सेल्युलोज इथरची तयारी

1 परिचय

सध्या, मुख्य कच्चा माल तयार करण्यासाठी वापरले जातेसेल्युलोज इथरकापूस आहे, आणि त्याचे उत्पादन कमी होत आहे, आणि किंमत देखील वाढत आहे;

शिवाय, क्लोरोएसिटिक ऍसिड (अत्यंत विषारी) आणि इथिलीन ऑक्साइड (कार्सिनोजेनिक) यांसारखे सामान्यतः वापरले जाणारे इथरफायिंग एजंट देखील मानवी शरीरासाठी आणि पर्यावरणासाठी अधिक हानिकारक असतात. पुस्तक

या प्रकरणात, दुसऱ्या प्रकरणात काढलेल्या 90% पेक्षा जास्त सापेक्ष शुद्धतेसह पाइन सेल्युलोज कच्चा माल म्हणून वापरला जातो आणि सोडियम क्लोरोएसीटेट आणि 2-क्लोरोथेनॉल पर्याय म्हणून वापरले जातात.

अत्यंत विषारी क्लोरोएसिटिक ऍसिडचा इथरफायिंग एजंट म्हणून वापर करणे, एनिओनिककार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोज (CMC), नॉन-आयनिक हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज तयार केले होते.

सेल्युलोज (HEC) आणि मिश्रित हायड्रॉक्सीथिल कार्बोक्झिमिथाइल सेल्युलोज (HECMC) तीन सेल्युलोज इथर. एकच घटक

तीन सेल्युलोज इथरच्या तयारीचे तंत्र प्रयोग आणि ऑर्थोगोनल प्रयोगांद्वारे ऑप्टिमाइझ केले गेले आणि संश्लेषित सेल्युलोज इथर FT-IR, XRD, H-NMR इ. द्वारे वैशिष्ट्यीकृत केले गेले.

सेल्युलोज इथरिफिकेशनची मूलभूत तत्त्वे

सेल्युलोज इथरिफिकेशनचे तत्त्व दोन भागात विभागले जाऊ शकते. पहिला भाग म्हणजे क्षारीकरण प्रक्रिया, म्हणजेच सेल्युलोजच्या अल्कलायझेशन प्रतिक्रिया दरम्यान,

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

मोठ्या प्रमाणात NaOH लहान रेणू पाइन सेल्युलोजच्या आतील भागात घुसले आणि ग्लूकोज स्ट्रक्चरल युनिटच्या अंगठीवरील हायड्रॉक्सिल गटांशी प्रतिक्रिया व्यक्त केली,

अल्कली सेल्युलोज व्युत्पन्न करते, इथरिफिकेशन प्रतिक्रियाचे सक्रिय केंद्र.

दुसरा भाग इथरिफिकेशन प्रक्रिया आहे, म्हणजे, सक्रिय केंद्र आणि सोडियम क्लोरोएसीटेट किंवा 2-क्लोरोएथेनॉल यांच्यातील अल्कधर्मी परिस्थितीत प्रतिक्रिया, परिणामी

त्याच वेळी, इथरफायिंग एजंट सोडियम क्लोरोएसीटेट आणि 2-क्लोरोथेनॉल देखील अल्कधर्मी परिस्थितीत काही प्रमाणात पाणी तयार करेल.

साइड रिॲक्शन्स अनुक्रमे सोडियम ग्लायकोलेट आणि इथिलीन ग्लायकोल तयार करण्यासाठी सोडवल्या जातात.

2 पाइन सेल्युलोजचे केंद्रित अल्कली डिक्रिस्टलायझेशन प्रीट्रीटमेंट

प्रथम, विआयनीकृत पाण्याने NaOH द्रावणाची विशिष्ट एकाग्रता तयार करा. नंतर, एका विशिष्ट तापमानात, पाइन फायबर 2 ग्रॅम

व्हिटॅमिन NaOH द्रावणाच्या ठराविक प्रमाणात विरघळले जाते, काही काळ ढवळले जाते आणि नंतर वापरण्यासाठी फिल्टर केले जाते.

