1 Introducere
În prezent, principala materie primă utilizată la preparareaeter de celulozăeste bumbac, iar producția sa este în scădere, iar prețul este, de asemenea, în creștere;
Mai mult decât atât, agenții de eterificare folosiți în mod obișnuit, cum ar fi acidul cloracetic (foarte toxic) și oxidul de etilenă (cancerigen) sunt, de asemenea, mai dăunători pentru organismul uman și pentru mediu. Carte
În acest capitol, celuloza de pin cu o puritate relativă de peste 90% extrasă în al doilea capitol este utilizată ca materie primă, iar ca înlocuitori se folosesc cloracetatul de sodiu și 2-cloretanolul.
Folosind acid cloroacetic foarte toxic ca agent de eterificare, anioniccarboximetil celuloză (CMC)s-a preparat hidroxietil celuloză neionică.
Celuloză (HEC) și hidroxietil carboximetil celuloză mixtă (HECMC) trei eteri de celuloză. un singur factor
Tehnicile de preparare a trei eteri de celuloză au fost optimizate prin experimente și experimente ortogonale, iar eterii de celuloză sintetizați au fost caracterizați prin FT-IR, XRD, H-RMN etc.
Fundamentele eterificării celulozei
Principiul eterificării celulozei poate fi împărțit în două părți. Prima parte este procesul de alcalinizare, adică în timpul reacției de alcalinizare a celulozei,
Dispersată uniform în soluție de NaOH, celuloza de pin se umflă violent sub acțiunea amestecării mecanice și odată cu expansiunea apei.
O cantitate mare de molecule mici de NaOH a pătruns în interiorul celulozei de pin și a reacționat cu grupările hidroxil de pe inelul unității structurale de glucoză,
Generează celuloză alcalină, centrul activ al reacției de eterificare.
A doua parte este procesul de eterificare, adică reacția dintre centrul activ și cloracetat de sodiu sau 2-cloroetanol în condiții alcaline, rezultând în
În același timp, agentul de eterificare cloracetat de sodiu și 2-cloretanol vor produce, de asemenea, un anumit grad de apă în condiții alcaline.
Reacțiile secundare sunt rezolvate pentru a genera glicolat de sodiu și, respectiv, etilenglicol.
2 Pretratare concentrată de decristalizare alcalină a celulozei de pin
Mai întâi, pregătiți o anumită concentrație de soluție de NaOH cu apă deionizată. Apoi, la o anumită temperatură, 2g de fibră de pin
Vitamina este dizolvată într-un anumit volum de soluție de NaOH, agitată pentru o perioadă de timp și apoi filtrată pentru utilizare.
Producator de modele de instrumente
pH-metru de precizie
Agitator magnetic pentru încălzire cu temperatură constantă de tip colector
Cuptor de uscare cu vid
Balanta electronica
Pompa de vid multifunctionala tip apa circulanta
Spectrometru cu infraroșu cu transformată Fourier
difractometru cu raze X
Spectrometru de rezonanță magnetică nucleară
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.
Compania americană Thermoelectric Switzerland ARL
Compania elvețiană BRUKER
35
Pregătirea CMC-urilor
Folosind ca materie primă celuloză alcalină din lemn de pin pretratată prin decristalizare alcalină concentrată, folosind etanol ca solvent și folosind cloracetat de sodiu ca eterificare
CMC cu DS mai mare a fost preparat prin adăugarea de două ori alcalii și de două ori agent de eterificare. Adăugați 2 g de celuloză alcalină din lemn de pin în balonul cu patru gâturi, apoi adăugați un anumit volum de solvent etanol și amestecați bine timp de 30 de minute
aproximativ, astfel încât celuloza alcalină să fie complet dispersată. Apoi adăugați o anumită cantitate de agent alcalin și cloracetat de sodiu pentru a reacționa pentru o perioadă de timp la o anumită temperatură de eterificare
După timp, o a doua adăugare de agent alcalin și cloracetat de sodiu urmată de eterificare pentru o perioadă de timp. După ce reacția s-a încheiat, se răcește și apoi se răcește
Se neutralizează cu o cantitate adecvată de acid acetic glacial, apoi se filtrează cu aspirație, se spală și se usucă.
Pregătirea HEC-urilor
Folosind celuloză alcalină din lemn de pin pretratată cu decristalizare alcalină concentrată ca materie primă, etanol ca solvent și 2-cloretanol ca eterificare
HEC cu MS mai mare a fost preparat prin adăugarea de două ori alcalii și de două ori agent de eterificare. Se adaugă 2 g de celuloză alcalină din lemn de pin într-un balon cu patru gâturi și se adaugă un anumit volum de 90% (fracție de volum) etanol, se amestecă
Se amestecă pentru o perioadă de timp pentru a se dispersa complet, apoi se adaugă o anumită cantitate de alcali și se încălzește încet, se adaugă un anumit volum de 2-
Cloroetanol, eterificat la temperatură constantă pentru o perioadă de timp, apoi adăugat hidroxid de sodiu rămas și 2-cloretanol pentru a continua eterificarea pentru o perioadă de timp. trata
După ce reacția este finalizată, se neutralizează cu o anumită cantitate de acid acetic glacial și, în final, se filtrează cu un filtru de sticlă (G3), se spală și se usucă.
