Разработка технологии получения микрокристаллической целлюлозы газофазным гидролизом с использованием газо-воздушных смесей хлористого водорода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Пименов Сергей Дмитриевич

• Пименов Сергей Дмитриевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Пименов Сергей Дмитриевич

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. Литературный обзор

1.1. Микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ)

1.2. Применение микрокристаллической целлюлозы

1.3. Гидролиз целлюлозы и получение МКЦ

1.5. Отбелка микрокристаллической целлюлозы

1.6. Рынок микрокристаллической целлюлозы в РФ

2. Обоснование и выбор направления работы

3. Методы исследований и методики проведения анализов

3.1. Характеристика объекта и методы его исследования

3.2. Гидролиз целлюлозы с использованием хлористого водорода

3.3. Описание схемы лабораторного аппарата гидролиза целлюлозы хлористым водородом с получением МКЦ

3.4. Методика проведения гидролиза целлюлозы газовоздушными смесями в статических условиях

3.5. Методика отбелки МКЦ

3.6. Методика определения белизны МКЦ

3.7. Методика определения параметров промывки и фильтрации суспензии МКЦ

3.8. Методика анализа сухих гранул МКЦ

4. Экспериментальная часть и результаты исследования

4.1. Сорбция хлористого водорода и гидролиз целлюлозы

4.3. Отбелка микрокристаллической целлюлозы

4.4. Отбелка микрокристаллической целлюлозы гипохлоритом натрия

4.5. Отбелка микрокристаллической целлюлозы водорода перекисью

5. Вспомогательные процессы получения товарной микрокристаллической целлюлозы Фармакопейного назначения

5.1. Очистка МКЦ от водорастворимых компонентов

5.2. Сушка микрокристаллической целлюлозы

5.3. Измельчение, сортировка и хранение сухих гранул МКЦ

5.4. Разработка технических условий на МКЦ фармацевтического назначения

6. Технологическая часть

6.1. Общие сведения о процессе производства МКЦ мощностью 2000 т/год

6.1.1. Мощность и режим работы

6.1.2. Качественные показатели основной производимой продукции

6.1.3 Характеристика сырья и материалов и полупродуктов

6.1.4. Характеристика энергетических средств, необходимых для производства

6.1.5. Расходные нормы потребления сырья и вспомогательных материалов

6.1.6. Расходные нормы потребления энергетических средств

6.1.7. Состав производства

6.1.8. Описание технологической схемы производства МКЦ

6.2. Нормы расхода сырья, материалов и полупродуктов

6.3. Материальный баланс производства в расчете на 1000 кг микрокристаллической целлюлозы

6.4. Данные по отходам технологического процесса

6.5. Перечень основного технологического оборудования

6.6. Конструктивные особенности оборудования

6.8. Нестандартное оборудование

6.9. Технологическая схема производства микрокристаллической целлюлозы мощностью 2000 т/год

7. Экономическая часть

7.1. Расчет себестоимости микрокристаллической целлюлозы

7.2. Расчет чистой прибыли производства микрокристаллической целлюлозы

Заключение

Список аббревиатур

Список литературы

Приложение

Приложение

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии получения микрокристаллической целлюлозы газофазным гидролизом с использованием газо-воздушных смесей хлористого водорода»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ) известна с 60-х годов двадцатого века. МКЦ представляет собой порошковую форму целлюлозы, полученную частичным кислотным гидролизом гликозидных связей полимера нативной целлюлозы. Нативная целлюлоза представляет собой пучки микрофибрилл состоящие из чередующихся участков плотноупакованных глюкозных звеньев и рыхлых аморфных участков. При гидролизе, кислота легко проникает в аморфные участки целлюлозы и разрушает гликозидные связи, что приводит к резкому снижению степени полимеризации. В процессе гидролиза аморфная фракция исчезает, микрофобриллы целлюлозы теряют прочность и распадаются на короткие фрагменты в виде порошка с высокой степенью кристалличности. Особенности структуры определяют широкое использование МКЦ в различных отраслях промышленности.

МКЦ выпускается во многих странах под коммерческими названиями: Avicel, Vivapure, Aгbocel, MKZ Filtгak, MCC ГГ, COMPRECEL и другими. Основными производителями МКЦ в мире являются Германия, Китай, Индия и США. В РФ микрокристаллическая целлюлоза не производится, вся потребность удовлетворяется за счет импорта.

Основным потребителем МКЦ в РФ является фармацевтическая промышленность, где МКЦ используется в процессе производства таблетированных лекарственных форм.

Известны способы получения МКЦ, основанные на жидкофазных суспензионных процессах кислотного гидролиза целлюлозы разбавленными минеральными кислотами.

Эти процессы имеют ряд недостатков, в частности: высокий расход жидкости при обработке целлюлозы, необходимый для создания гомогенных условий гидролиза; значительный расход реагентов для проведения кислотного гидролиза и последующей нейтрализации отработанной кислоты; высокие затраты тепла и необходимость использования дорогостоящей аппаратуры в коррозионностойком исполнении. Существующие технологии производства МКЦ относится к экологически опасным процессам, а высокие нормы расхода материалов определяют ее высокую себестоимость и низкую

экономическую эффективность процесса в целом. В связи с эти разработка нового экономически эффективного процесса получения МКЦ является весьма актуальной задачей.

Помимо гидролиза целлюлозы разбавленными минеральными кислотами, известны способы с использованием концентрированных кислот, соляной и серной. Эти способы имеют ряд преимуществ перед процессами с разбавленными кислотами. В частности, гидролиз целлюлозы происходит с высокой скоростью даже при низких температурах,и могут быть проведены в оборудовании из полимерных материалов, такие как полипропилен, поливинилхлорид и т.д.

Наиболее интересны способы гидролиза с использованием хлористого водорода. Известно, что при сорбции водой хлористый водород даже при низких парциальных давлениях обеспечивает получение соляной кислоты высокой концентрации, более того, отмечается, что сорбция хлористого водорода влажной древесиной на 20... 25% выше, чем сорбция НС1 водой, что объясняется наличием развитой поверхности и капиллярных эффектов в пористой структуре древесины.

На основе этих данных можно предположить, что хлористый водород будет хорошо сорбироваться на развитой поверхности воздушно-сухой целлюлозы и равномерно распределяться во влаге сырья. Сорбция хлористого водорода будет сопровождаться образованием соляной кислоты высокой концентрации, которая будет гидролизовать в первую очередь аморфную фракцию целлюлозы с образованием МКЦ.

Адсорбция хлористого водорода водой - экзотермический процесс с тепловым коэффициентом сорбции 1512 кДжкг-1. Соответственно, сорбция хлористого водорода будет сопровождаться разогревом всего объема целлюлозы. Таким образом, использование хлористого водорода при проведении гидролиза целлюлозы может обеспечить равномерный нагрев и распределение кислоты во всем объеме целлюлозной массы, что позволит значительно ускорить технологический процесс. Учитывая эти особенности, можно предположить, что процесс гидролиза целлюлозы с получением МКЦ, основанный на сорбции хлористого водорода, может стать основой принципиально нового экономически эффективного технологического процесса, что и явилось целью настоящей работы.

Цели и задачи исследования.

Целью работы явилась разработка технологии получения микрокристаллической целлюлозы высокого качества с использованием хлористого водорода. Для реализации поставленной цели представлялось необходимым решить следующие задачи:

1) Определить параметры процесса гидролиза целлюлозы с использованием хлористого водорода, в том числе:

• Необходимую концентрацию хлористого водорода в газовоздушной смеси, обеспечивающую получение МКЦ при определенной исходной влажности целлюлозы.

•Температуру и время проведения процесса гидролиза с использованием газо-воздушных смесей хлористого водорода, обеспечивающих минимальное снижение белизны целлюлозы.

•Физико-химические свойства МКЦ, полученной новым и классическим методами гидролиза.

2) Исследовать процесс отбелки МКЦ полученной газофазным гидролизом с использованием перекиси водорода и гипохлорита натрия, обеспечивающим достижением высоких значений белизны продукта.

3) Провести выбор оборудования и параметры процесса промывки МКЦ обеспечивающий достижение требований Государственной фармакопеи по чистоте продукта.

4) Определить параметры сушки и эквивалетный срок хранения МКЦ полученный методом газофазного гидролиза.

5) Провести сравнительный анализ МКЦ, полученный газофазным гидролизом с продуктами известных производителей.

6) Разработать технологическую схему и провести оценку экономической эффективности нового способа производства.

Научная новизна.

Разработан оригинальный способ проведения гидролиза целлюлозы газовоздушными смесями хлористого водорода с получением микрокристаллической целлюлозы.

Методами рентгендифрактометрии, вискозиметрии и ИК-спектроскопии подтверждено полное соответствие МКЦ, полученной газофазным и

традиционным способами гидролиза. Получен патент на принципиально новый процесс газофазного гидролиза целлюлозы с использованием газовоздушных смесей хлористого водорода для получения МКЦ

Разработан оригинальный способ определения белизны и интенсивности желтого оттенка для порошковых продуктов с использованием метода цифровой цветометрии.