इन्स्ट्रुमेंट मॉडेल उत्पादक

अचूक pH मीटर

कलेक्टर प्रकार स्थिर तापमान गरम करणारे चुंबकीय ढवळक

व्हॅक्यूम कोरडे ओव्हन

इलेक्ट्रॉनिक शिल्लक

अभिसरण पाणी प्रकार बहुउद्देशीय व्हॅक्यूम पंप

फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर

एक्स-रे डिफ्रॅक्टोमीटर

न्यूक्लियर मॅग्नेटिक रेझोनान्स स्पेक्ट्रोमीटर

Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.

Hangzhou Huichuang Instrument Equipment Co., Ltd.

शांघाय जिंगहॉन्ग प्रायोगिक उपकरण कं, लि.

मेटलर टोलेडो इन्स्ट्रुमेंट्स (शांघाय) कं, लि.

हांगझो डेव्हिड सायन्स अँड एज्युकेशन इन्स्ट्रुमेंट कं, लि.

अमेरिकन थर्मो फिशर कं, लि.

अमेरिकन थर्मोइलेक्ट्रिक स्वित्झर्लंड एआरएल कंपनी

स्विस कंपनी BRUKER

35

CMCs तयार करणे

पाइन लाकूड अल्कली सेल्युलोज प्रीट्रीटेड अल्कली डिक्रिस्टलायझेशनद्वारे कच्चा माल म्हणून वापरणे, इथेनॉलचा विद्राव म्हणून वापर करणे आणि इथरिफिकेशन म्हणून सोडियम क्लोरोएसीटेट वापरणे

उच्च DS सह CMC दोनदा अल्कली आणि दोनदा इथरफायिंग एजंट जोडून तयार केले गेले. चार मानेच्या फ्लास्कमध्ये 2 ग्रॅम पाइन वुड अल्कली सेल्युलोज घाला, नंतर विशिष्ट प्रमाणात इथेनॉल सॉल्व्हेंट घाला आणि 30 मिनिटे नीट ढवळून घ्या

बद्दल, जेणेकरून अल्कली सेल्युलोज पूर्णपणे विखुरले जाईल. नंतर ठराविक प्रमाणात अल्कली एजंट आणि सोडियम क्लोरोएसीटेट घालून ठराविक इथरिफिकेशन तापमानावर ठराविक कालावधीसाठी प्रतिक्रिया द्या.

कालांतराने, अल्कधर्मी एजंट आणि सोडियम क्लोरोएसीटेटची दुसरी भर त्यानंतर ठराविक कालावधीसाठी इथरिफिकेशन केले जाते. प्रतिक्रिया संपल्यानंतर, थंड करा आणि थंड करा, नंतर

योग्य प्रमाणात ग्लेशियल ऍसिटिक ऍसिडसह तटस्थ करा, नंतर सक्शन फिल्टर करा, धुवा आणि वाळवा.

HECs तयार करणे

पाइन लाकूड अल्कली सेल्युलोज प्रीट्रीटेड अल्कली डिक्रिस्टलायझेशनसह कच्चा माल म्हणून, इथेनॉल सॉल्व्हेंट म्हणून आणि 2-क्लोरोथेनॉल इथरिफिकेशन म्हणून वापरणे

उच्च एमएस असलेले एचईसी दोनदा अल्कली आणि दोनदा इथरफायिंग एजंट जोडून तयार केले गेले. चार मानेच्या फ्लास्कमध्ये 2 ग्रॅम पाइन लाकूड अल्कली सेल्युलोज घाला आणि 90% (व्हॉल्यूम अपूर्णांक) इथेनॉलचा ठराविक व्हॉल्यूम घाला, हलवा

पूर्ण विखुरण्यासाठी ठराविक कालावधीसाठी ढवळावे, नंतर ठराविक प्रमाणात अल्कली घाला, आणि हळूहळू गरम करा, ठराविक मात्रा 2- जोडा

क्लोरोथेनॉल, ठराविक कालावधीसाठी स्थिर तापमानात इथरिफिकेशन केले जाते आणि नंतर ठराविक कालावधीसाठी इथरिफिकेशन सुरू ठेवण्यासाठी उर्वरित सोडियम हायड्रॉक्साइड आणि 2-क्लोरोथेनॉल जोडले जाते. उपचार

प्रतिक्रिया पूर्ण झाल्यानंतर, विशिष्ट प्रमाणात ग्लेशियल ऍसिटिक ऍसिडसह तटस्थ करा आणि शेवटी ग्लास फिल्टर (G3) सह फिल्टर करा, धुवा आणि कोरडे करा.

