[go: up one dir, main page]

RU2570079C2 - METHOD FOR CARBOXYMETHYLATION OF CELLULOSE IN N,N-DIMETHYLACETAMIDE - LiCl MEDIUM UNDER IMPACT OF MICROWAVE RADIATION - Google Patents

METHOD FOR CARBOXYMETHYLATION OF CELLULOSE IN N,N-DIMETHYLACETAMIDE - LiCl MEDIUM UNDER IMPACT OF MICROWAVE RADIATION Download PDF

Info

Publication number
RU2570079C2
RU2570079C2 RU2014111842/05A RU2014111842A RU2570079C2 RU 2570079 C2 RU2570079 C2 RU 2570079C2 RU 2014111842/05 A RU2014111842/05 A RU 2014111842/05A RU 2014111842 A RU2014111842 A RU 2014111842A RU 2570079 C2 RU2570079 C2 RU 2570079C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cellulose
microwave radiation
carboxymethylation
power
dimethylacetamide
Prior art date
Application number
RU2014111842/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014111842A (en
Inventor
Вадим Иванович Маркин
Марина Юрьевна Чепрасова
Наталья Григорьевна Базарнова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет"
Priority to RU2014111842/05A priority Critical patent/RU2570079C2/en
Publication of RU2014111842A publication Critical patent/RU2014111842A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2570079C2 publication Critical patent/RU2570079C2/en

Links

Landscapes

  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to chemical cellulose modification and is intended for obtaining carboxymethylcellulose, and can be used as reagents for drilling oil and gas wells, in construction industry, as chemical reagents in flotation, mining and processing industry, as well as in pharmaceutical industry. Method for cellulose carboxymethylation consists in the following: powder cellulose is dissolved in N,N-dimethylacetamide and exposed to microwave radiation with power 700 W for 60 s, cooled to 100°C with further addition of lithium chloride LiCl, mixture is cooled to room temperature and mixed for 8 hours, with the following addition of NaOH, and exposed to microwave radiation with power 700 W for 60 s, with further addition of monochloroacetic acid, and exposed to microwave radiation with power 700 W for 60 s, placed into 70% ethyl alcohol, filtered and washed with ethanol, acidified with acetic acid, and air-dried.
EFFECT: invention makes it possible to considerably reduce duration of carboxymethylation process and obtain product, characterised by high degree of substitution, degree of polymerisation and water solubility.
1 tbl

Description

Изобретение относится к области химической технологии и предназначено для получения натриевых солей карбоксиметилцеллюлозы, используется в качестве химических добавок для регулирования свойств промывочных жидкостей при бурении, для стабилизации растворов в строительной индустрии, в качестве химических реагентов при флотации, в горно-перерабатывающей промышленности, а также в фармацевтической и пищевой промышленности.The invention relates to the field of chemical technology and is intended to produce sodium salts of carboxymethyl cellulose, is used as chemical additives to control the properties of drilling fluids during drilling, to stabilize solutions in the construction industry, as chemical reagents during flotation, in the mining and processing industry, and also in pharmaceutical and food industries.

