1 Introduzione
Attualmente, a materia prima principale utilizata in a preparazione dietere di cellulosahè u cuttuni, è a so pruduzzione hè in calata, è u prezzu hè ancu crescente;
Inoltre, l'agenti eterificanti cumunimenti utilizati, cum'è l'acidu cloroaceticu (altamente tossicu) è l'oxidu d'etilene (carcinogenic) sò ancu più dannosi per u corpu umanu è l'ambiente. Libru
In questu capitulu, a cellulosa di pinu cù una purezza relative di più di 90% estratta in u secondu capitulu hè usata cum'è materia prima, è u cloroacetate di sodiu è 2-chloroethanol sò usati cum'è sustituti.
Utilizendu l'acidu cloroaceticu altamente tossicu cum'è agente eterificante, anionicucarbossimetilcellulosa (CMC), cellulosa hydroxyethyl non-ionica sò stati preparati.
Cellulosa (HEC) è idrossietil carboxymethyl cellulosa (HECMC) misti trè eteri di cellulosa. fattore unicu
I tecnichi di preparazione di trè eteri di cellulosa sò stati ottimizzati per mezu di esperimenti è esperimenti ortogonali, è l'eteri di cellulosa sintetizzati sò carattarizati da FT-IR, XRD, H-NMR, etc.
Fundamenti di l'eterificazione di cellulosa
U principiu di l'eterificazione di cellulosa pò esse divisu in dui parti. A prima parte hè u prucessu d'alkalizazione, vale à dì durante a reazione d'alkalizazione di a cellulosa,
Dispersa uniformemente in a suluzione di NaOH, a cellulosa di pinu si gonfia violentemente sottu à l'azzione di agitazione meccanica, è cù l'espansione di l'acqua.
Una grande quantità di molécule NaOH penetrò in l'internu di a cellulosa di pinu, è hà reagitu cù i gruppi idrossilici nantu à l'anellu di l'unità strutturale di glucose,
Genera cellulosa alcalina, u centru attivu di a reazione di eterificazione.
A seconda parte hè u prucessu di eterificazione, vale à dì, a reazione trà u centru attivu è chloroacetate di sodiu o 2-chloroethanol in cundizioni alkaline, risultatu in
À u listessu tempu, l'agente eterificante chloroacetate di sodiu è 2-chloroethanol pruduceranu ancu un certu gradu d'acqua in cundizioni alkaline.
I reazzioni laterali sò risolti per generà sodium glycolate è ethylene glycol, rispettivament.
2 Pretrattamentu di decrystallization alkali cuncintratu di cellulosa di pinu
Prima, preparate una certa cuncentrazione di suluzione NaOH cù acqua deionizzata. Allora, à una certa temperatura, 2g di fibra di pinu
A vitamina hè dissoluta in un certu voluminu di suluzione NaOH, agitata per un periudu di tempu, è poi filtrata per usu.
Fabbricante di mudelli di strumenti
pH-mètre de précision
Agitatore magneticu di riscaldamentu à temperatura constante di tipu di cullettore
Fornu di essiccazione à vacuum
Bilanciu elettronicu
Pompa à vacuum multi-purpose d'acqua circulante
Spettrometru infrarossu à trasformazione di Fourier
Diffrattometru di raghji X
Spettrometru di Risonanza Magnetica Nucleare
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Instrument Equipment Co., Ltd.
Shanghai Jinghong Experimental Equipment Co., Ltd.
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Science and Education Instrument Co., Ltd.
L'American Thermo Fisher Co., Ltd.
