सेल्यूलोज़ ईथर की तैयारी

1 परिचय

वर्तमान में, इसकी तैयारी में उपयोग किया जाने वाला मुख्य कच्चा मालसेल्यूलोज़ ईथरकपास है, और इसका उत्पादन घट रहा है, और कीमत भी बढ़ रही है;

इसके अलावा, आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले ईथरीकरण एजेंट जैसे क्लोरोएसिटिक एसिड (अत्यधिक विषैले) और एथिलीन ऑक्साइड (कैंसरकारी) भी मानव शरीर और पर्यावरण के लिए अधिक हानिकारक हैं।

इस अध्याय में, दूसरे अध्याय में निकाले गए 90% से अधिक सापेक्ष शुद्धता वाले पाइन सेलुलोज़ को कच्चे माल के रूप में प्रयोग किया गया है, तथा सोडियम क्लोरोएसीटेट और 2-क्लोरोइथेनॉल को विकल्प के रूप में प्रयोग किया गया है।

अत्यधिक विषैले क्लोरोएसिटिक एसिड का ईथरीकरण एजेंट के रूप में उपयोग, एनायनिककार्बोक्सिमिथाइल सेलुलोस (सीएमसी), गैर-आयनिक हाइड्रोक्सीएथिल सेलुलोज़ तैयार किया गया।

सेल्यूलोज (एचईसी) और मिश्रित हाइड्रोक्सीएथिल कार्बोक्सिमिथाइल सेल्यूलोज (एचईसीएमसी) तीन सेल्यूलोज ईथर। एकल कारक

तीन सेल्यूलोज ईथर की तैयारी तकनीकों को प्रयोगों और ऑर्थोगोनल प्रयोगों के माध्यम से अनुकूलित किया गया था, और संश्लेषित सेल्यूलोज ईथर को एफटी-आईआर, एक्सआरडी, एच-एनएमआर, आदि द्वारा चिह्नित किया गया था।

सेल्यूलोज़ ईथरीकरण के मूल सिद्धांत

सेल्यूलोज ईथरीकरण के सिद्धांत को दो भागों में विभाजित किया जा सकता है। पहला भाग क्षारीकरण प्रक्रिया है, यानी सेल्यूलोज की क्षारीकरण प्रतिक्रिया के दौरान,

NaOH विलयन में समान रूप से फैला हुआ, पाइन सेलुलोस यांत्रिक सरगर्मी की क्रिया के तहत और पानी के विस्तार के साथ हिंसक रूप से फूल जाता है

NaOH के छोटे अणुओं की एक बड़ी मात्रा पाइन सेल्यूलोज़ के अंदरूनी भाग में प्रवेश कर गई, और ग्लूकोज संरचनात्मक इकाई की अंगूठी पर हाइड्रॉक्सिल समूहों के साथ प्रतिक्रिया की,

ईथरीकरण प्रतिक्रिया का सक्रिय केंद्र, क्षारीय सेलुलोस उत्पन्न करता है।

दूसरा भाग ईथरीकरण प्रक्रिया है, अर्थात क्षारीय परिस्थितियों में सक्रिय केंद्र और सोडियम क्लोरोएसीटेट या 2-क्लोरोइथेनॉल के बीच प्रतिक्रिया, जिसके परिणामस्वरूप

इसके साथ ही, ईथरीकरण एजेंट सोडियम क्लोरोएसीटेट और 2-क्लोरोइथेनॉल भी क्षारीय परिस्थितियों में एक निश्चित मात्रा में पानी का उत्पादन करेंगे।

पार्श्व अभिक्रियाओं को क्रमशः सोडियम ग्लाइकोलेट और एथिलीन ग्लाइकोल उत्पन्न करने के लिए हल किया जाता है।

2 पाइन सेलुलोज़ का सांद्रित क्षार विक्रिस्टलीकरण पूर्व उपचार

सबसे पहले, विआयनीकृत जल के साथ NaOH का एक निश्चित सान्द्रण घोल तैयार करें। फिर, एक निश्चित तापमान पर, 2 ग्राम पाइन फाइबर

विटामिन को NaOH विलयन की एक निश्चित मात्रा में घोला जाता है, कुछ समय तक हिलाया जाता है, और फिर उपयोग के लिए छान लिया जाता है।

