सेल्युलोज इथर तयार करणे

१ परिचय

सध्या, तयार करण्यासाठी वापरला जाणारा मुख्य कच्चा मालसेल्युलोज इथरकापूस आहे, आणि त्याचे उत्पादन कमी होत आहे, आणि किंमत देखील वाढत आहे;

शिवाय, सामान्यतः वापरले जाणारे इथरिफायिंग एजंट जसे की क्लोरोएसेटिक अॅसिड (अत्यंत विषारी) आणि इथिलीन ऑक्साईड (कार्सिनोजेनिक) देखील मानवी शरीरासाठी आणि पर्यावरणासाठी अधिक हानिकारक आहेत. पुस्तक

या प्रकरणात, दुसऱ्या प्रकरणात काढलेला ९०% पेक्षा जास्त सापेक्ष शुद्धता असलेला पाइन सेल्युलोज कच्चा माल म्हणून वापरला जातो आणि सोडियम क्लोरोएसीटेट आणि २-क्लोरोइथेनॉल पर्याय म्हणून वापरले जातात.

अत्यंत विषारी क्लोरोएसेटिक आम्लाचा इथरिफायिंग एजंट म्हणून वापर, अ‍ॅनिओनिककार्बोक्झिमिथाइल सेल्युलोज (CMC), नॉन-आयनिक हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज तयार केले गेले.

सेल्युलोज (HEC) आणि मिश्रित हायड्रॉक्सीइथिल कार्बोक्झिमिथाइल सेल्युलोज (HECMC) तीन सेल्युलोज इथर. एकल घटक

तीन सेल्युलोज इथर तयार करण्याच्या तंत्रांना प्रयोग आणि ऑर्थोगोनल प्रयोगांद्वारे ऑप्टिमाइझ केले गेले आणि संश्लेषित सेल्युलोज इथर FT-IR, XRD, H-NMR, इत्यादींनी वैशिष्ट्यीकृत केले गेले.

सेल्युलोज इथरिफिकेशनची मूलभूत तत्त्वे

सेल्युलोज इथरिफिकेशनचे तत्व दोन भागात विभागले जाऊ शकते. पहिला भाग म्हणजे क्षारीकरण प्रक्रिया, म्हणजेच सेल्युलोजच्या क्षारीकरण अभिक्रियेदरम्यान,

NaOH द्रावणात समान रीतीने विखुरलेले, पाइन सेल्युलोज यांत्रिक ढवळण्याच्या क्रियेखाली आणि पाण्याच्या विस्तारासह जोरदारपणे फुगतात.

मोठ्या प्रमाणात NaOH लहान रेणू पाइन सेल्युलोजच्या आतील भागात घुसले आणि ग्लुकोज स्ट्रक्चरल युनिटच्या रिंगवरील हायड्रॉक्सिल गटांशी प्रतिक्रिया दिली,

इथरिफिकेशन अभिक्रियेचे सक्रिय केंद्र, अल्कली सेल्युलोज निर्माण करते.

दुसरा भाग म्हणजे इथरिफिकेशन प्रक्रिया, म्हणजेच, सक्रिय केंद्र आणि सोडियम क्लोरोएसीटेट किंवा 2-क्लोरोइथेनॉल यांच्यातील क्षारीय परिस्थितीत होणारी प्रतिक्रिया, ज्यामुळे

त्याच वेळी, इथरिफायिंग एजंट सोडियम क्लोरोएसीटेट आणि २-क्लोरोइथेनॉल देखील अल्कधर्मी परिस्थितीत विशिष्ट प्रमाणात पाणी तयार करतील.

या दुष्परिणामांमुळे अनुक्रमे सोडियम ग्लायकोलेट आणि इथिलीन ग्लायकोल तयार होतात.

२ पाइन सेल्युलोजचे एकाग्र अल्कली डीक्रिस्टलायझेशन प्रीट्रीटमेंट

प्रथम, विआयनीकृत पाण्याने विशिष्ट प्रमाणात NaOH द्रावण तयार करा. नंतर, एका विशिष्ट तापमानाला, 2 ग्रॅम पाइन फायबर

हे जीवनसत्व विशिष्ट प्रमाणात NaOH द्रावणात विरघळवले जाते, काही काळ ढवळले जाते आणि नंतर वापरण्यासाठी फिल्टर केले जाते.

