تحضير إيثرات السليلوز

1 المقدمة

في الوقت الحاضر، المادة الخام الرئيسية المستخدمة في إعدادإيثر السليلوزالقطن، وإنتاجه آخذ في الانخفاض، وسعره يرتفع أيضًا؛

علاوة على ذلك، فإن عوامل الأثير الشائعة الاستخدام، مثل حمض الكلورو أسيتيك (شديد السمية) وأكسيد الإيثيلين (مسرطن)، تُعدّ أيضًا أكثر ضررًا على جسم الإنسان والبيئة. كتاب

في هذا الفصل، تم استخدام السليلوز الصنوبري ذو النقاء النسبي لأكثر من 90% المستخرج في الفصل الثاني كمادة خام، وتم استخدام كلورو أسيتات الصوديوم و2-كلورو إيثانول كبدائل.

باستخدام حمض الكلورو أسيتيك شديد السمية كعامل إيثر، يتم إنتاج الأنيوناتكربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)تم تحضير هيدروكسي إيثيل السليلوز غير الأيوني.

السليلوز (HEC) وهيدروكسي إيثيل كاربوكسي ميثيل السليلوز المختلط (HECMC) ثلاثة إيثرات السليلوز. عامل واحد

تم تحسين تقنيات تحضير ثلاث إيثرات السليلوز عن طريق التجارب والتجارب المتعامدة، وتم وصف إيثرات السليلوز المصنعة باستخدام تقنيات FT-IR وXRD وH-NMR وما إلى ذلك.

أساسيات إيثر السليلوز

يمكن تقسيم مبدأ إيثر السليلوز إلى قسمين. القسم الأول هو عملية القلوية، أي أثناء تفاعل قلوية السليلوز.

ينتشر السليلوز الصنوبري بالتساوي في محلول NaOH، ويتضخم بعنف تحت تأثير التحريك الميكانيكي، ومع تمدد الماء

تغلغلت كمية كبيرة من جزيئات NaOH الصغيرة داخل السليلوز الصنوبري، وتفاعلت مع المجموعات الهيدروكسيل الموجودة على حلقة الوحدة البنيوية للجلوكوز،

ينتج السليلوز القلوي، وهو المركز النشط لتفاعل الأثير.

الجزء الثاني هو عملية الأثيرة، أي التفاعل بين المركز النشط وكلورو أسيتات الصوديوم أو 2-كلورو إيثانول في ظل ظروف قلوية، مما يؤدي إلى

وفي الوقت نفسه، فإن عامل الأثير كلورو أسيتات الصوديوم و2-كلورو إيثانول سوف ينتجان أيضًا درجة معينة من الماء في ظل الظروف القلوية.

يتم حل التفاعلات الجانبية لتوليد جليكولات الصوديوم وإيثيلين جلايكول، على التوالي.

2 المعالجة المسبقة لإزالة التبلور القلوي المركز لسليلوز الصنوبر

أولاً، حضّر تركيزًا معينًا من محلول هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) مع الماء منزوع الأيونات. ثم، عند درجة حرارة معينة، أضف 2 غرام من ألياف الصنوبر.

يتم إذابة الفيتامين في حجم معين من محلول NaOH، ويتم تحريكه لفترة من الزمن، ثم يتم ترشيحه للاستخدام.

مُصنِّع نماذج الأجهزة

جهاز قياس درجة الحموضة الدقيق

محرك مغناطيسي للتسخين بدرجة حرارة ثابتة من نوع المجمع

فرن التجفيف بالتفريغ

ميزان إلكتروني

مضخة تفريغ متعددة الأغراض من نوع المياه المتداولة

مطياف الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه

جهاز حيود الأشعة السينية

مطياف الرنين المغناطيسي النووي

شركة هانغتشو أوليلونغ للأجهزة المحدودة

شركة هانغتشو هويتشوانج لمعدات الأجهزة المحدودة

شركة شنغهاي جينغهونغ للمعدات التجريبية المحدودة

شركة METTLER TOLEDO Instruments (شنغهاي) المحدودة

شركة هانغتشو ديفيد للعلوم والأجهزة التعليمية المحدودة

شركة أمريكان ثيرمو فيشر المحدودة

شركة ARL الأمريكية للطاقة الحرارية الكهربائية سويسرا

شركة بروكر السويسرية

35

إعداد CMCs

استخدام السليلوز القلوي من خشب الصنوبر المعالج مسبقًا بإزالة التبلور القلوي المركز كمواد خام، واستخدام الإيثانول كمذيب واستخدام كلورو أسيتات الصوديوم كأثيرة