उपकरण मॉडल निर्माता

परिशुद्धता पीएच मीटर

कलेक्टर प्रकार निरंतर तापमान हीटिंग चुंबकीय उत्तेजक

वैक्यूम सुखाने ओवन

इलेक्ट्रॉनिक संतुलन

परिसंचारी जल प्रकार बहुउद्देश्यीय वैक्यूम पंप

फ़ूरियर ट्रांसफ़ॉर्म इन्फ़्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर

एक्स-रे डिफ्रैक्टोमीटर

परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोमीटर

हांग्जो एओलिलोंग इंस्ट्रूमेंट कं, लिमिटेड

हांग्जो हुईचुआंग इंस्ट्रूमेंट उपकरण कं, लिमिटेड

शंघाई जिंगहोंग प्रायोगिक उपकरण कं, लिमिटेड

मेटलर टोलेडो इंस्ट्रूमेंट्स (शंघाई) कंपनी लिमिटेड

हांग्जो डेविड विज्ञान और शिक्षा उपकरण कं, लिमिटेड

अमेरिकन थर्मो फिशर कंपनी लिमिटेड

अमेरिकन थर्मोइलेक्ट्रिक स्विट्जरलैंड ARL कंपनी

स्विस कंपनी ब्रूकर

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सीएमसी की तैयारी

कच्चे माल के रूप में सांद्रित क्षार विक्रिस्टलीकरण द्वारा पूर्व उपचारित चीड़ की लकड़ी के क्षार सेलुलोस का उपयोग, विलायक के रूप में इथेनॉल का उपयोग और ईथरीकरण के रूप में सोडियम क्लोरोएसीटेट का उपयोग

उच्च DS वाला CMC दो बार क्षार और दो बार ईथरीकरण एजेंट मिलाकर तैयार किया गया। चार गर्दन वाले फ्लास्क में 2 ग्राम पाइन वुड अल्कली सेलुलोज डालें, फिर एक निश्चित मात्रा में इथेनॉल विलायक डालें और 30 मिनट तक अच्छी तरह से हिलाएँ

लगभग, ताकि क्षार सेलुलोज पूरी तरह से फैल जाए। फिर एक निश्चित मात्रा में क्षार एजेंट और सोडियम क्लोरोएसीटेट मिलाएं और एक निश्चित ईथरीकरण तापमान पर कुछ समय के लिए प्रतिक्रिया करें

समय बीतने के बाद, क्षारीय एजेंट और सोडियम क्लोरोएसिटेट का दूसरा मिश्रण और कुछ समय के लिए ईथरीकरण। प्रतिक्रिया समाप्त होने के बाद, ठंडा करें और फिर ठंडा करें, फिर

ग्लेशियल एसिटिक एसिड की उचित मात्रा के साथ बेअसर करें, फिर सक्शन फिल्टर, धो लें और सूखा लें।

एचईसी की तैयारी

कच्चे माल के रूप में सांद्रित क्षार विक्रिस्टलीकरण से पूर्व उपचारित चीड़ की लकड़ी के क्षार सेलुलोस का उपयोग, विलायक के रूप में इथेनॉल और ईथरीकरण के रूप में 2-क्लोरोइथेनॉल का उपयोग

उच्च एमएस वाला एचईसी दो बार क्षार और दो बार ईथरीकरण एजेंट मिलाकर तैयार किया गया। चार गर्दन वाले फ्लास्क में 2 ग्राम पाइन वुड क्षार सेलुलोज डालें, और 90% (वॉल्यूम अंश) इथेनॉल की एक निश्चित मात्रा डालें, हिलाएँ

पूरी तरह से फैलने के लिए कुछ समय तक हिलाएं, फिर एक निश्चित मात्रा में क्षार मिलाएं, और धीरे-धीरे गर्म करें, 2- की एक निश्चित मात्रा जोड़ें

क्लोरोइथेनॉल को स्थिर तापमान पर कुछ समय के लिए ईथरीकृत किया जाता है, तथा फिर शेष सोडियम हाइड्रोक्साइड और 2-क्लोरोइथेनॉल को कुछ समय के लिए ईथरीकरण जारी रखने के लिए इसमें मिलाया जाता है।

