RU2096417C1

RU2096417C1 - Method of preparing sodium carboxymethyl cellulose

Info

Publication number: RU2096417C1
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Нигматуллин; А.Г. Нигматуллина; Х.И. Акчурин; В.С. Терентьев; А.А. Чезлов
Original assignee: Конструкторско-Технологическое Бюро Технических Средств Бурения Скважин
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1997-11-20

Abstract

FIELD: drilling of oil and gas wells. SUBSTANCE: crushed straw is treated with sodium hydroxide solution having concentration of 18-40 wt % at liquid modulus of 5-15 and 70-90 C. The resulting alkaline cellulose is etherified with sodium salt of monochloroacetic acid at 70-110 C, and the product is dried. EFFECT: more efficient preparation method. 2 tbl

Description

Изобретение относится к производству производных целлюлозы, конкретно к способу получения натрийкарбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ). The invention relates to the production of cellulose derivatives, and specifically to a method for producing sodium carboxymethyl cellulose (Na-CMC).

Известен способ получения Na-КМЦ обработкой целлюлозосодержащего материала вискозной целлюлозы концентрированным (220-225 г/л) раствором щелочи при 26^oC в течение 1 часа с последующим отжимом избыточной щелочи, измельчением и дальнейшей обработкой монохлорацетатом натрия (Na-МХУК) при 20-30^oC в течение 2,5 часа. Полученную смесь оставляют вызревать на 1 час, после чего проводят сушку и дробление целевого продукта [1]
Полученный продукт имеет низкое качество, в частности высокое содержание остаточной воды (12-15 мас.), наличие 0,5-1,0 мас. свободного едкого натра в сухом продукте, низкое содержание основного вещества (45 мас.) и т.д.A known method of producing Na-CMC by treating cellulose-containing viscose cellulose material with a concentrated (220-225 g / l) alkali solution at 26 ^o C for 1 hour, followed by extraction of excess alkali, grinding and further processing of sodium monochloracetate (Na-MHUK) at 20- 30 ^o C for 2.5 hours. The resulting mixture is left to mature for 1 hour, after which they carry out the drying and crushing of the target product [1]
The resulting product has low quality, in particular a high content of residual water (12-15 wt.), The presence of 0.5-1.0 wt. free caustic soda in a dry product, low content of the main substance (45 wt.), etc.

Качество продукта может быть улучшено способом получения Na-КМЦ из промышленного отхода костры кенафа, содержащей 2-целлюлозу 85-87% лигнин и пентозаны 13-15 мас. [2]
Отходы костры кенафа образуются при выделении лубяных волокон из растений кенафа.The quality of the product can be improved by the method of obtaining Na-CMC from industrial waste kenaf bonfire containing 2-cellulose 85-87% lignin and pentosans 13-15 wt. [2]
Kenaf bonfire waste is generated by the isolation of bast fibers from kenaf plants.

Для получения Na-КМЦ указанное сырье обрабатывают концентрированным раствором щелочи (NaOH), а полученную щелочную целлюлозу этерифицируют 1,5-2 часа Na-МХУК при 20-35^oC. Смесь оставляют на дозревание в течение 0,5 часа. Продукт сушат при 100-105^oC 0,5 часа и дробят до порошкообразного или мелкозернистого состояния.To obtain Na-CMC, these raw materials are treated with concentrated alkali solution (NaOH), and the resulting alkaline cellulose is esterified for 1.5-2 hours with Na-MHUK at 20-35 ^o C. The mixture is left to ripen for 0.5 hours. The product is dried at 100-105 ^o C for 0.5 hours and crushed to a powdery or fine-grained state.

Целью настоящего изобретения является расширение сырьевой базы для получения качественного продукта Na-КМЦ. The aim of the present invention is the expansion of the raw material base to obtain a high-quality product of Na-CMC.

Эта цель достигается тем, что в способе получения Na-КМЦ путем обработки растительного сырья водным раствором едкого натра, последующей этерификации щелочной целлюлозы Na-МХУК и сушки целевого продукта, в качестве растительного сырья используют молотую солому, обработку которой осуществляют раствором едкого натра с концентрацией 18-40 мас. при жидкостном модуле 5-15 и температуре 70-90^oC, а этерификацию проводят при 70-110^oC.This goal is achieved by the fact that in the method of producing Na-CMC by treating plant materials with an aqueous solution of caustic soda, subsequent esterification of alkaline cellulose Na-MCA and drying the target product, ground straw is used as plant material, the processing of which is carried out with a solution of caustic soda with a concentration of 18 -40 wt. with a liquid module 5-15 and a temperature of 70-90 ^o C, and esterification is carried out at 70-110 ^o C.

