1 Introduzione
Attualmente, la principale materia prima utilizzata nella preparazione dietere di cellulosaè il cotone, e la sua produzione sta diminuendo, mentre anche il prezzo sta aumentando;
Inoltre, gli agenti eterificanti comunemente utilizzati come l'acido cloroacetico (altamente tossico) e l'ossido di etilene (cancerogeno) sono anche più dannosi per il corpo umano e per l'ambiente.
In questo capitolo viene utilizzata come materia prima 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.
Utilizzo di acido cloroacetico altamente tossico come agente eterificante, anionicocarbossimetilcellulosa (CMC), è stata preparata l'idrossietilcellulosa non ionica.
Cellulosa (HEC) e idrossietilcarbossimetilcellulosa mista (HECMC) tre eteri di cellulosa. fattore singolo
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 suddiviso in due parti. La prima è il processo di alcalinizzazione, ovvero durante la reazione di alcalinizzazione della cellulosa,
Dispersa uniformemente nella 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 è penetrata all'interno della cellulosa di pino e ha reagito con i gruppi idrossilici sull'anello dell'unità strutturale del glucosio,
Genera cellulosa alcalina, il 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, con conseguente
Allo stesso tempo, l'agente eterificante cloroacetato di sodio e 2-cloroetanolo produrrà anche un certo grado di acqua in condizioni alcaline.
Le reazioni collaterali vengono risolte per generare rispettivamente glicolato di sodio ed etilenglicole.
2 Pretrattamento di decristallizzazione alcalina concentrata della cellulosa di pino
Per prima cosa, prepara una soluzione di NaOH a una certa concentrazione con acqua deionizzata. Poi, a una certa temperatura, aggiungi 2 g di fibra di pino.
La vitamina viene sciolta in un certo volume di soluzione di NaOH, agitata per un certo periodo di tempo e poi filtrata per l'uso.
Produttore del modello dello strumento
Misuratore di pH di precisione
Agitatore magnetico riscaldante a temperatura costante di tipo 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 Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Instrument Equipment Co., Ltd.
Shanghai Jinghong Experimental Equipment Co., Ltd.
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Science and Education Instrument Co., Ltd.
Azienda americana Thermo Fisher Co., Ltd.
Società termoelettrica americana Svizzera ARL
Azienda svizzera BRUKER
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Preparazione delle CMC
Utilizzo di cellulosa alcalina di legno di pino pretrattata mediante decristallizzazione alcalina concentrata come materia prima, utilizzando etanolo come solvente e cloroacetato di sodio come eterificazione
La CMC con densità relativa più elevata è stata preparata aggiungendo due volte l'alcali e due volte l'agente eterificante. Aggiungere 2 g di cellulosa alcalina di pino nel pallone a quattro colli, quindi aggiungere un certo volume di solvente etilico e agitare 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 far reagire per un periodo di tempo a una certa temperatura di eterificazione.
Dopo un po' di tempo, si aggiunge una seconda aggiunta di agente alcalino e cloroacetato di sodio, seguita da eterificazione per un certo periodo di tempo. Al termine della reazione, si raffredda e si lascia raffreddare ulteriormente, quindi
Neutralizzare con una quantità adeguata di acido acetico glaciale, quindi aspirare il filtro, lavare e asciugare.
Preparazione degli HEC
Utilizzo di 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 l'alcali e due volte l'agente eterificante. Aggiungere 2 g di cellulosa alcalina di pino in un pallone a quattro colli e aggiungere un certo volume di etanolo al 90% (frazione in volume), quindi agitare.
Mescolare per un periodo di tempo per disperdere 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 aggiunto 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 e infine 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, l'etanolo come mezzo di reazione e il cloroacetato di sodio come agente eterificante per preparare
HECMC. Il processo specifico è: prelevare una certa quantità di HEC, metterla in un pallone a quattro colli da 100 ml e quindi aggiungere una certa quantità di volume.
Etanolo al 90%, mescolare meccanicamente per un periodo di tempo per renderlo completamente disperso, aggiungere una certa quantità di alcali dopo il riscaldamento e aggiungere lentamente
Cloroacetato di sodio: l'eterificazione a temperatura costante termina dopo un certo periodo di tempo. Una volta completata la reazione, neutralizzare con acido acetico glaciale, quindi utilizzare un filtro di vetro (G3).
Dopo la 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. Poiché sono in acqua
Poiché la solubilità è diversa, nell'esperimento viene utilizzata una certa frazione di volume di etanolo idrato per purificare i tre eteri di cellulosa preparati.
modifica.
Mettere 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 °C ~ 65 °C e mantenere l'agitazione meccanica a 60 °C ~ 65 °C su un agitatore magnetico a temperatura costante per 10 °C. min. Portare il surnatante ad asciugare
In un becher pulito, utilizzare nitrato d'argento per verificare la presenza di ioni cloruro. Se si forma un precipitato bianco, filtrarlo attraverso un filtro di vetro e prelevare il solido.
