydrolyzed mass to a neutral environment; отжим, протирку и сушку, отличающийся тем, что непрерывное перемешивание производят при температуре 95-98°С;wringing, rubbing and drying, characterized in that continuous mixing is carried out at a temperature of 95-98°C; гидролитическую деструкцию осуществляют в 3-5%-ном водном растворе азотной кислоты при гидромодуле 1:10-1:15 в течение 0,5-1,5 ч;hydrolytic degradation is carried out in a 3-5% aqueous solution of nitric acid at a hydromodulus of 1:10-1:15 for 0.5-1.5 h; промывку осуществляют в трех осветлителях водой с температурой 65°С;washing is carried out in three clarifiers with water at a temperature of 65°C; далее полученную суспензию микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), содержащую 5% от массы воды, подают в реактор-гомогенизатор, куда добавляют компонент - натриевую карбоксиметилцеллюлозу (ЫаКМЦ);then the resulting suspension of microcrystalline cellulose (MCC), containing 5% by weight of water, is fed into the homogenizer reactor, where the component is added - sodium carboxymethylcellulose (NaCMC); производят гомогенизацию водной суспензии посредством механического истирания до наноразмерных частиц с постоянным перемешиванием;produce homogenization of the aqueous suspension by mechanical abrasion to nano-sized particles with constant stirring; формируют коллоидную микрокристаллическую целлюлозу, где NaKMU служит в качестве защитного коллоида и улучшает дисперсию продукта.form colloidal microcrystalline cellulose, where NaKMU serves as a protective colloid and improves product dispersion. 2. Способ получения коллоидной микрокристаллической целлюлозы по п.1, отличающийся тем, что натриевую карбоксиметилцеллюлозу (NaKMU) добавляют в сухом или жидком виде.2. The method for producing colloidal microcrystalline cellulose according to claim 1, characterized in that sodium carboxymethyl cellulose (NaKMU) is added in dry or liquid form. 3. Способ получения коллоидной микрокристаллической целлюлозы по п.1, отличающийся тем, что водную суспензию в гомогенизаторе одновременно диспергируют до частиц размером от 0,1 до 50 мкм.3. The method for producing colloidal microcrystalline cellulose according to claim 1, characterized in that the aqueous suspension in the homogenizer is simultaneously dispersed to particles ranging in size from 0.1 to 50 μm. 4. Способ получения коллоидной микрокристаллической целлюлозы по п.1, отличающийся тем, что сушку осуществляют при температуре 1504-170°С до влагосодержания менее 7%.4. A method for producing colloidal microcrystalline cellulose according to claim 1, characterized in that drying is carried out at a temperature of 1504-170°C to a moisture content of less than 7%.
EA202200031 2022-03-14 METHOD FOR OBTAINING COLLOID CELLULOSE EA041773B1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA041773B1 true EA041773B1 (en) 2022-11-30

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11753482B2 (en) System for the production of a spinning dope composition
CN110591117B (en) Pickering emulsion stabilized by ginkgo shell cellulose and preparation method thereof
EP3409691A1 (en) Process for the production of a nanocellulose material
JP5683955B2 (en) Cellulose powder and method for producing the same
AT402410B (en) METHOD FOR PRODUCING A CELLULOSE SUSPENSION
RU2144100C1 (en) Device for manufacture of films and fibres of cellulose and integrated equipment for manufacture of films and fibres
CN110446722A (en) Sulfation modified cellulose nanofiber and cellulose nano-fibrous manufacturing method
TWI793397B (en) Thin-film treatment apparatus
SK149195A3 (en) Formation of a cellulose-based premix
DE1468048B2 (en) Process for the production of hydroxypropyl methyl celluloses
CN1142184C (en) Method for producing cellulose suspension
HU206736B (en) Process for producing celluloze solutions and apparatus for the process
Kamthai et al. Mechanical and barrier properties of spray dried carboxymethyl cellulose (CMC) film from bleached bagasse pulp
KR20000070301A (en) Process for Preparing Fine-Particle Polysaccharide Derivatives
CA2854496A1 (en) A method and a system for manufacturing cellulose material
JP6898173B2 (en) Cellulose Acetate Manufacturing Method, Manufacturing Equipment and Cellulose Acetate
TW202108115A (en) Emulsifier including carboxymethyl cellulose nanofibers and water-soluble polymer, and method for manufacturing emulsion using said emulsifier
EA041773B1 (en) METHOD FOR OBTAINING COLLOID CELLULOSE
JP2976116B2 (en) Method for producing spherical cellulose particles
JP2019014876A (en) Water-soluble cellulose ether and method for manufacturing the same
JPH0516893B2 (en)
RU2152401C1 (en) Cellulose powder production process
JP7527434B2 (en) Cellulose fiber composition and method for producing same
RU2813823C2 (en) Thin film processing device
JPS589765B2 (en) This is the best way to make a knife.