इन्स्ट्रुमेंट मॉडेल उत्पादक

अचूक पीएच मीटर

कलेक्टर प्रकार स्थिर तापमान गरम करणारे चुंबकीय स्टिरर

व्हॅक्यूम ड्रायिंग ओव्हन

इलेक्ट्रॉनिक शिल्लक

फिरणारा पाण्याचा प्रकार बहुउद्देशीय व्हॅक्यूम पंप

फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर

एक्स-रे डिफ्रॅक्टोमीटर

न्यूक्लियर मॅग्नेटिक रेझोनान्स स्पेक्ट्रोमीटर

हांगझोऊ आओलिलॉन्ग इन्स्ट्रुमेंट कंपनी लिमिटेड

हांगझोउ हुइचुआंग इन्स्ट्रुमेंट इक्विपमेंट कं, लि.

शांघाय जिंगहोंग प्रायोगिक उपकरण कंपनी लिमिटेड

मेटलर टोलेडो इन्स्ट्रुमेंट्स (शांघाय) कंपनी लिमिटेड

हांगझोउ डेव्हिड सायन्स अँड एज्युकेशन इन्स्ट्रुमेंट कंपनी लिमिटेड

अमेरिकन थर्मो फिशर कंपनी लिमिटेड

अमेरिकन थर्मोइलेक्ट्रिक स्वित्झर्लंड एआरएल कंपनी

स्विस कंपनी ब्रुकर

35

सीएमसीची तयारी

कच्चा माल म्हणून सांद्रित अल्कली डीक्रिस्टलायझेशनद्वारे प्रीट्रीट केलेले पाइन लाकूड अल्कली सेल्युलोज वापरणे, इथेनॉलचा विद्रावक म्हणून वापर करणे आणि सोडियम क्लोरोएसीटेटचा इथरिफिकेशन म्हणून वापर करणे

जास्त डीएस असलेले सीएमसी दोनदा अल्कली आणि दोनदा इथरिफायिंग एजंट घालून तयार केले गेले. चार-नेक्ड फ्लास्कमध्ये २ ग्रॅम पाइन वुड अल्कली सेल्युलोज घाला, नंतर विशिष्ट प्रमाणात इथेनॉल सॉल्व्हेंट घाला आणि ३० मिनिटे चांगले ढवळून घ्या.

सुमारे, जेणेकरून अल्कली सेल्युलोज पूर्णपणे विखुरले जाईल. नंतर एका विशिष्ट इथरिफिकेशन तापमानावर ठराविक काळासाठी प्रतिक्रिया देण्यासाठी विशिष्ट प्रमाणात अल्कली एजंट आणि सोडियम क्लोरोएसीटेट घाला.

काही काळानंतर, अल्कधर्मी घटक आणि सोडियम क्लोरोएसीटेटची दुसरी भर घालण्यात येते आणि त्यानंतर काही काळासाठी इथरिफिकेशन केले जाते. अभिक्रिया संपल्यानंतर, थंड करा आणि थंड करा, नंतर

योग्य प्रमाणात ग्लेशियल अ‍ॅसिटिक अ‍ॅसिड वापरून तटस्थ करा, नंतर सक्शन फिल्टर करा, धुवा आणि वाळवा.

एचईसीची तयारी

कच्चा माल म्हणून सांद्रित अल्कली डीक्रिस्टलायझेशनसह प्रीट्रीट केलेले पाइन लाकूड अल्कली सेल्युलोज, विद्रावक म्हणून इथेनॉल आणि इथरिफिकेशन म्हणून २-क्लोरोइथेनॉल वापरणे

उच्च MS असलेले HEC दोनदा अल्कली आणि दोनदा इथरिफायिंग एजंट घालून तयार केले गेले. चार-नेक फ्लास्कमध्ये २ ग्रॅम पाइन लाकूड अल्कली सेल्युलोज घाला आणि ९०% (व्हॉल्यूम फ्रॅक्शन) इथेनॉलचे विशिष्ट आकारमान घाला, ढवळा.

पूर्णपणे विरघळेपर्यंत काही काळ ढवळत राहा, नंतर विशिष्ट प्रमाणात अल्कली घाला आणि हळूहळू गरम करा, २-

क्लोरोइथेनॉल, ठराविक काळासाठी स्थिर तापमानावर इथरिफिकेशन केले जाते आणि नंतर उर्वरित सोडियम हायड्रॉक्साइड आणि २-क्लोरोइथेनॉल घालून ठराविक काळासाठी इथरिफिकेशन चालू ठेवले जाते. उपचार

अभिक्रिया पूर्ण झाल्यानंतर, विशिष्ट प्रमाणात ग्लेशियल एसिटिक ऍसिडने तटस्थ करा आणि शेवटी काचेच्या फिल्टरने (G3) गाळून घ्या, धुवा आणि वाळवा.

