1 Pendahuluan
Saat ini bahan baku utama yang digunakan dalam pembuatanselulosa eteradalah kapas, dan produksinya menurun, dan harganya juga meningkat;
Selain itu, agen eterifikasi yang umum digunakan seperti asam kloroasetat (sangat beracun) dan etilen oksida (karsinogenik) juga lebih berbahaya bagi tubuh manusia dan lingkungan. Buku
Dalam bab ini, selulosa pinus dengan kemurnian relatif lebih dari 90% yang diekstraksi pada bab kedua digunakan sebagai bahan baku, dan natrium kloroasetat dan 2-kloroetanol digunakan sebagai pengganti.
Menggunakan asam kloroasetat yang sangat beracun sebagai agen eterifikasi, anionikkarboksimetil selulosa (CMC), hidroksi etil selulosa non-ionik disiapkan.
Selulosa (HEC) dan campuran hidroksi etil karboksimetil selulosa (HECMC) tiga eter selulosa. faktor tunggal
Teknik persiapan tiga eter selulosa dioptimalkan melalui eksperimen dan eksperimen ortogonal, dan eter selulosa yang disintesis dikarakterisasi dengan FT-IR, XRD, H-NMR, dll.
Dasar-dasar eterifikasi selulosa
Prinsip eterifikasi selulosa dapat dibagi menjadi dua bagian. Bagian pertama adalah proses alkalisasi, yaitu selama reaksi alkalisasi selulosa,
Selulosa pinus yang terdispersi secara merata dalam larutan NaOH akan membengkak hebat akibat adanya pengadukan mekanis, dan dengan adanya pemuaian air
Sejumlah besar molekul kecil NaOH menembus ke bagian dalam selulosa pinus, dan bereaksi dengan gugus hidroksil pada cincin unit struktural glukosa,
Menghasilkan selulosa alkali, pusat aktif reaksi eterifikasi.
Bagian kedua adalah proses eterifikasi, yaitu reaksi antara pusat aktif dengan natrium kloroasetat atau 2-kloroetanol dalam kondisi basa, sehingga menghasilkan
Pada saat yang sama, zat eterifikasi natrium kloroasetat dan 2-kloroetanol juga akan menghasilkan sejumlah air dalam kondisi basa.
Reaksi samping diselesaikan untuk menghasilkan natrium glikolat dan etilen glikol, masing-masing.
2 Perlakuan awal dekristalisasi alkali pekat terhadap selulosa pinus
Pertama, siapkan larutan NaOH dengan konsentrasi tertentu dengan air deionisasi. Kemudian, pada suhu tertentu, 2g serat pinus
Vitamin dilarutkan dalam larutan NaOH sejumlah volume tertentu, diaduk selama beberapa waktu, lalu disaring untuk digunakan.
Produsen Model Instrumen
Pengukur pH Presisi
Pengaduk magnetik pemanas suhu konstan tipe kolektor
Oven pengering vakum
Neraca elektronik
Pompa vakum serbaguna tipe sirkulasi air
Spektrometer Inframerah Transformasi Fourier
Difraktometer sinar-X
Spektrometer Resonansi Magnetik Nuklir
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Instrument Peralatan Co., Ltd.
Shanghai Jinghong Peralatan Eksperimental Co., Ltd.
Instrumen METTLER TOLEDO (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Sains dan Pendidikan Instrument Co., Ltd.
American Thermo Fisher Co., Ltd.
Perusahaan ARL Swiss Termoelektrik Amerika
Perusahaan Swiss BRUKER
35
Persiapan CMC
Menggunakan bahan baku selulosa alkali kayu pinus yang telah diolah terlebih dahulu dengan dekristalisasi alkali pekat, menggunakan etanol sebagai pelarut dan menggunakan natrium kloroasetat sebagai eterifikasi.
CMC dengan DS yang lebih tinggi dibuat dengan menambahkan alkali sebanyak dua kali dan agen eterifikasi sebanyak dua kali. Tambahkan 2g alkali selulosa kayu pinus ke dalam labu leher empat, kemudian tambahkan sejumlah volume pelarut etanol, dan aduk rata selama 30 menit.
sekitar, sehingga selulosa alkali terdispersi sepenuhnya. Kemudian tambahkan sejumlah zat alkali dan natrium kloroasetat untuk bereaksi selama jangka waktu tertentu pada suhu eterifikasi tertentu
Setelah beberapa saat, tambahkan lagi zat alkali dan natrium kloroasetat diikuti dengan eterifikasi selama beberapa saat. Setelah reaksi selesai, dinginkan dan dinginkan, lalu
Netralkan dengan asam asetat glasial secukupnya, lalu saring, cuci, dan keringkan.
Persiapan HEC
Menggunakan selulosa alkali kayu pinus yang telah diolah terlebih dahulu dengan dekristalisasi alkali pekat sebagai bahan baku, etanol sebagai pelarut dan 2-kloroetanol sebagai eterifikasi.
