1 Inleiding
Momenteel is de belangrijkste grondstof die wordt gebruikt bij de bereiding vancellulose-etheris katoen, en de productie ervan daalt, terwijl de prijs ook stijgt;
Bovendien zijn de veelgebruikte veretherende middelen zoals chloorazijnzuur (zeer giftig) en ethyleenoxide (kankerverwekkend) ook schadelijker voor het menselijk lichaam en het milieu. Boek
In dit hoofdstuk wordt de in hoofdstuk twee gewonnen cellulose uit dennenhout met een relatieve zuiverheid van meer dan 90% als grondstof gebruikt. Als vervangers worden natriumchlooracetaat en 2-chloorethanol gebruikt.
Door het gebruik van het zeer giftige chloorazijnzuur als veretheringsmiddel, anionischcarboxymethylcellulose (CMC), werden niet-ionische hydroxyethylcellulose bereid.
Cellulose (HEC) en gemengde hydroxyethylcarboxymethylcellulose (HECMC) drie cellulose-ethers. enkele factor
De bereidingstechnieken van drie cellulose-ethers werden geoptimaliseerd door middel van experimenten en orthogonale experimenten en de gesynthetiseerde cellulose-ethers werden gekarakteriseerd met behulp van FT-IR, XRD, H-NMR, enz.
Basisprincipes van cellulose-etherificatie
Het principe van cellulose-etherificatie kan in twee delen worden verdeeld. Het eerste deel is het alkalisatieproces, dat wil zeggen tijdens de alkalisatiereactie van cellulose,
Gelijkmatig verdeeld in een NaOH-oplossing zwelt dennencellulose heftig op onder invloed van mechanisch roeren en met de uitzetting van water
Een grote hoeveelheid NaOH-kleine moleculen drong door tot het binnenste van dennencellulose en reageerde met de hydroxylgroepen op de ring van de glucose-structuureenheid,
Genereert alkalicellulose, het actieve centrum van de veretheringsreactie.
Het tweede deel is het veretheringsproces, dat wil zeggen de reactie tussen het actieve centrum en natriumchlooracetaat of 2-chloorethanol onder alkalische omstandigheden, resulterend in
Tegelijkertijd zullen de veretherende middelen natriumchlooracetaat en 2-chloorethanol onder alkalische omstandigheden ook een zekere mate van water produceren.
De nevenreacties resulteren respectievelijk in natriumglycolaat en ethyleenglycol.
2 Geconcentreerde alkalische dekristallisatievoorbehandeling van dennencellulose
Bereid eerst een NaOH-oplossing met een bepaalde concentratie en gedemineraliseerd water. Voeg vervolgens, bij een bepaalde temperatuur, 2 gram dennenvezels toe.
De vitamine wordt opgelost in een bepaald volume NaOH-oplossing, gedurende een bepaalde tijd geroerd en vervolgens gefilterd voor gebruik.
Fabrikant van het instrumentmodel
Precisie pH-meter
Magneetroerder met constante temperatuur en collectorverwarming
Vacuümdroogoven
Elektronische weegschaal
Multifunctionele vacuümpomp met circulerend water
Fourier-transformatie-infraroodspectrometer
Röntgendiffractometer
Nucleaire magnetische resonantiespectrometer
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Instrument Equipment Co., Ltd.
Shanghai Jinghong Experimentele Apparatuur Co., Ltd.
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Science en Education Instrument Co., Ltd.
American Thermo Fisher Co., Ltd.
American Thermoelectric Switzerland ARL Company
Zwitsers bedrijf BRUKER
35
Voorbereiding van CMC's
Met behulp van alkalicellulose van dennenhout, voorbehandeld door geconcentreerde alkali-dekristallisatie, als grondstof, met behulp van ethanol als oplosmiddel en met behulp van natriumchlooracetaat als verethering
CMC met een hogere DS werd bereid door tweemaal alkali en tweemaal veretheringsmiddel toe te voegen. Voeg 2 g alkalicellulose van dennenhout toe aan de vierhalskolf, voeg vervolgens een bepaalde hoeveelheid ethanol als oplosmiddel toe en roer 30 minuten goed.
ongeveer, zodat de alkalicellulose volledig is gedispergeerd. Voeg vervolgens een bepaalde hoeveelheid alkali en natriumchlooracetaat toe om gedurende een bepaalde tijd te laten reageren bij een bepaalde veretheringstemperatuur.
Na verloop van tijd wordt een tweede alkalische oplossing en natriumchlooracetaat toegevoegd, gevolgd door een tijdsinterval van ethervorming. Na afloop van de reactie wordt de reactie afgekoeld en opnieuw afgekoeld.
Neutraliseer met een geschikte hoeveelheid ijsazijn, zuig het filter eraf, was het en laat het drogen.
