1 Einleitung
Der wichtigste Rohstoff zur Herstellung vonCelluloseetherist Baumwolle, und ihre Produktion geht zurück, während der Preis ebenfalls steigt;
Darüber hinaus sind häufig verwendete Veretherungsmittel wie Chloressigsäure (hochgiftig) und Ethylenoxid (krebserregend) auch schädlicher für den menschlichen Körper und die Umwelt. Buch
In diesem Kapitel wird die im zweiten Kapitel extrahierte Kiefernzellulose mit einer relativen Reinheit von über 90 % als Rohstoff verwendet und Natriumchloracetat und 2-Chlorethanol werden als Ersatzstoffe verwendet.
Mit hochgiftiger Chloressigsäure als Veretherungsmittel, anionischeCarboxymethylcellulose (CMC), nichtionische Hydroxyethylcellulose hergestellt.
Cellulose (HEC) und gemischte Hydroxyethylcarboxymethylcellulose (HECMC), drei Celluloseether. Einzelfaktor
Die Herstellungstechniken von drei Celluloseethern wurden mittels Experimenten und orthogonalen Experimenten optimiert und die synthetisierten Celluloseether wurden mittels FT-IR, XRD, H-NMR usw. charakterisiert.
Grundlagen der Celluloseveretherung
Das Prinzip der Celluloseveretherung lässt sich in zwei Teile unterteilen. Der erste Teil ist der Alkalisierungsprozess, d. h. während der Alkalisierungsreaktion von Cellulose,
Gleichmäßig in NaOH-Lösung dispergiert, quillt Kiefernzellstoff unter mechanischer Rührwirkung heftig auf, und mit der Ausdehnung von Wasser
Eine große Menge kleiner NaOH-Moleküle drang in das Innere der Kiefernzellulose ein und reagierte mit den Hydroxylgruppen am Ring der Glucose-Struktureinheit.
Erzeugt Alkalicellulose, das aktive Zentrum der Veretherungsreaktion.
Der zweite Teil ist der Veretherungsprozess, d. h. die Reaktion zwischen dem aktiven Zentrum und Natriumchloracetat oder 2-Chlorethanol unter alkalischen Bedingungen, was zu
Gleichzeitig produzieren die Veretherungsmittel Natriumchloracetat und 2-Chlorethanol unter alkalischen Bedingungen auch einen gewissen Anteil Wasser.
Die Nebenreaktionen werden aufgelöst, um Natriumglykolat bzw. Ethylenglykol zu erzeugen.
2 Konzentrierte alkalische Dekristallisationsvorbehandlung von Kiefernzellulose
Bereiten Sie zunächst eine bestimmte Konzentration einer NaOH-Lösung mit deionisiertem Wasser vor. Dann werden bei einer bestimmten Temperatur 2 g Kiefernfaser
Das Vitamin wird in einer bestimmten Menge NaOH-Lösung gelöst, eine Zeit lang gerührt und dann zur Verwendung gefiltert.
Instrumentenmodell Hersteller
Präzisions-pH-Meter
Magnetrührer mit konstanter Temperaturheizung vom Kollektortyp
Vakuumtrockenschrank
Elektronische Waage
Mehrzweck-Vakuumpumpe mit Umlaufwasser
Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer
Röntgendiffraktometer
Kernspinresonanzspektrometer
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Instrumentenausrüstung Co., Ltd.
Shanghai Jinghong Experimental Equipment Co., Ltd.
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Wissenschafts- und Bildungsinstrumente Co., Ltd.
American Thermo Fisher Co., Ltd.