Впервые разработан и запатентован двухстадийный процесс отбелки МКЦ, полученной методом газофазного гидролиза, обеспечивающей получение продукта с белизной не менее 90 % и низкой интенсивностью желтого оттенка.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Выявлены закономерности сорбции хлористого водорода целлюлозой. Установлено, что сорбция хлористого водорода воздушно сухой целлюлозой приводит к значительному нагреву и образованию кислоты высокой концентрации внутри целлюлозного сырья. Сочетание нагрева с образованием кислоты высокой концентрации определяет высокую скорость гидролиза аморфной фракции целлюлозы и образованию МКЦ.

Доказано, что использование газовоздушных смесей хлористого водорода позволяет значительно снизить температуру сорбции и исключить значительное потемнение целлюлозы в процессе гидролиза. Разработаны режимы газофазного гидролиза целлюлозы с различной влажностью, обеспечивающие получение МКЦ.

Определены параметры двухстадийной отбелки МКЦ полученной газофазным гидролизом. Проведена отработка режимов вспомогательных процессов отмывки, сушки, и микрогрануляции МКЦ, обеспечивающие получения МКЦ фармацевтического назначения.

На основании проведенных исследований были разработаны Технические условия на МКЦ фармацевтического назначения, соответствующие требованиям Государственной Фармакопеи.

Получены данные для расчета материального баланса и подбора основного оборудования процесса производства МКЦ фармацевтического назначения с использованием газофазного гидролиза.

Методология и методы исследования. Для определения качественного и количественного состава МКЦ были использованы современные методы

исследования целлюлозы: рентгендифрактометрический анализ, инфракрасная спектроскопия, вискозиметрия, цифровая цветометрия.

Степень достоверности результатов. Достоверность полученных результатов основывается на применении разнообразных современных физико-химических методов исследования, с использованием современного оборудования, проверенных средств измерений и обработкой результатов эксперимента методами математической статистики. Математическую обработку данных проводили с использованием прикладных программ «Excel».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международных конференциях: «Молодая фармация» (г. Санкт-Петербург, 2021 и 2022); III Форум-акселератора технологических предпринимателей «ТехноКульт» Конкурс инновационных проектов (г. Тюмень 2019); Конкурс инновационных проектов «Большая разведка» (г. Пермь 2019).

Публикации.

По результатам исследований опубликовано 5 печатных работ, в том числе 1 статья в журнале, входящая в перечень, утвержденный ВАК, 2 статьи индексируемые в базе Web of Science и 2 патента на изобретение № 2669845, № 2771931.

Структура и объем работы. Диссертация включает следующие разделы: введение, литературный обзор, теоретический анализ выбора направления работы и постановка задачи исследования, методическую, экспериментальную, технологическую части, заключение и список литературы. Общий объём 145 страницы, включая 31 рисунка, 29 таблиц и 3 приложения и список литературы из 119 наименований.

Положения выносимые на защиту:

• Способ получения микрокристаллической целлюлозы газофазным гидролизом с использованием газовоздушных смесей хлористого водорода;

• Параметры процесса гидролиза обеспечивающие получение МКЦ высокого качества при различной влажности целлюлозы;

• Метод определения белизны порошковых материалов с использованием планшетного сканера с контактным датчиком изображения;

• Способ двухступенчатой отбелки микрокристаллической целлюлозы, полученной методом газофазного гидролиза обеспечивающей получение продукта с белизной не менее 90 % и низкой интенсивностью желтого оттенка;

• Технические условия и исходные данные на проектирования производства МКЦ 2000 т/год методом газофазного гидролиза с использованием хлористого водорода.

1. Литературный обзор 1.1. Микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ)

МКЦ представляет собой порошковую форму целлюлозы, полученную частичным кислотным гидролизом гликозидных связей полимера нативной целлюлозы. Нативная целлюлоза представляет собой пучки микрофибрилл состоящие из чередующихся участков плотноупакованных глюкозных звеньев и рыхлых аморфных участков. При гидролизе, кислота легко проникает в аморфные участки целлюлозы и разрушает гликозидные связи, что приводит к резкому снижению степени полимеризации. В процессе гидролиза аморфная фракция исчезает, микрофобриллы целлюлозы теряют прочность и распадаются на короткие фрагменты в виде порошка с высокой степенью кристалличности. Кристаллические области называются кристаллитами целлюлозы и образованы цепочками целлюлозы за счет ван-дер-ваальсовых взаимодействий и водородных связей. диаметр этих кристаллитов того же порядка, что и диаметр микрофибрилл целлюлозы [54].

I

Рисунок 1. - Аморфные участки микрокристаллической целлюлозы Аморфные участки целлюлозы более склонны к деполимеризации путем кислотного гидролиза. Масса после гидролиза приобретает форму схожую с порошком, состоящим из микрокристаллитов целлюлозы, гидролизированной до предельной степени полимеризации (ПСП) [5,70]. От вида исходного сырья и от способа получения МКЦ зависит ее предельная степень полимеризации, обычно она находится в пределах 60...350 [1,57]. Хлопковая целлюлоза имеет ПСП 200-300, древесная целлюлоза имеет ПСП 120-280, вискозная целлюлоза имеет ПСП 30-50. [10].

При обработке целлюлозы минеральной кислотой в процессе гидролиза разрушаются аморфные участки целлюлозы, образуя короткие кристаллические фрагменты целлюлозы, их средние размеры находятся в пределах от 1 до 400 мкм [109, 114,2].

МКЦ характеризуется высокой степенью кристалличности, значения которой обычно составляют от 55 до 80 % [24]. МКЦ можно высушить до чистой мелкодисперсной формы для порошкообразного состояния или подвергнуть совместной обработке с водорастворимым полимером для получения коллоидной формы [68,7,1,41].

Индекс кристалличности МКЦ - относительное содержание кристаллической фракции в целлюлозе, зависит от исходного сырья. Изменение условий гидролиза, включая температуру, продолжительность и концентрация кислоты, мало влияет на степень кристалличности, т.е. закономерность расположения цепочек целлюлозы. Кристалличность нельзя контролировать при гидролизе, она больше зависит от источника исходной целлюлозы, чем от условий её обработки, что соответствует способу получения МКЦ, где кислота преимущественно воздействует на аморфные участки целлюлозы [41,42].

При интенсивном перемешивании МКЦ образует стабильные гидрогели [52,19] за счет большого количества водородных связей.

Особенности структуры МКЦ определяет ряд свойств, которые используются в фармацевтической промышленности при изготовлении таблетированных лекарственных средств. МКЦ является вспомогательным веществом, используемыми при прямом прессовании таблеток, которое выступает как сильное сухое связующее. МКЦ обладает высокой пластичностью, не требует высокого давления прессования, а таблетки обладают высокой прочностью и хорошей распадаемостью в воде. К недостаткам МКЦ следует отнести низкую сыпучесть, в особенности для фракций с размером менее 40 мк. МКЦ способствует хорошей адгезии между пленочным покрытием и ядром таблетки. Так же она оказывает

благоприятное воздействие на процесс высвобождения лекарственных веществ.

Новые свойства микрокристаллической целлюлозы, не похожие на свойства других целлюлозных волокнистых материалов позволяют рассматривать получение модифицированной целлюлозы (МКЦ) как актуальное направление.

1.2. Применение микрокристаллической целлюлозы

Микрокристаллическая целлюлоза имеет большой потенциал для использования ее в нескольких областях, таких как фармацевтическая, косметическая, пищевая промышленность и производство полимерных композитов. МКЦ в форме порошка используется в качестве связующего вещества и наполнителя в пищевых продуктах, медицинских таблетках и, в частности, в качестве армирующего агента при разработке полимерных композитов. МКЦ используют как наполнитель в производстве пластических масс, керамических огнеупоров и фарфора, в качестве стабилизатора водных красок и различных эмульсий, для получения фильтрующих материалов, как связующее при получении бумаги сухим способом и нетканых материалов и др. В коллоидной форме МКЦ используется в качестве стабилизатора суспензии, удерживателя воды, регулятора вязкости и эмульгатора в различных пастах и кремах.

МКЦ широко используется в качестве фармацевтических вспомогательных веществ, средств для повышения текучести, наполнителей, дезинтегрирующих агентов, агентов, препятствующих слипанию, адсорбентов и разбавителей капсул.

. Уникальные свойства МКЦ являются ее химическая неактивность и гигроскопичность. Более высокая термостойкость МКЦ по сравнению с натуральным волокном привела к его применимости при производстве биокомпозитов. Применение МКЦ в составах полимерных биокомпозитов по сравнению с обычными композитами на основе синтетических не

биоразлагающихся материалов по-прежнему затруднено. Кроме того, в связи с появлением новых применений биокомпозитов, в настоящее время многими исследовательскими лабораториями и компаниями проводятся обширные исследования с использованием волокон и полимеров МКЦ для разработки продуктов, для строительства, пищевой, фармацевтической, медицинской и автомобильной промышленность, а также таро-упаковка и др.

В аналитической химии МКЦ используют в колоночной и тонкослойной хроматографии. МКЦ можно также применять в качестве исходного материала для получения различных производных целлюлозы - сложных эфиров (например, нитратов), простых эфиров (карбоксиметилцеллюлозы), привитых сополимеров [43]. Сульфаты МКЦ могут применяться в медицине [23]. Получающиеся эфиры в отличие от аналогичных эфиров из обычной целлюлозы имеют пониженную среднюю степень полимеризации, но большую однородность по СП.