एचईएमसीसीची तयारी

३.२.३.४ मध्ये तयार केलेल्या एचईसीचा कच्चा माल म्हणून, इथेनॉलचा अभिक्रिया माध्यम म्हणून आणि सोडियम क्लोरोएसीटेटचा इथरिफायिंग एजंट म्हणून वापर करून

HECMC. विशिष्ट प्रक्रिया अशी आहे: विशिष्ट प्रमाणात HEC घ्या, ते १०० मिली चार-नेक फ्लास्कमध्ये ठेवा आणि नंतर विशिष्ट प्रमाणात व्हॉल्यूम घाला.

९०% इथेनॉल, पूर्णपणे विखुरण्यासाठी काही काळासाठी यांत्रिकरित्या ढवळत रहा, गरम केल्यानंतर विशिष्ट प्रमाणात अल्कली घाला आणि हळूहळू घाला

सोडियम क्लोरोएसीटेट, स्थिर तापमानावर इथरिफिकेशन काही काळानंतर संपते. अभिक्रिया पूर्ण झाल्यानंतर, ते निष्क्रिय करण्यासाठी ग्लेशियल एसिटिक आम्लाने निष्क्रिय करा, नंतर काचेचे फिल्टर (G3) वापरा.

सक्शन गाळल्यानंतर, धुवून आणि वाळवल्यानंतर.

सेल्युलोज इथरचे शुद्धीकरण

सेल्युलोज इथर तयार करण्याच्या प्रक्रियेत, काही उप-उत्पादने तयार केली जातात, प्रामुख्याने अजैविक मीठ सोडियम क्लोराईड आणि काही इतर

अशुद्धता. सेल्युलोज ईथरची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी, प्राप्त सेल्युलोज ईथरवर साधे शुद्धीकरण केले गेले. कारण ते पाण्यात असतात

वेगवेगळ्या विद्राव्यता आहेत, म्हणून प्रयोगात तयार केलेले तीन सेल्युलोज इथर शुद्ध करण्यासाठी हायड्रेटेड इथेनॉलचा विशिष्ट आकारमानाचा अंश वापरला जातो.

बदल.

एका विशिष्ट गुणवत्तेसह तयार केलेला सेल्युलोज इथर नमुना एका बीकरमध्ये ठेवा, त्यात ६० ℃ ~ ६५ ℃ पर्यंत प्रीहीट केलेले ८०% इथेनॉल विशिष्ट प्रमाणात घाला आणि १० ℃ पर्यंत स्थिर तापमान गरम करणाऱ्या चुंबकीय स्टिररवर ६० ℃ ~ ६५ ℃ वर यांत्रिक ढवळत ठेवा. सुपरनॅटंट सुकविण्यासाठी घ्या.

स्वच्छ चंचुपात्रात, क्लोराइड आयन तपासण्यासाठी सिल्व्हर नायट्रेट वापरा. ​​जर पांढरा अवक्षेपण असेल तर ते काचेच्या फिल्टरमधून गाळून घ्या आणि घन पदार्थ घ्या.

शरीराच्या भागासाठी मागील पायऱ्या पुन्हा करा, जोपर्यंत AgNO3 द्रावणाचा 1 थेंब टाकल्यानंतर गाळलेल्या भागामध्ये पांढरा अवक्षेपण होत नाही, म्हणजेच शुद्धीकरण आणि धुणे पूर्ण होत नाही.

36

मध्ये (प्रामुख्याने प्रतिक्रिया उप-उत्पादन NaCl काढून टाकण्यासाठी). सक्शन गाळल्यानंतर, वाळवल्यानंतर, खोलीच्या तापमानाला थंड केल्यानंतर आणि वजन केल्यानंतर.

वस्तुमान, ग्रॅम.

सेल्युलोज इथरसाठी चाचणी आणि वैशिष्ट्यीकरण पद्धती

सबस्टिट्यूशनची पदवी (DS) आणि मोलर सबस्टिट्यूशनची पदवी (MS) निश्चित करणे

डीएसचे निर्धारण: प्रथम, शुद्ध केलेल्या आणि वाळलेल्या सेल्युलोज इथर नमुन्याचे ०.२ ग्रॅम (अचूक ते ०.१ मिलीग्राम) वजन करा, ते विरघळवा.

८० मिली डिस्टिल्ड वॉटर, ३०℃~४०℃ तापमानावर स्थिर तापमानाच्या वॉटर बाथमध्ये १० मिनिटे ढवळत रहा. नंतर सल्फ्यूरिक आम्ल द्रावण किंवा NaOH द्रावणाने समायोजित करा.