HEMCC ची तयारी

कच्चा माल म्हणून 3.2.3.4 मध्ये तयार केलेले HEC, प्रतिक्रिया माध्यम म्हणून इथेनॉल आणि इथरफायिंग एजंट म्हणून सोडियम क्लोरोएसीटेट वापरणे.

HECMC. विशिष्ट प्रक्रिया अशी आहे: ठराविक प्रमाणात एचईसी घ्या, 100 एमएल चार-मानेच्या फ्लास्कमध्ये ठेवा आणि नंतर ठराविक प्रमाणात व्हॉल्यूम घाला.

90% इथेनॉल, ते पूर्णपणे विखुरले जावे यासाठी काही काळ यांत्रिकरित्या ढवळावे, गरम केल्यानंतर ठराविक प्रमाणात अल्कली घाला आणि हळूहळू घाला.

सोडियम क्लोरोएसीटेट, स्थिर तापमानात इथरिफिकेशन ठराविक कालावधीनंतर संपते. प्रतिक्रिया पूर्ण झाल्यानंतर, ते तटस्थ करण्यासाठी ग्लेशियल ऍसिटिक ऍसिडसह तटस्थ करा, नंतर ग्लास फिल्टर (G3) वापरा.

सक्शन फिल्टरेशन, धुणे आणि कोरडे केल्यानंतर.

सेल्युलोज इथरचे शुद्धीकरण

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

अशुद्धी सेल्युलोज इथरची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी, प्राप्त सेल्युलोज इथरवर साधे शुद्धीकरण केले गेले. कारण ते पाण्यात आहेत

भिन्न विद्राव्यता आहेत, म्हणून प्रयोगात तयार केलेले तीन सेल्युलोज इथर शुद्ध करण्यासाठी हायड्रेटेड इथेनॉलचा विशिष्ट खंड वापरला जातो.

बदल

एका विशिष्ट गुणवत्तेसह तयार केलेला सेल्युलोज इथर नमुना एका बीकरमध्ये ठेवा, 60 ℃ ~ 65 ℃ पर्यंत प्रीहीट केलेले 80% इथेनॉल घाला आणि स्थिर तापमान तापविणाऱ्या चुंबकीय स्टिररवर 60 ℃ ~ 65 ℃ वर यांत्रिक ढवळत ठेवा. 10 ℃ साठी. मि सुकविण्यासाठी supernatant घ्या

स्वच्छ बीकरमध्ये, क्लोराईड आयन तपासण्यासाठी सिल्व्हर नायट्रेट वापरा. जर पांढरा अवक्षेपण असेल तर ते काचेच्या फिल्टरद्वारे फिल्टर करा आणि घन घ्या

शरीराच्या भागासाठी मागील चरणांची पुनरावृत्ती करा, जोपर्यंत AgNO3 द्रावणाचा 1 थेंब जोडल्यानंतर फिल्टरमध्ये पांढरा अवक्षेप होत नाही, म्हणजेच शुद्धीकरण आणि धुणे पूर्ण होत नाही.

36

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

वस्तुमान, जी.

सेल्युलोज इथरसाठी चाचणी आणि वैशिष्ट्यीकरण पद्धती

सबस्टिट्यूशनची डिग्री (DS) आणि मोलर डिग्री ऑफ सबस्टिट्यूशन (MS) चे निर्धारण

DS चे निर्धारण: प्रथम, शुद्ध आणि वाळलेल्या सेल्युलोज इथर नमुन्याचे 0.2 ग्रॅम (अचूक ते 0.1 मिग्रॅ) वजन करा, त्यात विरघळवा

80mL डिस्टिल्ड वॉटर, 10 मिनिटांसाठी 30°~ 40° तापमानाच्या पाण्याच्या आंघोळीमध्ये ढवळले. नंतर सल्फ्यूरिक ऍसिड द्रावण किंवा NaOH द्रावणासह समायोजित करा

द्रावणाचा pH जोपर्यंत द्रावणाचा pH 8 होत नाही तोपर्यंत. नंतर pH मीटर इलेक्ट्रोडने सुसज्ज असलेल्या बीकरमध्ये, सल्फ्यूरिक ऍसिडचे प्रमाणित द्रावण वापरा.