HEC dengan MS yang lebih tinggi dibuat dengan menambahkan alkali sebanyak dua kali dan agen eterifikasi sebanyak dua kali. Masukkan 2g alkali selulosa kayu pinus ke dalam labu leher empat, dan tambahkan etanol 90% (fraksi volume) dengan volume tertentu, aduk
Aduk selama beberapa waktu hingga benar-benar larut, lalu tambahkan sejumlah alkali, lalu panaskan perlahan, tambahkan volume 2-
Kloroetanol, dieterifikasi pada suhu konstan selama jangka waktu tertentu, dan kemudian ditambahkan sisa natrium hidroksida dan 2-kloroetanol untuk melanjutkan eterifikasi selama jangka waktu tertentu.
Setelah reaksi selesai, netralkan dengan sejumlah asam asetat glasial, dan terakhir saring dengan penyaring kaca (G3), cuci, dan keringkan.
Persiapan HEMCC
Menggunakan HEC yang disiapkan pada 3.2.3.4 sebagai bahan baku, etanol sebagai media reaksi, dan natrium kloroasetat sebagai agen eterifikasi untuk menyiapkan
HECMC. Proses spesifiknya adalah: ambil sejumlah HEC, masukkan ke dalam labu leher empat 100 mL, lalu tambahkan sejumlah volume tertentu
90% etanol, aduk secara mekanis selama beberapa waktu untuk membuatnya terdispersi sepenuhnya, tambahkan sejumlah alkali setelah pemanasan, dan tambahkan perlahan
Natrium kloroasetat, eterifikasi pada suhu konstan berakhir setelah jangka waktu tertentu. Setelah reaksi selesai, netralkan dengan asam asetat glasial untuk menetralkannya, lalu gunakan filter kaca (G3)
Setelah penyaringan hisap, pencucian dan pengeringan.
Pemurnian eter selulosa
Dalam proses pembuatan selulosa eter, sering dihasilkan beberapa produk sampingan, terutama garam anorganik natrium klorida dan beberapa lainnya.
Untuk meningkatkan kualitas eter selulosa, maka dilakukan pemurnian sederhana terhadap eter selulosa yang diperoleh. Karena berada dalam air
Terdapat perbedaan kelarutan, sehingga percobaan menggunakan fraksi volume tertentu etanol terhidrasi untuk memurnikan tiga eter selulosa yang disiapkan.
mengubah.
Masukkan sampel eter selulosa yang telah disiapkan dengan mutu tertentu ke dalam gelas kimia, tambahkan sejumlah etanol 80% yang telah dipanaskan terlebih dahulu hingga 60 ℃ ~ 65 ℃, dan pertahankan pengadukan mekanis pada suhu 60 ℃ ~ 65 ℃ pada pengaduk magnet pemanas suhu konstan selama 10 ℃. min. Ambil supernatan untuk dikeringkan
Dalam gelas kimia yang bersih, gunakan perak nitrat untuk memeriksa ion klorida. Jika ada endapan putih, saring melalui saringan kaca dan ambil padatannya.
Ulangi langkah sebelumnya untuk bagian tubuh, sampai filtrat setelah menambahkan 1 tetes larutan AgNO3 tidak ada endapan putih, artinya pemurnian dan pencucian telah selesai.
36
ke dalam (terutama untuk menghilangkan produk sampingan reaksi NaCl). Setelah penyaringan hisap, pengeringan, pendinginan hingga suhu kamar dan penimbangan.
massa, g.
Metode Uji dan Karakterisasi untuk Eter Selulosa
Penentuan Derajat Substitusi (DS) dan Derajat Substitusi Molar (MS)
Penentuan DS: Pertama, timbang 0,2 g (akurat hingga 0,1 mg) sampel eter selulosa yang dimurnikan dan dikeringkan, larutkan dalam
80mL air suling, diaduk dalam penangas air bersuhu konstan pada suhu 30℃~40℃ selama 10 menit. Kemudian sesuaikan dengan larutan asam sulfat atau larutan NaOH
pH larutan sampai pH larutan menjadi 8. Kemudian dalam gelas kimia yang dilengkapi dengan elektroda pH meter, gunakan larutan standar asam sulfat
Untuk mentitrasi, dalam kondisi pengadukan, amati pembacaan pH meter saat mentitrasi, ketika nilai pH larutan disesuaikan menjadi 3,74,
Titrasi berakhir. Catat volume larutan standar asam sulfat yang digunakan saat ini.
Generasi:
Jumlah nomor proton atas dan gugus hidroksi etil
Rasio jumlah proton atas; I7 adalah massa gugus metilen pada gugus hidroksi etil
Intensitas puncak resonansi proton; adalah intensitas puncak resonansi proton dari 5 gugus metina dan satu gugus metilena pada unit glukosa selulosa
Jumlah.
Metode pengujian yang dijelaskan untuk pengujian karakterisasi inframerah dari tiga eter selulosa CMC, HEC dan HEECMC
Hukum
3.2.4.3 Uji XRD
Uji Karakterisasi Analisis Difraksi Sinar-X Tiga Eter Selulosa CMC, HEC dan HEECMC
metode pengujian yang dijelaskan.
