1 Wprowadzenie
Obecnie głównym surowcem używanym do przygotowaniaeter celulozyjest bawełna, której produkcja spada, a cena także rośnie;
Ponadto powszechnie stosowane środki eteryfikujące, takie jak kwas chlorooctowy (silnie toksyczny) i tlenek etylenu (rakotwórczy), są również bardziej szkodliwe dla organizmu ludzkiego i środowiska. Książka
W tym rozdziale jako surowiec stosuje się celulozę sosnową o czystości względnej powyżej 90%, ekstrahowaną w drugim rozdziale, a jako substytuty stosuje się chlorooctan sodu i 2-chloroetanol.
Zastosowanie silnie toksycznego kwasu chlorooctowego jako środka eteryzującego, anionowegokarboksymetyloceluloza (CMC)przygotowano niejonową hydroksyetylocelulozę.
Celuloza (HEC) i mieszana hydroksyetylokarboksymetyloceluloza (HECMC) trzy etery celulozy. pojedynczy czynnik
Za pomocą eksperymentów i eksperymentów ortogonalnych zoptymalizowano techniki wytwarzania trzech eterów celulozy, a zsyntetyzowane etery celulozy scharakteryzowano za pomocą FT-IR, XRD, H-NMR itp.
Podstawy eteryfikacji celulozy
Zasadę eteryfikacji celulozy można podzielić na dwie części. Pierwsza część to proces alkalizacji, czyli podczas reakcji alkalizacji celulozy,
Równomiernie zdyspergowana w roztworze NaOH celuloza sosnowa gwałtownie pęcznieje pod wpływem mieszania mechanicznego oraz pod wpływem rozszerzania się wody
Duża ilość małych cząsteczek NaOH wniknęła do wnętrza celulozy sosnowej i zareagowała z grupami hydroksylowymi na pierścieniu jednostki strukturalnej glukozy,
Wytwarza celulozę alkaliczną, aktywne centrum reakcji eteryfikacji.
Druga część to proces eteryfikacji, czyli reakcja pomiędzy centrum aktywnym i chlorooctanem sodu lub 2-chloroetanolem w warunkach zasadowych, w wyniku której powstaje
Jednocześnie środek eteryfikujący, chlorooctan sodu i 2-chloroetanol, również będą wytwarzać pewną ilość wody w warunkach zasadowych.
Reakcje uboczne rozkładają się, tworząc odpowiednio glikolan sodu i glikol etylenowy.
2 Wstępna obróbka celulozy sosnowej poprzez dekrystalizację stężoną zasadą
Najpierw przygotuj roztwór NaOH o określonym stężeniu z wodą dejonizowaną. Następnie w określonej temperaturze 2 g błonnika sosnowego
Witaminę rozpuszcza się w określonej objętości roztworu NaOH, miesza przez pewien czas, a następnie filtruje przed użyciem.
Producent modelu instrumentu
Precyzyjny miernik pH
Mieszadło magnetyczne z ogrzewaniem stałotemperaturowym typu kolektorowego
Suszarka próżniowa
Waga elektroniczna
Uniwersalna pompa próżniowa z obiegiem wody
Spektrometr w podczerwieni z transformacją Fouriera
Dyfraktometr rentgenowski
Spektrometr magnetycznego rezonansu 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.
American Thermo Fisher Co., Ltd.
Amerykańska szwajcarska firma termoelektryczna ARL Company
Szwajcarska firma BRUKER
35
Przygotowanie CMC
Stosowanie celulozy alkalicznej z drewna sosnowego poddanej wstępnej obróbce metodą skoncentrowanej dekrystalizacji alkalicznej jako surowca, użycie etanolu jako rozpuszczalnika i zastosowanie chlorooctanu sodu jako eteryfikacji
CMC o wyższej DS przygotowano przez dwukrotne dodanie zasady i dwukrotnie środka eteryfikującego. Dodać 2 g celulozy alkalicznej z drewna sosnowego do czteroszyjnej kolby, następnie dodać pewną objętość etanolu jako rozpuszczalnika i dobrze mieszać przez 30 minut
około, tak aby celuloza alkaliczna została całkowicie rozproszona. Następnie dodać pewną ilość środka alkalicznego i chlorooctanu sodu, aby reagować przez pewien czas w określonej temperaturze eteryfikacji
Po pewnym czasie dodaje się drugi środek alkaliczny i chlorooctan sodu, po czym następuje eteryfikacja przez pewien okres czasu. Po zakończeniu reakcji ostudzić i ostudzić
Zneutralizować odpowiednią ilością lodowatego kwasu octowego, następnie odsączyć, umyć i wysuszyć.
