1 서론
현재, 제조에 사용되는 주요 원료는 다음과 같습니다.셀룰로스 에테르면화는 생산량이 감소하고 있으며 가격도 상승하고 있습니다.
더욱이, 일반적으로 사용되는 에테르화제인 클로로아세트산(독성이 강함)과 에틸렌옥사이드(발암성)는 인체와 환경에 더 해롭습니다.
본 장에서는 2장에서 추출한 상대순도 90% 이상의 소나무셀룰로오스를 원료로 사용하고, 염화아세트산나트륨과 2-클로로에탄올을 대체재로 사용하였다.
독성이 강한 클로로아세트산을 에테르화제로 사용하여 음이온카르복시메틸셀룰로오스(CMC)비이온성 히드록시에틸 셀룰로오스가 제조되었다.
셀룰로오스(HEC)와 혼합 하이드록시에틸 카르복시메틸 셀룰로오스(HECMC) 3가지 셀룰로오스 에테르. 단일 인자
세 가지 셀룰로스 에테르의 제조 기술은 실험과 직교 실험을 통해 최적화되었으며, 합성된 셀룰로스 에테르는 FT-IR, XRD, H-NMR 등으로 특성화되었습니다.
셀룰로스 에테르화의 기본
셀룰로스 에테르화의 원리는 두 부분으로 나눌 수 있습니다. 첫 번째 부분은 알칼리화 과정, 즉 셀룰로스의 알칼리화 반응입니다.
NaOH 용액에 균일하게 분산된 소나무 셀룰로오스는 기계적 교반 작용과 물의 팽창에 따라 격렬하게 팽창합니다.
다량의 NaOH 소분자가 소나무 셀룰로스 내부로 침투하여 포도당 구조 단위의 고리에 있는 수산기와 반응하여,
에테르화 반응의 활성 중심인 알칼리 셀룰로오스를 생성합니다.
두 번째 부분은 에테르화 공정, 즉 알칼리성 조건 하에서 활성 중심과 클로로아세트산나트륨 또는 2-클로로에탄올 사이의 반응으로 다음과 같은 결과가 발생합니다.
동시에 에테르화제인 염화아세트산나트륨과 2-클로로에탄올도 알칼리성 조건에서 일정 정도의 물을 생성합니다.
부반응은 각각 글리콜산나트륨과 에틸렌글리콜을 생성하도록 해결됩니다.
2 소나무 셀룰로오스의 농축 알칼리 탈결정 전처리
먼저, 일정 농도의 NaOH 용액과 탈이온수를 준비합니다. 그런 다음, 일정 온도에서 소나무 섬유 2g을
비타민을 일정량의 NaOH 용액에 녹인 후, 일정 시간 동안 교반한 후 여과하여 사용합니다.
악기 모델 제조업체
정밀 pH 측정기
수집기형 항온가열 자기교반기
진공 건조 오븐
전자저울
순환수형 다목적 진공펌프
푸리에 변환 적외선 분광기
X선 회절계
핵자기공명 분광기
항저우 아올리롱 악기 유한회사
항저우 후이촹 계기 장비 유한회사
상하이 징홍 실험 장비 유한회사
메틀러 토레도 인스트루먼트(상하이) 유한회사
항저우 데이비드 과학교육기기 유한회사
미국 써모피셔 주식회사
미국 열전 스위스 ARL 회사
스위스 회사 BRUKER
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CMC 준비
농축 알칼리 비결정화 전처리된 소나무 목재 알칼리 셀룰로오스를 원료로 하고, 에탄올을 용매로 하고, 클로로아세트산나트륨을 에테르화 반응에 사용
DS가 높은 CMC는 알칼리와 에테르화제를 각각 두 번씩 첨가하여 제조하였다. 4구 플라스크에 소나무 목재 알칼리 셀룰로스 2g을 넣고, 일정량의 에탄올 용매를 첨가한 후 30분간 잘 저어주었다.
알칼리 셀룰로오스가 완전히 분산되도록 합니다. 그런 다음 일정량의 알칼리제와 클로로아세트산나트륨을 첨가하여 특정 에테르화 온도에서 일정 시간 동안 반응시킵니다.
시간이 지나면 알칼리제와 클로로아세트산나트륨을 다시 첨가하고 일정 시간 동안 에테르화 반응을 진행한다. 반응이 끝나면 냉각 후 다시 냉각시킨다.
적당량의 빙초산으로 중화시킨 후, 흡입 여과하고, 세척한 후 건조시킨다.