Известны суспензионные способы получения натриевой соли карбоксиметилирования целлюлозы в среде воды, спиртов и других органических растворителей [1, 2], которые предполагают суспендирование целлюлозы в среде растворителя и дальнейшее проведение процесса карбоксиметилирования в одну или две стадии в условиях термического нагрева. Данные способы позволяют получить карбоксиметилцеллюлозы со степенью замещения (СЗ) 0,8-1,2.Suspension methods are known for producing the sodium salt of carboxymethylation of cellulose in a medium of water, alcohols and other organic solvents [1, 2], which involve the suspension of cellulose in a solvent medium and the subsequent carboxymethylation process in one or two stages under thermal heating. These methods allow to obtain carboxymethyl cellulose with a degree of substitution (SZ) of 0.8-1.2.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому изобретению относится гомогенный способ получения натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в растворе LiCl - N,N-диметилацетамид [3] - прототип, при котором нагревают целлюлозу (1 г) в N,N-диметилацетамиде (60 мл) в течение 2 ч при 130°C; охлаждают до 100°C и добавляют 3 г LiCl, охлаждают до комнатной температуры при постоянном перемешивании до полного растворения целлюлозы. Через сутки в течение 10 мин добавляют суспензию монохлоруксусной кислоты (2,15 г) в 20 мл N,N-диметилацетамида, а затем в течение 10 мин суспензию NaOH (1,48) в 20 мл N,N-диметилацетамида при интенсивном перемешивании при комнатной температуре. Температуру повышают до 70°C и выдерживают в течение определенного времени. Реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры и осаждают в этаноле. Растворяют в воде и вновь переосаждают из этанола. Продукты промывают этанолом и сушат в вакууме при 50°C. Недостатки прототипа - высокая продолжительность процесса растворения и карбоксиметилирования (10-72 ч).Of the known technical solutions, the closest in purpose and technical essence to the claimed invention relates to a homogeneous method for producing sodium salt of carboxymethyl cellulose in a solution of LiCl - N, N-dimethylacetamide [3] - a prototype in which cellulose (1 g) is heated in N, N-dimethylacetamide (60 ml) for 2 hours at 130 ° C; cooled to 100 ° C and add 3 g of LiCl, cooled to room temperature with constant stirring until the cellulose is completely dissolved. After a day, a suspension of monochloracetic acid (2.15 g) in 20 ml of N, N-dimethylacetamide is added over 10 minutes, and then a suspension of NaOH (1.48) in 20 ml of N, N-dimethylacetamide is added over 10 minutes with vigorous stirring under room temperature. The temperature is raised to 70 ° C and maintained for a certain time. The reaction mixture was cooled to room temperature and precipitated in ethanol. Dissolve in water and reprecipitate from ethanol. The products are washed with ethanol and dried in vacuo at 50 ° C. The disadvantages of the prototype is the high duration of the dissolution and carboxymethylation process (10-72 hours).

Сущность изобретения: способ карбоксиметилирования целлюлозы, заключающийся в том, что порошковую целлюлозу растворяют в N,N-диметилацетамиде и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 560-700 Вт в течение 40-60 с, охлаждают до 100°C, добавляют хлорид лития LiCl, смесь охлаждают до комнатной температуры и перемешивают в течение 8 ч, прибавляют NaOH и смесь подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 700 Вт в течение 60 с, затем добавляют монохлоруксусную кислоту и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 560-700 Вт в течение 40-60 с. Получают водорастворимый продукт, характеризующийся высоким содержанием карбоксиметильных групп (высокой СЗ), за значительно более короткое время, сокращается продолжительность процесса растворения целлюлозы в ≈3 раза, а общая продолжительность процесса карбоксиметилирования более чем в 36000 раз. В этом и состоит технический результат изобретения.The inventive method of carboxymethylation of cellulose, which consists in the fact that the powdered cellulose is dissolved in N, N-dimethylacetamide and exposed to microwave radiation with a power of 560-700 watts for 40-60 seconds, cooled to 100 ° C, add lithium chloride LiCl, mixture cooled to room temperature and stirred for 8 h, NaOH was added and the mixture was exposed to microwave radiation with a power of 700 W for 60 s, then monochloracetic acid was added and subjected to microwave radiation of power New 560-700 W for 40-60 s. A water-soluble product is obtained, characterized by a high content of carboxymethyl groups (high SZ), in a significantly shorter time, the duration of the process of dissolution of cellulose is reduced by ≈3 times, and the total duration of the process of carboxymethylation is more than 36,000 times. This is the technical result of the invention.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Порошковую целлюлозу предварительно растворяют в системе LiCl - N,N-диметилацетамид с использованием микроволнового излучения. К полученному раствору целлюлозы прибавляют NaOH и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 560-700 Вт в течение 40-60 с. Затем добавляют монохлоруксусную кислоту и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 560-700 Вт в течение 40-60 с. Полученный продукт высаживают в 70%-ный этиловый спирт. Отфильтровывают и промывают 70%-ным этанолом, подкисленным уксусной кислотой, до отрицательной реакции на щелочь по фенолфталеину и на хлорид-ионы с раствором нитрата серебра, а затем сушат на воздухе.Powdered cellulose was previously dissolved in the LiCl-N, N-dimethylacetamide system using microwave radiation. NaOH is added to the resulting cellulose solution and subjected to microwave radiation with a power of 560-700 W for 40-60 s. Then monochloracetic acid is added and subjected to microwave radiation with a power of 560-700 W for 40-60 s. The resulting product is planted in 70% ethyl alcohol. It is filtered and washed with 70% ethanol, acidified with acetic acid, to a negative reaction to an alkali with phenolphthalein and chloride ions with a solution of silver nitrate, and then dried in air.

