1 Pendahuluan
Saat ini, bahan baku utama yang digunakan dalam pembuatanselulosa eteradalah kapas, dan produksinya menurun, dan harganya juga meningkat;
Selain itu, bahan 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 zat eterifikasi, anionikkarboksimetil selulosa (CMC), hidroksietil selulosa non-ionik disiapkan.
Selulosa (HEC) dan campuran hidroksietil karboksimetil selulosa (HECMC) tiga eter selulosa. faktor tunggal
Teknik pembuatan 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 pada reaksi alkalisasi selulosa,
Tersebar merata dalam larutan NaOH, selulosa pinus membengkak hebat di bawah pengaruh pengadukan mekanis, dan dengan pemuaian air
Sejumlah besar molekul kecil NaOH menembus 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 keadaan basa sehingga menghasilkan
Pada saat yang sama, zat eterifikasi natrium kloroasetat dan 2-kloroetanol juga akan menghasilkan air pada tingkat tertentu dalam kondisi basa.
Reaksi samping diselesaikan untuk menghasilkan masing-masing natrium glikolat dan etilen glikol.
2 Pretreatment dekristalisasi alkali pekat selulosa pinus
Pertama, siapkan larutan NaOH konsentrasi tertentu dengan air deionisasi. Kemudian pada suhu tertentu 2 gram serat pinus
Vitamin dilarutkan dalam larutan NaOH volume tertentu, diaduk sebentar, lalu disaring untuk digunakan.
Produsen Model Instrumen
Pengukur pH presisi
Pengaduk magnet pemanas suhu konstan tipe kolektor
Oven pengeringan vakum
Neraca elektronik
Pompa vakum serbaguna tipe air sirkulasi
Spektrometer Inframerah Transformasi Fourier
Difraktometer sinar-X
Spektrometer Resonansi Magnetik Nuklir
Hangzhou Aolilong Instrumen Co, Ltd.
Hangzhou Huichuang Instrumen Peralatan Co, Ltd.
Shanghai Jinghong Peralatan Eksperimental Co, Ltd.
Instrumen METTLER TOLEDO (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Sains dan Pendidikan Instrumen Co, Ltd.
Amerika Thermo Fisher Co., Ltd.
Perusahaan ARL Swiss Termoelektrik Amerika
Perusahaan Swiss BRUKER
35
Persiapan CMC
Menggunakan selulosa alkali kayu pinus yang diolah terlebih dahulu dengan dekristalisasi alkali pekat sebagai bahan baku, menggunakan etanol sebagai pelarut dan menggunakan natrium kloroasetat sebagai eterifikasi
CMC dengan DS lebih tinggi dibuat dengan menambahkan alkali sebanyak dua kali dan bahan eterifikasi sebanyak dua kali. Tambahkan 2g selulosa alkali kayu pinus ke dalam labu leher empat, kemudian tambahkan pelarut etanol sejumlah tertentu, 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 waktu, penambahan kedua zat basa dan natrium kloroasetat diikuti dengan eterifikasi untuk jangka waktu tertentu. Setelah reaksi selesai, dinginkan dan dinginkan lagi
Netralkan dengan asam asetat glasial secukupnya, lalu hisap dengan saringan, cuci dan keringkan.
Persiapan HEC
Menggunakan selulosa alkali kayu pinus yang diolah dengan dekristalisasi alkali pekat sebagai bahan baku, etanol sebagai pelarut dan 2-kloroetanol sebagai eterifikasi
HEC dengan MS lebih tinggi dibuat dengan menambahkan alkali dua kali dan zat eterifikasi dua kali. Tambahkan 2g selulosa alkali kayu pinus ke dalam labu leher empat, dan tambahkan etanol 90% (fraksi volume) dalam volume tertentu, aduk
Aduk selama beberapa waktu hingga benar-benar larut, lalu tambahkan alkali dalam jumlah tertentu, dan panaskan perlahan, tambahkan volume tertentu 2-
Kloroetanol, dieterifikasi pada suhu konstan selama jangka waktu tertentu, kemudian ditambahkan sisa natrium hidroksida dan 2-kloroetanol untuk melanjutkan eterifikasi selama jangka waktu tertentu. merawat
Setelah reaksi selesai, netralkan dengan asam asetat glasial dalam jumlah tertentu, dan terakhir saring dengan penyaring kaca (G3), cuci, dan keringkan.