Cumpagnia Americana Termoelettrica Svizzera ARL
A cumpagnia svizzera BRUKER
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Preparazione di CMC
Utilizendu cellulosa alcalina di legnu di pinu pretrattata da decristallizazione alcalina cuncentrata cum'è materia prima, utilizendu etanolu cum'è solvente è utilizendu cloroacetate di sodiu cum'è eterificazione
CMC cun DS più altu hè stata preparata aghjunghjendu duie volte alkali è agenti eterificante duie volte. Aghjunghjite 2 g di cellulosa alcalina di legnu di pinu in u fiascu à quattru collu, dopu aghjunghje un certu volume di solvente di etanolu, è agite bè per 30 min.
circa, cusì chì a cellulosa alkali hè cumplettamente dispersa. Allora aghjunghje una certa quantità di agenti alkali è chloroacetate di sodiu per reagisce per un periudu di tempu à una certa temperatura di eterificazione.
Dopu u tempu, una seconda aghjunta di agenti alkaline è chloroacetate di sodiu seguita da eterificazione per un periudu di tempu. Dopu chì a reazione hè finita, rinfriscà è rinfriscà, dopu
Neutralizza cù una quantità approprita di l'acidu aceticu glaciale, dopu filtru di aspirazione, lavate è secche.
Preparazione di HEC
Utilizendu cellulosa alcalina di legnu di pinu pretrattata cù decristalizazione alcalina cuncentrata cum'è materia prima, etanolu cum'è solvente è 2-chloroethanol cum'è eterificazione
L'HEC cù MS più altu hè stata preparata aghjunghjendu duie volte alkali è agenti eterificante duie volte. Aghjunghjite 2g di cellulosa alcalina di legnu di pinu in un fiasco à quattru collu, è aghjunghje un certu voluminu di 90% (frazione di volume) etanol, mischjà.
Agite per un periudu di tempu per disperse cumplettamente, poi aghjunghje una certa quantità di alkali, è lentamente riscaldate, aghjunghje un certu voluminu di 2-
Chloroethanol, eterificatu à temperatura constante per un periudu di tempu, è dopu aghjunghje l'idrossidu di sodiu restante è 2-chloroethanol per cuntinuà l'eterificazione per un periudu di tempu. tratta
Dopu chì a reazzione hè cumpleta, neutralizà cù una certa quantità di l'acidu acìticu glaciale, è infine filtrà cù un filtru di vetru (G3), lavate è secca.
Preparazione di HEMCC
Utilizendu l'HEC preparatu in 3.2.3.4 cum'è a materia prima, l'etanol cum'è u mediu di reazione, è u chloroacetate di sodiu cum'è l'agente eterificante per preparà
HECMC. U prucessu specificu hè: pigliate una certa quantità di HEC, mette in un fiasco à quattru collu da 100 mL, è dopu aghjunghje una certa quantità di volumi.
90% etanolu, mischjà meccanicamente per un periudu di tempu per sparghje sanu sanu, aghjunghje una certa quantità di alkali dopu à riscaldamentu, è aghjunghje lentamente.
Chloroacetate di sodiu, l'eterificazione à a temperatura constante finisci dopu un periudu di tempu. Dopu chì a reazione hè cumpleta, neutralizà cù l'acidu aceticu glaciale per neutralizà, dopu aduprà un filtru di vetru (G3)
Dopu a filtrazione di aspirazione, lavatu è siccatu.
Purificazione di l'eteri di cellulosa
In u prucessu di preparazione di l'etere di cellulosa, sò spessu pruduciuti certi derivati, principarmenti u cloruru di sodiu di sal inorganicu è qualchì altru.
impurità. Per migliurà a qualità di l'etere di cellulosa, a purificazione simplice hè stata realizata nantu à l'etere di cellulosa ottenuta. perchè sò in acqua
Ci sò diverse sulubilità, cusì l'esperimentu usa una certa frazione di volume di etanolu idratatu per purificà i trè etteri di cellulosa preparati.
cambià.