Общим для прототипа и заявляемого изобретения является карбоксиметилирование целлюлозы в растворе LiCl - N,N-диметилацетамид.Common to the prototype and the claimed invention is carboxymethylation of cellulose in a solution of LiCl - N, N-dimethylacetamide.

Данное изобретение отличается от прототипа:This invention differs from the prototype:

1) Использованием микроволнового излучения на стадии растворения целлюлозы в растворе LiCl - N,N-диметилацетамид;1) Using microwave radiation at the stage of dissolution of cellulose in a solution of LiCl - N, N-dimethylacetamide;

2) Двухстадийностью процесса карбоксиметилирования (последовательное добавление NaOH и монохлорацетата натрия);2) The two-stage process of carboxymethylation (sequential addition of NaOH and sodium monochloracetate);

3) Использованием микроволнового излучения на стадии обработки NaOH и стадии взаимодействия с монохлоруксусной кислотой.3) The use of microwave radiation at the stage of processing NaOH and the stage of interaction with monochloracetic acid.

Способ поясняется примерами.The method is illustrated by examples.

Пример 1.Example 1

Навеску 1 г воздушно-сухого образца целлюлозы (Полицелл ГЩС) помещают в колбу, добавляют 60 мл N,N-диметилацетамида и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 700 Вт в течение 60 с. Смесь охлаждают до 100°C, добавляют 3 г безводного хлорида лития. Затем смесь охлаждают до комнатной температуры и перемешивают в течение 8 ч до чистоты поля. Полученную смесь разбавляют 20 мл N,N-диметилацетамида.A weighed portion of 1 g of an air-dry cellulose sample (Polycell GSP) is placed in a flask, 60 ml of N, N-dimethylacetamide are added and exposed to microwave radiation with a power of 700 W for 60 s. The mixture is cooled to 100 ° C, add 3 g of anhydrous lithium chloride. Then the mixture was cooled to room temperature and stirred for 8 hours until the field was clean. The resulting mixture was diluted with 20 ml of N, N-dimethylacetamide.

К раствору целлюлозы в LiCl и N,N-диметилацетамиде прибавляют суспензию измельченного NaOH (1,48 г) в 20 мл N,N-диметилацетамида. Полученную смесь подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 560 Вт в течение 40 с. Затем добавляют суспензию 1,7 г монохлоруксусной кислоты в 20 мл N,N-диметилацетамида и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 560 Вт в течение 40 с. To a solution of cellulose in LiCl and N, N-dimethylacetamide was added a suspension of ground NaOH (1.48 g) in 20 ml of N, N-dimethylacetamide. The resulting mixture was exposed to 560 W microwave radiation for 40 s. Then, a suspension of 1.7 g of monochloracetic acid in 20 ml of N, N-dimethylacetamide was added and subjected to microwave irradiation with a power of 560 W for 40 s.

Полученный продукт высаживают в 70%-ный этиловый спирт. Отфильтровывают и промывают 70%-ным этиловым спиртом, подкисленным уксусной кислотой, до отрицательной реакции на щелочь по фенолфталеину и на хлорид - ионы с раствором нитрата серебра, а затем сушат на воздухе.The resulting product is planted in 70% ethyl alcohol. It is filtered and washed with 70% ethyl alcohol, acidified with acetic acid, to a negative reaction to alkali with phenolphthalein and to chloride ions with a solution of silver nitrate, and then dried in air.

Пример 2.Example 2

Так же, как в примере 1, только продолжительность обработки NaOH и монохлоруксусной кислотой по 60 сек.As in example 1, only the duration of treatment with NaOH and monochloracetic acid for 60 seconds.

Пример 3.Example 3

Так же, как в примере 1, только мощность микроволнового излучения на стадиях обработки NaOH и монохлоруксусной кислотой 700 Вт.As in example 1, only the microwave power at the stages of processing NaOH and monochloracetic acid 700 watts.

Пример 4.Example 4

Так же, как в примере 3, только продолжительность на стадии обработки NaOH 60 сек.As in example 3, only the duration at the stage of processing NaOH 60 sec.

Пример 5.Example 5

Так же, как в примере 3, только продолжительность на стадии обработки монохлоруксусной кислотой 60 сек.As in example 3, only the duration at the stage of treatment with monochloracetic acid is 60 seconds.

Пример 6.Example 6

Так же, как в примере 3, только продолжительность на стадиях обработки NaOH и монохлоруксусной кислотой по 60 сек.As in example 3, only the duration at the stages of processing NaOH and monochloracetic acid for 60 seconds.