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

टायट्रेशन संपते. यावेळी वापरलेल्या सल्फ्यूरिक ऍसिड मानक द्रावणाची मात्रा लक्षात घ्या.

पिढी:

वरच्या प्रोटॉन संख्या आणि हायड्रॉक्सीथिल गटाची बेरीज

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

प्रोटॉन अनुनाद शिखराची तीव्रता; सेल्युलोज ग्लुकोज युनिटवर 5 मिथिन गट आणि एक मिथिलीन गटाच्या प्रोटॉन रेझोनान्स शिखराची तीव्रता आहे

बेरीज.

तीन सेल्युलोज इथर CMC, HEC आणि HEECMC च्या इन्फ्रारेड कॅरेक्टरायझेशन चाचणीसाठी वर्णन केलेल्या चाचणी पद्धती

कायदा

3.2.4.3 XRD चाचणी

तीन सेल्युलोज इथर सीएमसी, एचईसी आणि एचईईसीएमसीची एक्स-रे डिफ्रॅक्शन ॲनालिसिस कॅरेक्टरायझेशन टेस्ट

वर्णन केलेली चाचणी पद्धत.

3.2.4.4 H-NMR ची चाचणी

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

डियुरेटेड डायमिथाइल सल्फोक्साईड सॉल्व्हेंट म्हणून वापरून, द्रव हायड्रोजन NMR स्पेक्ट्रोस्कोपीद्वारे द्रावणाची चाचणी घेण्यात आली. चाचणी वारंवारता 75.5MHz होती.

उबदार, द्रावण 0.5 एमएल आहे.

3.3 परिणाम आणि विश्लेषण

3.3.1 CMC तयारी प्रक्रियेचे ऑप्टिमायझेशन

कच्चा माल म्हणून दुस-या अध्यायात काढलेल्या पाइन सेल्युलोजचा वापर करून, आणि सोडियम क्लोरोएसीटेटचा इथरीफायिंग एजंट म्हणून वापर करून, सिंगल फॅक्टर प्रयोगाची पद्धत अवलंबली गेली,

CMC ची तयारी प्रक्रिया ऑप्टिमाइझ केली गेली आणि प्रयोगाचे प्रारंभिक चल टेबल 3.3 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे सेट केले गेले. खालील HEC तयारी प्रक्रिया आहे

कला मध्ये, विविध घटकांचे विश्लेषण.

तक्ता 3.3 प्रारंभिक घटक मूल्ये

फॅक्टर प्रारंभिक मूल्य

प्रीट्रीटमेंट अल्कलाइजिंग तापमान/℃ 40

प्रीट्रीटमेंट अल्कलायझिंग वेळ/ता 1

प्रीट्रीटमेंट सॉलिड-लिक्विड रेशो/(g/mL) 1:25

प्रीट्रीटमेंट लाइ एकाग्रता/% 40

38

पहिल्या टप्प्यातील इथरिफिकेशन तापमान/℃ 45

पहिल्या टप्प्यातील इथरिफिकेशन वेळ/ता 1

दुसऱ्या टप्प्यातील इथरिफिकेशन तापमान/℃ 70

दुसरा टप्पा इथरिफिकेशन वेळ/ता 1

इथरिफिकेशन स्टेजमध्ये बेस डोस/g 2

इथरिफिकेशन स्टेजमध्ये इथरिफिकेशन एजंटची रक्कम/g 4.3

इथरिफाइड सॉलिड-लिक्विड रेशो/(g/mL) 1:15

३.३.१.१ प्रीट्रीटमेंट अल्कलायझेशन स्टेजमध्ये सीएमसी प्रतिस्थापन डिग्रीवर विविध घटकांचा प्रभाव

1. सीएमसीच्या प्रतिस्थापन डिग्रीवर प्रीट्रीटमेंट अल्कलायझेशन तापमानाचा प्रभाव

प्राप्त सीएमसीमध्ये प्रतिस्थापनाच्या डिग्रीवर प्रीट्रीटमेंट क्षारीकरण तापमानाचा प्रभाव विचारात घेण्यासाठी, प्रारंभिक मूल्ये म्हणून इतर घटक निश्चित करण्याच्या बाबतीत,

परिस्थितीनुसार, सीएमसी प्रतिस्थापन डिग्रीवर प्रीट्रीटमेंट अल्कलायझेशन तापमानाच्या प्रभावावर चर्चा केली जाते आणि परिणाम अंजीर मध्ये दर्शविले आहेत.