द्रावणाचा pH 8 होईपर्यंत द्रावणाचा pH मोजा. नंतर pH मीटर इलेक्ट्रोड असलेल्या बीकरमध्ये, सल्फ्यूरिक आम्लाचे मानक द्रावण वापरा.

ढवळण्याच्या परिस्थितीत टायट्रेट करण्यासाठी, टायट्रेट करताना पीएच मीटर रीडिंगचे निरीक्षण करा, जेव्हा द्रावणाचे पीएच मूल्य 3.74 वर समायोजित केले जाते,

टायट्रेशन संपते. यावेळी वापरल्या जाणाऱ्या सल्फ्यूरिक आम्ल मानक द्रावणाचे आकारमान लक्षात घ्या.

पिढी:

वरच्या प्रोटॉन संख्या आणि हायड्रॉक्सीथिल गटाची बेरीज

वरच्या प्रोटॉनच्या संख्येचे गुणोत्तर; I7 हे हायड्रॉक्सीथिल गटावरील मिथिलीन गटाचे वस्तुमान आहे.

प्रोटॉन रेझोनन्स पीकची तीव्रता; सेल्युलोज ग्लुकोज युनिटवरील 5 मिथिन गट आणि एका मिथिलिन गटाच्या प्रोटॉन रेझोनन्स पीकची तीव्रता आहे.

बेरीज.

CMC, HEC आणि HEECMC या तीन सेल्युलोज इथरच्या इन्फ्रारेड वैशिष्ट्यीकरण चाचणीसाठी वर्णन केलेल्या चाचणी पद्धती

कायदा

३.२.४.३ एक्सआरडी चाचणी

तीन सेल्युलोज इथर CMC, HEC आणि HEECMC चे एक्स-रे डिफ्रॅक्शन विश्लेषण कॅरेक्टरायझेशन टेस्ट

वर्णन केलेली चाचणी पद्धत.

३.२.४.४ एच-एनएमआरची चाचणी

HEC चे H NMR स्पेक्ट्रोमीटर BRUKER द्वारे निर्मित Avance400 H NMR स्पेक्ट्रोमीटरने मोजले गेले.

डियुरेटेड डायमिथाइल सल्फोक्साइडचा द्रावक म्हणून वापर करून, द्रावणाची चाचणी द्रव हायड्रोजन NMR स्पेक्ट्रोस्कोपीद्वारे करण्यात आली. चाचणी वारंवारता 75.5MHz होती.

उबदार, द्रावण ०.५ मिली आहे.

३.३ निकाल आणि विश्लेषण

३.३.१ सीएमसी तयारी प्रक्रियेचे ऑप्टिमायझेशन

दुसऱ्या प्रकरणात काढलेल्या पाइन सेल्युलोजचा कच्चा माल म्हणून वापर करून आणि सोडियम क्लोरोएसीटेटचा इथरिफायिंग एजंट म्हणून वापर करून, एकल घटक प्रयोगाची पद्धत स्वीकारण्यात आली,

सीएमसीची तयारी प्रक्रिया ऑप्टिमाइझ करण्यात आली होती आणि प्रयोगाचे प्रारंभिक चल तक्ता ३.३ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे सेट केले होते. एचईसी तयारी प्रक्रिया खालीलप्रमाणे आहे.

कला मध्ये, विविध घटकांचे विश्लेषण.

तक्ता ३.३ प्रारंभिक घटक मूल्ये

घटक प्रारंभिक मूल्य

पूर्व-उपचार अल्कधर्मीकरण तापमान/℃ ४०

पूर्व-उपचार अल्कलाइनिंग वेळ/तास १

पूर्व-प्रक्रिया घन-द्रव गुणोत्तर/(ग्रॅम/मिली) १:२५

उपचारपूर्व लाय सांद्रता/% ४०

38

पहिल्या टप्प्यातील इथरिफिकेशन तापमान/℃ ४५

पहिल्या टप्प्यातील इथरिफिकेशन वेळ/तास १

दुसऱ्या टप्प्यातील इथरिफिकेशन तापमान/℃ ७०

दुसऱ्या टप्प्यातील इथरिफिकेशन वेळ/तास १

इथरिफिकेशन स्टेज/ग्रॅम २ मध्ये बेस डोस

इथरिफिकेशन टप्प्यात इथरिफिकेशन एजंटचे प्रमाण/ग्रॅम ४.३

ईथरिफाइड घन-द्रव गुणोत्तर/(ग्रॅम/मिली) १:१५

३.३.१.१ उपचारपूर्व क्षारीकरण टप्प्यात CMC प्रतिस्थापनाच्या डिग्रीवर विविध घटकांचा प्रभाव