В полученных продуктах определяют содержание карбоксиметильных групп, степень замещения (СЗ), степень полимеризации (СП), растворимость в воде. Результаты представлены в таблице.In the obtained products, the content of carboxymethyl groups, the degree of substitution (SZ), the degree of polymerization (SP), and solubility in water are determined. The results are presented in the table.

Из представленных данных следует, что предлагаемый способ карбоксиметилирования позволяет не только значительно сократить продолжительность стадии растворения целлюлозы, общую продолжительность процесса карбоксиметилирования, но и получить при этом продукты с более высокой степенью замещения, растворимостью в воде и степенью полимеризации, чем в прототипе.From the presented data it follows that the proposed carboxymethylation method allows not only to significantly reduce the duration of the cellulose dissolution stage, the total duration of the carboxymethylation process, but also to obtain products with a higher degree of substitution, solubility in water and degree of polymerization than in the prototype.

Источники информацииInformation sources

1. Патент №2517577 (US). Preparation of carboxyalkyl ethers of cellulose / Klug E.D., TinsIey J.S. / 1950.1. Patent No. 2517577 (US). Preparation of carboxyalkyl ethers of cellulose / Klug E.D., TinsIey J.S. / 1950.

2. Григорьева T.A., Давыдова М.И. Процессы получения КМЦ // Пластические массы. 1981. №11. С. 42-43.2. Grigoryeva T.A., Davydova M.I. The processes of obtaining CMC // Plastics. 1981. No. 11. S. 42-43.

3. Heinze Т., Erler U., Nehls I., Klemm D. Determination of the substituent pattern of heterogeneously and homogeneously synthesized carboxymethyl cellulose by using high-performance liquid chromatography // Die Angewandte Makromolekulare Chemie. 1994. V. 215. N1. Pp. 93-106.3. Heinze T., Erler U., Nehls I., Klemm D. Determination of the substituent pattern of heterogeneously and homogeneously synthesized carboxymethyl cellulose by using high-performance liquid chromatography // Die Angewandte Makromolekulare Chemie. 1994. V. 215. N1. Pp. 93-106.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (1)

Способ карбоксиметилирования целлюлозы, заключающийся в том, что порошковую целлюлозу растворяют в N,N-диметилацетамиде и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 700 Вт в течение 60 с, охлаждают до 100°C и добавляют хлорид лития LiCl, смесь охлаждают до комнатной температуры и перемешивают в течение 8 ч, прибавляют NaOH и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 700 Вт в течение 60 с, затем добавляют монохлоруксусную кислоту и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 700 Вт в течение 60 с, высаживают в 70%-ный этиловый спирт, отфильтровывают и промывают этанолом, подкисленным уксусной кислотой, высушивают на воздухе. The method of carboxymethylation of cellulose, which consists in the fact that powder pulp is dissolved in N, N-dimethylacetamide and exposed to microwave radiation with a power of 700 W for 60 s, cooled to 100 ° C and lithium chloride LiCl is added, the mixture is cooled to room temperature and stirred in for 8 hours, add NaOH and expose to microwave radiation with a power of 700 W for 60 s, then add monochloracetic acid and expose to microwave radiation with a power of 700 W for 60 s, plant t in 70% ethyl alcohol, filtered off and washed with ethanol, acidified with acetic acid, dried in air.
RU2014111842/05A 2014-03-26 2014-03-26 METHOD FOR CARBOXYMETHYLATION OF CELLULOSE IN N,N-DIMETHYLACETAMIDE - LiCl MEDIUM UNDER IMPACT OF MICROWAVE RADIATION RU2570079C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014111842/05A RU2570079C2 (en) 2014-03-26 2014-03-26 METHOD FOR CARBOXYMETHYLATION OF CELLULOSE IN N,N-DIMETHYLACETAMIDE - LiCl MEDIUM UNDER IMPACT OF MICROWAVE RADIATION

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014111842/05A RU2570079C2 (en) 2014-03-26 2014-03-26 METHOD FOR CARBOXYMETHYLATION OF CELLULOSE IN N,N-DIMETHYLACETAMIDE - LiCl MEDIUM UNDER IMPACT OF MICROWAVE RADIATION

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014111842A RU2014111842A (en) 2015-10-10
RU2570079C2 true RU2570079C2 (en) 2015-12-10