प्रतिक्रिया पूरी होने के बाद, एक निश्चित मात्रा में ग्लेशियल एसिटिक एसिड के साथ बेअसर करें, और अंत में एक ग्लास फिल्टर (G3) के साथ छान लें, धो लें, और सुखा लें।

एचईएमसीसी की तैयारी

3.2.3.4 में तैयार एचईसी को कच्चे माल के रूप में, प्रतिक्रिया माध्यम के रूप में इथेनॉल और ईथरीकरण एजेंट के रूप में सोडियम क्लोरोएसीटेट का उपयोग करके तैयार करें

एचईसीएमसी। विशिष्ट प्रक्रिया है: एचईसी की एक निश्चित मात्रा लें, इसे 100 एमएल चार-गर्दन वाले फ्लास्क में डालें, और फिर इसमें एक निश्चित मात्रा में मात्रा मिलाएँ

90% इथेनॉल, इसे पूरी तरह से फैलाने के लिए कुछ समय के लिए यांत्रिक रूप से हिलाएं, गर्म करने के बाद एक निश्चित मात्रा में क्षार मिलाएं, और धीरे-धीरे जोड़ें

सोडियम क्लोरोएसीटेट, स्थिर तापमान पर ईथरीकरण कुछ समय के बाद समाप्त हो जाता है। प्रतिक्रिया पूरी होने के बाद, इसे बेअसर करने के लिए ग्लेशियल एसिटिक एसिड के साथ इसे बेअसर करें, फिर एक ग्लास फ़िल्टर (G3) का उपयोग करें

चूषण निस्पंदन, धुलाई और सुखाने के बाद।

सेल्यूलोज़ ईथर का शुद्धिकरण

सेल्यूलोज ईथर की तैयारी प्रक्रिया में, कुछ उप-उत्पाद अक्सर उत्पन्न होते हैं, मुख्य रूप से अकार्बनिक नमक सोडियम क्लोराइड और कुछ अन्य

अशुद्धियाँ। सेल्यूलोज ईथर की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए, प्राप्त सेल्यूलोज ईथर पर सरल शुद्धिकरण किया गया। क्योंकि वे पानी में हैं

इनकी घुलनशीलता अलग-अलग होती है, इसलिए प्रयोग में तैयार तीन सेल्यूलोज ईथर को शुद्ध करने के लिए हाइड्रेटेड इथेनॉल के एक निश्चित आयतन अंश का उपयोग किया जाता है।

परिवर्तन।

एक निश्चित गुणवत्ता के साथ तैयार सेलूलोज़ ईथर के नमूने को एक बीकर में रखें, 60 ℃ ~ 65 ℃ तक पहले से गरम किए गए 80% इथेनॉल की एक निश्चित मात्रा डालें, और 10 ℃ के लिए एक स्थिर तापमान हीटिंग चुंबकीय स्टिरर पर 60 ℃ ~ 65 ℃ पर यांत्रिक सरगर्मी बनाए रखें। सतह पर तैरनेवाला सूखने के लिए ले लो

एक साफ बीकर में क्लोराइड आयनों की जांच करने के लिए सिल्वर नाइट्रेट का उपयोग करें। यदि कोई सफेद अवक्षेप है, तो उसे कांच के फिल्टर से छान लें और ठोस पदार्थ निकाल लें

शरीर के अंग के लिए पिछले चरणों को तब तक दोहराएं, जब तक कि AgNO3 घोल की 1 बूंद डालने के बाद छानने पर कोई सफेद अवक्षेप न रह जाए, अर्थात शुद्धिकरण और धुलाई पूरी हो गई हो।

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(मुख्य रूप से प्रतिक्रिया उपोत्पाद NaCl को हटाने के लिए) चूषण निस्पंदन, सुखाने, कमरे के तापमान तक ठंडा करने और वजन करने के बाद।

द्रव्यमान, जी.