تم تحضير CMC ذو DS أعلى بإضافة قلوي مرتين وعامل إيثر مرتين. أضف 2 غرام من السليلوز القلوي من خشب الصنوبر إلى القارورة ذات الأربع رقاب، ثم أضف حجمًا معينًا من مذيب الإيثانول، وحرك جيدًا لمدة 30 دقيقة.

تقريبًا، بحيث يتشتت السليلوز القلوي تمامًا. ثم أضف كمية معينة من العامل القلوي وكلورو أسيتات الصوديوم للتفاعل لفترة زمنية عند درجة حرارة أثيرية معينة.

بعد مرور الوقت، تُضاف مادة قلوية وكلورو أسيتات الصوديوم مرة أخرى، ثم تُضاف الأثيرة لفترة من الوقت. بعد انتهاء التفاعل، يُبرّد المحلول تدريجيًا، ثم يُعاد تسخينه.

قم بتحييده بكمية مناسبة من حمض الأسيتيك الجليدي، ثم قم بتصفية الشفط، ثم اغسله وجففه.

إعداد HECs

استخدام السليلوز القلوي من خشب الصنوبر المعالج مسبقًا بإزالة التبلور القلوي المركز كمواد خام، والإيثانول كمذيب، و2-كلورو إيثانول كأثيرة

تم تحضير HEC ذو MS أعلى بإضافة قلوي مرتين وعامل إيثر مرتين. أضف 2 غرام من السليلوز القلوي من خشب الصنوبر إلى دورق رباعي الرؤوس، ثم أضف حجمًا معينًا من الإيثانول بنسبة 90% (الكسر الحجمي)، وحرك.

يقلب لمدة من الزمن حتى يذوب تماما ثم يضاف كمية معينة من القلوي ويسخن ببطء ويضاف حجم معين من 2-

كلورو إيثانول، تم تفاعله مع الأثير عند درجة حرارة ثابتة لفترة من الزمن، ثم تمت إضافة هيدروكسيد الصوديوم المتبقي و2-كلورو إيثانول لمواصلة التفاعل مع الأثير لفترة من الزمن.

بعد اكتمال التفاعل، يتم التحييد باستخدام كمية معينة من حمض الأسيتيك الجليدي، وأخيراً يتم الترشيح باستخدام فلتر زجاجي (G3)، ثم غسله وتجفيفه.

إعداد HEMCC

باستخدام HEC المحضر في 3.2.3.4 كمادة خام، والإيثانول كوسيط للتفاعل، وكلورو أسيتات الصوديوم كعامل إيثر لإعداد

HECMC. العملية المحددة هي: أخذ كمية معينة من HEC، ووضعها في قارورة رباعية الرؤوس سعة 100 مل، ثم إضافة كمية معينة من الحجم

90% إيثانول، يتم التقليب ميكانيكيًا لفترة من الوقت حتى يتم تشتيته بالكامل، ثم إضافة كمية معينة من القلوي بعد التسخين، ثم إضافته ببطء

كلورو أسيتات الصوديوم، تنتهي عملية الأثيرة عند درجة حرارة ثابتة بعد فترة زمنية. بعد انتهاء التفاعل، يُعادل بحمض الأسيتيك الجليدي، ثم يُستخدم مرشح زجاجي (G3).

بعد شفط الترشيح والغسيل والتجفيف.

تنقية إيثرات السليلوز

في عملية تحضير إيثر السليلوز، غالبًا ما يتم إنتاج بعض المنتجات الثانوية، وخاصة ملح كلوريد الصوديوم غير العضوي وبعض المنتجات الأخرى

الشوائب. لتحسين جودة إيثر السليلوز، أُجريت تنقية بسيطة على إيثر السليلوز الناتج. نظرًا لوجودها في الماء

تختلف قابلية الذوبان، لذا تستخدم التجربة جزءًا حجميًا معينًا من الإيثانول المائي لتنقية إيثرات السليلوز الثلاثة المحضرة.

يتغير.