Przygotowanie HEC
Stosowanie celulozy alkalicznej z drewna sosnowego poddanej wstępnej obróbce stężoną dekrystalizacją alkaliczną jako surowca, etanolu jako rozpuszczalnika i 2-chloroetanolu jako eteryfikacji
HEC o wyższym MS przygotowano przez dwukrotne dodanie zasady i dwukrotnie środka eteryfikującego. Do kolby czteroszyjnej dodać 2 g celulozy alkalicznej z drewna sosnowego i dodać odpowiednią objętość 90% (ułamek objętościowy) etanolu, wymieszać
Mieszać przez pewien czas do całkowitego rozproszenia, następnie dodać pewną ilość zasady i powoli podgrzewać, dodać pewną objętość 2-
Chloroetanol eteryfikowano w stałej temperaturze przez pewien czas, a następnie dodano pozostały wodorotlenek sodu i 2-chloroetanol, aby kontynuować eteryfikację przez pewien okres czasu. traktować
Po zakończeniu reakcji zobojętnić odpowiednią ilością lodowatego kwasu octowego, a na koniec przesączyć przez filtr szklany (G3), przemyć i wysuszyć.
Przygotowanie HEMCC
Stosując HEC przygotowany w 3.2.3.4 jako surowiec, etanol jako środowisko reakcji i chlorooctan sodu jako środek eteryfikujący do przygotowania
HECMC. Konkretny proces polega na: pobraniu określonej ilości HEC, umieszczeniu jej w czteroszyjnej kolbie o pojemności 100 ml, a następnie dodaniu określonej objętości
90% etanolu, mieszać mechanicznie przez pewien czas do całkowitego rozproszenia, po podgrzaniu dodać pewną ilość zasady i powoli dodawać
Chlorooctan sodu, eteryfikacja w stałej temperaturze kończy się po pewnym czasie. Po zakończeniu reakcji zneutralizować ją lodowatym kwasem octowym w celu zneutralizowania, następnie zastosować filtr szklany (G3)
Po filtracji próżniowej, przemyciu i wysuszeniu.
Oczyszczanie eterów celulozy
W procesie wytwarzania eteru celulozy często powstają produkty uboczne, głównie nieorganiczna sól, chlorek sodu i inne
zanieczyszczenia. W celu polepszenia jakości eteru celulozy uzyskany eter celulozy przeprowadzono proste oczyszczanie. ponieważ są w wodzie
Istnieją różne rozpuszczalności, dlatego w eksperymencie wykorzystano pewną frakcję objętościową uwodnionego etanolu do oczyszczenia przygotowanych trzech eterów celulozy.
zmiana.
Umieść w zlewce próbkę eteru celulozy o określonej jakości, dodaj pewną ilość 80% etanolu podgrzanego do temperatury 60 ℃ ~ 65 ℃ i utrzymuj mieszanie mechaniczne w temperaturze 60 ℃ ~ 65 ℃ na mieszadle magnetycznym ogrzewającym o stałej temperaturze za 10 ℃. min. Zabierz 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 weź substancję stałą
Powyższe czynności powtarzamy dla części ciała, aż do momentu, gdy filtrat po dodaniu 1 kropli roztworu AgNO3 nie wytrąci się białego osadu, czyli do zakończenia oczyszczania i przemywania.
36
do (głównie w celu usunięcia produktu ubocznego reakcji, NaCl). Po filtracji próżniowej, wysuszeniu, ochłodzeniu do temperatury pokojowej i zważeniu.
masa, gr.
Metody testowania i charakteryzowania 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 ją w
80 ml wody destylowanej, mieszane w łaźni wodnej o stałej temperaturze w temperaturze 30℃ ~ 40℃ przez 10 minut. Następnie dostosuj roztworem kwasu siarkowego lub roztworem NaOH
pH roztworu do uzyskania pH roztworu 8. Następnie w zlewce wyposażonej w elektrodę pH-metrową należy użyć mianowanego roztworu kwasu siarkowego
Aby miareczkować, w warunkach mieszania obserwuj odczyt miernika pH podczas miareczkowania, gdy wartość pH roztworu zostanie dostosowana do 3,74,
Miareczkowanie się kończy. Zanotuj objętość mianowanego roztworu kwasu siarkowego użytego w tym momencie.
Generacja:
Suma górnych liczb protonów i grupy hydroksyetylowej
Stosunek liczby górnych protonów; I7 to masa grupy metylenowej w grupie hydroksyetylowej
Intensywność piku rezonansu protonowego; to intensywność piku rezonansu protonowego 5 grup metynowych i jednej grupy metylenowej na jednostce glukozy celulozy
Suma.
Metody badawcze opisane dla badania charakterystyki w podczerwieni trzech eterów celulozy CMC, HEC i HEECMC
Prawo
3.2.4.3 Badanie XRD
Analiza dyfrakcji promieni rentgenowskich Test charakterystyki trzech eterów celulozy CMC, HEC i HEECMC
opisaną metodę badania.