सेल्यूलोज़ ईथर के लिए परीक्षण और लक्षण वर्णन विधियाँ

प्रतिस्थापन की डिग्री (डीएस) और मोलर प्रतिस्थापन की डिग्री (एमएस) का निर्धारण

डीएस का निर्धारण: सबसे पहले, शुद्ध और सूखे सेल्यूलोज ईथर के नमूने का 0.2 ग्राम (0.1 मिलीग्राम तक सटीक) वजन करें, इसे घोलें

80mL आसुत जल, 30℃~40℃ पर स्थिर तापमान वाले पानी में 10 मिनट तक हिलाएँ। फिर सल्फ्यूरिक एसिड घोल या NaOH घोल से समायोजित करें

घोल का pH तब तक मापें जब तक घोल का pH 8 न हो जाए। फिर pH मीटर इलेक्ट्रोड से सुसज्जित बीकर में सल्फ्यूरिक एसिड का एक मानक घोल लें

टाइट्रेट करने के लिए, सरगर्मी की स्थिति में, टाइट्रेट करते समय पीएच मीटर रीडिंग का निरीक्षण करें, जब घोल का पीएच मान 3.74 पर समायोजित किया जाता है,

अनुमापन समाप्त होता है। इस समय उपयोग किए गए सल्फ्यूरिक एसिड मानक घोल की मात्रा नोट करें।

पीढ़ी:

ऊपरी प्रोटॉन संख्या और हाइड्रॉक्सीएथिल समूह का योग

ऊपरी प्रोटॉनों की संख्या का अनुपात; I7 हाइड्रॉक्सीएथिल समूह पर मेथिलीन समूह का द्रव्यमान है

प्रोटॉन अनुनाद शिखर की तीव्रता; सेल्यूलोज ग्लूकोज इकाई पर 5 मिथीन समूहों और एक मेथिलीन समूह के प्रोटॉन अनुनाद शिखर की तीव्रता है

जोड़।

तीन सेल्यूलोज ईथर सीएमसी, एचईसी और एचईईसीएमसी के अवरक्त लक्षण वर्णन परीक्षण के लिए वर्णित परीक्षण विधियाँ

कानून

3.2.4.3 एक्सआरडी परीक्षण

तीन सेल्यूलोज ईथर सीएमसी, एचईसी और एचईईसीएमसी का एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण लक्षण वर्णन परीक्षण

परीक्षण विधि का वर्णन किया गया है।

3.2.4.4 एच-एनएमआर का परीक्षण

एचईसी के एच एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर को ब्रुकर द्वारा निर्मित एवांस400 एच एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा मापा गया।

विलायक के रूप में ड्यूटेरेटेड डाइमेथिल सल्फॉक्साइड का उपयोग करके, घोल का परीक्षण लिक्विड हाइड्रोजन एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा किया गया। परीक्षण आवृत्ति 75.5 मेगाहर्ट्ज थी।

गरम, घोल 0.5mL है।

3.3 परिणाम और विश्लेषण

3.3.1 सीएमसी तैयारी प्रक्रिया का अनुकूलन

दूसरे अध्याय में निकाले गए पाइन सेलुलोज़ को कच्चे माल के रूप में उपयोग करते हुए, और सोडियम क्लोरोएसीटेट को ईथरीकरण एजेंट के रूप में उपयोग करते हुए, एकल कारक प्रयोग की विधि को अपनाया गया,

सीएमसी की तैयारी प्रक्रिया को अनुकूलित किया गया था, और प्रयोग के प्रारंभिक चर को तालिका 3.3 में दिखाए अनुसार सेट किया गया था। एचईसी तैयारी प्रक्रिया निम्नलिखित है

कला में, विभिन्न कारकों का विश्लेषण।

तालिका 3.3 प्रारंभिक कारक मान

कारक प्रारंभिक मूल्य

पूर्व उपचार क्षारीय तापमान/℃ 40

पूर्व उपचार क्षारीयकरण समय/घंटा 1

पूर्व उपचार ठोस-तरल अनुपात/(जी/एमएल) 1:25

पूर्व उपचार लाइ सांद्रता/% 40

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प्रथम चरण ईथरीकरण तापमान/℃ 45

प्रथम चरण ईथरीकरण समय/घंटा 1

दूसरे चरण ईथरीकरण तापमान/℃ 70

द्वितीय चरण ईथरीकरण समय/घंटा 1

ईथरीकरण चरण में आधार खुराक/जी 2

ईथरीकरण चरण में ईथरीकरण एजेंट की मात्रा/जी 4.3

ईथरीकृत ठोस-तरल अनुपात/(जी/एमएल) 1:15

3.3.1.1 पूर्व उपचार क्षारीकरण चरण में सीएमसी प्रतिस्थापन डिग्री पर विभिन्न कारकों का प्रभाव