American Thermoelectric Switzerland ARL Company
Schweizer Unternehmen BRUKER
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Vorbereitung von CMCs
Verwendung von Kiefernholz-Alkalicellulose, vorbehandelt durch konzentrierte Alkali-Dekristallisation als Rohstoff, Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel und Verwendung von Natriumchloracetat als Veretherung
CMC mit höherem DS wurde durch zweimalige Zugabe von Alkali und zweimaligem Veretherungsmittel hergestellt. 2 g Kiefernholz-Alkalicellulose in den Vierhalskolben geben, dann eine bestimmte Menge Ethanollösungsmittel hinzufügen und 30 Minuten lang gut umrühren.
etwa, so dass die Alkalicellulose vollständig dispergiert ist. Dann fügen Sie eine bestimmte Menge Alkalimittel und Natriumchloracetat hinzu, um für einen bestimmten Zeitraum bei einer bestimmten Veretherungstemperatur zu reagieren
Nach einiger Zeit erfolgt eine zweite Zugabe von alkalischem Mittel und Natriumchloracetat, gefolgt von einer Veretherung für einen bestimmten Zeitraum. Nach Beendigung der Reaktion abkühlen lassen und abkühlen lassen, dann
Mit entsprechender Menge Eisessig neutralisieren, anschließend absaugen, waschen und trocknen.
Vorbereitung von HECs
Unter Verwendung von Kiefernholz-Alkalicellulose, vorbehandelt mit konzentrierter Alkali-Dekristallisation als Rohstoff, Ethanol als Lösungsmittel und 2-Chlorethanol als Veretherung
Die HEC mit höherem MS wurde durch zweimalige Zugabe von Alkali und zweimaligem Veretherungsmittel hergestellt. 2 g Kiefernholz-Alkalicellulose in einen Vierhalskolben geben und ein bestimmtes Volumen 90%igen (Volumenanteil) Ethanol hinzufügen, umrühren
Rühren Sie für einen Zeitraum, um vollständig zu dispergieren, dann fügen Sie eine bestimmte Menge an Alkali hinzu und erhitzen Sie langsam, fügen Sie ein bestimmtes Volumen von 2-
Chlorethanol, bei konstanter Temperatur für einen bestimmten Zeitraum verethert, dann das restliche Natriumhydroxid und 2-Chlorethanol hinzugefügt, um die Veretherung für einen bestimmten Zeitraum fortzusetzen. behandeln
Nach Abschluss der Reaktion mit einer bestimmten Menge Eisessig neutralisieren und schließlich mit einem Glasfilter (G3) filtern, waschen und trocknen.
Vorbereitung von HEMCC
Unter Verwendung des in 3.2.3.4 hergestellten HEC als Ausgangsmaterial, Ethanol als Reaktionsmedium und Natriumchloracetat als Veretherungsmittel zur Herstellung von
HECMC. Der spezifische Prozess ist: Nehmen Sie eine bestimmte Menge HEC, geben Sie sie in einen 100-ml-Vierhalskolben und fügen Sie dann eine bestimmte Menge Volumen hinzu
90% Ethanol, mechanisch rühren für einen Zeitraum, um es vollständig zu dispergieren, fügen Sie eine bestimmte Menge an Alkali nach dem Erhitzen, und langsam hinzufügen
Natriumchloracetat, die Veretherung bei konstanter Temperatur endet nach einiger Zeit. Nach Abschluss der Reaktion mit Eisessig neutralisieren und anschließend einen Glasfilter (G3) verwenden.
Nach dem Absaugen wird gewaschen und getrocknet.
Reinigung von Celluloseethern
Bei der Herstellung von Celluloseether entstehen häufig Nebenprodukte, vor allem das anorganische Salz Natriumchlorid und einige andere
Verunreinigungen. Um die Qualität des Celluloseethers zu verbessern, wurde eine einfache Reinigung des erhaltenen Celluloseethers durchgeführt. weil sie in Wasser sind
Da es unterschiedliche Löslichkeiten gibt, wird im Experiment ein bestimmter Volumenanteil hydratisierten Ethanols verwendet, um die hergestellten drei Celluloseether zu reinigen.
ändern.
Geben Sie die mit einer bestimmten Qualität hergestellte Celluloseetherprobe in ein Becherglas, fügen Sie eine bestimmte Menge 80%igen Ethanols hinzu, das auf 60 °C bis 65 °C vorgewärmt wurde, und rühren Sie 10 °C lang mechanisch bei 60 °C bis 65 °C auf einem Magnetrührer mit konstanter Temperatur. Nehmen Sie den Überstand zum Trocknen
In einem sauberen Becherglas Silbernitrat verwenden, um auf Chloridionen zu prüfen. Falls ein weißer Niederschlag vorhanden ist, diesen durch einen Glasfilter filtern und den Feststoff entnehmen.