В способе может быть использована молотая солома злаковых культур (рожь, пшеница, ячмень и другие) с размерами частиц не более 15 х 1,5 мм. При более крупных размерах частиц соломы происходит неполный провар целлюлозного сырья. Молотую солому смешивают с 18-40%-ным раствором NaOH (массовое соотношение "раствор-солома" (5-15): 1). При концентрациях ниже 18% NaOH происходит неполная мерсеризация целлюлозы, а выше 40% неполное удаление лигнина от соломы и затрудняется отжатие раствора щелочи от щелочной целлюлозы. Модуль по жидкости 5-15 выбран с таким расчетом, что ниже 5 единиц затруднено перемешивание реакционной массы, а выше 15 единиц увеличивается расход щелочи в процессе. In the method, ground straw of cereal crops (rye, wheat, barley and others) with particle sizes of not more than 15 x 1.5 mm can be used. With larger particle sizes of straw, incomplete penetration of the cellulosic material occurs. Ground straw is mixed with an 18-40% NaOH solution (mass ratio "solution-straw" (5-15): 1). At concentrations below 18% NaOH, incomplete mercerization of cellulose occurs, and above 40%, incomplete removal of lignin from straw and it is difficult to squeeze the alkali solution from alkaline cellulose. The liquid module 5-15 was selected so that it is difficult to mix the reaction mass below 5 units, and alkali consumption in the process increases above 15 units.

Полученную реакционную массу перемешивают при атмосферном давлении при 70-110^oC в течение 0,5-1,5 часа. Ниже 70^oC происходит неполное удаление лигнина, а выше 110^oC необходимо предусмотреть автоклавирование и увеличивается реакция деструкции целлюлозы (реакция пилинга). При такой обработке из соломы растворяется лигнин, пентозаны, гексозаны и смолистые вещества, а также одновременно происходит мерсеризация целлюлозы, т.е. образуется щелочная целлюлоза.The resulting reaction mass is stirred at atmospheric pressure at 70-110 ^o C for 0.5-1.5 hours. Below 70 ^o C incomplete removal of lignin occurs, and above 110 ^o C it is necessary to provide for autoclaving and the cellulose degradation reaction (peeling reaction) is increased. With this treatment, lignin, pentosans, hexosanes and resinous substances are dissolved from straw, and cellulose is also mercerized, i.e. alkaline cellulose is formed.

Реакционную массу отжимают. Коэффициент отжима (отношение массы отжатой целлюлозы к массе исходной соломы) составляет 2,4-4,5. Отжим ниже 2,4 затруднен, а выше 4,5 увеличивается расход натриевой соли монохлоруксусной кислоты (Na-МОУК) и снижается содержание Na-КМЦ в готовом продукте. The reaction mass is squeezed. The spin ratio (the ratio of the mass of squeezed cellulose to the mass of the original straw) is 2.4-4.5. Spinning below 2.4 is difficult, and above 4.5, the consumption of sodium salt of monochloracetic acid (Na-MOUK) increases and the content of Na-CMC in the finished product decreases.

Отжатую щелочную целлюлозу смешивают с сухой Na-МХУК и перемешивают 0,5-1,5 часа при комнатной температуре. Молярное отношение NaOH:Na-МХУК составляет 1: (1,0-1,35). Процесс этерификации проводят в закрытом объеме при 70-110^oC в течение 4-8 часов. Приведенное выше молярное отношение необходимо потому, что с Na-МХУК сначала реагирует свободная щелочь и затем только NaOH, связанная с OH-группой целлюлозы. Проведение этерификации свыше 110^oC не желательно, так как выше 120^oC начинаются деструктивные процессы в образующейся Na-КМЦ. Полученную реакционную массу высушивают при 115^oC до влажности 15% Конечный продукт представляет собой порошок темного или желто-коричневого цвета. О качестве продукта помимо его характеристик судили и по результатам лабораторных испытаний буровых растворов. Эти данные представлены в табл. 1 и 2.Pressed alkaline cellulose is mixed with dry Na-MHUK and stirred for 0.5-1.5 hours at room temperature. The molar ratio of NaOH: Na-MCC is 1: (1.0-1.35). The esterification process is carried out in a closed volume at 70-110 ^o C for 4-8 hours. The molar ratio given above is necessary because free alkali first reacts with Na-MHUK and then only NaOH bound to the OH-group of cellulose. The esterification of more than 110 ^o C is not desirable, since above 120 ^o C destructive processes begin in the resulting Na-CMC. The resulting reaction mass is dried at 115 ^° C. to a moisture content of 15%. The final product is a dark or tan powder. In addition to its characteristics, the quality of the product was also judged by the results of laboratory tests of drilling fluids. These data are presented in table. 1 and 2.