HEC 준비
농축 알칼리 비결정화 전처리된 소나무 목재 알칼리 셀룰로오스를 원료로, 에탄올을 용매로, 2-클로로에탄올을 에테르화 반응에 사용
더 높은 MS를 갖는 HEC는 알칼리를 두 번, 에테르화제를 두 번 첨가하여 제조하였다. 4구 플라스크에 소나무 목재 알칼리 셀룰로스 2g을 넣고, 일정량의 90% 에탄올(부피 분율)을 첨가하여 교반하였다.
일정시간 교반하여 완전히 분산시킨 후 일정량의 알칼리를 첨가하고 서서히 가열하여 일정량의 2-
클로로에탄올을 일정시간 동안 일정한 온도에서 에테르화한 후 남은 수산화나트륨과 2-클로로에탄올을 첨가하여 일정시간 동안 에테르화를 계속한다.
반응이 완료되면 일정량의 빙초산으로 중화시키고, 마지막으로 유리필터(G3)로 여과한 후 세척하고 건조한다.
HEMCC 준비
3.2.3.4에서 제조한 HEC를 원료로, 에탄올을 반응매체로, 에테르화제로 염화아세트산나트륨을 사용하여 제조한다.
HECMC. 구체적인 과정은 다음과 같습니다. 일정량의 HEC를 100mL 4구 플라스크에 넣고 일정량의 HEC를 첨가합니다.
90% 에탄올을 넣고 기계적으로 일정시간 교반하여 완전히 분산시킨 후 가열 후 일정량의 알칼리를 첨가하여 천천히 첨가한다.
클로로아세트산나트륨의 경우, 일정 온도에서 일정 시간 후 에테르화가 완료됩니다. 반응 완료 후 빙초산으로 중화하여 중화시킨 후 유리 필터(G3)를 사용합니다.
흡입 여과 후 세척 및 건조합니다.
셀룰로스 에테르의 정제
셀룰로스 에테르의 제조 과정에서는 주로 무기염인 염화나트륨과 기타 부산물이 종종 생성됩니다.
불순물. 셀룰로스 에테르의 품질을 개선하기 위해 얻어진 셀룰로스 에테르에 대해 간단한 정제를 수행했습니다. 왜냐하면 이들은 물에 존재하기 때문입니다.
용해도가 다르므로, 이 실험에서는 준비된 세 가지 셀룰로스 에테르를 정제하기 위해 특정 부피 분율의 수화 에탄올을 사용합니다.
변화.
일정 품질로 준비된 셀룰로스 에테르 시료를 비이커에 넣고 60℃ ~ 65℃로 예열된 80% 에탄올을 일정량 첨가한 후, 항온 가열 자석 교반기를 이용하여 60℃ ~ 65℃에서 10℃ 동안 기계적 교반을 유지한다. 상층액을 건조시킨다.
깨끗한 비커에 질산은을 넣고 염화물 이온을 확인합니다. 흰색 침전물이 있으면 유리 필터로 걸러 고체를 채취합니다.
AgNO3 용액 1방울을 첨가한 후 여과액에 흰색 침전물이 없어질 때까지, 즉 정제 및 세척이 완료될 때까지 신체 부위에 대해 이전 단계를 반복합니다.
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(주로 반응 부산물인 NaCl을 제거하기 위해) 흡입 여과 후, 건조하고, 실온으로 식힌 후 무게를 측정합니다.
질량, g
셀룰로오스 에테르에 대한 시험 및 특성화 방법
치환도(DS) 및 몰 치환도(MS) 결정
DS 측정 : 먼저 정제 및 건조된 셀룰로오스 에테르 시료 0.2g(정확도 0.1mg)을 달아 녹인다.
증류수 80mL를 넣고 30℃~40℃의 항온 수조에서 10분간 교반한다. 이후 황산용액 또는 NaOH 용액으로 조정한다.
용액의 pH가 8이 될 때까지 용액의 pH를 조절합니다. 그런 다음 pH 미터 전극이 장착된 비이커에 황산 표준 용액을 사용합니다.
적정을 위해 교반 조건 하에서 적정하는 동안 pH 미터 판독값을 관찰하고 용액의 pH 값이 3.74로 조정될 때,
적정이 끝났습니다. 이때 사용한 황산 표준용액의 양을 기록하세요.
세대:
상위 프로톤 수와 하이드록시에틸기의 합
상위 양성자 수의 비율; I7은 하이드록시에틸기의 메틸렌기 질량입니다.
양성자 공명 피크의 강도는 셀룰로스 포도당 단위의 5개 메틴기와 1개 메틸렌기의 양성자 공명 피크의 강도입니다.