ضع عينة إيثر السليلوز المُحضرة بجودة معينة في دورق، وأضف كمية معينة من الإيثانول بنسبة 80% المُسخّن مسبقًا إلى درجة حرارة تتراوح بين 60 و65 درجة مئوية، واستمر في التحريك الميكانيكي على محرك مغناطيسي ذي درجة حرارة ثابتة لمدة 10 دقائق. اترك السائل العلوي ليجف.

في دورق نظيف، استخدم نترات الفضة للتحقق من أيونات الكلوريد. إذا كان هناك راسب أبيض، رُشِّحه عبر مرشح زجاجي، ثم افصل المادة الصلبة.

كرر الخطوات السابقة لجزء الجسم حتى لا يتبقى راسب أبيض في المحلول المرشح بعد إضافة قطرة واحدة من محلول AgNO3 أي أن عملية التنقية والغسيل قد انتهت.

36

إلى (بشكل أساسي لإزالة ناتج التفاعل الثانوي، كلوريد الصوديوم). بعد الترشيح بالشفط، والتجفيف، والتبريد إلى درجة حرارة الغرفة، والوزن.

كتلة، ج.

طرق الاختبار والتشخيص لإيثرات السليلوز

تحديد درجة الاستبدال (DS) ودرجة الاستبدال المولية (MS)

تحديد DS: أولاً، قم بوزن 0.2 جرام (بدقة تصل إلى 0.1 ملجم) من عينة إيثر السليلوز النقية والمجففة، ثم قم بإذابتها في

٨٠ مل من الماء المقطر، يُحرَّك في حمام مائي ثابت الحرارة بين ٣٠ و٤٠ درجة مئوية لمدة ١٠ دقائق. ثم يُضاف محلول حمض الكبريتيك أو محلول هيدروكسيد الصوديوم (NaOH).

الرقم الهيدروجيني للمحلول حتى يصبح الرقم الهيدروجيني للمحلول 8. ثم في دورق مزود بقطب كهربائي لقياس الرقم الهيدروجيني، استخدم محلولًا قياسيًا من حمض الكبريتيك

للمعايرة، في ظل ظروف التحريك، راقب قراءة مقياس الرقم الهيدروجيني أثناء المعايرة، عندما يتم ضبط قيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول إلى 3.74،

انتهت عملية المعايرة. لاحظ حجم محلول حمض الكبريتيك القياسي المستخدم في هذه المرحلة.

جيل:

مجموع أرقام البروتونات العليا ومجموعة الهيدروكسي إيثيل

نسبة عدد البروتونات العليا؛ I7 هي كتلة مجموعة الميثيلين على مجموعة الهيدروكسي إيثيل

شدة ذروة رنين البروتون؛ هي شدة ذروة رنين البروتون لخمس مجموعات ميثين ومجموعة ميثيلين واحدة على وحدة جلوكوز السليلوز

مجموع.

طرق الاختبار الموصوفة لاختبار توصيف الأشعة تحت الحمراء لثلاثة إيثرات السليلوز CMC و HEC و HEECMC

قانون

3.2.4.3 اختبار حيود الأشعة السينية

اختبار توصيف تحليل حيود الأشعة السينية لثلاثة إيثرات السليلوز CMC وHEC وHEECMC

طريقة الاختبار الموصوفة.

3.2.4.4 اختبار الرنين النووي المغناطيسي عالي الكثافة

تم قياس مطياف الرنين المغناطيسي النووي H لـ HEC بواسطة مطياف الرنين المغناطيسي النووي Avance400 H الذي أنتجته شركة BRUKER.

باستخدام ثنائي ميثيل سلفوكسيد الديوتيريوم كمذيب، تم اختبار المحلول باستخدام مطيافية الرنين النووي المغناطيسي للهيدروجين السائل. كان تردد الاختبار 75.5 ميجاهرتز.

دافئ، الحل هو 0.5 مل.

3.3 النتائج والتحليل

3.3.1 تحسين عملية تحضير CMC

وباستخدام السليلوز الصنوبري المستخرج في الفصل الثاني كمادة خام، وباستخدام كلورو أسيتات الصوديوم كمادة أثيرية، تم اعتماد أسلوب التجربة ذات العامل الواحد،

تم تحسين عملية تحضير CMC، وتم ضبط المتغيرات الأولية للتجربة كما هو موضح في الجدول 3.3. فيما يلي عملية تحضير HEC:

في الفن، تحليل العوامل المختلفة.