Пример 1. 20 г молотой соломы обрабатывают 1 час при 90^oC 220 г 20%-ного раствора NaOH. Коэффициент отжима -2,45. Щелочную целлюлозу (49 г) смешивают с 19 г сухого Na-МХУК и перемешивают 1 час. Этерификацию проводят при 110^oC в течение 4 часов. Масса продукта после высушивания 49 г.Example 1. 20 g of ground straw is treated for 1 hour at 90 ^o C 220 g of a 20% solution of NaOH. Spin ratio -2.45. Alkaline cellulose (49 g) was mixed with 19 g dry Na-MHUK and stirred for 1 hour. The esterification is carried out at 110 ^o C for 4 hours. The mass of the product after drying is 49 g.

Пример 2. Получение щелочной целлюлозы и смешивание ее с Na-МХУК выполнены, как в примере 1. Этерификацию проводят при 70^oC в течение 8 часов. Масса продукта после высушивания 49,7 г.Example 2. Obtaining alkaline cellulose and mixing it with Na-MHUK performed, as in example 1. The esterification is carried out at 70 ^o C for 8 hours. The mass of the product after drying is 49.7 g.

Пример 3. 20 г молотой соломы 1,5 часа обрабатывают при 80^oC 225 г 20% -ного раствора NaOH. Коэффициент отжима -4,45. Щелочную целлюлозу (89 г) смешивают с 57 г сухого Na-МХУК (молярное отношение NaOH:Na-МХУК 1:1,35) и перемешивают 1,5 часа при 20-25^oC. Этерификацию проводят 4 часа при 90^oC. После высушивания масса продукта 91,3 г.Example 3. 20 g of ground straw for 1.5 hours is treated at 80 ^o C 225 g of a 20% solution of NaOH. The spin ratio is 4.45. Alkaline cellulose (89 g) was mixed with 57 g of dry Na-MHUK (molar ratio of NaOH: Na-MHUK 1: 1.35) and stirred for 1.5 hours at 20-25 ^o C. Etherification was carried out for 4 hours at 90 ^o C. After drying, the mass of the product is 91.3 g.

Пример 4. 20 г молотой соломы 1 час обрабатывают 100 г 18%-ного раствора NaOH. Коэффициент отжима 3,1. Щелочную целлюлозу (62 г) смешивают с 32 г сухого Na-МХУК (МО NaOH: Na-МХУК 1:1,3) и перемешивают 1 час при 20-25^oC. Этерификацию проводят при 110^oC в течение 4 часов. Масса продукта после высушивания 66,3 г.Example 4. 20 g of ground straw for 1 hour is treated with 100 g of an 18% NaOH solution. The spin ratio of 3.1. Alkaline cellulose (62 g) was mixed with 32 g of dry Na-MHUK (MO NaOH: Na-MHUK 1: 1.3) and stirred for 1 hour at 20-25 ^° C. The esterification was carried out at 110 ^° C for 4 hours. The mass of the product after drying is 66.3 g.

Пример 5. 20 г молотой соломы обрабатывают 0,5 часа 200 г 40%-ного раствора NaOH. Коэффициент отжима 2,7. Щелочную целлюлозу (54 г) смешивают с 44,1 г сухого Na-МХУК (МО NaOH:Na-МХУК 1:1) и перемешивают 0,5 часа. Этерификацию проводят при 100^oC в течение 5 часов. Масса продукта после высушивания 88,6 г.Example 5. 20 g of ground straw is treated with 0.5 hours 200 g of a 40% NaOH solution. The spin ratio of 2.7. Alkaline cellulose (54 g) was mixed with 44.1 g of dry Na-MHUK (MO NaOH: Na-MHUK 1: 1) and stirred for 0.5 hours. The esterification is carried out at 100 ^o C for 5 hours. The mass of the product after drying 88.6 g.

Показатели качества полученного продукта в сравнительном аспекте с продуктом известного способа представлены в табл. 1. Результаты испытаний Na-КМЦ в качестве стабилизатора глинистых растворов приведены в табл. 2. The quality indicators of the obtained product in a comparative aspect with the product of the known method are presented in table. 1. The test results of Na-CMC as a stabilizer of clay solutions are given in table. 2.

Claims

A method of producing sodium carboxymethyl cellulose by treating plant materials with an aqueous solution of caustic soda, subsequent esterification of alkaline cellulose with monochloracetic acid Na salt and drying the target product, characterized in that ground straw is used as plant materials, the processing of which is carried out with caustic soda solution with a concentration of 18-40 wt. with a liquid module 5 of 15 and a temperature of 70 - 90 ^o C, and esterification is carried out at 70 -110 ^o C.