Введение к работе
Актуальность темы. Одним из актуальных направлений химической переработки возобновляемого растительного сырья является химическое модифицирование древесины. Получение из древесины простых и сложных эфиров с комплексом полезных свойств позволяет частично или полностью заменить аналогичные производные целлюлозы.
Метиловые эфиры целлюлозы, производство которых составляет сотни тысяч тонн в год, получили широкое применение в фармацевтической, косметической, строительной и других областях промышленности. Метилирование древесины без предварительного ее разделения на компоненты представляет в связи с этим большой интерес, связанный с возможностью использовать получаемые продукты вместо метилцеллюлозы.
В литературе описывается процесс метилирования древесины в основном с целью изучения реакционной способности гидроксильных групп лигнина. Реакцию осуществляли в несколько стадий с поочередной заменой различных алкилирующих реагентов. Систематического же исследования метилирования древесины с целью получения непосредственно из нее продуктов со свойствами практического применения не проводилось.
В связи с этим, изучение реакции и продуктов метилирования древесины является весьма актуальным, и работа носит как фундаментальный, так и прикладной характер.
Результаты, изложенные в диссертации, получены в ходе выполнения работы по Федеральной целевой программе «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки» (контракт №314, направление 1.5/2001 от20.08.2001).
Цель и задачи исследований. Целью работы является поиск рациональных способов получения и установление химического состава и свойств продуктов реакции древесины осины с диметилсульфатом, ее структурных и химических превращений.
Для достижения цели необходимо решение следующих задач:
-
Изучение сорбции гидроксида натрия древесиной осины на стадии щелочной обработки.
-
Установление химических и структурных превращений древесины осины после щелочной обработки.
-
Изучение влияния термической обработки на щелочную древесину.
-
Поиск рациональных способов метилирования древесины осины диметилсульфатом.
-
Установление химического состава продуктов метилирования древесины осины.
-
Изучение молекулярно-топологической структуры продуктов метилирования древесины осины. . —.
I РОС
І Ї
НАЦИОНАЛЬНАЯ J БИБЛИОТЕКА }
Научная новизна. Впервые получены метилированные полиозы из древесины осины без предварительного разделения ее на отдельные компоненты при проведении метилирования как в две стадии: обработкой древесины водным 40%-ным раствором NaOH и последующим взаимодействием с диметилсульфатом, так и в одну стадию: реакцией древесины с диметилсульфатом и твердым гидроксидом натрия в среде изопропилового спирта. Установлены основные закономерности химической реакции древесины с диметилсульфатом.
Получены количественные характеристики и химический состав продуктов сорбции древесиной осины гидроксида натрия из его 40%-ного раствора. Древесина, обработанная раствором щелочи, имеет более однородную топологическую структуру с тремя температурными переходами по сравнению с исходной древесиной, имеющей пять температурных переходов. Целлюлоза в составе древесины при взаимодействии с 40%-ным раствором щелочи подвергается переходу из модификации целлюлоза І в модификацию целлюлоза П. Независимо от продолжительности взаимодействия с раствором гидроксида натрия химическая и физическая сорбция древесиной составляет 2,5 моль NaOH на 1 моль ОН-групп древесины.
Проведено исследование химического состава и молекулярно-топологической структуры продуктов метилирования древесины осины.
Практическая пенность работы. Результаты, полученные при изучении реакции древесины осины с диметилсульфатом, имеют теоретическое и прикладное значение.
Закономерности, установленные при изучении взаимодействия древесины осины с 40%-ным раствором гидроксида натрия, могут быть использованы в различных химических процессах с древесиной, предусматривающих стадию щелочной обработки.
Основные закономерности, найденные для процесса метилирования древесины осины, могут быть использованы при разработке процессов модифицирования разных пород древесины различными 0-алкилирующими реагентами.
Результаты работы внедрены в учебный процесс и применяются при выполнении курсовых и дипломных работ на кафедре органической химии АлтГУ, и могут быть использованы при выполнении аналогичных работ в учебных и научно-исследовательских организациях (особенно в части, касающейся предварительной обработки древесины щелочью).
Метилированные полиозы могут найти применение, наряду с метилцеллюлозой, в производстве строительных материалов и других областях.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Закономерности реакции древесины с диметилсульфатом. Способы получения метилированных полиоз непосредственно из древесины.
-
Экспериментальные данные по сорбции гидроксида натрия древесиной, обработанной 40%-ным водным раствором.
-
Структурные характеристики древесины, подвергнутой обработке 40%-пым раствором гидроксида натрия, по данным рентгенодифрактометрии, термомеханической и ИК-спектроскопии.
-
Состав, строение, спектральные и термомеханические характеристики продуктов метилирования древесины осины в зависимости от условий реакции.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на: ХШ симпозиуме «Современная химическая физика» (Туапсе, 2001), XIV симпозиуме «Современная химическая физика» (Туапсе, 2002), Международной научной конференции «Молодежь и химия» (Красноярск, 2002), Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Эфиры целлюлозы и крахмала: синтез, свойства, применение» (Суздаль, 2003), XVII Менделеевском съезде по теоретической и прикладной химии (Казань, 2003).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит го введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов и выводов. Объем работы составляет 128 страниц машинописного текста и содержит 19 таблиц, 22 рисунка. Список цитируемой литературы включает 146 наименований.