3.2.4.4 Badanie H-NMR
Spektrometr H NMR HEC mierzono za pomocą spektrometru H NMR Avance400 firmy BRUKER.
Stosując deuterowany sulfotlenek dimetylu jako rozpuszczalnik, roztwór badano metodą spektroskopii NMR w ciekłym wodorze. Częstotliwość testowa wynosiła 75,5 MHz.
Ciepły, roztwór ma pojemność 0,5 ml.
3.3 Wyniki i analiza
3.3.1 Optymalizacja procesu przygotowania CMC
Wykorzystując jako surowiec celulozę sosnową ekstrahowaną w rozdziale drugim oraz stosując chlorooctan sodu jako środek eteryfikujący, przyjęto metodę doświadczenia jednoczynnikowego,
Zoptymalizowano proces przygotowania CMC i ustalono początkowe zmienne doświadczenia zgodnie z tabelą 3.3. Poniżej przedstawiono proces przygotowania HEC
W sztuce analiza różnych czynników.
Tabela 3.3 Początkowe wartości współczynników
Współczynnik Wartość początkowa
Temperatura alkalizowania obróbki wstępnej/℃ 40
Czas alkalizowania obróbki wstępnej/h 1
Stosunek substancji stałych do cieczy w obróbce wstępnej/(g/ml) 1:25
Stężenie ługu do obróbki wstępnej/% 40
38
Temperatura pierwszego etapu eteryfikacji/℃ 45
Czas eteryfikacji pierwszego stopnia/h 1
Temperatura eteryfikacji drugiego etapu/℃ 70
Czas eteryfikacji drugiego etapu/h 1
Dawka podstawowa na etapie eteryfikacji/g 2
Ilość środka eteryfikującego na etapie eteryfikacji/g 4.3
Eteryfikowany stosunek ciała stałego do cieczy/(g/ml) 1:15
3.3.1.1 Wpływ różnych czynników na stopień podstawienia CMC na etapie alkalizacji wstępnej
1. Wpływ temperatury alkalizacji wstępnej obróbki na stopień podstawienia CMC
W celu rozważenia wpływu temperatury alkalizacji obróbki wstępnej na stopień podstawienia w otrzymanym CMC, w przypadku ustalenia innych współczynników jako wartości początkowych,
W tych warunkach omówiono wpływ temperatury alkalizacji wstępnej obróbki na stopień podstawienia CMC, a wyniki pokazano na ryc.
Temperatura alkalizowania obróbki wstępnej/℃
Wpływ temperatury alkalizowania obróbki wstępnej na stopień podstawienia CMC
Można zauważyć, że stopień podstawienia CMC wzrasta wraz ze wzrostem temperatury alkalizacji wstępnej i temperatura alkalizacji wynosi 30°C.
Powyższe stopnie podstawienia zmniejszają się wraz ze wzrostem temperatury. Dzieje się tak dlatego, że temperatura alkalizowania jest zbyt niska, a cząsteczki są mniej aktywne i niezdolne do działania
Skutecznie niszczą powierzchnię krystaliczną celulozy, co utrudnia przedostawanie się środka eteryzującego do wnętrza celulozy na etapie eteryfikacji, a stopień przereagowania jest stosunkowo wysoki.
niski, co skutkuje niższym stopniem substytucji produktu. Temperatura alkalizacji nie powinna być jednak zbyt wysoka. Wraz ze wzrostem temperatury, pod wpływem wysokiej temperatury i silnych zasad,
Celuloza jest podatna na degradację oksydacyjną, a stopień podstawienia produktu CMC maleje.
2. Wpływ czasu alkalizacji wstępnej obróbki na stopień podstawienia CMC
Pod warunkiem, że temperatura alkalizacji wstępnej wynosi 30°C, a inne czynniki mają wartości początkowe, omówiono wpływ czasu alkalizacji wstępnej na CMC.
Efekt substytucji. Stopień substytucji
Czas alkalizowania obróbki wstępnej/h
Wpływ czasu alkalizacji wstępnej obróbki naCMCstopień substytucyjny
Sam proces pęcznienia jest stosunkowo szybki, ale roztwór alkaliczny wymaga pewnego czasu dyfuzji we włóknie.
Można zauważyć, że gdy czas alkalizacji wynosi 0,5-1,5 godziny, stopień podstawienia produktu wzrasta wraz ze wzrostem czasu alkalizacji.
Stopień podstawienia otrzymanego produktu był najwyższy po czasie 1,5 godz., a stopień podstawienia malał wraz ze wzrostem czasu po 1,5 godz. To może
Może to być spowodowane tym, że na początku alkalizacji, wraz z wydłużaniem się czasu alkalizacji, infiltracja zasady do celulozy jest wystarczająca, przez co włókno
Podstawowa struktura jest bardziej zrelaksowana, zwiększając środek eteryfikujący i ośrodek aktywny
Czas publikacji: 26 kwietnia 2024 r