Способ отбелки микрокристаллической целлюлозы
METHOD FOR BLEACHING MICROCRYSTALLINE CELLULOSE

Изобретение относится к химической, фармацевтической, пищевой и другим отраслям промышленности и может быть использовано для получения высококачественной микрокристаллической целлюлозы (МКЦ). МКЦ, как продукт, используемый в пищевой и фармацевтической промышленности, должен обладать высокой белизной, поэтому процессы отбелки являются одной из основных стадий технологического процесса.
МКЦ преимущественно получают методом кислотного гидролиза хлопковой или древесной беленой целлюлозы. Гидролиз проводят растворами минеральных кислот (серной или соляной) с концентрацией 0,5-1,5% при температурах до 150°С и давлении до 5 атм, при этом, как правило, происходит снижение белизны целлюлозы (К.М. Vanhatalo, O.P.Da/z/.EffectofmildhydrolysisparametersonpropertiesofMCC // BioResources, 9(3) 2014, 4729-4740) Потемнение МКЦ связано с деструкцией образующихся при гидролизе углеводов и образованием окрашенных продуктов. Состав и свойства этих продуктов зависят от способа гидролиза целлюлозы, температуры, концентрации кислоты и времени проведения процесса. В некоторых случаях белизна целлюлозы после гидролиза уменьшается на 20-50% по сравнению с исходной целлюлозой. Для получения качественной МКЦ гидролизованную целлюлозу нейтрализуют, размалывают, отбеливают, промывают и высушивают.
Известен способ получения МКЦ (Пат РФ №2298562), включающий гидролиз исходной целлюлозы в растворе минеральных кислот и температуре 100-105°С в течение 1,5-3,0 ч, отличающийся тем, что в качестве исходной целлюлозы используют целлюлозу белизной до 65%, гидролиз ведут в растворе серной кислоты при концентрации 5-10% с последующим отбеливанием диоксидом хлора с расходом 0,5-3,0% от массы абсолютно сухого материала при температуре 70°С в течение 1-3 ч.
Известен также способ получения МКЦ (USPatent 3,954,727) где целлюлозу суспендируют в 1-3% растворе серной или соляной кислоты, гидролизуют при температуре 120-140 С и отбеливают перекисью водорода с концентрацией 5 г/л при рН 9,0 и температуре 90°С.Или способ по патенту WO 2016/182867 А1, где целлюлозу гидролизуют с использованием различных видов кислотных катализаторов или с помощью облучения пучком электронов и отбеливают различными перекисными соединениями, включая перекись водорода при рН 7-12 и температуре 70-120С.
Недостатками этих способов является низкая производительность и высокие затраты на проведение процесса гидролиза и отбелки МКЦ.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения МКЦ (RFpatent №2669845) в котором целлюлозу обрабатывают газо-воздушной смесью хлористого водорода и проводят отбелку полученной МКЦ гипохлоритом натрия с расходом 2-6 г на 1 кг целлюлозы (по активному хлору) при рН 2-4 в течение 1-3 часов. Способ отличает высокая скорость, низкий расход реагентов и энергозатрат на проведение процесса. Отбелка позволяет получить МКЦ с белизной более 90% при отсутствии желтого оттенка продукта. Недостатком этого способа является использование хлорсодержащих реагентов, которые вызывают загрязнение окружающей токсичными хлорорганическими соединениями.
Технический результат заключается в снижении или полной замене хлорирования отбелкой МКЦ пероксидами, а также повышение качества товарного продукта.
Способ газофазного гидролиза целлюлозы с использованием хлористого водорода приводит к образованию специфических темно окрашенных продуктов разложения углеводов. Отбелка МКЦ полученной таким способом с использованием перекиси водорода позволяет достичь требуемой белизны 90% только при расходах активного кислорода более 12 г/кг МКЦ. При этом, несмотря на высокую белизну, МКЦ сохраняет желтый оттенок не исчезающих даже при расходе активного кислорода более 20 г/кг.
Техническая проблема отбелки МКЦ полученной газофазным гидролизом хлористым водородом решается, а технический результат достигается тем, что отбелку проводят в две стадии. На первой стадии проводят отбелку МКЦ перекисью водорода при рН 8-11 и температуре 50-80С в течение 1-3 часов при расходе перекиси водорода 4-10 г/кг МКЦ в пересчете на активный кислород, а на второй отбелку гипохлоритом натрия при рН 2-4 в течение 30-60 мин и расходе активного хлора 0,5-1,5 г/кг МКЦ.
Неизвестны стадийные способы отбелки МКЦ полученной газофазным гидролизом целлюлозы с использованием хлористого водорода для получения продукта высокой степени белизны и минимальным использованием хлорсодержащих реагентов. Таким образом, изобретение отвечает условию охраноспособности «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется примерами.
ПРИМЕР 1.
1 кг микрокристаллической целлюлозы после газофазного гидролиза хлористым водородом с влажностью 12%, содержанием хлористого водорода 5% от сухой целлюлозы и белизной 65% смешивается с 10 л воды, суспензия измельчается мешалкой, нагревается до температуры 80С и нейтрализуется едким натром до рН 11. В нейтрализованную суспензию постепенно подают перекись водорода в количестве 10 г в пересчете на активный кислород. Первую стадию отбелки проводят в течение 1 часа при перемешивании, температуре смеси 80С и рНП. На второй стадии суспензию нейтрализуют до рН 2 за счет подачи соляной кислоты и подают гипохлорит натрия в количестве 1,5 г в пересчете на активный хлор. Смесь при перемешивании выдерживают в течение 60 мин, суспензию фильтруют, осадок отмывают водой до нормативного солесодержания. Конечная белизна МКЦ составляет 91%, желтый оттенок отсутствует
ПРИМЕР 2.
1 кг микрокристаллической целлюлозы после газофазного гидролиза хлористым водородом с влажностью 10%, содержанием хлористого водорода 4% от сухой целлюлозы и белизной 74% смешивается с 10 л воды, суспензия измельчается мешалкой, нагревается до температуры 5ОС и нейтрализуется едким натром до рН 8. В нейтрализованную суспензию постепенно подают перекись водорода в количестве 4 г в пересчете на активный кислород. Первую стадию отбелки проводят в течение 3 часов при перемешивании, температуре смеси 5ОС и рН 8. На второй стадии суспензию нейтрализуют до рН 4 за счет подачи соляной кислоты и подают гипохлорит натрия в количестве 0,5 г в пересчете на активный хлор. Смесь при перемешивании выдерживают в течение 30 мин, суспензию фильтруют, осадок отмывают водой до нормативного солесодержания. Конечная белизна МКЦ составляет 90,5%, желтый оттенок отсутствует.