Ripetere i passaggi precedenti per la parte del corpo, fino a quando il filtrato, dopo l'aggiunta di 1 goccia di soluzione di AgNO3, non presenta più precipitato bianco, ovvero la purificazione e il lavaggio sono completati.
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(principalmente per rimuovere il sottoprodotto della reazione NaCl). Dopo filtrazione per aspirazione, essiccazione, raffreddamento a temperatura ambiente e pesata.
massa, g.
Metodi di prova e caratterizzazione per gli eteri di cellulosa
Determinazione del grado di sostituzione (DS) e del grado di sostituzione molare (MS)
Determinazione del DS: Innanzitutto, pesare 0,2 g (con una precisione di 0,1 mg) del campione di etere di cellulosa purificato e essiccato, scioglierlo in
80 ml di acqua distillata, agitati in un bagno d'acqua a temperatura costante tra 30°C e 40°C per 10 minuti. Quindi aggiustare 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 becher dotato di un elettrodo pH-metro, 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 a 3,74,
La titolazione termina. Annotare il volume di soluzione standard di acido solforico utilizzato in questo momento.
Generazione:
La somma dei numeri di protoni superiori e del gruppo idrossietilico
Il rapporto del numero di protoni superiori; I7 è la massa del gruppo metilene sul gruppo idrossietilico
Intensità del picco di risonanza protonica; è l'intensità del picco di risonanza protonica di 5 gruppi metinici e un gruppo metilenico sull'unità di glucosio di cellulosa
Somma.
I metodi di prova descritti per la caratterizzazione a infrarossi dei tre eteri di cellulosa CMC, HEC e HEECMC
Legge
3.2.4.3 Test 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 dell'HEC è stato misurato dallo spettrometro H NMR Avance400 prodotto da BRUKER.
Utilizzando dimetilsolfossido deuterato come solvente, la soluzione è stata analizzata mediante spettroscopia NMR con idrogeno liquido. La frequenza di test era di 75,5 MHz.
Calda, la soluzione è 0,5 ml.
3.3 Risultati e analisi
3.3.1 Ottimizzazione del processo di preparazione del 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 del CMC è stato ottimizzato e le variabili iniziali dell'esperimento sono state impostate come mostrato nella Tabella 3.3. Di seguito è riportato il processo di preparazione dell'HEC.
Nell'arte, l'analisi di diversi fattori.
Tabella 3.3 Valori iniziali dei fattori
Fattore Valore iniziale
Temperatura di alcalinizzazione del pretrattamento/℃ 40
Tempo di alcalinizzazione pretrattamento/h 1
Rapporto solido-liquido pretrattamento/(g/mL) 1:25
Concentrazione della liscivia di pretrattamento/% 40
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La temperatura di eterificazione della prima fase/℃ 45
Tempo di eterificazione prima fase/h 1
Temperatura di eterificazione della seconda fase/℃ 70
Tempo di eterificazione della seconda fase/h 1
Dosaggio base in fase di eterificazione/g 2
Quantità di agente eterificante nella 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 del 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 nel CMC ottenuto, nel caso di fissazione di altri fattori come valori iniziali,
In queste condizioni, viene discusso l'effetto della temperatura di alcalinizzazione del pretrattamento sul grado di sostituzione della CMC e i risultati sono mostrati nella Fig.
Temperatura di alcalinizzazione del pretrattamento/℃
Effetto della temperatura di alcalinizzazione del pretrattamento sul grado di sostituzione della CMC
Si può osservare 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 descritti diminuiscono con l'aumentare della temperatura. Questo perché la temperatura di alcalinizzazione è troppo bassa e le molecole sono meno attive e incapaci di
Distruggono efficacemente la zona cristallina della cellulosa, il che rende difficile all'agente eterificante penetrare all'interno della cellulosa nella fase di eterificazione, e il grado di reazione è relativamente elevato.
bassa, con conseguente minore grado di sostituzione del prodotto. Tuttavia, la temperatura di alcalinizzazione non dovrebbe essere troppo elevata. All'aumentare della temperatura, sotto l'azione di alte temperature e di un alcali forte,
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 di 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 di alcalinizzazione del pretrattamento/h
Effetto del tempo di alcalinizzazione del pretrattamento suCMCgrado di sostituzione
Il processo di massa in sé è relativamente rapido, ma la soluzione alcalina necessita di un certo tempo di diffusione nella fibra.
Si può osservare che quando il tempo di alcalinizzazione è compreso tra 0,5 e 1,5 ore, il grado di sostituzione del prodotto aumenta con l'aumentare del tempo di alcalinizzazione.
Il grado di sostituzione del prodotto ottenuto è stato massimo quando il tempo era di 1,5 ore, e il grado di sostituzione è diminuito con l'aumento del tempo dopo 1,5 ore. Questo può
Ciò può essere dovuto al fatto che all'inizio dell'alcalinizzazione, con il prolungamento del tempo di alcalinizzazione, l'infiltrazione dell'alcali nella cellulosa è più sufficiente, in modo che la fibra
La struttura primaria è più rilassata, aumentando l'agente eterificante e il mezzo attivo
Data di pubblicazione: 26 aprile 2024