Voorbereiding van HEC's
Met behulp van alkalicellulose van dennenhout, voorbehandeld met geconcentreerde alkali-dekristallisatie als grondstof, ethanol als oplosmiddel en 2-chloorethanol als verethering
De HEC met hogere MS werd bereid door tweemaal alkali en tweemaal veretheringsmiddel toe te voegen. Voeg 2 g alkalicellulose van dennenhout toe aan een vierhalskolf en voeg een bepaald volume 90% (volumefractie) ethanol toe, roer.
Roer een tijdje tot het volledig is opgelost, voeg dan een bepaalde hoeveelheid alkali toe en verwarm langzaam, voeg een bepaald volume 2- toe
Chloorethanol, gedurende een bepaalde tijd bij een constante temperatuur veretherd, en vervolgens de resterende natriumhydroxide en 2-chloorethanol toegevoegd om de verethering gedurende een bepaalde tijd voort te zetten.
Nadat de reactie voltooid is, neutraliseer je met een bepaalde hoeveelheid ijsazijn en filter je het mengsel ten slotte met een glasfilter (G3), was je het en laat je het drogen.
Voorbereiding van HEMCC
Met behulp van de in 3.2.3.4 bereide HEC als grondstof, ethanol als reactiemedium en natriumchlooracetaat als veretheringsmiddel om
HECMC. Het specifieke proces is: neem een bepaalde hoeveelheid HEC, doe deze in een vierhalskolf van 100 ml en voeg vervolgens een bepaalde hoeveelheid volume toe.
90% ethanol, mechanisch roeren gedurende een bepaalde tijd om het volledig te laten dispergeren, na verhitting een bepaalde hoeveelheid alkali toevoegen en langzaam toevoegen
Natriumchlooracetaat, de verethering bij constante temperatuur eindigt na enige tijd. Neutraliseer de reactie na voltooiing met ijsazijn en gebruik vervolgens een glasfilter (G3).
Na zuigfiltratie, wassen en drogen.
Zuivering van cellulose-ethers
Bij het bereidingsproces van cellulose-ether ontstaan vaak enkele bijproducten, voornamelijk het anorganische zout natriumchloride en enkele andere
onzuiverheden. Om de kwaliteit van cellulose-ether te verbeteren, werd een eenvoudige zuivering uitgevoerd op de verkregen cellulose-ether. omdat ze in water zitten
Omdat er verschillende oplosbaarheidsgraden zijn, wordt in dit experiment een bepaald volumedeel gehydrateerde ethanol gebruikt om de drie bereide cellulose-ethers te zuiveren.
wijziging.
Plaats het met een bepaalde kwaliteit bereide cellulose-ethermonster in een bekerglas, voeg een bepaalde hoeveelheid 80% ethanol toe die is voorverwarmd tot 60 ℃ ~ 65 ℃ en blijf mechanisch roeren bij 60 ℃ ~ 65 ℃ op een magnetische roerder met constante temperatuur gedurende 10 ℃. min. Laat de supernatant drogen.
Gebruik zilvernitraat in een schoon bekerglas om te controleren op chloride-ionen. Als er een witte neerslag is, filter deze dan door een glazen filter en neem de vaste stof.
Herhaal de voorgaande stappen voor het lichaamsdeel, totdat het filtraat na toevoeging van 1 druppel AgNO3-oplossing geen witte neerslag meer bevat, dat wil zeggen dat de zuivering en het wassen voltooid zijn.
36
(voornamelijk om het reactieproduct NaCl te verwijderen). Na filtratie door middel van zuigen, drogen, afkoelen tot kamertemperatuur en wegen.
massa, g.
Test- en karakteriseringsmethoden voor cellulose-ethers
Bepaling van de substitutiegraad (DS) en de molaire substitutiegraad (MS)
Bepaling van DS: Weeg eerst 0,2 g (nauwkeurig tot op 0,1 mg) van het gezuiverde en gedroogde cellulose-ethermonster af, los het op in
80 ml gedestilleerd water, geroerd in een waterbad met constante temperatuur van 30 ~ 40 °C gedurende 10 minuten. Vervolgens aanpassen met zwavelzuuroplossing of NaOH-oplossing.
pH van de oplossing totdat de pH van de oplossing 8 is. Gebruik vervolgens in een bekerglas met een pH-meterelektrode een standaardoplossing van zwavelzuur
Om te titreren, moet u onder roeren de pH-meter in de gaten houden tijdens het titreren, wanneer de pH-waarde van de oplossing is aangepast naar 3,74,
De titratie is voltooid. Noteer het volume zwavelzuurstandaardoplossing dat tot nu toe is gebruikt.
Generatie:
De som van de bovenste protonnummers en de hydroxyethylgroep
De verhouding van het aantal bovenste protonen; I7 is de massa van de methyleengroep op de hydroxyethylgroep
Intensiteit van de protonresonantiepiek; is de intensiteit van de protonresonantiepiek van 5 methinegroepen en één methyleengroep op de cellulose-glucose-eenheid
Som.
De beschreven testmethoden voor de infraroodkarakteriseringstest van de drie cellulose-ethers CMC, HEC en HEECMC
Wet
3.2.4.3 XRD-test
Röntgendiffractieanalyse-karakteriseringstest van drie cellulose-ethers CMC, HEC en HEECMC
de beschreven testmethode.