الجدول 3.3 قيم العوامل الأولية

القيمة الأولية للعامل

درجة حرارة المعالجة القلوية المسبقة/℃ 40

وقت القلوية قبل المعالجة/ساعة 1

نسبة المواد الصلبة إلى السائلة قبل المعالجة/(جم/مل) 1:25

تركيز الغسول قبل المعالجة/% 40

38

المرحلة الأولى من درجة حرارة الأثيرة/℃ 45

زمن الأثيرة في المرحلة الأولى/ساعة 1

درجة حرارة الأثير في المرحلة الثانية/℃ 70

زمن الأثيرة في المرحلة الثانية/ساعة 1

الجرعة الأساسية في مرحلة الأثير/جم 2

كمية عامل الأثير في مرحلة الأثير/جم 4.3

نسبة المواد الصلبة إلى السائلة المؤثرة/(جم/مل) 1:15

3.3.1.1 تأثير العوامل المختلفة على درجة استبدال CMC في مرحلة القلوية قبل المعالجة

1. تأثير درجة حرارة القلوية قبل المعالجة على درجة استبدال CMC

من أجل دراسة تأثير درجة حرارة القلوية قبل المعالجة على درجة الاستبدال في CMC الناتج، في حالة تثبيت عوامل أخرى كقيم أولية،

في ظل هذه الظروف، تمت مناقشة تأثير درجة حرارة القلوية قبل المعالجة على درجة استبدال CMC، وتظهر النتائج في الشكل.

درجة حرارة المعالجة القلوية/درجة مئوية

تأثير درجة حرارة المعالجة القلوية المسبقة على درجة استبدال CMC

ومن الممكن ملاحظة أن درجة استبدال CMC تزداد مع زيادة درجة حرارة القلوية قبل المعالجة، ودرجة حرارة القلوية هي 30 درجة مئوية.

تنخفض درجات الاستبدال المذكورة أعلاه مع ارتفاع درجة الحرارة. وذلك لأن درجة حرارة القلوية منخفضة جدًا، فتصبح الجزيئات أقل نشاطًا وغير قادرة على

تدمير المنطقة البلورية من السليلوز بشكل فعال، مما يجعل من الصعب على عامل الأثير الدخول إلى داخل السليلوز في مرحلة الأثير، ودرجة التفاعل عالية نسبيًا.

منخفضة، مما يؤدي إلى انخفاض درجة استبدال المنتج. مع ذلك، يجب ألا تكون درجة حرارة القلوية مرتفعة جدًا. مع ارتفاع درجة الحرارة، وتحت تأثير درجة الحرارة العالية والقلويات القوية،

السليلوز عرضة للتحلل التأكسدي، وتقل درجة استبدال المنتج CMC.

2. تأثير وقت القلوية قبل المعالجة على درجة استبدال CMC

في ظل الشرط الذي تكون فيه درجة حرارة القلوية قبل المعالجة 30 درجة مئوية وتكون العوامل الأخرى هي القيم الأولية، تتم مناقشة تأثير وقت القلوية قبل المعالجة على CMC.

تأثير الاستبدال. درجة الاستبدال

وقت القلوية المسبقة/ساعة

تأثير وقت القلوية قبل المعالجة علىسي إم سيدرجة الاستبدال

إن عملية التكتل نفسها سريعة نسبيًا، لكن المحلول القلوي يحتاج إلى وقت انتشار معين في الألياف.

ومن الممكن ملاحظة أنه عندما يكون زمن القلوية 0.5-1.5 ساعة فإن درجة الاستبدال للمنتج تزداد مع زيادة زمن القلوية.

كانت درجة استبدال المنتج الناتج أعلى عندما كان الوقت ساعة ونصف، وانخفضت درجة الاستبدال مع زيادة الوقت بعد ساعة ونصف. هذا يمكن

قد يكون ذلك لأنه في بداية القلوية، مع إطالة وقت القلوية، يكون تسلل القلوي إلى السليلوز أكثر كفاية، بحيث تصبح الألياف

الهيكل الأساسي أكثر استرخاءً، مما يزيد من عامل الأثير والوسط النشط