Family

ID=54289259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014111842/05A RU2570079C2 (en) 2014-03-26 2014-03-26 METHOD FOR CARBOXYMETHYLATION OF CELLULOSE IN N,N-DIMETHYLACETAMIDE - LiCl MEDIUM UNDER IMPACT OF MICROWAVE RADIATION

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2570079C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2517577A (en) * 1946-12-10 1950-08-08 Hercules Powder Co Ltd Preparation of carboxyalkyl ethers of cellulose
RU2001040C1 (en) * 1991-02-04 1993-10-15 Иль Моисеевич Ротенберг Process for preparing sodium carboxymethyl cellulose with high substitution index
RU2393169C1 (en) * 2008-12-08 2010-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет" Method of obtaining carboxymethylated lignocarbohydrate material under effect of microwave radiation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2517577A (en) * 1946-12-10 1950-08-08 Hercules Powder Co Ltd Preparation of carboxyalkyl ethers of cellulose
RU2001040C1 (en) * 1991-02-04 1993-10-15 Иль Моисеевич Ротенберг Process for preparing sodium carboxymethyl cellulose with high substitution index
RU2393169C1 (en) * 2008-12-08 2010-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет" Method of obtaining carboxymethylated lignocarbohydrate material under effect of microwave radiation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Heinze T., Erler U., Nenls I., Klemm D. Demermination of the substituent pattern of hererogeneously and homogeneously synthesized carboxymethyl cellulose by using high-performance liguid chomatography. Die Angewandte Makromolekulare Chemie. 1994. V. 215.N1. Pp. 93-106. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014111842A (en) 2015-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Maddaloni et al. Green routes for the development of chitin/chitosan sustainable hydrogels
Kumari et al. Extraction and characterization of chitin and chitosan from fishery waste by chemical method
He et al. The production of fully deacetylated chitosan by compression method
Zhang et al. Base-free preparation of low molecular weight chitin from crab shell
Thanakkasaranee et al. High substitution synthesis of carboxymethyl chitosan for properties improvement of carboxymethyl chitosan films depending on particle sizes
Souza et al. Synthesis, Vibrational Spectroscopic and Thermal Properties of Oxocarbon Cross‑Linked Chitosan
CN110343194B (en) Chitosan thiolated derivative, preparation method and application thereof
CN108727516A (en) A kind of chitosan chlorogenic acid salt and its preparation method and application
Würfel et al. Efficient and catalyst-free synthesis of cellulose acetoacetates
CN104031173A (en) Chitosan bipyridyl quaternary ammonium salts, and preparation method and application thererof
Huerta-Ángeles et al. Synthesis and physicochemical characterization of undecylenic acid grafted to hyaluronan for encapsulation of antioxidants and chemical crosslinking
JP2004256814A (en) Polysaccharide derivative treated with glyoxal and method for decreasing non-bonded glyoxal in the derivative
Blanco et al. Physicochemical characterization of chitosan derivatives
CN106519060A (en) Preparation of carboxymethyl curdlan
WO2018061890A1 (en) Method for producing water-soluble hydroxyethyl cellulose
RU2570079C2 (en) METHOD FOR CARBOXYMETHYLATION OF CELLULOSE IN N,N-DIMETHYLACETAMIDE - LiCl MEDIUM UNDER IMPACT OF MICROWAVE RADIATION
Palaniselvam et al. Structural characterization and toxicity effect of nano-carboxymethyl chitosan from Uroteuthis (Photololigo) sibogae (Adam, 1954) in the zebrafish model
CN103585638B (en) The preparation method of a kind of sodium alginate-calcium carbonate hybrid granule
CN103752849A (en) Method for preparing stable nano-silver
CN109602916A (en) A kind of Florfenicol inclusion compound and preparation method thereof
CN108059148A (en) The preparation method of nano-particle with Scavenging ability
RU2565216C1 (en) Method for carboxymethylation of cellulose in homogeneous medium under effect of microwave radiation
Aberoumand et al. Extraction of Chitosan from shells of crab (Liocarcinus vernalis)
Wahyuni et al. Synthesis of Sodium Carboxymethyl Cellulose-Based Hydrogel from Durian (Durio zibethinus) Rind Using Aluminium Sulphate as Crosslinking Agent: doi. org/10.26538/tjnpr/v5i5. 13
CN114106217B (en) Preparation method of high-substitution-degree 6-O-carboxymethyl chitin

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180327