1 Introduction
À l’heure actuelle, la principale matière première utilisée dans la préparation deéther de cellulosec'est du coton, et sa production est en baisse, et son prix augmente également ;
De plus, les agents éthérifiants couramment utilisés tels que l'acide chloroacétique (hautement toxique) et l'oxyde d'éthylène (cancérigène) sont également plus nocifs pour le corps humain et l'environnement.
Dans ce chapitre, la cellulose de pin d'une pureté relative de plus de 90 % extraite au deuxième chapitre est utilisée comme matière première, et le chloroacétate de sodium et le 2-chloroéthanol sont utilisés comme substituts.
En utilisant de l'acide chloroacétique hautement toxique comme agent éthérifiant, anioniquecarboxyméthylcellulose (CMC), de l'hydroxyéthylcellulose non ionique ont été préparées.
Cellulose (HEC) et éthers de cellulose mixtes d'hydroxyéthylcarboxyméthylcellulose (HECMC). facteur unique
Les techniques de préparation de trois éthers de cellulose ont été optimisées au moyen d'expériences et d'expériences orthogonales, et les éthers de cellulose synthétisés ont été caractérisés par FT-IR, XRD, H-RMN, etc.
Principes fondamentaux de l'éthérification de la cellulose
Le principe de l'éthérification de la cellulose peut être divisé en deux parties. La première est le processus d'alcalinisation, c'est-à-dire la réaction d'alcalinisation de la cellulose.
Dispersée uniformément dans une solution de NaOH, la cellulose de pin gonfle violemment sous l'action de l'agitation mécanique et avec l'expansion de l'eau
Une grande quantité de petites molécules de NaOH ont pénétré à l'intérieur de la cellulose de pin et ont réagi avec les groupes hydroxyles sur le cycle de l'unité structurelle du glucose,
Génère de la cellulose alcaline, centre actif de la réaction d'éthérification.
La deuxième partie est le processus d'éthérification, c'est-à-dire la réaction entre le centre actif et le chloroacétate de sodium ou le 2-chloroéthanol dans des conditions alcalines, ce qui entraîne
Dans le même temps, l'agent éthérifiant chloroacétate de sodium et 2-chloroéthanol produiront également un certain degré d'eau dans des conditions alcalines.
Les réactions secondaires sont résolues pour générer respectivement du glycolate de sodium et de l'éthylène glycol.
2 Prétraitement de décristallisation alcaline concentrée de la cellulose de pin
Préparez d'abord une solution de NaOH à une certaine concentration avec de l'eau déionisée. Ensuite, à une certaine température, 2 g de fibres de pin
La vitamine est dissoute dans un certain volume de solution de NaOH, agitée pendant un certain temps, puis filtrée pour être utilisée.
Fabricant de modèles d'instruments
pH-mètre de précision
Agitateur magnétique chauffant à température constante de type collecteur
Four de séchage sous vide
Balance électronique
Pompe à vide polyvalente à circulation d'eau
Spectromètre infrarouge à transformée de Fourier
Diffractomètre à rayons X
Spectromètre de résonance magnétique nucléaire
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 et Education Instrument Co., Ltd.
American Thermo Fisher Co., Ltd.
Société américaine thermoélectrique suisse ARL
Société suisse BRUKER
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Préparation des CMC
Utilisation de cellulose alcaline de bois de pin prétraitée par décristallisation alcaline concentrée comme matière première, utilisation d'éthanol comme solvant et utilisation de chloroacétate de sodium comme éthérification
La CMC à DS plus élevé a été préparée en ajoutant deux fois un alcali et deux fois un agent éthérifiant. Ajouter 2 g de cellulose alcaline de bois de pin dans le ballon à quatre cols, puis ajouter un volume d'éthanol, et bien agiter pendant 30 minutes.
environ, afin que la cellulose alcaline soit entièrement dispersée. Ajouter ensuite une certaine quantité d'agent alcalin et de chloracétate de sodium pour laisser réagir pendant un certain temps à une température d'éthérification donnée.
Après un certain temps, ajouter une deuxième solution alcaline et du chloroacétate de sodium, puis éthérifier pendant un certain temps. Une fois la réaction terminée, refroidir et refroidir, puis
Neutraliser avec une quantité appropriée d'acide acétique glacial, puis filtrer par aspiration, laver et sécher.
Préparation des HEC
Utilisation de cellulose alcaline de bois de pin prétraitée par décristallisation alcaline concentrée comme matière première, d'éthanol comme solvant et de 2-chloroéthanol comme éthérification
L'HEC à MS plus élevé a été préparé en ajoutant deux fois un alcali et deux fois un agent éthérifiant. Versez 2 g de cellulose alcaline de bois de pin dans un ballon à quatre cols, puis ajoutez un volume d'éthanol à 90 % (fraction volumique), puis agitez.