3.2.4.4 Testen van H-NMR
De H NMR-spectrometer van HEC werd gemeten met de Avance400 H NMR-spectrometer, geproduceerd door BRUKER.
Met gedeutereerd dimethylsulfoxide als oplosmiddel werd de oplossing getest met behulp van vloeibare waterstof-NMR-spectroscopie. De testfrequentie was 75,5 MHz.
Warm, de oplossing is 0,5 ml.
3.3 Resultaten en analyse
3.3.1 Optimalisatie van het CMC-bereidingsproces
Met behulp van de in het tweede hoofdstuk geëxtraheerde dennencellulose als grondstof en natriumchlooracetaat als veretheringsmiddel werd de methode van het experiment met één factor aangenomen.
Het bereidingsproces van CMC werd geoptimaliseerd en de initiële variabelen van het experiment werden ingesteld zoals weergegeven in tabel 3.3. Hieronder volgt het bereidingsproces van HEC.
In de kunst is dit de analyse van verschillende factoren.
Tabel 3.3 Initiële factorwaarden
Factor Initiële waarde
Voorbehandeling alkaliserende temperatuur/℃ 40
Voorbehandeling alkaliseringstijd/u 1
Voorbehandeling vaste stof-vloeistofverhouding/(g/ml) 1:25
Voorbehandeling loogconcentratie/% 40
38
De eerste fase van de verethering is een temperatuur van 45 °C.
Veretheringstijd eerste fase/u 1
Tweede fase veretheringstemperatuur/℃ 70
Tweede fase veretheringstijd/u 1
Basisdosering in veretheringsfase/g 2
Hoeveelheid veretheringsmiddel in veretheringsfase/g 4,3
Veretherde vaste stof-vloeistofverhouding/(g/ml) 1:15
3.3.1.1 Invloed van verschillende factoren op de CMC-substitutiegraad in de alkalisatiefase van de voorbehandeling
1. Het effect van de alkalisatietemperatuur tijdens de voorbehandeling op de substitutiegraad van CMC
Om het effect van de alkalisatietemperatuur van de voorbehandeling op de substitutiegraad in de verkregen CMC te kunnen overwegen, moeten, in het geval dat andere factoren als beginwaarden worden vastgelegd,
Onder deze omstandigheden wordt het effect van de alkalisatietemperatuur tijdens de voorbehandeling op de substitutiegraad van CMC besproken. De resultaten worden weergegeven in figuur 1.
Voorbehandeling alkaliserende temperatuur/℃
Effect van de alkaliserende voorbehandelingstemperatuur op de CMC-substitutiegraad
Te zien is dat de substitutiegraad van CMC toeneemt naarmate de alkalisatietemperatuur van de voorbehandeling stijgt. De alkalisatietemperatuur bedraagt 30 °C.
De bovengenoemde substitutiegraden nemen af met toenemende temperatuur. Dit komt doordat de alkaliserende temperatuur te laag is, waardoor de moleculen minder actief zijn en niet in staat zijn om
Vernietigt effectief het kristallijne gebied van cellulose, waardoor het voor het veretheringsmiddel moeilijk wordt om het inwendige van de cellulose binnen te dringen in de veretheringsfase, en de reactiegraad is relatief hoog.
laag, wat resulteert in een lagere mate van productsubstitutie. De alkalisatietemperatuur mag echter niet te hoog zijn. Naarmate de temperatuur stijgt, onder invloed van hoge temperaturen en sterke alkali,
Cellulose is gevoelig voor oxidatieve afbraak en de substitutiegraad van het product CMC neemt af.
2. Invloed van de alkalinisatietijd van de voorbehandeling op de CMC-substitutiegraad
Onder de voorwaarde dat de alkalisatietemperatuur van de voorbehandeling 30 °C bedraagt en andere factoren de beginwaarden zijn, wordt het effect van de alkalisatietijd van de voorbehandeling op CMC besproken.
Het effect van substitutie. Mate van substitutie
Voorbehandeling alkaliseringstijd/u
Effect van de alkalinisatietijd van de voorbehandeling opCMCsubstitutiegraad
Het bulkingproces zelf verloopt relatief snel, maar de alkali-oplossing heeft een bepaalde diffusietijd in de vezels nodig.
Zoals te zien is, bedraagt de alkalisatietijd 0,5-1,5 uur. De substitutiegraad van het product neemt toe naarmate de alkalisatietijd toeneemt.
De substitutiegraad van het verkregen product was het hoogst wanneer de tijd 1,5 uur bedroeg, en de substitutiegraad nam af naarmate de tijd na 1,5 uur toenam. Dit kan
Het kan zijn dat aan het begin van de alkalisatie, met de verlenging van de alkalisatietijd, de infiltratie van alkali in cellulose voldoende is, zodat de vezel
De primaire structuur is meer ontspannen, waardoor het etherificerende middel en het actieve medium toenemen
Plaatsingstijd: 26-04-2024