1. सीएमसी की प्रतिस्थापन डिग्री पर पूर्व उपचार क्षारीकरण तापमान का प्रभाव

प्राप्त सी.एम.सी. में प्रतिस्थापन की डिग्री पर पूर्व उपचार क्षारीकरण तापमान के प्रभाव पर विचार करने के लिए, अन्य कारकों को प्रारंभिक मान के रूप में तय करने के मामले में,

इन परिस्थितियों में, सीएमसी प्रतिस्थापन डिग्री पर पूर्व उपचार क्षारीकरण तापमान के प्रभाव पर चर्चा की गई है, और परिणाम चित्र में दिखाए गए हैं।

पूर्व उपचार क्षारीय तापमान/℃

सीएमसी प्रतिस्थापन डिग्री पर पूर्व उपचार क्षारीय तापमान का प्रभाव

यह देखा जा सकता है कि पूर्व उपचार क्षारीकरण तापमान की वृद्धि के साथ सीएमसी के प्रतिस्थापन की डिग्री बढ़ जाती है, और क्षारीकरण तापमान 30 डिग्री सेल्सियस है।

प्रतिस्थापन की उपरोक्त डिग्री तापमान में वृद्धि के साथ कम हो जाती है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि क्षारीय तापमान बहुत कम होता है, और अणु कम सक्रिय होते हैं और कार्य करने में असमर्थ होते हैं।

सेल्यूलोज के क्रिस्टलीय क्षेत्र को प्रभावी ढंग से नष्ट कर देता है, जिससे ईथरीकरण एजेंट के लिए ईथरीकरण चरण में सेल्यूलोज के इंटीरियर में प्रवेश करना मुश्किल हो जाता है, और प्रतिक्रिया की डिग्री अपेक्षाकृत अधिक होती है।

कम, जिसके परिणामस्वरूप उत्पाद प्रतिस्थापन की डिग्री कम होती है। हालाँकि, क्षारीकरण तापमान बहुत अधिक नहीं होना चाहिए। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, उच्च तापमान और मजबूत क्षार की क्रिया के तहत,

सेल्यूलोज़ ऑक्सीडेटिव विघटन के प्रति संवेदनशील होता है, और उत्पाद CMC के प्रतिस्थापन की मात्रा कम हो जाती है।

2. सीएमसी प्रतिस्थापन डिग्री पर पूर्व उपचार क्षारीकरण समय का प्रभाव

इस शर्त के तहत कि पूर्व उपचार क्षारीकरण तापमान 30 °C है और अन्य कारक प्रारंभिक मान हैं, CMC पर पूर्व उपचार क्षारीकरण समय के प्रभाव पर चर्चा की जाती है।

प्रतिस्थापन का प्रभाव. प्रतिस्थापन की डिग्री

पूर्व उपचार क्षारीयकरण समय/घंटा

पूर्व उपचार क्षारीकरण समय का प्रभावसीएमसीप्रतिस्थापन डिग्री

बल्किंग प्रक्रिया अपेक्षाकृत तीव्र है, लेकिन क्षार विलयन को फाइबर में एक निश्चित प्रसार समय की आवश्यकता होती है।

यह देखा जा सकता है कि जब क्षारीकरण समय 0.5-1.5h होता है, तो क्षारीकरण समय की वृद्धि के साथ उत्पाद की प्रतिस्थापन डिग्री बढ़ जाती है।

प्राप्त उत्पाद की प्रतिस्थापन की डिग्री सबसे अधिक थी जब समय 1.5 घंटे था, और 1.5 घंटे के बाद समय की वृद्धि के साथ प्रतिस्थापन की डिग्री कम हो गई। यह हो सकता है

ऐसा इसलिए हो सकता है क्योंकि क्षारीकरण की शुरुआत में, क्षारीकरण समय के विस्तार के साथ, सेल्यूलोज में क्षार की घुसपैठ अधिक पर्याप्त होती है, जिससे फाइबर

प्राइम संरचना अधिक शिथिल होती है, जिससे ईथरीकरण एजेंट और सक्रिय माध्यम में वृद्धि होती है