Такие характеристики, как легкость, жесткость, прочность, волокнистая природа, нетоксичность, нерастворимость в воде, кристалличность, биоразлагаемость и возобновляемость, делают МКЦ более привлекательным для использования в различных областях промышленности.

Наряду с вышеперечисленными областями применения МКЦ все-таки наиболее широкое распространение она получила как вспомогательное вещество фармакопейного назначения. МКЦ используется как наполнитель [47] и вспомогательное вещество и может быть непосредственно использована для таблетирования лекарственных препаратов. Препарат МКЦ легко распадается и затем усваивается организмом. Не вступает в реакцию с другими лекарственными средствами, поэтому она считается безопасной. Микрокристаллическая целлюлоза включена в Российский реестр лекарственных средств в разделе вспомогательные вещества [43]. Нормативные требования к МКЦ фармакопейного назначения включают в себя белизну МКЦ не менее 89% и содержание водорастворимых веществ не более 0,3%.

1.3. Гидролиз целлюлозы и получение МКЦ

Микрокристаллическую целлюлозу, получают способом суспензионного гидролиза хлопковой или древесной целлюлозы с использованием кислот HCl или H2SO4 [5,117]. Гидролитическое действие проявляется деструкции гликозидных связей и быстрой деполимеризацией макромолекул целлюлозы за счет легкого проникновения кислоты в аморфные части целлюлозного материала [21], которые составляют 5...10% от массы. Целлюлоза при гидролизе распадается на мелкие фрагменты с высокой степенью кристалличностью, после чего доступность гликозидных связей для гидролитического расщепления в плотно упакованных структурах кристаллитов снижается, и степень полимеризации целлюлозы далее не меняется [117]. Эти особенности продукта гидролиза и послужили основой названия - микрокристаллическая целлюлоза или целлюлоза предельной степени полимеризации [11].

При переработке большинства растительных материалов, ввиду их волокнистой или пористой структуры, тепло-массообменные процессы в объёме сырья весьма затруднены. Проникновение кислоты в толщу целлюлозы и последующий равномерный нагрев всего объёма гидролизуемого материала происходит весьма медленно. Поэтому, для создания гомогенных условий при химической переработке растительных материалов, процессы проводят только с измельченным сырьем в течение длительного времени и в сильно разбавленных суспензиях. В процессе получения МКЦ, как правило, целлюлозу гидролизуют разбавленными растворами серной или соляной кислоты с концентрацией до 10%, при температурах 100. 150°С в течение 60.120 мин и при гидромодуле более 10 [5,117].

Впоследствии были предложены многочисленные модификации метода гидролиза [9] с применением различных видов целлюлозы в качестве исходного сырья [72], разных кислот, в том числе апротонных - кислот

Льюиса [58], и использований различных стадий подготовки, такие как измельчения, диспергирования, отбеливания и сушки целлюлозного сырья. Была прогидролизована и получена МКЦ из древесного сырья, а также из сельхоза отходов, растительных отходов, макулатуры, отходы вискозного и текстильного производства. МКЦ могут получать в виде высокодисперсного порошка, или в виде суспензии или геля, а также в твердом состоянии, это зависит от способа получения [1].

На скорость гомогенного гидролиза выделенной целлюлозы влияют изменения в ее химическом составе - возникновение карбонильных и карбоксильных групп [1]. На скорость гомогенного гидролиза могут повлиять сохранившиеся в концентрированных растворах межмолекулярные водородные связи [43]. Это подтверждается существованием зависимости скорости гидролиза от концентрации целлюлозы в растворе кислоты. В гидролизных производствах используют главным образом гетерогенный гидролиз древесины и другого растительного сырья в разбавленной минеральной кислоте при высокой температуре. Традиционный гетерогенный кислотный гидролиз используют для получения препарата МКЦ с предельной степенью полимеризации, под названием гидроцеллюлоза. При мягком суспензионном гидролизе разбавленными кислотами не вся аморфная фракция переходит в кристаллическую, а лишь её часть, тем самым процесс останавливается с получением гидроцеллюлозы. Гидроцеллюлоза - это не индивидуальное вещество, а смесь исходной целлюлозы и нерастворимых продуктов начального гидролиза [1].Препараты гидроцеллюлозы получают в определенных условиях продолжительного воздействия на целлюлозу разбавленных минеральных кислот при комнатной температуре или более кратковременной обработки при нагревании, а также кратковременным действием концентрированных кислот при пониженной температуре [1].

По мере углубления гидролиза постепенно понижается механическая прочность волокна и возрастает растворимость в 8.10% растворах №ОН,

что обусловлено понижением степени полимеризации (СП). Однако гидроцеллюлоза при одной и той же средней СП может иметь разную растворимость в щелочи в зависимости от природы целлюлозы, примененной кислоты и условий гидролиза, поскольку увеличение растворимости связано не только с уменьшением СП, нарушением морфологической структуры целлюлозного волокна (его поверхности и ультраструктуры стенки) и уменьшением его степени ориентации. При воздействии щелочи может произойти окисление частично гидролизованной целлюлозы кислородом воздуха с превращением концевых альдегидных групп в карбоксильные, что дополнительного повышает растворимость в щелочи [1].

При получении гидроцеллюлозы вследствие уменьшения длины цепей (понижение СП) падает вязкость растворов целлюлозы по сравнению с исходной целлюлозой и увеличивается редуцирующая способность (медные числа возрастают до 5.7 и выше) [43]. Гидроцеллюлоза имеет высокую степень неоднородности по молекулярной массе. Растворимая в щелочи часть является наиболее разрушенной; она и обуславливает высокую редуцирующую способность гидроцеллюлозы. После отмывки горячей щелочью части резко понижается, но все же гидроцеллюлоза, освобожденная от продуктов распада, имеет более короткие цепи, чем исходная целлюлоза [1].

Поскольку при образовании гидроцеллюлозы удаляется аморфная часть целлюлозы, степень кристалличности повышается. Вследствие этого в начальной стадии гидролиза наблюдается значительное понижение СП (20.30%), гигроскопичность постепенно увеличивается, а затем уже продукты гидролиза целлюлозы переходят в раствор, и идет гомогенный гидролиз. Образование гидроцеллюлозы, сопровождающееся потерей прочности, нежелательно и даже вредно в различных технологических процессах получения и переработки целлюлозы. Так, при кислой сульфитной варке целлюлозы всегда образуется незначительное количество гидролизованной целлюлозы, входящей в состав фракции бета- и гамма-

целлюлозы в технической целлюлозе [1 ]. Такой препарат гидроцеллюлозы получил название микрокристаллической целлюлозы.

Однако метод определения содержания аморфной части целлюлозы гетерогенным гидролизом до предельной степени полимеризации всегда дает более низкое значение массовой доли аморфной фазы в целлюлозе (около 10%), чем рентгеноструктурный анализ. Это обусловлено неоднородностью некристаллических областей целлюлозы. Кроме того, при гетерогенном гидролизе в водной среде наблюдается явление рекристаллизации -увеличение доли кристаллической фракции в целлюлозе при гидролизе происходит как за счет растворения аморфной фракции, так и за счет частичного превращения последней в кристаллическую [42]. Процесс превращения рыхлой аморфной фракции целлюлозы при гидролизе в плотную кристаллическую фракцию получил название «рекристаллизации». По мнению Баттисты [70], процесс рекристаллизации возможен лишь при мягком гидролизе, при котором глюкозидные связи рвутся с малой скоростью и создаются условия, благоприятные для роста кристалличности препарата — идет кристаллизация длинных цепей, нерастворимых в кислоте и устойчивых к дальнейшему гидролизу. Корольков, Шарков и Гарманова [30] показали, что рекристаллизацию можно резко уменьшить, применив для определения соотношения кристаллической и аморфной фракций целлюлозы метод этанолиза ее в безводной среде. Найденные ими этим методом количества аморфной фракции в некоторых препаратах целлюлозы таковы: хлопковая целлюлоза 7%; размолотая хлопковая целлюлоза 68%; вискозный шелк 45%. Определили также степень полимеризации остатков различных препаратов целлюлозы после их алкоголиза при 100°С в среде безводных спиртов (метилового, этилового, пропилового и бутилового), содержащих 10% H2SO4 в качестве катализатора, и нашли, что предельная гидролизуемость целлюлозы зависит от состава реакционной среды и микроструктуры препаратов [30,62]. Авторы высказывают предположение об отсутствии хорошо выраженных границ между кристаллической и аморфной

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пименов Сергей Дмитриевич, 2023 год

Список литературы

1. Азаров, В.И. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник для вузов / В.И. Азаров, А.В. Буров, А. В. Оболенская - СПб, 1999. - С. 578579.

2. Акбарова, C.P. Исследование возможности получения наноразмерных частиц микрокристаллической целлюлозы с гелеобразующими свойствами / С.Р. Акбарова [и др.] // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы II Всероссийской конференции. (Барнаул, 21-22 апреля 2005). - Барнаул, - 2005. - Книга I. -С. 19-21.

3. Аутлов С.А. Микрокристаллическая целлюлоза: структура, свойства и области применения (обзор) / С.А. Аутлов, Н.Г. Базарнова, Е.Ю. Кушнир // Химия растительного сырья, 2013. № 3. С. 33-41. URL: http: //journal. asu.ru/cw/article/view/jcprm. 1303033.