합집합.
세 가지 셀룰로스 에테르 CMC, HEC 및 HEECMC의 적외선 특성화 테스트에 대해 설명된 테스트 방법
법
3.2.4.3 XRD 테스트
3가지 셀룰로오스 에테르 CMC, HEC 및 HEECMC의 X선 회절 분석 특성 평가 시험
설명된 테스트 방법.
3.2.4.4 H-NMR 테스트
HEC의 H NMR 분광기는 BRUKER에서 생산한 Avance400 H NMR 분광기를 사용하여 측정하였다.
중수소화 디메틸 설폭사이드를 용매로 사용하여 용액을 액체 수소 NMR 분광법으로 분석하였다. 분석 주파수는 75.5MHz였다.
따뜻할 때 용액의 농도는 0.5mL이다.
3.3 결과 및 분석
3.3.1 CMC 제조 공정 최적화
2장에서 추출한 소나무 셀룰로오스를 원료로 하고, 에테르화제로 염화아세트산나트륨을 사용하여 단일인자 실험법을 채택하였다.
CMC의 제조 과정을 최적화하였고, 실험 초기 변수는 표 3.3과 같이 설정하였다. HEC의 제조 과정은 다음과 같다.
예술에서는 다양한 요소에 대한 분석.
표 3.3 초기 요인 값
요인 초기값
전처리 알칼리화 온도/℃ 40
전처리 알칼리화 시간/h 1
전처리 고액비/(g/mL) 1:25
전처리 알칼리 농도/% 40
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1단계 에테르화 온도/℃ 45
1단계 에테르화 시간/h 1
2단계 에테르화 온도/℃ 70
2단계 에테르화 시간/h 1
에테르화 단계의 기본 투여량/g 2
에테르화 단계에서 에테르화제의 양/g 4.3
에테르화 고체-액체 비율/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 전처리 알칼리화 단계에서 CMC 치환도에 미치는 다양한 요인의 영향
1. 전처리 알칼리화 온도가 CMC 치환도에 미치는 영향
얻어진 CMC의 치환도에 전처리 알칼리화 온도가 미치는 영향을 고려하기 위해 다른 인자들을 초기값으로 고정하는 경우,
이러한 조건에서 전처리 알칼리화 온도가 CMC 치환도에 미치는 영향을 논의하였으며, 그 결과를 그림에 나타내었다.
전처리 알칼리화 온도/℃
전처리 알칼리화 온도가 CMC 치환도에 미치는 영향
CMC의 치환도는 전처리 알칼리화 온도가 증가함에 따라 증가하는 것을 알 수 있으며, 알칼리화 온도는 30℃이다.
위의 치환도는 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 이는 알칼리화 온도가 너무 낮아 분자의 활성이 떨어지고
셀룰로오스의 결정 영역을 효과적으로 파괴하여 에테르화 단계에서 에테르화제가 셀룰로오스 내부로 진입하기 어렵게 하며 반응도가 비교적 높습니다.
낮게 설정하여 제품 치환율을 낮춥니다. 단, 알칼리화 온도는 너무 높아서는 안 됩니다. 온도가 높아질수록 고온과 강알칼리의 작용으로
셀룰로오스는 산화 분해되기 쉽고, 생성물인 CMC의 치환도는 감소한다.
2. 전처리 알칼리화 시간이 CMC 치환도에 미치는 영향
전처리 알칼리화 온도가 30 °C이고 다른 인자들이 초기값인 조건에서 전처리 알칼리화 시간이 CMC에 미치는 영향에 대해 논의한다.
대체 효과. 대체 정도
전처리 알칼리화 시간/h
전처리 알칼리화 시간의 영향씨엠씨대체 학위
벌킹 과정 자체는 비교적 빠르지만 알칼리 용액은 섬유 내에서 일정한 확산 시간이 필요합니다.
알칼리화 시간이 0.5~1.5시간일 경우, 알칼리화 시간이 길어질수록 생성물의 치환도가 증가하는 것을 알 수 있다.
얻어진 생성물의 치환도는 시간이 1.5시간일 때 가장 높았고, 1.5시간 이후 시간이 증가함에 따라 치환도는 감소하였다. 이는
알칼리화 초기에 알칼리화 시간이 길어짐에 따라 알칼리가 셀룰로오스에 침투하는 양이 많아져 섬유가
주요 구조가 더욱 완화되어 에테르화제와 활성 매체가 증가합니다.
게시 시간: 2024년 4월 26일