Pone a mostra di l'etere di cellulosa preparata cù una certa qualità in un becher, aghjunghje una certa quantità di 80% d'etanol chì hè stata preriscaldata à 60 ℃ ~ 65 ℃, è mantene l'agitazione meccanica à 60 ℃ ~ 65 ℃ nantu à un agitatore magneticu à temperatura constante. per 10 ℃. min. Pigliate u supernatant à seccu
In un beaker pulitu, utilizate nitrate d'argentu per verificà i ioni di cloruri. Se ci hè un precipitatu biancu, filtrà à traversu un filtru di vetru è pigliate u solidu
Repetite i passi previ per a parte di u corpu, finu à chì u filtratu dopu l'aghjunghje 1 goccia di suluzione AgNO3 ùn hà micca precipitatu biancu, vale à dì, a purificazione è u lavatu sò cumpletati.
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in (principalmente per caccià u NaCl subproduttu di reazione). Dopu a filtrazione di aspirazione, sicca, rinfriscà à a temperatura di l'ambienti è pesa.
massa, g.
Metodi di prova è caratterizazioni per l'eteri di cellulosa
Determinazione di u Gradu di Sustituzione (DS) è u Gradu Molar di Sustituzione (MS)
Determinazione di DS: Prima, pesa 0,2 g (accurate à 0,1 mg) di u campione d'etere di cellulosa purificatu è seccu, dissolve in
80 mL d'acqua distillata, agitata in un bagnu d'acqua à temperatura constante à 30 ℃ ~ 40 ℃ per 10 min. Allora aghjustate cù una suluzione d'acidu sulfuricu o una suluzione NaOH
U pH di a suluzione finu à chì u pH di a suluzione hè 8. Allora in un beaker equipatu cù un elettrodu di pH meter, utilizate una suluzione standard di l'acidu sulfuricu.
Per titrate, in cundizioni di agitazione, osservate a lettura di u pH metru mentre titrate, quandu u valore di pH di a suluzione hè aghjustatu à 3,74,
A titration finisce. Nota u voluminu di suluzione standard di l'acidu sulfuricu utilizatu à questu tempu.
Generazione:
A summa di i numeri di protoni superiore è u gruppu idrossietil
U rapportu di u numeru di protoni suprani; I7 hè a massa di u gruppu metilenu nantu à u gruppu hydroxyethyl
Intensità di u piccu di risonanza di protoni; hè l'intensità di u piccu di risonanza di protoni di 5 gruppi metine è un gruppu metilenu nantu à l'unità di glucose di cellulosa.
Sum.
I metudi di prova descritti per a prova di caratterizazione infrarossa di i trè eteri di cellulosa CMC, HEC è HEECMC
Legge
3.2.4.3 Test XRD
Test di Caratterizzazione di Analisi di Diffrazione di Raggi X di Trè Eteri di Cellulosa CMC, HEC è HEECMC
u metudu di prova descrittu.
3.2.4.4 Testing di H-NMR
U spettrometru H NMR di HEC hè statu misuratu da u spettrometru Avance400 H NMR pruduttu da BRUKER.
Utilizendu dimethyl sulfoxide deuteratu cum'è solvente, a suluzione hè stata pruvata da spettroscopia NMR di l'idrogenu liquidu. A frequenza di prova era 75.5MHz.
Warm, a suluzione hè 0,5 ml.
3.3 Risultati è Analisi
3.3.1 Optimization di u prucessu di preparazione CMC
Utilizendu a cellulosa di pinu estratta in u secondu capitulu cum'è a materia prima, è utilizendu chloroacetate di sodiu cum'è agente eterificante, u metudu di l'esperimentu di un fattore hè statu aduttatu,
U prucessu di preparazione di CMC hè ottimizatu, è i variàbili iniziali di l'esperimentu sò stati stabiliti cum'è mostra in a Table 3.3. Eccu u prucessu di preparazione HEC
In l'arti, l'analisi di parechji fatturi.