Wiederholen Sie die vorherigen Schritte für den Körperteil, bis das Filtrat nach Zugabe von 1 Tropfen AgNO3-Lösung keinen weißen Niederschlag mehr aufweist, d. h., die Reinigung und das Waschen sind abgeschlossen.
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hinein (vor allem um das Reaktionsnebenprodukt NaCl zu entfernen). Nach dem Absaugen, Trocknen, Abkühlen auf Raumtemperatur und Wiegen.
Masse, g.
Test- und Charakterisierungsmethoden für Celluloseether
Bestimmung des Substitutionsgrades (DS) und des molaren Substitutionsgrades (MS)
Bestimmung des DS: Wiegen Sie zunächst 0,2 g (auf 0,1 mg genau) der gereinigten und getrockneten Celluloseetherprobe ab, lösen Sie diese in
80 ml destilliertes Wasser, 10 Minuten lang in einem Wasserbad mit konstanter Temperatur bei 30 °C bis 40 °C gerührt. Anschließend mit Schwefelsäurelösung oder NaOH-Lösung anpassen
pH-Wert der Lösung, bis der pH-Wert der Lösung 8 beträgt. Verwenden Sie dann in einem Becherglas mit einer pH-Meter-Elektrode eine Standardlösung von Schwefelsäure
Um unter Rühren zu titrieren, beobachten Sie die pH-Meter-Anzeige während der Titration, wenn der pH-Wert der Lösung auf 3,74 eingestellt ist,
Die Titration ist beendet. Notieren Sie das zu diesem Zeitpunkt verbrauchte Volumen der Schwefelsäure-Standardlösung.
Generation:
Die Summe der oberen Protonenzahlen und der Hydroxyethylgruppe
Das Verhältnis der Anzahl der oberen Protonen; I7 ist die Masse der Methylengruppe zur Hydroxyethylgruppe
Intensität des Protonenresonanzpeaks; ist die Intensität des Protonenresonanzpeaks von 5 Methingruppen und einer Methylengruppe auf der Cellulose-Glucose-Einheit
Summe.
Die beschriebenen Testmethoden für die Infrarot-Charakterisierungsprüfung der drei Celluloseether CMC, HEC und HEECMC
Gesetz
3.2.4.3 XRD-Prüfung
Röntgenbeugungsanalyse-Charakterisierungstest von drei Celluloseethern CMC, HEC und HEECMC
die beschriebene Testmethode.
3.2.4.4 Prüfung der H-NMR
Das H-NMR-Spektrometer von HEC wurde mit dem Avance400 H-NMR-Spektrometer von BRUKER gemessen.
Die Lösung wurde mit deuteriertem Dimethylsulfoxid als Lösungsmittel mittels Flüssigwasserstoff-NMR-Spektroskopie untersucht. Die Testfrequenz betrug 75,5 MHz.
Warm, die Lösung beträgt 0,5 ml.
3.3 Ergebnisse und Analyse
3.3.1 Optimierung des CMC-Herstellungsprozesses
Unter Verwendung der im zweiten Kapitel extrahierten Kiefernzellulose als Rohstoff und unter Verwendung von Natriumchloracetat als Veretherungsmittel wurde die Methode des Einzelfaktorexperiments übernommen.
Der Herstellungsprozess von CMC wurde optimiert, und die Anfangsvariablen des Experiments wurden wie in Tabelle 3.3 dargestellt festgelegt. Im Folgenden wird der HEC-Herstellungsprozess beschrieben.
In der Kunst die Analyse verschiedener Faktoren.