१. प्रीट्रीटमेंट अल्कलायझेशन तापमानाचा CMC च्या प्रतिस्थापन डिग्रीवर होणारा परिणाम

प्राप्त झालेल्या CMC मध्ये प्रतिस्थापनाच्या डिग्रीवर प्रीट्रीटमेंट अल्कलायझेशन तापमानाचा परिणाम विचारात घेण्यासाठी, इतर घटकांना प्रारंभिक मूल्ये म्हणून निश्चित करण्याच्या बाबतीत,

परिस्थितीनुसार, CMC प्रतिस्थापन डिग्रीवर प्रीट्रीटमेंट अल्कलायझेशन तापमानाचा परिणाम चर्चा केली आहे आणि परिणाम आकृतीमध्ये दर्शविले आहेत.

पूर्व-उपचार अल्कधर्मीकरण तापमान/℃

प्रीट्रीटमेंट अल्कलायझिंग तापमानाचा CMC प्रतिस्थापन डिग्रीवर होणारा परिणाम

हे दिसून येते की प्रीट्रीटमेंट अल्कलायझेशन तापमानात वाढ झाल्याने CMC च्या प्रतिस्थापनाची डिग्री वाढते आणि अल्कलायझेशन तापमान 30 °C असते.

वाढत्या तापमानासह प्रतिस्थापनाचे वरील अंश कमी होतात. याचे कारण म्हणजे क्षारीकरण तापमान खूप कमी असते आणि रेणू कमी सक्रिय असतात आणि ते करण्यास असमर्थ असतात.

सेल्युलोजच्या स्फटिकीय क्षेत्राचा प्रभावीपणे नाश करा, ज्यामुळे इथरिफिकेशन अवस्थेत इथरिफायिंग एजंटला सेल्युलोजच्या आतील भागात प्रवेश करणे कठीण होते आणि प्रतिक्रियेची डिग्री तुलनेने जास्त असते.

कमी, परिणामी उत्पादन प्रतिस्थापन कमी प्रमाणात होते. तथापि, क्षारीकरण तापमान खूप जास्त नसावे. तापमान वाढत असताना, उच्च तापमान आणि मजबूत क्षारांच्या कृतीखाली,

सेल्युलोज ऑक्सिडेटिव्ह डिग्रेडेशनला बळी पडतो आणि उत्पादन CMC च्या प्रतिस्थापनाची डिग्री कमी होते.

२. उपचारपूर्व क्षारीकरण वेळेचा CMC प्रतिस्थापनाच्या डिग्रीवर प्रभाव

उपचारपूर्व क्षारीकरण तापमान ३० °C असेल आणि इतर घटक हे प्रारंभिक मूल्ये असतील तर, CMC वर उपचारपूर्व क्षारीकरण वेळेचा परिणाम चर्चा केला आहे.

प्रतिस्थापनाचा परिणाम. प्रतिस्थापनाची डिग्री

पूर्व-उपचार अल्कलाइनिंग वेळ/तास

उपचारपूर्व क्षारीकरण वेळेचा परिणामसीएमसीप्रतिस्थापन पदवी

बल्किंग प्रक्रिया स्वतः तुलनेने जलद असते, परंतु अल्कली द्रावणाला फायबरमध्ये विशिष्ट प्रसार वेळ आवश्यक असतो.

जेव्हा क्षारीकरण वेळ ०.५-१.५ तास असतो तेव्हा उत्पादनाची प्रतिस्थापन डिग्री क्षारीकरण वेळेच्या वाढीसह वाढते हे दिसून येते.

मिळालेल्या उत्पादनाच्या प्रतिस्थापनाची डिग्री १.५ तासाच्या वेळेत सर्वाधिक होती आणि १.५ तासानंतर वेळ वाढल्याने प्रतिस्थापनाची डिग्री कमी झाली. हे करू शकते

कदाचित अल्कलीकरणाच्या सुरुवातीला, अल्कलीकरणाचा कालावधी वाढल्याने, अल्कलीचे सेल्युलोजमध्ये प्रवेश करणे पुरेसे असते, जेणेकरून फायबर

मुख्य रचना अधिक आरामदायी आहे, ज्यामुळे इथरिफायिंग एजंट आणि सक्रिय माध्यम वाढते.