1 Wprowadzenie
Obecnie głównym surowcem używanym do przygotowaniaeter celulozyjest to bawełna, której produkcja spada, a cena rośnie;
Ponadto powszechnie stosowane środki eteryfikujące, takie jak kwas chlorooctowy (wysoce toksyczny) i tlenek etylenu (rakotwórczy) są również bardziej szkodliwe dla organizmu człowieka i środowiska. Książka
W tym rozdziale jako surowiec wykorzystano celulozę sosnową o czystości względnej ponad 90%, wyekstrahowaną w rozdziale drugim, a jako zamienniki zastosowano chlorooctan sodu i 2-chloroetanol.
Stosując silnie toksyczny kwas chlorooctowy jako środek eteryfikujący, anionowykarboksymetyloceluloza (CMC), przygotowano niejonową hydroksyetylocelulozę.
Celuloza (HEC) i mieszana hydroksyetylokarboksymetyloceluloza (HECMC) trzy etery celulozy. pojedynczy czynnik
Techniki otrzymywania trzech eterów celulozy zoptymalizowano za pomocą eksperymentów i eksperymentów ortogonalnych, a zsyntetyzowane etery celulozy scharakteryzowano za pomocą FT-IR, XRD, 1H-NMR itp.
Podstawy eteryfikacji celulozy
Zasadę eteryfikacji celulozy można podzielić na dwie części. Pierwsza część to proces alkalizacji, czyli podczas reakcji alkalizacji celulozy,
Równomiernie rozproszona w roztworze NaOH celuloza sosnowa pęcznieje gwałtownie pod wpływem mieszania mechanicznego i wraz z rozszerzaniem się wody
Duża ilość małych cząsteczek NaOH wniknęła do wnętrza celulozy sosnowej i zareagowała z grupami hydroksylowymi pierścienia jednostki strukturalnej glukozy,
Wytwarza alkalicelulozę, będącą aktywnym centrum reakcji eteryfikacji.
Drugą częścią jest proces eteryfikacji, czyli reakcja pomiędzy centrum aktywnym a chlorooctanem sodu lub 2-chloroetanolem w środowisku alkalicznym, w wyniku której powstaje
Jednocześnie środek eteryfikujący, chlorooctan sodu i 2-chloroetanol, w warunkach zasadowych wytwarzają również pewną ilość wody.
Reakcje uboczne są rozwiązywane w celu wytworzenia odpowiednio glikolanu sodu i glikolu etylenowego.
2 Dekrystalizacja alkaliczna koncentratu celulozy sosnowej
Najpierw przygotuj określone stężenie roztworu NaOH z wodą dejonizowaną. Następnie w określonej temperaturze 2 g włókna sosnowego
Witaminę rozpuszcza się w określonej objętości roztworu NaOH, miesza przez pewien czas, a następnie filtruje w celu wykorzystania.
Producent modelu instrumentu
Precyzyjny miernik pH
Mieszadło magnetyczne z ogrzewaniem o stałej temperaturze typu kolektorowego
Piec do suszenia próżniowego
Waga elektroniczna
Pompa próżniowa wielofunkcyjna z cyrkulacją wody
Spektrometr w podczerwieni z transformacją Fouriera
Dyfraktometr rentgenowski
Spektrometr rezonansu magnetycznego jądrowego
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.
Amerykańska spółka Thermo Fisher Co., Ltd.
Amerykańska firma Thermoelectric Switzerland ARL
Szwajcarska firma BRUKER
35
Przygotowanie CMC
Wykorzystując celulozę alkaliczną z drewna sosnowego poddaną wstępnej obróbce metodą dekrystalizacji za pomocą skoncentrowanych alkaliów jako surowiec, stosując etanol jako rozpuszczalnik i stosując chlorooctan sodu jako eteryfikację
CMC o wyższym DS przygotowano przez dwukrotne dodanie alkalii i dwukrotne dodanie środka eteryfikującego. Dodaj 2 g celulozy alkalicznej z drewna sosnowego do kolby czteroszyjnej, następnie dodaj określoną objętość rozpuszczalnika etanolowego i dobrze wymieszaj przez 30 min.
około, tak aby alkaliczna celuloza była całkowicie rozproszona. Następnie dodaj pewną ilość środka alkalicznego i chlorooctanu sodu, aby reagowały przez pewien czas w określonej temperaturze eteryfikacji
Po pewnym czasie następuje drugie dodanie środka alkalicznego i chlorooctanu sodu, a następnie eteryfikacja przez pewien czas. Po zakończeniu reakcji następuje schłodzenie i schłodzenie, a następnie
Zneutralizować odpowiednią ilością lodowatego kwasu octowego, następnie przefiltrować, umyć i osuszyć.