प्रीट्रीटमेंट अल्कलायझिंग तापमान/℃

सीएमसी प्रतिस्थापन डिग्रीवर प्रीट्रीटमेंट अल्कलायझिंग तापमानाचा प्रभाव

हे पाहिले जाऊ शकते की सीएमसीच्या प्रतिस्थापनाची डिग्री प्रीट्रीटमेंट क्षारीकरण तापमानाच्या वाढीसह वाढते आणि क्षारीकरण तापमान 30 डिग्री सेल्सियस आहे.

प्रतिस्थापनाच्या वरील अंश वाढत्या तापमानासह कमी होतात. याचे कारण असे आहे की क्षारीय तापमान खूप कमी आहे, आणि रेणू कमी सक्रिय आणि अक्षम आहेत

सेल्युलोजचे स्फटिकासारखे क्षेत्र प्रभावीपणे नष्ट करते, ज्यामुळे इथरिफिकेशन अवस्थेत सेल्युलोजच्या आतील भागात प्रवेश करणे इथरिफिकेशन एजंटला कठीण होते आणि प्रतिक्रियेची डिग्री तुलनेने जास्त असते.

कमी, परिणामी उत्पादन प्रतिस्थापन कमी प्रमाणात होते. तथापि, क्षारीय तापमान खूप जास्त नसावे. जसजसे तापमान वाढते तसतसे उच्च तापमान आणि मजबूत अल्कली यांच्या कृती अंतर्गत,

सेल्युलोज ऑक्सिडेटिव्ह डिग्रेडेशनला प्रवण आहे आणि सीएमसी उत्पादनाच्या प्रतिस्थापनाची डिग्री कमी होते.

2. सीएमसी प्रतिस्थापन डिग्रीवर प्रीट्रीटमेंट अल्कलिनायझेशन वेळेचा प्रभाव

उपचारपूर्व क्षारीकरण तापमान 30 °C आहे आणि इतर घटक प्रारंभिक मूल्ये आहेत या स्थितीत, CMC वर प्रीट्रीटमेंट अल्कलायझेशन वेळेच्या प्रभावावर चर्चा केली जाते.

प्रतिस्थापनाचा प्रभाव. प्रतिस्थापन पदवी

प्रीट्रीटमेंट अल्कलायझिंग वेळ/ता

प्रीट्रीटमेंट क्षारीकरण वेळेचा प्रभावCMCप्रतिस्थापन पदवी

बल्किंग प्रक्रिया स्वतःच तुलनेने वेगवान असते, परंतु अल्कली द्रावणाला फायबरमध्ये विशिष्ट प्रसार वेळ लागतो.

हे पाहिले जाऊ शकते की जेव्हा क्षारीकरण वेळ 0.5-1.5h असतो, तेव्हा उत्पादनाची प्रतिस्थापन पदवी क्षारीकरण वेळेच्या वाढीसह वाढते.

1.5h ची वेळ असताना प्राप्त केलेल्या उत्पादनाच्या प्रतिस्थापनाची डिग्री सर्वात जास्त होती आणि 1.5h नंतर वेळ वाढल्याने प्रतिस्थापनाची डिग्री कमी झाली. हे करू शकता

कारण क्षारीकरणाच्या सुरूवातीस, क्षारीकरणाचा वेळ वाढल्याने, सेल्युलोजमध्ये अल्कलीची घुसखोरी अधिक पुरेशी असते, ज्यामुळे फायबर

प्राइम स्ट्रक्चर अधिक आरामशीर आहे, इथरिफायिंग एजंट आणि सक्रिय माध्यम वाढवते