4. Байдичева О.В. Цветометрия - новый метод контроля качества пищевой продукции / О.В. Байдичева, В.В. Хрипушин, Л.В. Рудакова, О.Б. Рудаков // Пищевая промышленность. - 2008. - № 5. - С. 20-22.

5. Байклз Н. Целлюлоза и ее производные / Н. Байклз, Л. Сегал под редакцией З.А. Роговина - М. Мир. 1974, - №2, - С. 499.

6. Белоусов В.А «Основы дозирования и таблетирования лекарственных средств» /В.А. Белоусов, М.Б. Вальтер - М. «Медицина», - 1980 г.

7. Беляков Н.А. Адсорбенты: каталог-справочник / Н.А. Беляков,С.В. Королькова. СПб., - 1997. - С. 80.

8. Бернард В. Практика беления и крашения текстильных материалов / В. Бернард - Москва, Легкая индустрия, - 1971 г.

9. Болтовский В.С. Способы получения микрокристаллической целлюлозы / В.С. Болтовский // Труды БГТУ. Серия 2: Химические технологии, биотехнология, геоэкология. - 2021. - №1 (241).URL:

https://cyberleninka.ru/article/n/sposoby-polucheniya-mikrokristallicheskoy-tsellyulozy

10.Гальбрайх Л.С. Целлюлоза и ее производные / Л.С. Гальбрайх // Соросовский образовательный журнал. - 1996. - № 11. - С. 47-53.

11.ГОСТ 9105-74. Целлюлоза. Метод определения средней степени полимеризации. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 1999. - 7 с.

12.ГОСТ 30437-96 (ИСО 3688-77). Целлюлоза. Метод определения белизны. -УкрНИИБ.: Изд-во стандартов, 2001. - 9 с.

13.ГОСТ 28254-2014. Методы определения объемной массы и угла естественного откоса. - ОАО «ВНИИКП».: Изд-во стандартов, 2016.

14.ГОСТ 22171-90. Анализаторы жидкости кондуктометрические лабораторные. - Министерством химической промышленности СССР.: Изд-во стандартов, 1991.

15.Емельянова И.З. Химико-технический контроль гидролизных производств / И.З. Емельянова - М. «Лесная пром-ть», -1976 г.

16.Зяблов А.Н. Цифровая обработка изображений. Достоинства и недостатки / А.Н. Зяблов // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2006. - Т. 6, Вып. 6. - С. 1424-1429.

17.Иванов В.М. Химическая цветометрия: возможности метода, области применения и перспективы / В.М.Иванов, О.В.Кузнецова // Успехи химии. -Т.70. - 2001, №5. - С. 411-428.

18.Иванов Ю.С. Технология целлюлозы. Промывка и отбелка целлюлозы. Регенерация химикатов. Технологические расчёты: учебное пособие / Ю.С. Иванов, А.Г. Кузнецов, В.В. Новожилов. - СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2019. Ч.П. - 86 с.

19.Котельникова Н.Е., Взаимодействие микрокристаллической целлюлозы с водой / Г.А. Петропавловский, В.А. Шевелев, Л.А. Волкова, Г.Г. Васильева // Cellul. Chem. andTehnol. - 1976. - Vol. 4. - №10. - Pp. 391-399.

20.Кривошеев М.И. Цветовые измерения / М.И. Кривошеев, А.К. Кустарев. -М.: Энергоатомиздат, - 1989. - С. 241.

21. Кугач, В. В. Микрокристаллическая целлюлоза в производстве таблеток / В. В. Кугач, Ж. Костантин // Вестник фармации. - 2006. - № 4. - С.72-79.

22.Кузнецов, Б. Н. Новые методы получения химических продуктов из биомассы деревьев сибирских пород / Б. Н. Кузнецов, С. А. Кузнецова, В. Е. Тарабанько // Российский химический журнал. - 2004. - Т. 48. - № 3. - С. 419. - EDN RLIYNV.

23.Левданский А.В. Синтез из растительного сырья и физико-химическое исследование сульфатов микрокристаллической целлюлозы и производных бетулина: диссертация ... кандидата химических наук: 02.00.04 / Левданский Александр Владимирович; - Красноярск, - 2011. - 119 с.

24.Левинский М.И. Хлористый водород и соляная кислота / М.И. Левинский, А.Ф. Мазанко, И.Н. Новиков. — М.: Химия, 1985. - С.160.

25.Лещук А.Е. Статика процессов сорбции хлористого водорода древесиной и гидролиза полисахаридов высококонцентрированной соляной кислотой: автореф. дис. ...канд.техн. наук: спец. № 454 / А.Е. Лещук. - Ленинград: Лесотехническая академия. 1967.

26. Лыков А.В. Теория сушки / А.В. Лыков - М. «Энергия», - 1968 г.

27.Мзоков Г.В. Разработка способа получения микрокристаллической целлюлозы фармакопейного назначения из целлюлозной гидролизат-массы дипл. работа (диссертация магистра 18.04.02 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии). Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Санкт-Петербург, июнь 2019. - С. 70.

28.Миловидова Л.А. Отбелка целлюлозы: учеб. пособие. / Л.А. Миловидова, Г.В. Комарова, Т.А. Королева. - Архангельск: Изд-во АГТУ, - 2005. - С. 130

29. Миловидова Л.А. Промывка и отбелка целлюлозы: учеб. пособие. / Л.А. Миловидова [и др.]. - Архангельск, - 2013. - С. 212.

30.Никитин Н.И. Гидролиз древесины / Н.И. Никитин. - М.: Издательство Академии Наук. 1962. С. 566-569.

31. Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. Ч. II. - Спб.: АНО НПО «Профессионал», 2005, 2007. - 1142 с.

32.Носкова О. А. Получение порошковой целлюлозы из хлопковой и древесной целлюлозы: диссертация ... кандидата технических наук: 05.21.03 г. Пермь. 2000 г. С.181.

33.Носкова О. А., Хакимова Ф.Х. Динамика изменения свойств хлопковой и сульфитной вискозной целлюлозы при получении порошковой целлюлозы с применением азотной кислоты / О.А. Носкова, Х.Ф. Хакимова// Целлюлоза. Бумага. Картон. - 2010. - № 9. - С. 50-57.

34. Общая фармакопейная статья // Государственный стандарт качества лекарственного средства, взамен ГФ XII, ч.1, ОФС 42-0075-07, стр. 2-13.

35.Павлов И. Н., Куничан В. А. Измельчение микрокристаллической целлюлозы в процессе сушки / И.Н. Павлов, В.А. Куничан // Химия растительного сырья. 1999. №2. URL: https://cyberleninka.rU/article/n/izmelchenie-mikrokristallicheskoy-tsellyulozy-v-protsesse-sushki

36.Патент № 2445415 РФ, МИК7 D21C9/10. Способ отбелки сульфатной целлюлозы: Хакимова Ф.Х., Ковтун Т.Н., Синяев К.А., Носкова О.А. -№ 2010147248/12; заявл.18.11.10, опубл. 20.03.12.

37. Патент №2147057 Российская Федерация, МПК D21C1/04. Способ получения микрокристаллической целлюлозы: А.П. Карманов, Л.С. Кочева, А.А. Киселева. - № 9911705. Заяв. 04.08.1999; опуб. 27.03.2000

38. Патент №2669845 Российская Федерация, МПК C08B15/02 Способ непрерывного гидролиза для получения микрокристаллической целлюлозы: А.Ю. Лаптев, Ю.А. Лаптев, А.И. Сизов, С.Д. Пименов. - № 2018102867. Заяв. 25.01.2018; опуб. 16.10.2018.

39.Патент. № 2188208 Способ получения микрокристаллической целлюлозы: О.А. Носкова, Ф.Х. Хакимова, Т.Н. Ковтун. опубл. 27.08.2002.

40.Патент. № 2192432 Способ получения порошковой целлюлозы: О.А. Носкова, Ф.Х. Хакимова, Т.Н. Ковтун. опубл. 10.11.2002.

41.Петропавлоский Г.А. Микрокристаллическая целлюлоза (обзор) / Г.А. Петропавлоский, Н.Е. Котельникова // Химия древесины. - 1979. - № 6. - С. 3-21.

42.Петропавлоский Г.А. Свойства целлюлозы с деструктированной формой волокон (порошковой целлюлозы) / Г.А. Петропавлоский, Н.Е. Котельникова, Т.Е. Погодина // Химия древесины. - 1983. - №6. - С. 78-82.

43.Пименов С.Д. Разработка способа получения гидролизат-массы из древесной целлюлозы для производства МКЦ: дипл. работа (диссертация магистра 18.04.01 Химическая технология). Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Санкт-Петербург,14.06.2019. - С. 71.

44.Пименов С.Д. Методика определения белизны целлюлозных материалов с использованием планшетного сканера / С. Д. Пименов, А. И. Сизов, Г. В. Мзоков, А. Д. Строителева // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. - 2020. - № 232. - С. 169-180. - DOI 10.21266/2079-4304.2020.232.169-180. - EDN AQVLRW.