3.2.4.4 Pengujian H-NMR
Spektrometer H NMR HEC diukur dengan spektrometer H NMR Avance400 yang diproduksi oleh BRUKER.
Dengan menggunakan dimetil sulfoksida terdeuterasi sebagai pelarut, larutan diuji dengan spektroskopi NMR hidrogen cair. Frekuensi pengujian adalah 75,5MHz.
Hangat, larutannya 0,5mL.
3.3 Hasil dan Analisis
3.3.1 Optimasi proses penyiapan CMC
Dengan menggunakan selulosa pinus yang diekstraksi pada bab kedua sebagai bahan baku, dan menggunakan natrium kloroasetat sebagai agen eterifikasi, metode percobaan faktor tunggal diadopsi,
Proses preparasi CMC telah dilakukan optimasi, dan variabel awal percobaan ditetapkan seperti pada Tabel 3.3. Berikut ini adalah proses preparasi HEC.
Dalam seni, analisis berbagai faktor.
Tabel 3.3 Nilai Faktor Awal
Faktor Nilai awal
Suhu alkalisasi praperlakuan/℃ 40
Waktu alkalisasi praperlakuan/jam 1
Rasio padat-cair praperlakuan/(g/mL) 1:25
Konsentrasi alkali praperlakuan/% 40
38
Suhu eterifikasi tahap pertama/℃ 45
Waktu eterifikasi tahap pertama/jam 1
Suhu eterifikasi tahap kedua/℃ 70
Waktu eterifikasi tahap kedua/jam 1
Dosis dasar pada tahap eterifikasi/g 2
Jumlah agen eterifikasi dalam tahap eterifikasi/g 4,3
Rasio padat-cair eterisasi/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Pengaruh berbagai faktor terhadap derajat substitusi CMC pada tahap alkalisasi praperlakuan
1. Pengaruh suhu alkalisasi praperlakuan terhadap derajat substitusi CMC
Untuk mempertimbangkan pengaruh suhu alkalisasi praperlakuan terhadap derajat substitusi pada CMC yang diperoleh, jika faktor lain ditetapkan sebagai nilai awal,
Berdasarkan kondisi tersebut, pengaruh suhu alkalisasi praperlakuan terhadap derajat substitusi CMC dibahas, dan hasilnya ditunjukkan dalam Gambar.
Suhu alkalisasi praperlakuan/℃
Pengaruh suhu alkalizing pretreatment terhadap derajat substitusi CMC
Terlihat bahwa derajat substitusi CMC meningkat seiring dengan peningkatan suhu alkalisasi praperlakuan, dan suhu alkalisasi adalah 30 °C.
Derajat substitusi di atas berkurang seiring dengan meningkatnya suhu. Hal ini disebabkan karena suhu alkalizing terlalu rendah, dan molekul-molekul menjadi kurang aktif dan tidak mampu
Secara efektif menghancurkan area kristal selulosa, yang membuat zat eterifikasi sulit memasuki bagian dalam selulosa pada tahap eterifikasi, dan tingkat reaksinya relatif tinggi.
rendah, sehingga menghasilkan tingkat substitusi produk yang lebih rendah. Namun, suhu alkalisasi tidak boleh terlalu tinggi. Saat suhu meningkat, di bawah aksi suhu tinggi dan alkali kuat,
Selulosa rentan terhadap degradasi oksidatif, dan tingkat substitusi produk CMC menurun.
2. Pengaruh waktu alkalinisasi praperlakuan terhadap derajat substitusi CMC
Dengan kondisi bahwa suhu alkalisasi praperlakuan adalah 30 °C dan faktor-faktor lainnya merupakan nilai awal, maka dibahas pengaruh waktu alkalisasi praperlakuan terhadap CMC.
Efek substitusi. Derajat substitusi
Waktu alkalisasi praperlakuan/jam
Pengaruh waktu alkalinisasi pra-perlakuan terhadapBahasa Indonesia: CMCderajat substitusi
Proses penggembungan sendiri relatif cepat, tetapi larutan alkali memerlukan waktu difusi tertentu dalam serat.
Terlihat bahwa ketika waktu alkalisasi 0,5-1,5 jam, derajat substitusi produk meningkat seiring dengan bertambahnya waktu alkalisasi.
Derajat substitusi produk yang diperoleh paling tinggi pada waktu 1,5 jam, dan derajat substitusi semakin menurun dengan bertambahnya waktu setelah 1,5 jam. Hal ini dapat dilihat dari
Hal ini mungkin disebabkan pada awal alkalisasi, dengan bertambahnya waktu alkalisasi maka infiltrasi alkali ke dalam selulosa semakin banyak sehingga serat menjadi lebih kuat.
Struktur utama lebih santai, meningkatkan agen eterifikasi dan media aktif
Waktu posting: 26-Apr-2024