Persiapan HEMCC
Menggunakan HEC yang dibuat pada 3.2.3.4 sebagai bahan baku, etanol sebagai media reaksi, dan natrium kloroasetat sebagai bahan eterifikasi untuk pembuatannya
HECMC. Proses spesifiknya adalah: ambil HEC sejumlah tertentu, masukkan ke dalam labu leher empat 100 mL, lalu tambahkan volume tertentu.
Etanol 90%, aduk secara mekanis selama beberapa waktu agar terdispersi sempurna, tambahkan alkali dalam jumlah tertentu 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, kemudian gunakan filter kaca (G3)
Setelah penyaringan hisap, pencucian dan pengeringan.
Pemurnian selulosa eter
Dalam proses pembuatan selulosa eter, beberapa produk sampingan sering dihasilkan, terutama garam anorganik natrium klorida dan beberapa lainnya.
kotoran. Untuk meningkatkan kualitas selulosa eter, dilakukan pemurnian sederhana terhadap selulosa eter yang diperoleh. karena mereka berada di dalam air
Terdapat kelarutan yang berbeda, sehingga percobaan menggunakan fraksi volume tertentu etanol terhidrasi untuk memurnikan tiga selulosa eter yang dibuat.
mengubah.
Tempatkan sampel selulosa eter yang telah disiapkan dengan kualitas tertentu ke dalam gelas kimia, tambahkan sejumlah 80% etanol yang telah dipanaskan hingga 60 ℃ ~ 65 ℃, dan pertahankan pengadukan mekanis pada 60 ℃ ~ 65 ℃ pada pengaduk magnet dengan pemanas suhu konstan untuk 10 ℃. menit. Ambil supernatan hingga kering
Dalam gelas kimia yang bersih, gunakan perak nitrat untuk memeriksa ion klorida. Jika terdapat endapan putih, saring melalui saringan kaca dan ambil padatannya
Ulangi langkah sebelumnya untuk bagian tubuh, sampai filtrat setelah ditambahkan 1 tetes larutan AgNO3 tidak ada endapan putih, artinya pemurnian dan pencucian selesai.
36
ke dalam (terutama untuk menghilangkan produk sampingan reaksi NaCl). Setelah filtrasi hisap, pengeringan, pendinginan hingga suhu kamar dan penimbangan.
massa, g.
Metode Uji dan Karakterisasi Selulosa Eter
Penentuan Derajat Substitusi (DS) dan Derajat Substitusi Molar (MS)
Penentuan DS: Pertama, timbang 0,2 g (akurat hingga 0,1 mg) sampel selulosa eter yang telah dimurnikan dan dikeringkan, larutkan dalam
80mL air suling, diaduk dalam penangas air bersuhu konstan pada 30℃~40℃ selama 10 menit. Kemudian sesuaikan dengan larutan asam sulfat atau larutan NaOH
pH larutan sampai pH larutan 8. Kemudian dalam gelas kimia yang dilengkapi elektroda pH meter, digunakan larutan standar asam sulfat.
Untuk melakukan titrasi, dalam kondisi pengadukan, amati pembacaan pH meter saat titrasi, ketika nilai pH larutan diatur ke 3,74,
Titrasi berakhir. Perhatikan volume larutan standar asam sulfat yang digunakan saat ini.
Generasi:
Jumlah nomor proton atas dan gugus hidroksietil
Rasio jumlah proton atas; I7 adalah massa gugus metilen pada gugus hidroksietil
Intensitas puncak resonansi proton; adalah intensitas puncak resonansi proton dari 5 gugus metin dan satu gugus metilen pada unit glukosa selulosa
Jumlah.
Metode pengujian yang dijelaskan untuk pengujian karakterisasi inframerah dari tiga selulosa eter CMC, HEC dan HEECMC
Hukum
3.2.4.3 Uji XRD
Uji Karakterisasi Analisis Difraksi Sinar-X Tiga Selulosa Eter CMC, HEC dan HEECMC
metode pengujian yang dijelaskan.