45.Пименов, С.Д. Отбелка микрокристаллической целлюлозы, полученной методом газофазного гидролиза // А.И. Сизов, С.Д. Пименов, А.Д. Строителева, Е.Д. Строителева //Лесной журнал. 6 (дек. 2021), 173-183. DOI: https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-6-173-183.

46.Полютов А.А. Технология целлюлозы. Экологически чистое производство: учеб. пособие. / А.А. Полютов, Р.З. Пен, А.В. Бывшев -Красноярск: Краснояр. писатель, - 2012. - C. 294.

47.Просвиников Д.Б. Способы получения и области применения порошковой целлюлозы / Д.Б. Просвиников, И.Р. Ахметшин, Д.Ш. Гайнуллина, Т.Д. Просвирникова // Вестник Казанского технологического университета. 2014. №17. URL: https://cyberlenmka.m/article/n/sposoby-poluchemya-i-oblasti-primeneniya-poroshkovoy-tsellyulozy

48.Роговин З.А. Химия целлюлозы и ее спутников. / З.А. Роговин, Н.Н. Шорыгин // Госхимиздат. - Ленинград.: - 1953. - С. 677.

49. Рудакова Л.В. Цифровые технологии для определения цвета и белизны лекарственных средств. / Л.В. Рудакова, Г.И. Шведов, А.П. Васильева, М.К. Фисунова, Б.В. Поплавская // Фармацевтическая технология и упаковка -№1. -2012.

50.Сагатова Т.А., Мягкова Н.В., Бахрамов М., Давранов Б.К. Изучения процесса гелеобразования порошкообразных целлюлоз, полученных в среде органических растворителей: Тез. докл. Всесоюзн. конф. по проблемам использования целлюлозы и ее производных в медицинской и микробиологической промышленности. г. Ташкент, - 1989. - С. 92.

51.Сагатова Т.А., Мягкова Н.В., Бахрамов М., Давранов Б.К. Получение порошковых целлюлоз, обладающих гелеобразуюшими свойствами: Тез. докл. Всес. конф. по проблемам использования целлюлозы и ее производных в медицинской и микробиологической промышленности. Ташкент, ноябрь, 1989 г. Ташкент, - 1989. - С. 91.

52.Сарымсаков А.А. Диспергированная микрокристаллическая целлюлоза и гидрогели на ее основе / А.А. Сарымсаков, М.М. Балтаева, Д.С. Набиев, С.Ш. Рашидова, С.М. Югай // Химия растительного сырья. 2004. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/dispergirovannaya-mikrokristallicheskaya-tsellyuloza-i-gidrogeli-na-ee-osnove

53. Сергеев А.Д. Технико-экономическое и экологическое обоснование выбора оптимальных технологий ECF отбелки хвойной и лиственной целлюлозы / А.Д. Сергеев, О.П. Атьман, И.В. Сергеева // Целлюлоза. Бумага. Картон. -2008. - № 2. - С. 58-62.

54.Сунайт, В.Н. Получение порошковой целлюлозы из древесной массы: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.21.03 / Сунайт Виктория Николаевна. -СПб.: СПбГУПТД, 2019. - 134 с.

55.Справочник химика / под ред. Б.П. Никольского. 2-е изд., перераб. и доп. Т. 3: Химическое равновесие и кинетика. Свойства растворов. Электродные процессы. М.-Л.: Химия, 1965. 1005 с.

56.Тамм Л.А. Теоретические основы химических превращений моносахаридов в процессах ЦБП / Л.А. Тамм, В.Н. Чистоклетов, А.Ю. Платонов -Ленинград, 1990 г., - С.35-36.

57. Филипп, Б. Влияние различных параметров реакции на гетерогенный гидролитический распад целлюлозы при получении микрокристаллического целлюлозного порошка / Б. Филипп, Х.Х. Штеге // Химия древесины. -1976. - №2. - С. 3-9.

58.Фролова С.В. Деструкция лиственной сульфатной целлюлозы кислотами Льюиса: автореф. дис. ...канд.техн. наук: 05.21.03 / Фролова Светлана Валерьевна. - Архангельск: АГТУ, 2008. - 149 с.

59.Хакимова Ф.Х. Отбелка целлюлозы: учеб. пособие. / Х.Ф. Хакимова, Т.Н. Ковтун. - Пермь: Изд-во Перм. гос.техн. ун-та, -2010. - 182 с. - ISBN 978-5398-00439-7

60.Хакимова Ф.Х., Синяев К.А. Бесхлорная отбелка сульфатной лиственной целлюлозы пероксидом водорода / Ф.Х. Хакимова, К.А. Синяев // Химия растительного сырья. 2019. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/beshlornaya-otbelka-sulfatnoy-listvennoy-tsellyulozy-peroksidom-vodoroda

61.Холькин Ю.И. Технология гидролизных производств / Ю.И. Холькин - М.: Лесная промышленность 1989. - 496 с.

62.Шарков, В.И. Изменение реакционной способности размолотой целлюлозы в различных средах / В.И. Шарков, И.И. Корольков, E.H. Гарманова // Журн. прикладной химии. 1959. - Т. 32. - С. 2586-2588.

63. Шишкин Ю.Л. Применение сканера и компьютерных программ цифровой обработки изображений для количественного определения сорбированных веществ / Ю.Л. Шишкин, С.Г. Дмитриенко, О.М. Медведева, С.А. Бадакова, Л.Н. Пяткова // Журн. аналит. химии. - 2004. -Т.59. - №2.

64.Шипина, О. Т., Гараева, М. Р., & Александров, А. А. (2009). ИК-спектроскопческие исследования целлюлозы из травянистых растений. Вестник Казанского технологического университета, (6), 148-152.

65.Шпаков Ф.В. Основные направления совершенствования технологии производства беленых полуфабрикатов в России на пороге XXI века/ Ф.В. Шпаков, В.Ф. Неволин// РАР-FOR 98: науч.-техн. конф. - СПб., - 1998. - С. 74-79.

66.Щербакова, Т.П. Сравнительное изучение образцов порошковой и микрокристаллической целлюлозы различного природного происхождения. Физико-химические характеристики / Т.П. Щербакова, Н.Е. Котельникова, Ю.В. Быховцева // Химия растительного сырья. - 2011. - №3. - С. 33-42.

67. Anna Palmea. Acid hydrolysis of cellulosic fibres: Comparison of bleached kraft pulp,dissolving pulps and cotton textile cellulose / Anna Palmea, Hans Theliandera, Harald Brelidb. // Carbohydrate Polymers. - 2016. - Vol. 136. - pp. 1281-1287.

68.Ardizzone, S. Microcrystalline cellulose powders: structure, surface features and water sorption capability / S. Ardizzone et al // Springer Series: Cellulose. -1999. - Vol. 6. - №1. - P. 57-69.

69.Battista O.A. Hydrolysis and crystallization of cellulose / O.A. Battista // Industrial and Engineering Chemistry. - 1950. - Vol. 42, - № 3. - Pp. 502-507.

70.Battista O.A. Microcrystalline cellulose / О.А. Battista O.A., P.A. Smith P.A. // Industrial and Engineering Chemistry. - 1962. - Vol. 54, - №.9. - Pp. 20-29.

71.de Oliveira, R.L. Synthesis and characterization of microcrystalline cellulose produced from bacterial cellulose. / R.L. de Oliveira, H. da Silva Barud, R.M.N. de Assunçâo et al. // J Therm Anal Calorim. - 2011. - Vol.106, - Pp. 703-709 (2011). https://doi.org/10.1007/s10973-011-1449-1

72.El-Sakhawy, Mohamed & Hassan, Mohammad // Carbohydrate Polymers. -2007. D0I:1-10. 10.1016/j.carbpol.2006.04.009.

73.Jacquet N., Vanderghem C., Danthine S., Quiévy N.,Blecker C., Devaux J., Paquot M. Influence of steam explosion on physicochemical properties and

hydrolysis rate of pure cellulose fibers,Bioresource Technology,Volume 121,2012,Pages 221-227,ISSN 0960-

8524,https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.06.073.

74.Haafiz M. K. M. et al. Isolation and characterization of microcrystalline cellulose from oil palm biomass residue //Carbohydrate polymers. - 2013. - T. 93. - №. 2. - C. 628-634.

75.Hassan M. L. Physical and Mechanical Properties of Microcrystalline Cellulose Prepared from Local Agricultural Residues / M. L. Hassan, M. El-Sakhawy. // Cellulose and Paper Dept. Egypt,Cairo: National Research Center, - 2005. - Pp. 1-10.

76.Higgins F.J., Ho G.E. Agricultural Wastes, / F.J. Higgins, G.E. Ho. - Volume 4, -Issue 2, - March 1982, - Pp 97-116.

77.Huijuan Xiu. Effects of acid hydrolysis waste liquid recycle on preparation of microcrystalline cellulose / HuijuanXiu, Rui Cheng, Jinbao Li, Feiyan Ma, Te Song, Xue Yang, Pan Feng, Xuefei Zhang, EvgueniiKozliak and Yun Ji. // Green Process Synth. - 2019. -Vol. 8. - pp. 348-354.

78.Inghelbrecht S., Remon J.P. Roller compaction and tableting of microcrystalline cellulose drug mixtures / S. Inghelbrecht, J.P. Remon // International Journal of Pharmaceutics. - 1998. - Vol. 161, - N2. - Pp. 215-224. 79. Ioelovich M. Supermolecular structure of native and isolated cellulose / M.