Remuez pendant un certain temps pour disperser complètement, puis ajoutez une certaine quantité d'alcali et chauffez lentement, ajoutez un certain volume de 2-
Chloroéthanol, éthérifié à température constante pendant un certain temps, puis ajouté l'hydroxyde de sodium restant et le 2-chloroéthanol pour poursuivre l'éthérification pendant un certain temps.
Une fois la réaction terminée, neutralisez avec une certaine quantité d'acide acétique glacial, puis filtrez avec un filtre en verre (G3), lavez et séchez.
Préparation de l'HEMCC
En utilisant le HEC préparé en 3.2.3.4 comme matière première, l'éthanol comme milieu réactionnel et le chloroacétate de sodium comme agent éthérifiant pour préparer
HECMC. Le procédé est le suivant : prélever une certaine quantité d'HEC, la verser dans un ballon à quatre cols de 100 ml, puis ajouter un volume déterminé.
90 % d'éthanol, remuer mécaniquement pendant un certain temps pour le disperser complètement, ajouter une certaine quantité d'alcali après chauffage et ajouter lentement
Chloracétate de sodium : l'éthérification à température constante s'arrête après un certain temps. Une fois la réaction terminée, neutralisez-la avec de l'acide acétique glacial, puis utilisez un filtre en verre (G3).
Après filtration par aspiration, lavage et séchage.
Purification des éthers de cellulose
Dans le processus de préparation de l'éther de cellulose, certains sous-produits sont souvent produits, principalement le sel inorganique chlorure de sodium et quelques autres
impuretés. Afin d'améliorer la qualité de l'éther de cellulose, une simple purification a été réalisée sur l'éther de cellulose obtenu.
Il existe différentes solubilités, donc l'expérience utilise une certaine fraction volumique d'éthanol hydraté pour purifier les trois éthers de cellulose préparés.
changement.
Placer l'échantillon d'éther de cellulose préparé avec une certaine qualité dans un bécher, ajouter une certaine quantité d'éthanol à 80 % qui a été préchauffé à 60 ℃ ~ 65 ℃, et maintenir l'agitation mécanique à 60 ℃ ~ 65 ℃ sur un agitateur magnétique chauffant à température constante pendant 10 ℃. min. Prendre le surnageant pour sécher
Dans un bécher propre, utilisez du nitrate d'argent pour vérifier la présence d'ions chlorure. En cas de précipité blanc, filtrez-le sur un filtre en verre et prélevez le solide.
Répétez les étapes précédentes pour la partie du corps, jusqu'à ce que le filtrat après avoir ajouté 1 goutte de solution AgNO3 n'ait plus de précipité blanc, c'est-à-dire que la purification et le lavage sont terminés.
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dans (principalement pour éliminer le sous-produit de réaction NaCl). Après filtration par aspiration, séchage, refroidissement à température ambiante et pesée.
masse, g.
Méthodes d'essai et de caractérisation des éthers de cellulose
Détermination du degré de substitution (DS) et du degré de substitution molaire (MS)
Détermination du DS : Tout d'abord, pesez 0,2 g (précis à 0,1 mg) de l'échantillon d'éther de cellulose purifié et séché, dissolvez-le dans
80 ml d'eau distillée, agités au bain-marie à température constante (30 à 40 °C) pendant 10 minutes. Ajuster ensuite avec une solution d'acide sulfurique ou de NaOH.
pH de la solution jusqu'à ce que le pH de la solution soit de 8. Ensuite, dans un bécher équipé d'une électrode de pH-mètre, utilisez une solution standard d'acide sulfurique
Pour titrer, dans des conditions d'agitation, observez la lecture du pH-mètre pendant le titrage, lorsque la valeur du pH de la solution est ajustée à 3,74,
Le titrage est terminé. Notez le volume de solution étalon d'acide sulfurique utilisé à ce stade.
Génération:
La somme des nombres de protons supérieurs et du groupe hydroxyéthyle
Le rapport du nombre de protons supérieurs ; I7 est la masse du groupe méthylène sur le groupe hydroxyéthyle
Intensité du pic de résonance du proton ; est l'intensité du pic de résonance du proton de 5 groupes méthine et d'un groupe méthylène sur l'unité glucose de cellulose
Somme.
Les méthodes d'essai décrites pour les tests de caractérisation infrarouge des trois éthers de cellulose CMC, HEC et HEECMC
Loi
3.2.4.3 Test de DRX
Essai de caractérisation par analyse par diffraction des rayons X de trois éthers de cellulose CMC, HEC et HEECMC
la méthode d'essai décrite.