Table 3.3 Valori di Factor Initial
Fattore Valore iniziale
Température d'alcalinisation du prétraitement/℃ 40
Tempu di alcalinizazione di pretrattamentu / h 1
Rapportu solidu-liquidu di pretrattamentu / (g / mL) 1: 25
Cuncentrazione di liscivia di pretrattamentu /% 40
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A prima tappa di a temperatura di eterificazione / ℃ 45
Tempu di eterificazione di u primu stadiu / h 1
Temperatura di eterificazione secondaria / ℃ 70
Tempu di eterificazione di a seconda tappa / h 1
Dosaggio base in fase di eterificazione/g 2
Quantità di agenti eterificante in u stadiu di eterificazione / g 4.3
Rapportu solidu-liquidu eterificato/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Influenza di diversi fattori nantu à u gradu di sustituzione CMC in u stadiu di alcalinizazione di pretrattamentu
1. L'effettu di a temperatura di alkalization pretreatment nantu à u gradu di sustituzzioni di CMC
Per cunsiderà l'effettu di a temperatura di l'alcalinizazione di pretrattamentu nantu à u gradu di sustituzzioni in u CMC ottenutu, in u casu di fissazione di altri fattori cum'è valori iniziali,
In e cundizioni, l'effettu di a temperatura di l'alcalinizazione di pretrattamentu nantu à u gradu di sustituzione CMC hè discututu, è i risultati sò mostrati in Fig.
Température d'alcalinisation du prétraitement/℃
Effettu di a temperatura alkalizzante di pretrattamentu nantu à u gradu di sustituzzioni CMC
Si pò vede chì u gradu di sustituzione di CMC aumenta cù l'aumentu di a temperatura di l'alkalizazione di pretrattamentu, è a temperatura di l'alkalizazione hè di 30 °C.
I gradi di sustituzione sopra diminuite cù a temperatura crescente. Questu hè chì a temperatura alkalizzante hè troppu bassu, è e molécule sò menu attivu è incapaci
Distrughje in modu efficace l'area cristallina di a cellulosa, chì rende difficiuli per l'agente eterificante per entra in l'internu di a cellulosa in u stadiu di eterificazione, è u gradu di reazione hè relativamente altu.
bassu, risultatu in un gradu più bassu di sustituzione di u produttu. Tuttavia, a temperatura di alkalization ùn deve esse troppu altu. Quandu a temperatura aumenta, sottu l'azzione di alta temperatura è alkali forte,
A cellulosa hè propensu à a degradazione oxidativa, è u gradu di sustituzzioni di u pruduttu CMC diminuisce.
2. Influenza di tempu alkalinization pretreatment nant'à u gradu di sustituzzioni CMC
Sutta a cundizione chì a temperatura di l'alkalizazione di pretrattamentu hè 30 ° C è altri fattori sò i valori iniziali, l'effettu di u tempu d'alkalizazione di pretrattamentu nantu à CMC hè discututu.
L'effettu di a sustituzione. Gradu di sustituzione
Tempu di alcalinizazione di pretrattamentu / h
Effettu di u tempu di alcalinizazione di pretrattamentu nantu àCMCgradu di sustituzione
U prucessu di bulking stessu hè relativamente rapidu, ma a suluzione alkali hà bisognu di un certu tempu di diffusione in a fibra.
Si pò vede chì quandu u tempu alkalization hè 0,5-1,5 h, u gradu di sustituzzioni di u pruduttu aumenta cù l 'aumentu di tempu alkalization.
U gradu di sustituzione di u pruduttu ottenutu era u più altu quandu u tempu era 1.5h, è u gradu di sustituzione diminuite cù l'aumentu di u tempu dopu à 1.5h. Questu pò
Pò esse perchè à l'iniziu di l'alkalizazione, cù a prolongazione di u tempu d'alkalizazione, l'infiltrazione di l'alkali à a cellulosa hè più abbastanza, perchè a fibra
A struttura prima hè più rilassata, aumentendu l'agentu eterificante è u mediu attivu
Tempu di Postu: Apr-26-2024