Przygotowanie HEC
Jako surowiec wykorzystano celulozę alkaliczną z drewna sosnowego poddaną wstępnej obróbce za pomocą skoncentrowanej dekrystalizacji alkalicznej, etanol jako rozpuszczalnik i 2-chloroetanol jako eteryfikację
HEC o wyższym MS przygotowano przez dwukrotne dodanie alkalii i dwukrotne dodanie środka eteryfikującego. Do czteroszyjnej kolby dodać 2 g celulozy alkalicznej z drewna sosnowego i dodać określoną objętość 90% (ułamek objętościowy) etanolu, wymieszać
Mieszaj przez pewien czas, aż do całkowitego rozproszenia, następnie dodaj określoną ilość alkaliów i powoli podgrzewaj, dodaj określoną objętość 2-
Chloroetanol, eteryfikowany w stałej temperaturze przez pewien czas, a następnie dodano pozostałą ilość wodorotlenku sodu i 2-chloroetanolu, aby kontynuować eteryfikowanie przez pewien czas.
Po zakończeniu reakcji należy zneutralizować ją pewną ilością lodowatego kwasu octowego, a następnie przefiltrować przez szklany filtr (G3), przemyć i osuszyć.
Przygotowanie HEMCC
Do przygotowania HEC przygotowanego zgodnie z pkt 3.2.3.4 jako surowca, etanolu jako ośrodka reakcji i chlorooctanu sodu jako środka eteryfikującego
HECMC. Konkretny proces wygląda następująco: weź określoną ilość HEC, wlej ją do 100 ml czteroszyjnej kolby, a następnie dodaj określoną ilość objętości
90% etanolu, mieszaj mechanicznie przez pewien czas, aby całkowicie się rozproszyć, po podgrzaniu dodaj pewną ilość alkaliów i powoli dodawaj
Chlorooctan sodu, eteryfikacja w stałej temperaturze kończy się po pewnym czasie. Po zakończeniu reakcji zneutralizuj ją lodowatym kwasem octowym, aby ją zneutralizować, a następnie użyj szklanego filtra (G3)
Po filtracji ssącej, umyciu i wysuszeniu.
Oczyszczanie eterów celulozy
W procesie wytwarzania eteru celulozy często powstają pewne produkty uboczne, głównie sól nieorganiczna – chlorek sodu i inne
zanieczyszczenia. W celu polepszenia jakości eteru celulozowego przeprowadzono proste oczyszczanie otrzymanego eteru celulozowego. ponieważ znajdują się one w wodzie
Ponieważ rozpuszczalność jest różna, w eksperymencie wykorzystano pewną objętość frakcji uwodnionego etanolu do oczyszczenia trzech przygotowanych eterów celulozy.
zmiana.
Umieść próbkę eteru celulozowego przygotowaną z określoną jakością w zlewce, dodaj określoną ilość 80% etanolu, który został podgrzany do 60 ℃ ~ 65 ℃ i utrzymuj mieszanie mechaniczne w temperaturze 60 ℃ ~ 65 ℃ na mieszadle magnetycznym o stałej temperaturze przez 10 ℃. min. Wyjmij supernatant do wyschnięcia
W czystej zlewce użyj azotanu srebra, aby sprawdzić obecność jonów chlorkowych. Jeśli pojawi się biały osad, przefiltruj go przez szklany filtr i usuń osad.
Powtarzaj poprzednie kroki dla danej części ciała, aż do momentu, gdy po dodaniu 1 kropli roztworu AgNO3 w filtracie nie będzie już żadnego białego osadu, co oznacza, że oczyszczanie i mycie zostaną zakończone.
36
do (głównie w celu usunięcia produktu ubocznego reakcji NaCl). Po filtracji ssącej, wysuszeniu, schłodzeniu do temperatury pokojowej i zważeniu.
masa, g.
Metody badań i charakteryzacji eterów celulozy
Oznaczanie stopnia podstawienia (DS) i molowego stopnia podstawienia (MS)
Oznaczanie DS: Najpierw odważyć 0,2 g (z dokładnością do 0,1 mg) oczyszczonej i wysuszonej próbki eteru celulozy, rozpuścić w
80 ml wody destylowanej, mieszano w łaźni wodnej o stałej temperaturze 30℃~40℃ przez 10 min. Następnie dostosowano roztworem kwasu siarkowego lub roztworem NaOH
pH roztworu należy zwiększać do momentu, aż pH roztworu wyniesie 8. Następnie w zlewce wyposażonej w elektrodę pH-metru należy umieścić roztwór wzorcowy kwasu siarkowego.
W celu miareczkowania, w warunkach mieszania, obserwuj odczyt pH-metru podczas miareczkowania, gdy wartość pH roztworu zostanie dostosowana do 3,74,
Miareczkowanie się kończy. Zanotuj objętość standardowego roztworu kwasu siarkowego użytego w tym momencie.
Generacja:
Suma liczby górnych protonów i grupy hydroksyetylowej
Stosunek liczby górnych protonów; I7 to masa grupy metylenowej na grupie hydroksyetylowej
Intensywność piku rezonansowego protonu; jest intensywnością piku rezonansowego protonu 5 grup metinowych i jednej grupy metylenowej na jednostce celulozy i glukozy
Suma.
Opisano metody badań charakterystyki w podczerwieni trzech eterów celulozy: CMC, HEC i HEECMC
Prawo
3.2.4.3 Badanie XRD
Badanie charakterystyki analizy dyfrakcji rentgenowskiej trzech eterów celulozy CMC, HEC i HEECMC
opisana metoda testowa.
