ცელულოზის ეთერების მომზადება

1 შესავალი

ამჟამად, ძირითადი ნედლეული გამოიყენება მომზადებაშიცელულოზის ეთერიარის ბამბა და მისი გამომუშავება იკლებს და ფასიც იზრდება;

უფრო მეტიც, ხშირად გამოყენებული ეთერიფიკაციის აგენტები, როგორიცაა ქლოროძმარმჟავა (მაღალი ტოქსიკური) და ეთილენის ოქსიდი (კანცეროგენი), ასევე უფრო საზიანოა ადამიანის სხეულისა და გარემოსთვის. წიგნი

ამ თავში ნედლეულად გამოიყენება ფიჭვის ცელულოზა, რომლის შედარებითი სისუფთავე 90%-ზე მეტია, გამოყვანილია მეორე თავში, ხოლო ნატრიუმის ქლოროაცეტატი და 2-ქლოროეთანოლი გამოიყენება შემცვლელად.

უაღრესად ტოქსიკური ქლოროძმარმჟავას გამოყენება როგორც ეთერიფიკატორი, ანიონურიკარბოქსიმეთილცელულოზა (CMC)მომზადდა არაიონური ჰიდროქსიეთილის ცელულოზა.

ცელულოზა (HEC) და შერეული ჰიდროქსიეთილკარბოქსიმეთილცელულოზა (HECMC) სამი ცელულოზის ეთერი. ერთი ფაქტორი

სამი ცელულოზის ეთერის მომზადების ტექნიკა ოპტიმიზირებულია ექსპერიმენტებითა და ორთოგონალური ექსპერიმენტებით, ხოლო სინთეზირებული ცელულოზის ეთერები ხასიათდება FT-IR, XRD, H-NMR და ა.შ.

ცელულოზის ეთერიფიკაციის საფუძვლები

ცელულოზის ეთერიფიკაციის პრინციპი შეიძლება დაიყოს ორ ნაწილად. პირველი ნაწილი არის ალკალიზაციის პროცესი, ანუ ცელულოზის ალკალიზაციის რეაქციის დროს,

თანაბრად დაშლილი NaOH ხსნარში, ფიჭვის ცელულოზა ძლიერად იშლება მექანიკური მორევის მოქმედებით და წყლის გაფართოებით.

დიდი რაოდენობით NaOH მცირე მოლეკულები შეაღწია ფიჭვის ცელულოზის ინტერიერში და რეაგირებდა გლუკოზის სტრუქტურული ერთეულის რგოლზე მდებარე ჰიდროქსილის ჯგუფებთან.

წარმოქმნის ტუტე ცელულოზას, ეთერიფიკაციის რეაქციის აქტიურ ცენტრს.

მეორე ნაწილი არის ეთერიფიკაციის პროცესი, ანუ რეაქცია აქტიურ ცენტრსა და ნატრიუმის ქლოროაცეტატს ან 2-ქლოროეთანოლს შორის ტუტე პირობებში, რაც იწვევს

ამავდროულად, ეთერიფიკატორი ნატრიუმის ქლოროაცეტატი და 2-ქლოროეთანოლი ასევე გამოიმუშავებს წყლის გარკვეულ ხარისხს ტუტე პირობებში.

გვერდითი რეაქციები წყდება ნატრიუმის გლიკოლატის და ეთილენგლიკოლის წარმოქმნით, შესაბამისად.

2 ფიჭვის ცელულოზის კონცენტრირებული ტუტე დეკრისტალიზაციის წინასწარი დამუშავება

ჯერ მოამზადეთ ნაოჰის ხსნარის გარკვეული კონცენტრაცია დეიონირებული წყლით. შემდეგ, გარკვეულ ტემპერატურაზე, 2გრ ფიჭვის ბოჭკო

ვიტამინი იხსნება გარკვეული მოცულობის NaOH ხსნარში, ურევენ გარკვეული პერიოდის განმავლობაში და შემდეგ ფილტრავენ გამოსაყენებლად.

