1 Introduzione
Allo stato attuale, la principale materia prima utilizzata nella preparazione dietere di cellulosaè il cotone, la sua produzione diminuisce e anche il prezzo aumenta;
Inoltre, gli agenti eterificanti comunemente usati come l’acido cloroacetico (altamente tossico) e l’ossido di etilene (cancerogeno) sono anche più dannosi per il corpo umano e per l’ambiente. Libro
In questo capitolo, come materia prima viene utilizzata la cellulosa di pino con una purezza relativa superiore al 90%, estratta nel secondo capitolo, e come sostituti vengono utilizzati cloroacetato di sodio e 2-cloroetanolo.
Utilizzando acido cloroacetico altamente tossico come agente eterificante, anionicocarbossimetilcellulosa (CMC), sono state preparate idrossietilcellulosa non ionica.
Cellulosa (HEC) e idrossietil carbossimetilcellulosa mista (HECMC) tre eteri di cellulosa. singolo fattore
Le tecniche di preparazione di tre eteri di cellulosa sono state ottimizzate mediante esperimenti ed esperimenti ortogonali e gli eteri di cellulosa sintetizzati sono stati caratterizzati mediante FT-IR, XRD, H-NMR, ecc.
Fondamenti dell'eterificazione della cellulosa
Il principio dell'eterificazione della cellulosa può essere diviso in due parti. La prima parte è il processo di alcalinizzazione, cioè durante la reazione di alcalinizzazione della cellulosa,
Dispersa uniformemente in una soluzione di NaOH, la cellulosa di pino si gonfia violentemente sotto l'azione dell'agitazione meccanica e con l'espansione dell'acqua
Una grande quantità di piccole molecole di NaOH penetra all'interno della cellulosa di pino e reagisce con i gruppi ossidrile sull'anello dell'unità strutturale del glucosio,
Genera cellulosa alcalina, centro attivo della reazione di eterificazione.
La seconda parte è il processo di eterificazione, cioè la reazione tra il centro attivo e il cloroacetato di sodio o il 2-cloroetanolo in condizioni alcaline, che dà come risultato
Allo stesso tempo, l'agente eterificante cloroacetato di sodio e il 2-cloroetanolo produrranno anche un certo grado di acqua in condizioni alcaline.
Le reazioni collaterali vengono risolte per generare rispettivamente glicolato di sodio e glicole etilenico.
2 Pretrattamento concentrato di decristallizzazione alcalina della cellulosa di pino
Per prima cosa preparare una certa concentrazione di soluzione di NaOH con acqua deionizzata. Poi, ad una certa temperatura, 2 g di fibra di pino
La vitamina viene sciolta in un certo volume di soluzione di NaOH, agitata per un periodo di tempo e quindi filtrata per l'uso.
Produttore di modelli di strumenti
pHmetro di precisione
Agitatore magnetico con riscaldamento a temperatura costante del tipo a collettore
Forno di essiccazione sotto vuoto
Bilancia elettronica
Pompa per vuoto multiuso a circolazione d'acqua
Spettrometro infrarosso a trasformata di Fourier
Diffrattometro a raggi X
Spettrometro a risonanza magnetica nucleare
Hangzhou Aolilong Strumento Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Strumento Equipment Co., Ltd.
Attrezzatura sperimentale Co., Ltd. di Shanghai Jinghong
METTLER TOLEDO Strumenti (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Science and Education Instrument Co., Ltd.
American Thermo Fisher Co., Ltd.
Società American Termoelettrica Svizzera ARL
Azienda svizzera BRUKER
35
Preparazione delle CMC
Utilizzo di cellulosa alcalina di legno di pino pretrattata mediante decristallizzazione alcalina concentrata come materia prima, utilizzo di etanolo come solvente e utilizzo di cloroacetato di sodio come eterificazione
La CMC con DS più elevato è stata preparata aggiungendo due volte alcali e due volte l'agente eterificante. Aggiungere 2 g di cellulosa alcalina di legno di pino nel pallone a quattro colli, quindi aggiungere un certo volume di solvente di etanolo e mescolare bene per 30 minuti
circa, in modo che la cellulosa alcalina sia completamente dispersa. Quindi aggiungere una certa quantità di agente alcalino e cloroacetato di sodio per reagire per un periodo di tempo ad una determinata temperatura di eterificazione
Dopo il tempo, una seconda aggiunta di agente alcalino e cloroacetato di sodio seguita da eterificazione per un periodo di tempo. Una volta terminata la reazione, raffreddarsi e raffreddarsi, quindi
Neutralizzare con una quantità adeguata di acido acetico glaciale, quindi filtrare in aspirazione, lavare ed asciugare.
