CC BY
29
УДК 661.728.85
М.В. Ефанов
Ефанов Максим Викторович родился в 1973 г, окончил в 1995 г. Алтайский государственный университет, кандидат химических наук, старший научный сотрудник НИИ древесных термопластов при Алтайском государственном университете. Имеет более 50 работ в области химии древесины.
КСАНТОГЕНИРОВАНИЕ ЛИГНИНА И ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В СРЕДЕ ПРОПАНОЛА-2
Изучен функциональный состав продуктов ксантогенирования лигнина и целлюлозы в среде пропанола-2; показано, что лигнин оказывается более реакционноспо-собным, чем целлюлоза.
Ключевые слова: ксантогенирование, лигнин, целлюлоза, пропанол-2, функциональный состав.
Ксантогенирование целлюлозы - широко применяемый в промышленности химических волокон процесс [10].
Известны способы ксантогенирования целлюлозы, активированной щелочными растворами в воде, с последующим отжимом и смешением с сероуглеродом, в результате чего получают ксантогенированные продукты [5, 7]. Данные способы обладают существенными технологическими недостатками: обязательная предварительная активация целлюлозы, необходимость регенерации растворов №ОН, высокий расход реагента (сероуглерода) на побочные реакции, что приводит к значительному увеличению продолжительности ксантогенирования и ухудшению экологической ситуации. В литературе имеются сведения о взаимодействии отдельных углеводных компонентов древесины (целлюлоза, олигосахариды и гемицеллюлозы) с сероуглеродом в присутствии гидроксида натрия [4, 8, 9], однако практически отсутствуют работы по непосредственному ксантогенированию лигнина, древесины и других лигноуглеводных материалов (ЛУМ).
Преимущества в использовании ЛУМ: значительно удешевляется конечный продукт; появляется возможность реализации безотходной технологии (все основные компоненты лигноуглеводных материалов - целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы - ксантогенируются и в дальнейшем используются); отпадает необходимость разделения лигноуглеводного комплекса на лигнин и углеводную часть; получаемые ксантогенированные ЛУМ обладают более широким спектром свойств, чем ксантогенаты целлюлозы. Использование ЛУМ для ксантогенирования способствует расширению и удешевлению сырьевой базы.
Ранее нами был разработан способ суспензионного ксантогенирования ЛУМ в среде пропанола-2 [1, 2], который состоит из двух стадий: предварительной щелочной активации сырья в среде пропанола-2 и собственно
ксантогенирования в этой же среде. К недостаткам этого способа следует отнести: необходимость использования растворителя (пропанол-2); двухстадийность, высокая температура щелочной обработки (40 ... 100 оС) и ксантогенирования (40 ... 60 оС); общая продолжительность процесса 4 ... 6 ч.
Целью настоящего исследования является сравнительное изучение ксантогенирования основных компонентов ЛУМ (лигнин и целлюлоза) и некоторых физико-химических свойств их ксантогенатов.
Для проведения эксперимента из исходного сырья (древесина осины) были выделены медноаммиачный лигнин и целлюлоза по методу Кюршнера [6]. Функциональный химический анализ исходного сырья осуществляли по общепринятым методикам [11] (см. таблицу).
Ксантогенирование основных компонентов ЛУМ проводили по следующей методике: навеску (5,0 г) воздушно-сухих образцов лигнина и целлюлозы обрабатывали раствором №ОН в пропаноле-2 (из расчета 0,5 г №ОН/г сырья) при гидромодуле 10 и температуре 60 °С в течение 3 ч, а затем после отжима - сероуглеродом (в расчете 1 г CS2/г сырья) при 50 °С в течение 3 ч. Полученные продукты промывали этанолом, сушили на воздухе, из них в дальнейшем готовили разбавленные растворы для определения относительной вязкости.
Содержание серы в полученных продуктах определяли методом сожжения в кислороде по Шенигеру [3], растворимость в воде и 6 %-м растворе №ОН - согласно [6], относительную вязкость Потн 1 %-х растворов ксантогенатов в 6 %-м растворе №ОН - вискозиметрически с использованием вискозиметра Убеллоде (диаметр капилляра 0,6 мм, длина 80 мм) при температуре (20 ± 1) °С (термостат).
Как показали результаты экспериментов (см. таблицу), лигнин в реакции ксантогенирования более реакционноспособен, чем целлюлоза.
Таким образом, при ксантогенировании в среде пропанола-2 степень превращения гидроксильных групп лигнина и растворимость продуктов его ксантогенирования выше, чем у целлюлозы.
Функциональный состав и свойства продуктов ксантогенирования лигнина
и целлюлозы
Содержание, % Физико-химические свойства
Образец ОН ОСН3 Б Растворимость в 6 %-м ШОИ, % Относительная вязкость
Лигнин Целлюлоза Ксантогенат: лигнина целлюлозы 10.4 31.5 7,1 26,5 18,5 17,2 12,3 8,76 94 76 1,07 1,24
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ефанов М.В. // Химия природных соединений. - 2002. - № 1. - С. 65-69. (М.В. Ефанов, Л.А. Першина).
2. Ефанов М.В. // Тез. докл. Всеросс. конф. «Наука - производству. Лес-техпродукция - 2001». - М.: НТО Бум. пром-сти, 2001. - С. 19-20. (М.В. Ефанов, Л.А. Першина).
3. Климова В.А. Основные микрометоды анализа органических соединений / В.А. Климова. - М.: Химия, 1975. - 211с.
4. Пакшвер А.Б. // Химические волокна. - 1987. - № 1. - С. 43-44. (А.Б. Пакшвер, Э.З. Кипершлак, А.В. Данюкова).
5. Пат. 3469969 США. МПК С 08 В 9/00.
6. Практические работы по химии древесины и целлюлозы. - М.: Лесн. пром-сть, 1965. - 411 с.
7. Роговин З.А. Основы химической технологии производства искусственных волокон. Т. 1 / З.А. Роговин. - М.: Химия, 1974. - 472 с.
8. Роговин З.А. Химия целлюлозы. / З.А. Роговин. - М.: Химия, 1972. -
520 с.
9. Серков А.А. //Химические волокна. - 1984. - № 5. - С. 25-26. (А.А. Серков, Л.А. Вольф).
10. Химические волокна / Под ред. А.А. Конкина. - М.: ВНИИВ, 1968. -
244 с.
11. Черонис Н. Функциональный анализ органических соединений / Н. Черонис, Т. Ма. - М.: Мир, 1974. - 568 с.
Алтайский государственный университет
Поступила 11.02.04
M.E. Efanov
Xanthation of Lignin and Cellulose in Propanol-2 Medium
Functional composition of lignin and cellulose products in propanol-2 medium has been studied. Lignin is shown to possess higher reactivity than cellulose.