Ioelovich // Journal of Polymer Science.1991. -Vol. 33. - pp 1670-1676. 80.Ioelovich M. Green Technology of microcrystalline cellulose / M. Ioelovich // Weizmann Institute of Science, 234 Herzl St., Rehovot 7610001, Israel. SITA, -2018. - Vol. 20, - issue 2, - pp. 3-7.

81.Kotel'nikova N.E. Cellulose Chemistry and Technology / N.E. Kotel'nikova, G.A. Petropavlovskii, V.A. Shevelev, L.A. Volkova, G.G. Vasil'eva, -1976, - vol. 4, -no. 10, - pp. 391-399.

82.Lamsal B.,Yoo J.,Brijwani K.,Alavi S. Extrusion as a thermo-mechanical pre-treatment for lignocellulosic ethanol, Biomass and Bioenergy, Volume 34, Issue

12,2010, Pages 1703-1710, ISSN 0961-9534,

https://doi.org/10.1016/j. biombioe.2010.06.009.

83.Leppanen K. Structure of cellulose and microcrystalline cellulose from various wood species, cotton and flax studied by X-ray scattering / K. Leppanen, S. Andersson, M. Torkkeli et al //. Cellulose 16, 2009 - pp. 999-1015. https://doi.org/10.1007/s10570-009-9298-9

84.Merci A., Urbano A., Maria Victoria E. Grossmann, Cesar A. Tischer, Suzana Mali,Properties of microcrystalline cellulose extracted from soybean hulls by reactive extrusion,Food Research International,Volume 73,2015,Pages 38-43,ISSN 0963-9969,https://doi.org/10.1016/j.foodres.2015.03.020.

85.Microcrystalline Cellulose (MCC) Market by Application (Food & Beverage, Pharmaceutical, Cosmetics & Personal Care), Raw Material Source (Wood-based, Non-wood - based), and Region (North America, Europe, APAC, RoW) -Global Forecasts to 2024 URL: https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/microcrystalline-cellulose-market-59144224.html

86.Nelson, M.L. and O'Connor, R.T. (1964), Relation of certain infrared bands to cellulose crystallinity and crystal latticed type. Part I. Spectra of lattice types I, II, III and of amorphous cellulose. J. Appl. Polym. Sci., 8: 13111324. https://doi.org/10.1002/app. 1964.070080322

87.Pandey J. K. et al. (ed.). Handbook of Polymernanocomposites: Processing, Performance and Application. - Myrtle Beach: Springer, 2013. - C. 179-189.

88.Patent № 6228213 US (Hanna M., Biby G., Miladinov V.) Producing of microcrystalline cellulose by reactive extrusion. 2001.

89.Patent № 4645541 US (Delong E.A.) Method for producing level of DP microcrystalline cellulose and glucose from lignocellulosic material. 1987.

90.Patent № 5769934 US (Ha E.Y., Landi C.D.) Method for producing microcrystalline cellulose. 1998.

91.Patent US 7005514 B2 (Nguyen X.T.) Process for preparing microcrystalline cellulose. 2006.

92.Patent CA 2801987 A1 (Asko Karppi et al) Process for producing microcellulose Int.Al. C08B15/02: Asko Karppi, Veli-Matti Vuorenpalo, Leif Robertsen, Kari Parviainen, Olli Dahl, Kari Vanhatalo; assignee: Kemira Oyj - 06.06.2011; Date of Patent: 15.12.2011.

93.Patent № 2002/057540 WO, Int. A1. D21C9/004. Microcrystalline cellulose manufacture: J. Mattheson, J. X. Guo, L. Shaver. - № 10/037,240; assignee: International Paper Co. - 01.04.2002; Date of Patent: 25.07.2002.

94.Patent № 2004/0074615 US, Int.A1. D21C9/004. Process for preparing microcrystalline cellulose: X. Nguyen. - № 10/271,645; assignee: International Paper Co. - 16.10.2002; Date of Patent: 28.02.2006.

95.Patent № 2005/039744 US, Int.A1.C08B15/02. Method of producing microcrystalline cellulose-containing compositions: M. Ioelovich, A. Leykin. - № 10/829,460; assignee: NANOADD Ltd. - 22.04.2004; Date of Patent: 27.10.2005.

96.Patent № 2011/154600 WO, Int. A3. D21C9/00. A novel method to produce microcellulose: O. Dahl, K. Parviainen, K. Vanhatalo. - № 20105642; assignee: Aalto University Foundation - 15.12.2011; Date of Patent: 15.12.2011.

97.Patent № 2978446 US, Int. A. C08J3/05. Level-off d.p. cellulose products: O. A. Battista, P. A. Smith. - № 636483A; assignee: Akzo Nobel UK PLC -28.01.1957; Date of Patent: 04.04.1961.

98.Patent № 3023104 US, Int. A. C08B15/08. Food compositions incorporating cellulose crystallite aggregates: O.A. Battista. - № 40517A; assignee: Akzo Nobel UK PLC - 05.07.1960; Date of Patent: 27.02.1962.

99.Patent № 3146168 US, Int.A. A61K47/38. Manufacture of pharmaceutical preparations containing cellulose crystallite aggregates: O. A. Battista. - № 186348A; assignee: FMC Corp. - 10.04.1962; Date of Patent: 25.08.1964.

100. Patent № 3146170 US, Int. A. C08L1/02. Manufacture of cosmetic preparations containing cellulose crystallite aggregates: O.A. Battista. - № 186349A; assignee: FMC Corp. - 10.04.1962; Date of Patent: 25.08.1964.

101. Patent № 5543511 US, Int. A. C08B15/02. Process for the preparation of leveloff DP cellulose: M. J. Bergfeld, J. Seifert. - № 4342442.2; assignee: Akzo Nobel NV - 12.12.1994; Date of Patent: 06.08.1996.

102. Patent № 6392034 US, Int. B1. C08B15/02. Microcrystalline cellulose: S. Trusov. - № 09/728,419; assignee: J H Biotech Inc. - 28.11.2008; Date of Patent: 21.05.2002.

103. Patent US 3,954,727 A (Toshkov et al), Int.A C08B15/02. Method of producing microcrystalline cellulose: Toshko Sokolov Toshkov, Nikola Russev Gospodinov, Evstati Penchev Vidimski - № US05/494,315; assignee: Pharmachim DSO - 02.08.1974; Date of Patent: 04.05.1976.

104. Patent WO 2004/011501 A1 (Kopesky et al), Int.A1 C08L1/04. Production of microcrystalline cellulose: Robert Kopesky, Albert. G. Tsai, Thomas A. Ruszkay - № 2003/022988; assignee: Fmc Corporation - 24.07.2003; Date of Patent: 05.02.2005.

105. Patent WO 2005/0145351 A1 (Schaible et al), Int.A1 C08B15/02. Treatment of pulp to produce microcrystalline cellulose: David Schaible, Bob Sherwood - № 10/958,188; assignee: J Rettenmaier and Soehne GmbH and Co KG -04.10.2004; Date of Patent: 07.07.2005.

106. Patent WO 2016/182867 Al (Tan, Zheng et al), Int.A1. D21C9/16. Method of making bleached microcrystalline cellulose: Tan Zheng, Eustace Simon, Sestrick Michael, Ondov Jeremy - № 2016/031086; assignee: FMC CORP (US) -06.05.2016; Date of Patent: 17.10.2016.

107. Petropavlovskii G.A. Khimiia drevesiny / G.A. Petropavlovskii, N.E. Kotel'nikova, T.E. Pogodina - 1983, - no. 6, - pp. 78-82. (inRuss.)

108. Petropavlovskii G.A. Khimiia drevesiny, / G.A. Petropavlovskii, N.E. Kotel'nikova. - 1979, - no. 6, - pp. 3-21. (inRuss.)

109. Shlieout G. Powder, and mechanical properties of microcrystalline cellulose with different degrees of polymerization / G. Shlieout, K. Arnold, G. Muller // AAPS PharmSciTech. - 2002, - №3: E11.

110. Schaible D., Sherwood B. Treatment of pulp to produce microcrystalline cellulose, US Patent 0131957 A1. 2004.

111. Soldat D.J. Microscale Colorimetric Analysis Using a Desktop Scanner and Automated Digital Image Analysis / D.J. Soldat, Ph Barak,B.J. Lepore // J. Chem. Educ. - 2009. - 86 (5). - Pp. 617.

112. Steffes F., Germgard U. ECF, TCF upgrade choices key on world market / F. Steffes, U. Germgard // Pulp & Paper. - 1995. - № 6. - Pp. 83-92.

113. Suzuki T, Nakagami H. Effect of crystallinity of microcrystalline cellulose on the comparability and dissolution of tablets / T. Suzuki, H. Nakagami // European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. - 47. - Pp. 225-230.

114. Thoorens G. Microcrystalline cellulose, a direct compression binder in a quality by design environment: A review / G. Thoorens, F. Krier,B. Leclercq, B. Carlin, B. Evrard // International Journal of Pharmaceutics. - 2014. - Vol. 473(1-2). -Pp. 64-72.