Preparazione degli HEC
Utilizzando cellulosa alcalina di legno di pino pretrattata con decristallizzazione alcalina concentrata come materia prima, etanolo come solvente e 2-cloroetanolo come eterificazione
L'HEC con MS più elevato è stato preparato aggiungendo due volte alcali e due volte l'agente eterificante. Aggiungere 2 g di cellulosa alcalina di legno di pino in un pallone a quattro colli e aggiungere un certo volume di etanolo al 90% (frazione volumetrica), mescolare
Mescolare per un periodo di tempo per disperderlo completamente, quindi aggiungere una certa quantità di alcali e riscaldare lentamente, aggiungere un certo volume di 2-
Cloroetanolo, eterificato a temperatura costante per un periodo di tempo, quindi aggiunti l'idrossido di sodio rimanente e il 2-cloroetanolo per continuare l'eterificazione per un periodo di tempo. trattare
Una volta completata la reazione, neutralizzare con una certa quantità di acido acetico glaciale, quindi filtrare con un filtro di vetro (G3), lavare e asciugare.
Preparazione dell'HEMCC
Utilizzando l'HEC preparato in 3.2.3.4 come materia prima, etanolo come mezzo di reazione e cloroacetato di sodio come agente eterificante per preparare
HECMC. Il processo specifico è: prendere una certa quantità di HEC, metterlo in un pallone a quattro colli da 100 ml, quindi aggiungere una certa quantità di volume
Etanolo al 90%, agitare meccanicamente per un periodo di tempo per disperderlo completamente, aggiungere una certa quantità di alcali dopo il riscaldamento e aggiungere lentamente
Cloroacetato di sodio, l'eterificazione a temperatura costante termina dopo un periodo di tempo. Una volta completata la reazione, neutralizzarla con acido acetico glaciale per neutralizzarla, quindi utilizzare un filtro di vetro (G3)
Dopo filtrazione per aspirazione, lavaggio e asciugatura.
Purificazione degli eteri di cellulosa
Nel processo di preparazione dell'etere di cellulosa vengono spesso prodotti alcuni sottoprodotti, principalmente il sale inorganico cloruro di sodio e alcuni altri
impurità. Per migliorare la qualità dell'etere di cellulosa, è stata effettuata una semplice purificazione dell'etere di cellulosa ottenuto. perché sono nell'acqua
Esistono diverse solubilità, quindi l'esperimento utilizza una certa frazione di volume di etanolo idratato per purificare i tre eteri di cellulosa preparati.
modifica.
Posizionare il campione di etere di cellulosa preparato con una certa qualità in un becher, aggiungere una certa quantità di etanolo all'80% preriscaldato a 60 ℃ ~ 65 ℃ e mantenere l'agitazione meccanica a 60 ℃ ~ 65 ℃ su un agitatore magnetico a riscaldamento a temperatura costante per 10 ℃. min. Portare il surnatante ad asciugare
In un bicchiere pulito, utilizzare il nitrato d'argento per verificare la presenza di ioni cloruro. Se è presente un precipitato bianco, filtrarlo con un filtro di vetro e prelevare il solido
Ripetere i passaggi precedenti per la parte del corpo, finché il filtrato dopo l'aggiunta di 1 goccia di soluzione AgNO3 non presenta precipitato bianco, cioè la purificazione e il lavaggio sono completati.
36
(principalmente per rimuovere il sottoprodotto della reazione NaCl). Dopo filtrazione per aspirazione, asciugatura, raffreddamento a temperatura ambiente e pesatura.
massa, g.
Metodi di test e caratterizzazione per eteri di cellulosa
Determinazione del grado di sostituzione (DS) e del grado di sostituzione molare (MS)
Determinazione del DS: innanzitutto pesare 0,2 g (precisione fino a 0,1 mg) del campione di etere di cellulosa purificato ed essiccato, scioglierlo in
80 ml di acqua distillata, agitati in un bagnomaria a temperatura costante di 30 ℃ ~ 40 ℃ per 10 minuti. Quindi regolare con una soluzione di acido solforico o una soluzione di NaOH
pH della soluzione fino a quando il pH della soluzione è 8. Quindi, in un bicchiere dotato di elettrodo pHmetro, utilizzare una soluzione standard di acido solforico
Per titolare, in condizioni di agitazione, osservare la lettura del pHmetro durante la titolazione, quando il valore del pH della soluzione è regolato su 3,74.
La titolazione termina. Annotare il volume della soluzione standard di acido solforico utilizzata in questo momento.
Generazione:
La somma dei numeri protonici superiori e del gruppo idrossietilico
Il rapporto tra il numero di protoni superiori; I7 è la massa del gruppo metilene sul gruppo idrossietile
Intensità del picco di risonanza protonica; è l'intensità del picco di risonanza protonica di 5 gruppi metinici e di un gruppo metilico sull'unità di glucosio della cellulosa
Somma.
I metodi di prova descritti per la caratterizzazione all'infrarosso dei tre eteri di cellulosa CMC, HEC e HEECMC
Legge
3.2.4.3 Prova XRD
Test di caratterizzazione dell'analisi di diffrazione dei raggi X di tre eteri di cellulosa CMC, HEC e HEECMC
il metodo di prova descritto.