3.2.4.4 Badanie spektroskopii 1H-NMR
Pomiary spektrometru H NMR HEC wykonano przy użyciu spektrometru Avance400 H NMR wyprodukowanego przez firmę BRUKER.
Używając deuterowanego dimetylosulfotlenku jako rozpuszczalnika, roztwór został przetestowany za pomocą spektroskopii NMR ciekłego wodoru. Częstotliwość testu wynosiła 75,5 MHz.
Ciepły, roztwór ma objętość 0,5 ml.
3.3 Wyniki i analiza
3.3.1 Optymalizacja procesu przygotowania CMC
Stosując celulozę sosnową wyekstrahowaną w rozdziale drugim jako surowiec i stosując chlorooctan sodu jako środek eteryfikujący, przyjęto metodę eksperymentu jednoczynnikowego,
Zoptymalizowano proces przygotowania CMC, a początkowe zmienne eksperymentu ustawiono tak, jak pokazano w tabeli 3.3. Poniżej przedstawiono proces przygotowania HEC
W sztuce analiza różnych czynników.
Tabela 3.3 Wartości czynników początkowych
Współczynnik Wartość początkowa
Temperatura alkalizacji wstępnej obróbki/℃ 40
Czas alkalizacji wstępnej obróbki/h 1
Wstępny stosunek ciała stałego do cieczy/(g/ml) 1:25
Stężenie ługu wstępnego/% 40
38
Temperatura pierwszego etapu eteryfikacji/℃ 45
Czas eteryfikacji pierwszego stopnia/h 1
Temperatura drugiego etapu eteryfikacji/℃ 70
Czas eteryfikacji drugiego etapu/h 1
Dawka bazowa w fazie eteryfikacji/g 2
Ilość środka eteryfikującego w etapie eteryfikacji/g 4,3
Stosunek eteryfikowanego ciała stałego do cieczy/(g/ml) 1:15
3.3.1.1 Wpływ różnych czynników na stopień podstawienia CMC w etapie alkalizacji wstępnej obróbki
1. Wpływ temperatury alkalizacji wstępnej obróbki na stopień podstawienia CMC
Aby uwzględnić wpływ temperatury alkalizacji wstępnej obróbki na stopień podstawienia w otrzymanym CMC, w przypadku ustalenia innych czynników jako wartości początkowych,
W tym kontekście omówiono wpływ temperatury alkalizacji wstępnej na stopień podstawienia CMC, a wyniki przedstawiono na rys.
Temperatura alkalizacji wstępnej obróbki/℃
Wpływ temperatury alkalizacji wstępnej obróbki na stopień podstawienia CMC
Można zauważyć, że stopień podstawienia CMC wzrasta wraz ze wzrostem temperatury alkalizacji wstępnej, która wynosi 30 °C.
Powyższe stopnie podstawienia maleją wraz ze wzrostem temperatury. Dzieje się tak, ponieważ temperatura alkalizacji jest zbyt niska, a cząsteczki są mniej aktywne i niezdolne do
Skutecznie niszczą krystaliczną powierzchnię celulozy, co utrudnia czynnikowi eteryfikującemu przedostanie się do wnętrza celulozy na etapie eteryfikacji, a stopień reakcji jest stosunkowo wysoki.
niska, co skutkuje niższym stopniem substytucji produktu. Jednak temperatura alkalizacji nie powinna być zbyt wysoka. W miarę wzrostu temperatury, pod wpływem wysokiej temperatury i silnej zasady,
Celuloza jest podatna na degradację oksydacyjną, co powoduje zmniejszenie stopnia podstawienia CMC w produkcie.
2. Wpływ czasu alkalizacji wstępnej obróbki na stopień podstawienia CMC
Przy założeniu, że temperatura alkalizacji wstępnej obróbki wynosi 30 °C, a pozostałe czynniki mają wartości początkowe, omawiany jest wpływ czasu alkalizacji wstępnej obróbki na CMC.
Efekt substytucji. Stopień substytucji
Czas alkalizacji wstępnej obróbki/h
Wpływ czasu alkalizacji wstępnej obróbki naCMCstopień substytucji
Sam proces zwiększania objętości przebiega stosunkowo szybko, ale roztwór alkaliczny potrzebuje pewnego czasu dyfuzji we włóknach.
Można zauważyć, że gdy czas alkalizacji wynosi 0,5–1,5 godziny, stopień podstawienia produktu wzrasta wraz ze wzrostem czasu alkalizacji.
Stopień podstawienia uzyskanego produktu był najwyższy, gdy czas wynosił 1,5h, a stopień podstawienia malał wraz ze wzrostem czasu po 1,5h. Może to
Może to wynikać z faktu, że na początku alkalizacji, wraz z wydłużeniem czasu alkalizacji, przenikanie alkaliów do celulozy jest bardziej wystarczające, dzięki czemu włókno
Główna struktura jest bardziej zrelaksowana, co zwiększa ilość środka eteryfikującego i aktywnego ośrodka
Czas publikacji: 26-kwi-2024