115. Trache D., Donnot A., Khimeche K., Benelmir R., Brosse N. Physico-chemical properties and thermal stability of microcrystalline cellulose isolated from Alfa fibres, Carbohydrate Polymers, Volume 104, 2014, Pages 223-230, ISSN 01448617, https://doi.org/10.1016/i.carbpol.2014.01.058.

116. Trusovs S. Microcrystalline cellulose, US Patent 6392034 B1. 2002

117. Vanhatalo K. M. Effect of mild hydrolysis parameters on properties of MCC/ Kari M.Vanhatalo, Oli P.Dahl // BioResourses - 9(3), - 2014, - Pp. 4729-4740.

118. Wyman E.C. Hydrolysis of Cellulose and Hemicellulose / E.C. Wyman, S.R. Decker., E.M. Himmel, W.J. Brady, E.C. Skopec, L. Viikari // Polysaccharides: Structural Diversity and Functional Versatility. - 2005. DOI: 10.1201/9781420030822.ch43.

119. Zhbankov R.G. Infrared spectra of cellulose and its derivatives. - Minsk: Science and technik, 1962. - 338 p.

Приложение l

Область применения

Настоящие технические условия распространяются на целлюлозу мнкр с крн с талличесхую . получаемую путем гидролитической деструкции до предельной степени полимеризации хлопковой пли древесной целлюлозы по ГОСТ 595, ГОСТ 3914. ГОСТ 951, ГОСТ 24299.

Микрокристаллическая целлюлоза предназначена для использования в фармацевтической промышленности в качестве связующего при производстве твердых дозированных лекарственных форм; в пищевой промышленности в качестве наполнителя для снижения калорийности диетических и диабетических продуктов, в качестве стабилизатора эмульсин и кремов; в парфюмерной промышленности для изготовления кремов и зубных паст: в лакокрасочной промышленности в качестве пигмента, матирующей добавки, наполнителя и стабилизатора красок.

Микрокристаллическая целлюлоза, в зависимости от назначения, выпускается трех видов (А. В и С), различающихся по физико-химическим показателям.

1. Требования к качеству и безопасности

1.1. Микрокристаллическая целлюлоза видов А. В и С должна соответствовать требованиям настояших технических условий и изготавливаться с соблюдением действующих санитарных норм н правил, по технологически?-! инструкциям, утвержденным в установленном порядке

1.2. По органолепшческим показателям микрокристаллическая целлюлоза видов А. В и С должна соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.

Таблица 1

Наименование показателей Характеристики п нормы Метолы испытаний

Крнстацел А Крисгаиел В Крнстацел С

Внешний вид Г р анта и ров йкньш СЫПУЧИЙ порошок гр анулнро в анный сыпггчнй порошок Порошок п. 5.1

Цвет Белый Белый п.5.1

Запах Отсутствует п51

Вкус Безвкусный п.5.1

1.3. По физико-химическим показателям микрокристаллическая целлюлоза видов А. В и С должна соответствовать требованиям, указанным в таблице 2.

Таблица 2

Наименование показателей Характеристики н нормы Методы испытаний

Кристацел А Крнстаиел В Крнстацел С

С редний размер частил, мм Остаток на енте 0.25 % Остаток на сите ОЛб Остаток на сите 0.08 % Остаток на сите 0Т04 % Не более 2 Не менее 75 Не более 25 0 0 Не более 2 Не менее 75 Не более 25 0 0 Не более- 2 Не менее 50 п.5.2

Потеря в массе при высушивании. не более 7,0 7.0 7Т0 п. 53

рН водной вытяжки 5-7 5-7 5-7 и 5.5

Массовая доля водорастворимых вешесте. иг г не более 0.3 0.3 0,3 п.5.4

Удельная электропроводность. р£/си не более 30 30 30 п. 5.б

Массовая доля сульфатной золы. о не более 0.2 0,2 0.2 п.5.7

Тяжелые металлы. 9 о не более 0.001 0.001 0,001 п.5.9

Насыпной объем без уплотнения, г. см3 0.32-0.38 0.28-0.34 0.26-0.34 п.5.8

Степень сыпучести. угол естественного откоса, град не более 35 40 - п.5.8

Число черных точен штук на 600 см:. не более 5 5 5 п.5.10

1,4. Микрокристаллическая целлюлоза видов А. В и С по содержанию мнкотоксннов. пестицидов, радионуклидов должна соответствовать требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01. указанным в таблице 3,

Таблица 3.

Наименование вещества, элемента Допустимый уровень содержания, мг кг (для радионуклидов-Бькг). не более

Хлорорганическне пестициды Геке ахл оргщкл оге ксан (альфа, бела н гамма изомеры) 0,5

ДЛТ н его метаболиты 0.02

Радионуклиды Цезнй 137; Стронпнн 90 200; 100

1.5. По мнкр а о дологической чистоте микрокристаллическая целлюлоза видов А. В и С должна соответствовать требованиям ОФС. 1.2 4.0002.18

(таблица 2. п.4.2, вспомогательные вешества для производства нестерильных лекарственных препаратов). Нормы микробиологической чистоты приведены в таблице 4.

Таблица 4

Наименование показателя Значение показателя

Общее число анаэробных мгоро организмов, КОЕ не более 10"* /г

Общее число дрожжевых в плесневых грибов. КОЕ не более 10:/г

Энтеробахтерни устойчивых к желчи. КОЕ не более 10*/г

Отсутствие: Е. со1а в 1 г

5а1шопе11а в 25 г

Р. ает^шоьа в 1г

5. ашеш в 1 г

1.6. Требования к сырью

При производстве микрокристаллической целлюлозы используют следующие виды сырья и материалов:

• Хлопковый лннт ГОСТ 595

• Целлюлоза сульфитная беленая ГОСТ 3914

• Целлюлоза сульфатная беленая ГОСТ 9571 или ГОСТ 24299

• Кислота хлористоводородная, синтетическая ГОСТ 857

• Натр едкий о лишенный ГОСТ 2263

• Натрия гнпохлориг ГОСТ Р 57568

• Водорода перекись ГОСТ 177-88

• Натрия сульфит ТУ 113-08-05808111-24-92

• Водат очишенная ГОСТ Р 51232

• Пленка полиэтиленовая ГОСТ 51720

• Мешки из полимерных пленок ГОСТ Р 51720

• Яшик из картона гофрированного ГОСТ 9142

• Мешки бумажные ГОСТ 2226

1.7. Требования безопасности

1.7.1. По степени воздействия на организм человека Целлюлоза микрокристаллическая по ГОСТ 12.1.005—SS и ГН 2.2.513-03 (№ 2227) относится к 4 классу опасности. ПДК в воздухе рабочей зоны 10 мг/м3. Прн работе с продуктом не требуется специальных мер безопасности.

1.7.2. В соответствии с ГОСТ 12.1.044—S9 Целтюлоза микрокристаллическая относится к горючим веществам. Аэрозоль целлюлозы микрокристаллической взрывоопасен в концентрации 30 г/м~

2. Маркировка

На этикетке типографским способом указывают:

• наименование предприятия изготовителя:

• его местонахождение:

• товарный знак:

• название продукта на русском языке;

• вид проекции;

• массу нетто:

• номер партии;

• дату изготовления;

• условия хранения;

• гарантированный срок хранения:

• номер настоящих ТУ;

• информацию о сертификации н способе применения.

На этикетку транспортной тары, в соответствии с ГОСТ 14192. дополнительно наносят маннпуляпнонные знаки: .Vs3 «Беречь от влаги».

3. Упаковка

Целлюлозу микрокристаллическую упаковывают в пакеты из пленки полиэтиленовой по ГОСТ 51720 или в пакеты из других полимерных пленок.

разрешенных к применению органами государственного санитарно-эпидемиологической службы РФ.

Целлюлоза микрокристаллическая, упакованная в пакеты укладывается в короба из гофрированного картона по ГОСТ 9142 или мешки бумажные по ГОСТ 2226

4. Правила приемки

4.1. Приемка микрокристаллической целлюлозы производится партиями.

4.2. Партией считается количество одноименной продукции, выработанное из одной партии сырья, и оформленное одним документом о качестве с указанием:

« наименования предприятия изготовителя;

• его местонахождения:

• наименования продукции;

• размера партии:

• даты выработки:

« результатов контроля:

• гарантийного срока хранения:

• обозначения настоящих ТУ;

• штампа и подписи ответственного лица

4.3. Для контроля качества продукта из парпш делают выборку в соответствии с ОСТ 10-07-001. Из выборки отбирают среднюю пробу в количестве 200 г. Одна часть используется для контроля, а другая часть хранится на случай арбитража в течение срока годности.

Арбитражные образцы маркируют в соответствии с п.2 настоящих ТУ. и с дополнительным указанием:

• объема партии:

• даты отбора пробы.

• подписи лица, отобравшего пробу.

Хранят арбитражные образцы в соответствии с п. 7.2. настоящих ТУ_

При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному показателю, проводят повторное испытание продукта на удвоенном количестве проб, взятых из той же партии. При повторном получении не удовлетворительных результатов, партию считают несоответствующей требованиям настоящих технических условий и бракуют

4.4. Соответствие упаковки и маркировки требованиям настоящих ТУ проверяются на 3% упаковочных единиц, отобранных из разных мест партии, но не менее чем на трех упаковочных единицах. Если в выборке более 3% изделий не соответствуют по упаковке и маркировке требованиям настоящих ТУ, проводят проверку" на удвоенной выборке. По результатам повторной проверки партию бракуют, если в выборке более 3% изделий не соответствуют требованиям настоящих ТУ. При наличии менее 3% изделий не соответствующих требованиям настоящих ТУ. партию принимают, бракуя только фактически обнаруженное количество дефектных изделий.