ინსტრუმენტების მოდელის მწარმოებელი

ზუსტი pH მეტრი

კოლექტორის ტიპის მუდმივი ტემპერატურის გამაცხელებელი მაგნიტური შემრევი

ვაკუუმური საშრობი ღუმელი

ელექტრონული ბალანსი

მოცირკულირე წყლის ტიპის მრავალფუნქციური ვაკუუმური ტუმბო

ფურიეს ტრანსფორმაციის ინფრაწითელი სპექტრომეტრი

რენტგენის დიფრაქტომეტრი

ბირთვული მაგნიტურ-რეზონანსული სპექტრომეტრი

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.

ამერიკული Thermo Fisher Co., Ltd.

ამერიკული Thermoelectric Switzerland ARL კომპანია

შვეიცარიული კომპანია BRUKER

35

CMC-ების მომზადება

ფიჭვის ხის ტუტე ცელულოზის გამოყენება, წინასწარ დამუშავებული კონცენტრირებული ტუტე დეკრისტალიზაციის შედეგად ნედლეულის სახით, ეთანოლის გამოყენებით გამხსნელად და ნატრიუმის ქლოროაცეტატის გამოყენებით ეთერიფიკაციისთვის

CMC უფრო მაღალი DS-ით მომზადდა ორჯერ ტუტეს და ორჯერ ეთერიფიკაციის აგენტის დამატებით. ოთხკისრიან კოლბაში დაამატეთ 2 გ ფიჭვის ხის ტუტე ცელულოზა, შემდეგ დაამატეთ გარკვეული მოცულობის ეთანოლის გამხსნელი და კარგად აურიეთ 30 წუთის განმავლობაში.

დაახლოებით ისე, რომ ტუტე ცელულოზა სრულად დაიშალა. შემდეგ დაამატეთ გარკვეული რაოდენობის ტუტე აგენტი და ნატრიუმის ქლოროაცეტატი, რათა რეაგირება მოახდინოს გარკვეული პერიოდის განმავლობაში ეთერიფიკაციის გარკვეულ ტემპერატურაზე.

დროის გასვლის შემდეგ, ტუტე აგენტისა და ნატრიუმის ქლოროაცეტატის მეორე დამატება, რასაც მოჰყვება ეთერიფიკაცია გარკვეული პერიოდის განმავლობაში. რეაქციის დასრულების შემდეგ გაცივდით და გაცივდით, შემდეგ

გაანეიტრალეთ გამყინვარების ძმარმჟავას შესაბამისი რაოდენობით, შემდეგ შეწოვის ფილტრი, გარეცხეთ და გაშრობა.

HEC-ების მომზადება

ფიჭვის ხის ტუტე ცელულოზის გამოყენება, რომელიც წინასწარ დამუშავებულია კონცენტრირებული ტუტე დეკრისტალიზაციით, როგორც ნედლეული, ეთანოლი, როგორც გამხსნელი და 2-ქლოროეთანოლი, როგორც ეთერიფიკაცია

HEC უმაღლესი MS-ით მომზადდა ორჯერ ტუტეს და ორჯერ ეთერიფიკაციის აგენტის დამატებით. დაამატეთ 2 გრ ფიჭვის ხის ტუტე ცელულოზა ოთხკისრიან კოლბაში და დაამატეთ გარკვეული მოცულობა 90% (მოცულობითი ფრაქცია) ეთანოლი, აურიეთ.

ურიეთ გარკვეული დროის განმავლობაში, რომ სრულად გაიფანტოს, შემდეგ დაამატეთ გარკვეული რაოდენობის ტუტე და ნელ-ნელა გააცხელეთ, დაამატეთ გარკვეული მოცულობა 2-

ქლოროეთანოლი, ეთერიფიცირებულია მუდმივ ტემპერატურაზე გარკვეული პერიოდის განმავლობაში და შემდეგ დაემატა დარჩენილი ნატრიუმის ჰიდროქსიდი და 2-ქლოროეთანოლი, რათა გაგრძელდეს ეთერიზაცია გარკვეული პერიოდის განმავლობაში. მკურნალობა

რეაქციის დასრულების შემდეგ გაანეიტრალეთ გარკვეული რაოდენობის გამყინვარების ძმარმჟავით და ბოლოს გაფილტრეთ მინის ფილტრით (G3), გარეცხეთ და გააშრეთ.