3.2.4.4 Test de RMN H
Le spectromètre RMN H de HEC a été mesuré par le spectromètre RMN H Avance400 produit par BRUKER.
En utilisant du diméthylsulfoxyde deutéré comme solvant, la solution a été testée par spectroscopie RMN de l'hydrogène liquide. La fréquence d'essai était de 75,5 MHz.
Tiède, la solution est de 0,5 mL.
3.3 Résultats et analyse
3.3.1 Optimisation du processus de préparation du CMC
En utilisant la cellulose de pin extraite dans le deuxième chapitre comme matière première et en utilisant le chloroacétate de sodium comme agent éthérifiant, la méthode de l'expérience à facteur unique a été adoptée,
Le processus de préparation de la CMC a été optimisé et les variables initiales de l'expérience ont été définies comme indiqué dans le tableau 3.3. Voici le processus de préparation de la HEC.
En art, l'analyse de divers facteurs.
Tableau 3.3 Valeurs initiales des facteurs
Facteur Valeur initiale
Température d'alcalinisation du prétraitement/℃ 40
Temps d'alcalinisation du prétraitement/h 1
Rapport solide-liquide de prétraitement/(g/mL) 1:25
Concentration de lessive de prétraitement/% 40
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La première étape d'éthérification température/℃ 45
Temps d'éthérification de la première étape/h 1
Température d'éthérification de la deuxième étape/℃ 70
Temps d'éthérification de la deuxième étape/h 1
Dosage de base en étape d'éthérification/g 2
Quantité d'agent éthérifiant dans l'étape d'éthérification/g 4,3
Rapport solide-liquide éthérifié/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Influence de divers facteurs sur le degré de substitution de la CMC lors de l'étape d'alcalinisation du prétraitement
1. L'effet de la température d'alcalinisation du prétraitement sur le degré de substitution de la CMC
Afin de considérer l'effet de la température d'alcalinisation du prétraitement sur le degré de substitution dans la CMC obtenue, dans le cas de la fixation d'autres facteurs comme valeurs initiales,
Dans ces conditions, l'effet de la température d'alcalinisation du prétraitement sur le degré de substitution de la CMC est discuté et les résultats sont présentés dans la Fig.
Température d'alcalinisation du prétraitement/℃
Effet de la température d'alcalinisation du prétraitement sur le degré de substitution de la CMC
On peut voir que le degré de substitution de CMC augmente avec l'augmentation de la température d'alcalinisation du prétraitement, et la température d'alcalinisation est de 30 °C.
Les degrés de substitution ci-dessus diminuent avec l'augmentation de la température. Ceci est dû au fait que la température d'alcalinisation est trop basse, et que les molécules sont moins actives et incapables de
Détruisez efficacement la zone cristalline de la cellulose, ce qui rend difficile pour l'agent d'éthérification de pénétrer à l'intérieur de la cellulose au stade de l'éthérification, et le degré de réaction est relativement élevé.
Faible, ce qui réduit le degré de substitution du produit. Cependant, la température d'alcalinisation ne doit pas être trop élevée. À mesure que la température augmente, sous l'action d'une température élevée et d'un alcali fort,
La cellulose est sujette à la dégradation oxydative et le degré de substitution du produit CMC diminue.
2. Influence du temps d'alcalinisation du prétraitement sur le degré de substitution de la CMC
Dans la condition que la température d'alcalinisation du prétraitement soit de 30 °C et que les autres facteurs soient les valeurs initiales, l'effet du temps d'alcalinisation du prétraitement sur la CMC est discuté.
L'effet de substitution. Le degré de substitution.
Temps d'alcalinisation du prétraitement/h
Effet du temps d'alcalinisation du prétraitement surCMCdegré de substitution
Le processus de gonflement lui-même est relativement rapide, mais la solution alcaline nécessite un certain temps de diffusion dans la fibre.
On peut voir que lorsque le temps d'alcalinisation est de 0,5 à 1,5 h, le degré de substitution du produit augmente avec l'augmentation du temps d'alcalinisation.
Le degré de substitution du produit obtenu était le plus élevé lorsque le temps était de 1,5 h, et le degré de substitution diminuait avec l'augmentation du temps après 1,5 h. Cela peut
Cela peut être dû au fait qu'au début de l'alcalinisation, avec la prolongation du temps d'alcalinisation, l'infiltration de l'alcali dans la cellulose est plus suffisante, de sorte que la fibre
La structure principale est plus détendue, augmentant l'agent éthérifiant et le milieu actif
Date de publication : 26 avril 2024