5. Методы контроля

5.1. Определение внешнего вида, цвета, запаха и вкуса проводят по ГОСТ 12576-96

5.2. Определение среднего размера ч а стан проводят по ОФС.1.1.0015.15.

5.2.1. Проведение испытания

На сито с глухим дном ставят металлическое сито с ячейкой 0.04 мм на него второе металлическое сито с ячейкой 0.08 мм и. далее сито с ячейкой 0.16 и 0.25 мм. На верхнее сито высыпают навеску 50 г. взятую из общей пробы, закрывают крышкой, укрепляют набор сит на платформе рассева и просевают продукт в течение 5 мин. Остаток на сите и проход через нижнее сито взвешивают погрешностью не более ± 0.1 г.

5.3. Потеря в массе при высушивании проводится по ОФС.1.2.1.0010.15. Около 0.5-1,0 г микрокристаллической це.ълюлозы (точная навеска) сушат при температуре 105 °С до постоянной массы.

5.4. Массовая доля водорастворимых веществ

5.4.1. 10 г целлюлозы микрокристаллической, взятой из общей пробы, взвешивают с точностью до 0.01 г. помещают в стакан и прибавляют 100 мл дистиллированной воды.

Проводимость дистиллированной воды не должна превышать б_0 цЗ/см. Суспен зию нагревают до кипения при периодическом перемешивании. С'такан с пробой охлаждают до комнатной температуры, раствор фильтруют, отбрасывая первые 10 мл фильтрата, 20 мл фильтрата помешают в выпарную чашку, упаривают на кипящей водяной бане и сушат до постоянной массы. Масса остатка не должна быть более б мг. что соответствует 0.3 мг/г препарата. Фильтрат использук>1 для определения водородного показателя п.5.5. и удельной электропроводности п.5.б.

5.5 Определение водородного показателя

5.5.1 Проведение испытания:

В фильтрате. полученном при определении массовой доли водорастворимых веществ п.5.4. определяют водородный показатель по ГОСТ 291SS.2-91

За результат анализа принимают значение, полученное при однократном измерении.

5.6. Удельная электропроводность

5.6.1. Проведение испытания: Фильтрат, полученный при определении массы водорастворимых веществ, разбавляют водой, дистиллированной в два раза, и измеряют проводимость раствора. Используют кондуктометр с точностью не менее 2%, снабженный термокомпенсатором. Проводимость раствора не должна превышать 30 (iS/см.

5.7. Массовую долю сульфатной золы определяют по ОФС'.1.2.2.2,0014.15, ГФ XIV, Масса пробы мнкрокристалтнческой целлюлозы для анализа сульфатной золы должна быть 1,0 ± 0.1г. Зольный остаток после сжигания далее используют для определения тяжелых металлов п.5.9.

5.8. Определение насыпного объема н степень сыпучести (угол естественного откоса) проводят по ОФС 1.4.2.0016.15, ГФ XIV

5.9. Тяжелые металлы определяют по ОФС.1.2.2.2.0012.15 с 2?Ь раствором натрия сульфида. Испытуемый раствор готовят из зольного остатка после определения сульфатной золы п.5.1.

5.10. Определение числа темных включении.

5.10.1. Проведение испытания: 50 г микрокристаллической целлюлозы помещают в стакан емкостью 1000 см* и прибавляют 500 см"1 воды. Суспензию выдерживают 15 минут при интенсивном перемешивании и фильтруют на воронке Бюхнера диаметром 125 мм под вакуумом. Количество темных включений на поверхности осадка должно быть не более 1 пггуки. что соответствует 5 шт на площади 600 см2.

6. Транспортирование п хранение

6.1. Целлюлозу шифокристаллическуто транспортируют всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах в соответствии с правилами перевозки грузов, действующих на данном виде транспорта и с соблюдением санитарных требований, предъявляемых к правилам перевозки грузов пищевого и фармацевтического назначения.

6.2. Целлюлозу микрокристаллическую хранят в закрытых, сухих, хорошо проветриваемых помещениях, без постороннего запаха.

7, Гарантии изготовителя

7.1. Изготовитель гарантирует соответствие микрокристаллической целлюлозы требованиям настоящих ТУ при соблюдении условии транспортирования и хранения

7.2. Срок годности - 2 года с момента изготовления в таре предприятия изготовителя.

Перечень нормативных документов, на которые даны ссылки в тексте

Номер НД Наименование НД

ГОСТ 595-79 Хлопковый лннт

ГОСТ 3914-89 Целлюлоза сульфитная беленая

ГОСТ 9571-89 иля ГОСТ 24299-80 Целлюлоза сульфатная беленая

ГОСТ 857-95 Кислота хлористоводородная, пищевая

ГОСТ 2263-79 Натр едкий очншенный

ГОСТ Р 57568 Натрия гнпохлорнт

ГОСТ 177-88 Водорода перекись

ТУ 113-08-05808111-24-92 Натрия сульфит

ГОСТ Р 51232-98 Вода очншенная

ГОСТ 10354-82 Пленка полиэтиленовая

ГОСТ Р 51720-01 Мешкн нз полимерных пленок

ГОСТ 9142-90 Ящик нз картона гофрированного

ТУ 3618-001-39436682-98. С'нта металлические

ОФС. 1.2.1.0010.15 Потеря в массе при высушивании, методы определенна

ОФС.1.2.2.2.0014.15 Сульфатная зола, методы определения

ОФС. 12.1.0020.15 Электропроводность растворов

ГОСТ 291882-91 Продукты пищевые, метод определения рН

ОФС 1 1.0015.15 Сиговой анализ

ОФС. 1.2.22.0012 Д 5 Тяжелые металлы, методы определения

ОФС. 1.4.2.0016.15 Степень определения сыпучести, угол естественного откоса

Приложение 2

АКТ

наработки таблеток из опытных образцов микрокристаллической целлюлозы ООО «Кристацел»

Наработка опытных образцов таблеток проводилась на промышленной

Для проведения опытных работ по таблегированию ООО «Кристацел» передал два образца микрокристаллической целлюлозы (2912 г фракции А и 2106 г фракции В). Для хорошей загрузки бункеров таблетирующего пресса и учитывая хорошую сыпучесть образцов, было принято решение об их объединении.

Фракции смешивались на лопастном смесителе, сыпучесть смешанного образца составляла 7,7 г/с, насыпная плотность без уплотнения 0,37 г/смЗ, с уплотнением 0,43 г/смЗ. Исходя из этих параметров, была произведена первичная регулировка копиров РТМ-41 на получение таблеток диаметром 12 мм и массой 0,5 г.

Наработка таблеток диаметром 12 мм была произведена 28.02 2020 г. В бункер был загружен опытный образец микрокристаллической целлюлозы массой 4980 г. Число оборотов ротора составляло 16 об/мин, что соответствовало производительности пресса 77 000 таблеток в час. Предварительное прессование было проведено в течение 20 секунд. Средняя масса 10 таблеток составляла 53,2 г, качество таблеток соответствовало нормативам. По результатам замера была проведена корректировка положения копиров для получения таблеток массой 0,5 г.

Основная наработка таблеток диаметром 12 мм проводилась при длительности работы пресса 4 минуты. За это время работы было получено около 5000 таблеток, средняя масса 10 таблеток составляла 50,8 г. Таблетки были правильной формы, гладкие блестящие, без сколов и трещин.

ротационной таб легирую щей машине РТМ- 41 по Договору т

20т-ьАМ1 Ш&- между ООО «Кристацел» и ООО «Ф ар метан дарт».

Для наработки таблеток диаметром 7 мм была проведена оснастка РТМ-41 соответствующим пресс инструментом. Наработка таблеток диаметром 7 мм была произведена 03.03.2020 г. В бункер был гружен опытный образен микрокристаллической целлюлозы массой 910 г. Число оборотов ротора составляло 16 об/мин, что соответствовало производительности пресса 77 000 таблеток в час.

Предварительное прессование было проведено в течение 20 секунд. Средняя масса 10 таблеток составляла 15,07 г. Основная наработка партии таблеток диаметром 7 мм проводилась при длительности работы пресса 4 минуты. За это время было получено около 5000 таблеток, средняя масса 10 таблеток составляла 15,08 г. Таблетки были правильной формы, гладкие блестящие, без сколов и трещин.

В результате проделанной работы Заказчику (000»Кристацел») было передано 2440 г таблеток диаметром 12 мм и 760 г таблеток диаметром 7 мм.

Масса некондиционных таблеток и остатки МКЦ в бункерах составили 1550 г.

Опытные образцы микрокристаллической целлюлозы обладали хорошими технологическими параметрами, обеспечивая устойчивую работу ротационной таблетирующей машины РТМ-41 на проектной производительности.

Работы по Договору выполнены в полном объеме.

Генеральный директор ООО «Фармпродукт»

Генеральный директор ООО «Кристацел»

Приложение 3

к