HEMCC-ის მომზადება

3.2.3.4-ში მომზადებული HEC-ის გამოყენება, როგორც ნედლეული, ეთანოლი, როგორც რეაქციის საშუალება, და ნატრიუმის ქლოროაცეტატი, როგორც ეთერიფიკაციის აგენტი მოსამზადებლად.

HECMC. კონკრეტული პროცესია: აიღეთ HEC-ის გარკვეული რაოდენობა, ჩადეთ 100 მლ ოთხკისრიანი კოლბაში და შემდეგ დაამატეთ გარკვეული რაოდენობის მოცულობა.

90% ეთანოლი, მექანიკურად ურიეთ გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, რომ სრულად დაიფანტოს, გაცხელების შემდეგ დაამატეთ გარკვეული რაოდენობის ტუტე და ნელ-ნელა დაამატეთ

ნატრიუმის ქლოროაცეტატი, ეთერიფიკაცია მუდმივ ტემპერატურაზე მთავრდება გარკვეული პერიოდის შემდეგ. რეაქციის დასრულების შემდეგ გაანეიტრალეთ იგი გამყინვარებული ძმარმჟავით მის გასანეიტრალებლად, შემდეგ გამოიყენეთ მინის ფილტრი (G3)

შეწოვის ფილტრაციის, გარეცხვის და გაშრობის შემდეგ.

ცელულოზის ეთერების გაწმენდა

ცელულოზის ეთერის მომზადების პროცესში ხშირად იწარმოება ზოგიერთი ქვეპროდუქტი, ძირითადად არაორგანული მარილი ნატრიუმის ქლორიდი და ზოგიერთი სხვა.

მინარევები. ცელულოზის ეთერის ხარისხის გაუმჯობესების მიზნით, მიღებულ ცელულოზის ეთერზე ჩატარდა მარტივი გამწმენდი. რადგან ისინი წყალში არიან

არსებობს სხვადასხვა ხსნადობა, ამიტომ ექსპერიმენტში გამოიყენება ჰიდრატირებული ეთანოლის გარკვეული მოცულობითი ფრაქცია მომზადებული სამი ცელულოზის ეთერის გასაწმენდად.

შეცვლა.

გარკვეული ხარისხით მომზადებული ცელულოზის ეთერის ნიმუში მოათავსეთ ჭიქაში, დაუმატეთ გარკვეული რაოდენობის 80% ეთანოლი, რომელიც წინასწარ გახურებულია 60 ℃ ~ 65 ℃ და შეინარჩუნეთ მექანიკური მორევა 60 ℃ ~ 65 ℃ მუდმივი ტემპერატურის გაცხელების მაგნიტურ ამრევზე. 10 ℃-ისთვის. წთ. მიიღეთ სუპერნატანი გასაშრობად

სუფთა ჭიქაში გამოიყენეთ ვერცხლის ნიტრატი ქლორიდის იონების შესამოწმებლად. თუ არის თეთრი ნალექი, გაფილტრეთ იგი შუშის ფილტრით და აიღეთ მყარი

გაიმეორეთ წინა ნაბიჯები სხეულის ნაწილისთვის, სანამ ფილტრს 1 წვეთი AgNO3 ხსნარის დამატების შემდეგ არ ექნება თეთრი ნალექი, ანუ გაწმენდა და რეცხვა არ დასრულდება.

36

შევიდა (ძირითადად რეაქციის ქვეპროდუქტის NaCl-ის მოსაშორებლად). შეწოვის შემდეგ ფილტრაცია, გაშრობა, ოთახის ტემპერატურამდე გაციება და აწონვა.

მასა, გ.