3.2.4.4 Pengujian H-NMR
Spektrometer H NMR HEC diukur dengan spektrometer Avance400 H NMR yang diproduksi oleh BRUKER.
Menggunakan dimetil sulfoksida yang dideuterasi sebagai pelarut, larutan diuji dengan spektroskopi hidrogen cair NMR. Frekuensi pengujian adalah 75,5MHz.
Hangat, larutannya 0,5mL.
3.3 Hasil dan Analisis
3.3.1 Optimalisasi proses persiapan CMC
Menggunakan selulosa pinus yang diekstraksi pada bab kedua sebagai bahan mentah, dan menggunakan natrium kloroasetat sebagai zat eterifikasi, metode eksperimen faktor tunggal diadopsi,
Proses persiapan CMC dioptimalkan, dan variabel awal percobaan ditetapkan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.3. Berikut proses persiapan HEC
Dalam seni, analisis berbagai faktor.
Tabel 3.3 Nilai Faktor Awal
Faktor Nilai awal
Suhu alkalisasi awal/℃ 40
Waktu alkalisasi awal/jam 1
Rasio padat-cair pretreatment/(g/mL) 1:25
Konsentrasi alkali pretreatment/% 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 zat eterifikasi pada tahap eterifikasi/g 4.3
Rasio padat-cair tereterifikasi/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Pengaruh berbagai faktor terhadap derajat substitusi CMC pada tahap alkalisasi pretreatment
1. Pengaruh suhu alkalisasi pretreatment terhadap derajat substitusi CMC
Untuk mempertimbangkan pengaruh suhu alkalisasi pra-perlakuan terhadap derajat substitusi CMC yang diperoleh, dalam hal menetapkan faktor lain sebagai nilai awal,
Dalam kondisi tersebut, pengaruh suhu alkalisasi pra-perlakuan terhadap derajat substitusi CMC dibahas, dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar.
Suhu alkalisasi awal/℃
Pengaruh suhu alkalisasi pretreatment terhadap derajat substitusi CMC
Terlihat bahwa derajat substitusi CMC meningkat seiring dengan meningkatnya suhu alkalisasi pretreatment, dan suhu alkalisasi sebesar 30 °C.
Derajat substitusi di atas menurun seiring dengan meningkatnya suhu. Hal ini karena suhu alkalisasi terlalu rendah, dan molekul menjadi kurang aktif dan tidak mampu melakukan alkalisasi
Secara efektif menghancurkan area kristal selulosa, yang menyulitkan zat eterifikasi untuk memasuki bagian dalam selulosa pada tahap eterifikasi, dan derajat reaksinya relatif tinggi.
rendah, sehingga tingkat substitusi produk menjadi lebih rendah. Namun suhu alkalisasi tidak boleh terlalu tinggi. Ketika suhu meningkat, di bawah pengaruh suhu tinggi dan alkali kuat,
Selulosa rentan terhadap degradasi oksidatif, dan tingkat substitusi produk CMC menurun.
2. Pengaruh waktu alkalinisasi pretreatment terhadap derajat substitusi CMC
Dengan kondisi suhu alkalisasi pra-perlakuan adalah 30 °C dan faktor lain adalah nilai awal, pengaruh waktu alkalisasi pra-perlakuan pada CMC dibahas.
Efek substitusi. Tingkat substitusi
Waktu alkalisasi awal/jam
Pengaruh waktu alkalinisasi pretreatment padacmcgelar substitusi
Proses bulkingnya sendiri relatif cepat, namun larutan alkali memerlukan waktu difusi tertentu di 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 menurun seiring bertambahnya waktu setelah 1,5 jam. Ini bisa
Hal ini mungkin terjadi karena pada awal alkalisasi, dengan bertambahnya waktu alkalisasi, infiltrasi alkali ke selulosa lebih banyak, sehingga serat
Struktur utama lebih rileks, meningkatkan zat eterifikasi dan media aktif
Waktu posting: 26 April-2024