Tabelle 3.3 Anfängliche Faktorwerte
Faktor Anfangswert
Vorbehandlungstemperatur alkalisierend/℃ 40
Vorbehandlung Alkalisierungszeit/h 1
Vorbehandlungs-Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnis/(g/mL) 1:25
Vorbehandlungslaugenkonzentration/% 40
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Die erste Stufe der Veretherung Temperatur/℃ 45
Veretherungszeit der ersten Stufe/h 1
Temperatur der zweiten Veretherungsstufe/℃ 70
Veretherungszeit der zweiten Stufe/h 1
Basisdosierung in der Veretherungsstufe/g 2
Menge des Veretherungsmittels in der Veretherungsstufe/g 4,3
Verethertes Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnis/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Einfluss verschiedener Faktoren auf den CMC-Substitutionsgrad in der Alkalisierungsphase der Vorbehandlung
1. Der Einfluss der Alkalisierungstemperatur vor der Behandlung auf den Substitutionsgrad von CMC
Um die Auswirkung der Alkalisierungstemperatur vor der Behandlung auf den Substitutionsgrad im erhaltenen CMC zu berücksichtigen, sollten bei der Festlegung anderer Faktoren als Ausgangswerte
Unter diesen Bedingungen wird die Auswirkung der Alkalisierungstemperatur vor der Behandlung auf den CMC-Substitutionsgrad diskutiert und die Ergebnisse sind in der Abbildung dargestellt.
Alkalisierungstemperatur der Vorbehandlung/℃
Einfluss der Alkalisierungstemperatur vor der Behandlung auf den CMC-Substitutionsgrad
Es ist ersichtlich, dass der Substitutionsgrad von CMC mit der Erhöhung der Alkalisierungstemperatur vor der Behandlung zunimmt, und die Alkalisierungstemperatur beträgt 30 °C.
Die oben genannten Substitutionsgrade nehmen mit steigender Temperatur ab. Dies liegt daran, dass die Alkalisierungstemperatur zu niedrig ist und die Moleküle weniger aktiv sind und nicht in der Lage sind,
Der kristalline Bereich der Zellulose wird effektiv zerstört, wodurch es für das Veretherungsmittel schwierig wird, in der Veretherungsphase in das Innere der Zellulose einzudringen, und der Reaktionsgrad ist relativ hoch.
niedrig, was zu einem geringeren Produktsubstitutionsgrad führt. Die Alkalisierungstemperatur sollte jedoch nicht zu hoch sein. Mit steigender Temperatur, unter Einwirkung von hoher Temperatur und starkem Alkali,
Cellulose neigt zum oxidativen Abbau und der Substitutionsgrad des Produkts CMC nimmt ab.
2. Einfluss der Alkalisierungszeit vor der Behandlung auf den CMC-Substitutionsgrad
Unter der Voraussetzung, dass die Alkalisierungstemperatur vor der Behandlung 30 °C beträgt und die anderen Faktoren die Anfangswerte sind, wird die Auswirkung der Alkalisierungszeit vor der Behandlung auf CMC erörtert.
Die Wirkung der Substitution. Substitutionsgrad
Vorbehandlungsalkalisierungszeit/h
Einfluss der Alkalisierungszeit vor der Behandlung aufCMCSubstitutionsgrad
Der Auflockerungsprozess selbst ist relativ schnell, allerdings benötigt die alkalische Lösung eine gewisse Diffusionszeit in der Faser.
Es ist ersichtlich, dass bei einer Alkalisierungszeit von 0,5–1,5 Stunden der Substitutionsgrad des Produkts mit zunehmender Alkalisierungszeit zunimmt.
Der Substitutionsgrad des erhaltenen Produkts war am höchsten, wenn die Zeit 1,5 Stunden betrug, und der Substitutionsgrad nahm mit zunehmender Zeit nach 1,5 Stunden ab. Dies kann
Dies kann daran liegen, dass zu Beginn der Alkalisierung mit der Verlängerung der Alkalisierungszeit die Infiltration von Alkali in die Zellulose ausreichender ist, so dass die Faser
Die Primärstruktur ist entspannter, wodurch der Veretherungsmittel und das aktive Medium
Veröffentlichungszeit: 26. April 2024