ცელულოზის ეთერების ტესტირებისა და დახასიათების მეთოდები

ჩანაცვლების ხარისხის (DS) და ჩანაცვლების მოლარული ხარისხის (MS) დადგენა

DS-ის განსაზღვრა: ჯერ აწონეთ 0,2 გ (ზუსტად 0,1 მგ-მდე) გაწმენდილი და გამხმარი ცელულოზის ეთერის ნიმუში, გახსენით იგი

80 მლ გამოხდილი წყალი, აურიეთ მუდმივი ტემპერატურის წყლის აბაზანაში 30℃~40℃ 10 წუთის განმავლობაში. შემდეგ დაარეგულირეთ გოგირდმჟავას ხსნარით ან NaOH ხსნარით

ხსნარის pH სანამ ხსნარის pH არ იქნება 8. შემდეგ pH მრიცხველის ელექტროდით აღჭურვილ ჭიქაში გამოიყენეთ გოგირდმჟავას სტანდარტული ხსნარი.

ტიტრირებისთვის, მორევის პირობებში, დააკვირდით pH მრიცხველს ტიტრირებისას, როდესაც ხსნარის pH მნიშვნელობა დარეგულირდება 3,74-მდე,

ტიტრაცია მთავრდება. გაითვალისწინეთ ამ დროს გამოყენებული გოგირდმჟავას სტანდარტული ხსნარის მოცულობა.

თაობა:

ზედა პროტონული რიცხვებისა და ჰიდროქსიეთილის ჯგუფის ჯამი

ზედა პროტონების რაოდენობის თანაფარდობა; I7 არის მეთილენის ჯგუფის მასა ჰიდროქსიეთილის ჯგუფზე

პროტონ-რეზონანსული პიკის ინტენსივობა; არის 5 მეთინის ჯგუფისა და ერთი მეთილენის ჯგუფის პროტონული რეზონანსული პიკის ინტენსივობა ცელულოზის გლუკოზის ერთეულზე

ჯამი.

სამი ცელულოზის ეთერის CMC, HEC და HEECMC ინფრაწითელი დახასიათების ტესტირებისთვის აღწერილი ტესტის მეთოდები

სამართალი

3.2.4.3 XRD ტესტი

სამი ცელულოზის ეთერის რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის დახასიათების ტესტი CMC, HEC და HEECMC

აღწერილი ტესტის მეთოდი.

3.2.4.4 H-NMR ტესტირება

HEC-ის H NMR სპექტრომეტრი გაზომილი იყო BRUKER-ის მიერ წარმოებული Avance400 H NMR სპექტრომეტრით.

გამხსნელად დეიტერირებული დიმეთილ სულფოქსიდის გამოყენებით, ხსნარი შემოწმდა თხევადი წყალბადის NMR სპექტროსკოპიით. ტესტის სიხშირე იყო 75.5 MHz.

თბილი, ხსნარი არის 0,5 მლ.

3.3 შედეგები და ანალიზი

3.3.1 CMC მომზადების პროცესის ოპტიმიზაცია

მეორე თავში მოპოვებული ფიჭვის ცელულოზის, როგორც ნედლეულის, და ნატრიუმის ქლოროაცეტატის, როგორც ეთერიფიკაციის აგენტის გამოყენებით, მიღებულ იქნა ერთფაქტორიანი ექსპერიმენტის მეთოდი,

CMC-ის მომზადების პროცესი ოპტიმიზირებული იყო და ექსპერიმენტის საწყისი ცვლადები დაყენდა, როგორც ნაჩვენებია ცხრილში 3.3. ქვემოთ მოცემულია HEC-ის მომზადების პროცესი

ხელოვნებაში სხვადასხვა ფაქტორების ანალიზი.

ცხრილი 3.3 საწყისი ფაქტორების მნიშვნელობები

ფაქტორის საწყისი მნიშვნელობა

წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის ტემპერატურა/℃ 40

წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის დრო/სთ 1

წინასწარი დამუშავების მყარი-თხევადი თანაფარდობა/(გ/მლ) 1:25

წინასწარი მკურნალობის ცოცხალი კონცენტრაცია/% 40

38

პირველი ეტაპის ეთერიზაციის ტემპერატურა/℃ 45

პირველი ეტაპის ეთერიზაციის დრო/სთ 1

მეორე ეტაპის ეთერიზაციის ტემპერატურა/℃ 70

მეორე ეტაპის ეთერიზაციის დრო/სთ 1

საბაზო დოზა ეთერიფიკაციის ეტაპზე/გ 2

ეთერიფიკატორის რაოდენობა ეთერიფიკაციის ეტაპზე/გ 4.3

ეთერირებული მყარი-თხევადი თანაფარდობა/(გ/მლ) 1:15

3.3.1.1 სხვადასხვა ფაქტორების გავლენა CMC ჩანაცვლების ხარისხზე წინასწარ დამუშავების ალკალიზაციის ეტაპზე

1. წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის ტემპერატურის ეფექტი CMC-ის ჩანაცვლების ხარისხზე

მიღებულ CMC-ში ჩანაცვლების ხარისხზე წინასწარ დამუშავების ალკალიზაციის ტემპერატურის ეფექტის გასათვალისწინებლად, სხვა ფაქტორების საწყის მნიშვნელობებად დაფიქსირების შემთხვევაში,

პირობებში განხილულია წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის ტემპერატურის ეფექტი CMC ჩანაცვლების ხარისხზე და შედეგები ნაჩვენებია ნახ.

წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის ტემპერატურა/℃

წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის ტემპერატურის ეფექტი CMC ჩანაცვლების ხარისხზე

ჩანს, რომ CMC-ის ჩანაცვლების ხარისხი იზრდება დამუშავებისწინა ალკალიზაციის ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ხოლო ალკალიზაციის ტემპერატურა შეადგენს 30 °C-ს.

ჩანაცვლების ზემოაღნიშნული ხარისხი მცირდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. ეს იმიტომ ხდება, რომ ალკალიზაციის ტემპერატურა ძალიან დაბალია და მოლეკულები ნაკლებად აქტიურია და არ შეუძლიათ

ეფექტურად ანადგურებს ცელულოზის კრისტალურ ზონას, რაც ართულებს ეთერიფიკაციის აგენტს ცელულოზის ინტერიერში ეთერიფიკაციის ეტაპზე და რეაქციის ხარისხი შედარებით მაღალია.

დაბალი, რაც იწვევს პროდუქტის ჩანაცვლების უფრო დაბალ ხარისხს. თუმცა, ალკალიზაციის ტემპერატურა არ უნდა იყოს ძალიან მაღალი. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მაღალი ტემპერატურისა და ძლიერი ტუტეების ზემოქმედებით,

ცელულოზა მიდრეკილია ჟანგვითი დეგრადაციისკენ და პროდუქტის CMC ჩანაცვლების ხარისხი მცირდება.

2. წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის დროის გავლენა CMC ჩანაცვლების ხარისხზე

იმ პირობით, რომ წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის ტემპერატურა არის 30 °C და სხვა ფაქტორები არის საწყისი მნიშვნელობები, განხილულია წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის დროის ეფექტი CMC-ზე.

ჩანაცვლების ეფექტი. ჩანაცვლების ხარისხი

წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის დრო/სთ

წინასამკურნალო ალკალიზაციის დროის ეფექტიCMCჩანაცვლების ხარისხი

ნაყარის პროცესი თავისთავად შედარებით სწრაფია, მაგრამ ტუტე ხსნარს ბოჭკოში გარკვეული დიფუზიის დრო სჭირდება.

ჩანს, რომ როდესაც ალკალიზაციის დრო არის 0,5-1,5 სთ, პროდუქტის ჩანაცვლების ხარისხი იზრდება ალკალიზაციის დროის მატებასთან ერთად.

მიღებული პროდუქტის ჩანაცვლების ხარისხი ყველაზე მაღალი იყო, როდესაც დრო იყო 1.5 სთ, ხოლო ჩანაცვლების ხარისხი მცირდებოდა 1.5 საათის შემდეგ დროის მატებასთან ერთად. ეს შეიძლება

შეიძლება იმიტომ, რომ ალკალიზაციის დასაწყისში, ალკალიზაციის დროის გახანგრძლივებასთან ერთად, ტუტეს შეღწევა ცელულოზაში უფრო საკმარისია, რათა ბოჭკო

ძირითადი სტრუქტურა უფრო მოდუნებულია, ზრდის ეთერიფიკაციის აგენტს და აქტიურ გარემოს