3.2.4.4 Test dell'H-NMR
Lo spettrometro H NMR di HEC è stato misurato dallo spettrometro H NMR Avance400 prodotto da BRUKER.
Utilizzando dimetilsolfossido deuterato come solvente, la soluzione è stata testata mediante spettroscopia NMR di idrogeno liquido. La frequenza del test era 75,5 MHz.
Caldo, la soluzione è 0,5 ml.
3.3 Risultati e analisi
3.3.1 Ottimizzazione del processo di preparazione della CMC
Utilizzando la cellulosa di pino estratta nel secondo capitolo come materia prima e utilizzando il cloroacetato di sodio come agente eterificante, è stato adottato il metodo dell'esperimento a fattore singolo,
Il processo di preparazione della CMC è stato ottimizzato e le variabili iniziali dell'esperimento sono state impostate come mostrato nella Tabella 3.3. Quello che segue è il processo di preparazione dell'HEC
Nell'arte, l'analisi di vari fattori.
Tabella 3.3 Valori dei fattori iniziali
Fattore Valore iniziale
Temperatura alcalinizzante pretrattamento/℃ 40
Tempo/h di alcalinizzazione pretrattamento 1
Rapporto solido-liquido pretrattamento/(g/mL) 1:25
Concentrazione della liscivia pretrattamento/% 40
38
La temperatura di eterificazione del primo stadio/℃ 45
Tempo/h di eterificazione della prima fase 1
Temperatura di eterificazione del secondo stadio/℃ 70
Tempo/h di eterificazione della seconda fase 1
Dosaggio base in fase di eterificazione/g 2
Quantità di agente eterificante in fase di eterificazione/g 4.3
Rapporto solido-liquido eterificato/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Influenza di vari fattori sul grado di sostituzione della CMC nella fase di alcalinizzazione pretrattamento
1. L'effetto della temperatura di alcalinizzazione del pretrattamento sul grado di sostituzione della CMC
Per considerare l'effetto della temperatura di alcalinizzazione del pretrattamento sul grado di sostituzione nella CMC ottenuta, nel caso di fissare altri fattori come valori iniziali,
Nelle condizioni, viene discusso l'effetto della temperatura di alcalinizzazione del pretrattamento sul grado di sostituzione della CMC e i risultati sono mostrati in Fig.
Temperatura/℃ di alcalinizzazione del pretrattamento
Effetto della temperatura alcalinizzante del pretrattamento sul grado di sostituzione della CMC
Si può vedere che il grado di sostituzione della CMC aumenta con l'aumento della temperatura di alcalinizzazione del pretrattamento e la temperatura di alcalinizzazione è di 30 °C.
I gradi di sostituzione sopra indicati diminuiscono con l'aumentare della temperatura. Questo perché la temperatura alcalinizzante è troppo bassa e le molecole sono meno attive e incapaci di farlo
Distrugge efficacemente l'area cristallina della cellulosa, il che rende difficile per l'agente eterificante entrare all'interno della cellulosa nella fase di eterificazione e il grado di reazione è relativamente alto.
basso, con conseguente minore grado di sostituzione del prodotto. Tuttavia, la temperatura di alcalinizzazione non dovrebbe essere troppo alta. All'aumentare della temperatura, sotto l'azione dell'alta temperatura e degli alcali forti,
La cellulosa è soggetta a degradazione ossidativa e il grado di sostituzione del prodotto CMC diminuisce.
2. Influenza del tempo di alcalinizzazione del pretrattamento sul grado di sostituzione della CMC
A condizione che la temperatura di alcalinizzazione del pretrattamento sia 30 °C e che altri fattori siano i valori iniziali, viene discusso l'effetto del tempo di alcalinizzazione del pretrattamento sulla CMC.
L'effetto della sostituzione. Grado di sostituzione
Tempo/h di alcalinizzazione pretrattamento
Effetto del tempo di alcalinizzazione del pretrattamento attivoCMCgrado di sostituzione
Il processo di carica in sé è relativamente rapido, ma la soluzione alcalina necessita di un certo tempo di diffusione nella fibra.
Si può vedere che quando il tempo di alcalinizzazione è 0,5-1,5 ore, il grado di sostituzione del prodotto aumenta con l'aumentare del tempo di alcalinizzazione.
Il grado di sostituzione del prodotto ottenuto era massimo quando il tempo era di 1,5 ore, e il grado di sostituzione diminuiva con l'aumento del tempo dopo 1,5 ore. Questo può
Può essere perché all'inizio dell'alcalinizzazione, con il prolungamento del tempo di alcalinizzazione, l'infiltrazione degli alcali nella cellulosa è più sufficiente, così che la fibra
La struttura primaria è più rilassata, aumentando l'agente eterificante e il mezzo attivo
Orario di pubblicazione: 26 aprile 2024