Pregătirea HEMCC
Folosind HEC preparat la 3.2.3.4 ca materie primă, etanol ca mediu de reacție și cloracetat de sodiu ca agent de eterificare pentru a prepara
HECMC. Procesul specific este: luați o anumită cantitate de HEC, puneți-o într-un balon cu patru gâturi de 100 ml și apoi adăugați o anumită cantitate de volum.
Etanol 90%, se amestecă mecanic pentru o perioadă de timp pentru a se dispersa complet, se adaugă o anumită cantitate de alcali după încălzire și se adaugă încet
Cloracetat de sodiu, eterificarea la temperatură constantă se termină după o perioadă de timp. După ce reacția este finalizată, neutralizează-o cu acid acetic glacial pentru a o neutraliza, apoi folosește un filtru de sticlă (G3)
După filtrare prin aspirare, spălare și uscare.
Purificarea eterilor de celuloză
În procesul de preparare a eterului de celuloză, sunt adesea produse unele produse secundare, în principal sarea anorganică, clorură de sodiu și altele.
impurităţi. Pentru a îmbunătăți calitatea eterului de celuloză, s-a efectuat o simplă purificare a eterului de celuloză obținut. pentru că sunt în apă
Există solubilitate diferită, astfel încât experimentul folosește o anumită fracțiune de volum de etanol hidratat pentru a purifica cei trei eteri de celuloză preparați.
schimba.
Puneți eșantionul de eter de celuloză pregătit cu o anumită calitate într-un pahar, adăugați o anumită cantitate de etanol 80% care a fost preîncălzit la 60 ℃ ~ 65 ℃ și mențineți agitarea mecanică la 60 ℃ ~ 65 ℃ pe un agitator magnetic de încălzire cu temperatură constantă. pentru 10 ℃. min. Luați supernatantul la uscat
Într-un pahar curat, utilizați azotat de argint pentru a verifica dacă există ioni de clorură. Dacă există un precipitat alb, se filtrează printr-un filtru de sticlă și se ia solidul
Repetați pașii anteriori pentru partea corpului, până când filtratul după adăugarea a 1 picătură de soluție de AgNO3 nu are precipitat alb, adică purificarea și spălarea sunt finalizate.
36
în (în principal pentru a elimina produsul secundar de reacție NaCl). După filtrare prin aspirare, uscare, răcire la temperatura camerei și cântărire.
masa, g.
Metode de testare și caracterizare pentru eterii de celuloză
Determinarea gradului de substituție (DS) și a gradului molar de substituție (MS)
Determinarea DS: În primul rând, se cântăresc 0,2 g (cu o precizie de 0,1 mg) de probă de eter de celuloză purificată și uscată, se dizolvă în
80 ml de apă distilată, amestecată într-o baie de apă cu temperatură constantă la 30 ℃ ~ 40 ℃ timp de 10 minute. Apoi ajustați cu soluție de acid sulfuric sau soluție de NaOH
pH-ul soluției până când pH-ul soluției este 8. Apoi, într-un pahar echipat cu un electrod pH-metru, utilizați o soluție standard de acid sulfuric
Pentru a titra, în condiții de agitare, observați citirea pH-ului în timpul titrarii, când valoarea pH-ului soluției este ajustată la 3,74,
Titrarea se termină. Notați volumul soluției standard de acid sulfuric utilizat în acest moment.
Generaţie:
Suma numerelor superioare de protoni și a grupării hidroxietil
Raportul dintre numărul de protoni superiori; I7 este masa grupării metilen pe gruparea hidroxietil
Intensitatea vârfului de rezonanță a protonilor; este intensitatea vârfului de rezonanță a protonilor a 5 grupări metină și a unei grupări metilen pe unitatea de celuloză glucoză
Sumă.
Metodele de testare descrise pentru testarea de caracterizare în infraroșu a celor trei eteri de celuloză CMC, HEC și HEECMC
Drept
3.2.4.3 Test XRD
Analiza difracției cu raze X Test de caracterizare a trei eteri de celuloză CMC, HEC și HEECMC
metoda de testare descrisă.
3.2.4.4 Testarea H-RMN
Spectrometrul H RMN al HEC a fost măsurat cu spectrometrul H RMN Avance400 produs de BRUKER.
Folosind dimetil sulfoxid deuterat ca solvent, soluția a fost testată prin spectroscopie RMN cu hidrogen lichid. Frecvența de testare a fost de 75,5 MHz.
Călduță, soluția este de 0,5 ml.
3.3 Rezultate și analiză
3.3.1 Optimizarea procesului de pregătire a CMC
Folosind celuloza de pin extrasă în capitolul al doilea ca materie primă și folosind cloracetat de sodiu ca agent de eterificare, a fost adoptată metoda experimentului cu un singur factor,
Procesul de pregătire a CMC a fost optimizat, iar variabilele inițiale ale experimentului au fost stabilite așa cum se arată în Tabelul 3.3. Următorul este procesul de pregătire a HEC
În artă, analiza diverșilor factori.
Tabelul 3.3 Valori inițiale ale factorilor
Factorul Valoarea inițială
Temperatura de alcalinizare pretratare/℃ 40
Timp de alcalinizare pretratament/h 1
Raport solid-lichid de pretratare/(g/mL) 1:25
Concentrația de leșie pretratament/% 40
38
Temperatura de eterificare în prima etapă/℃ 45
Timp de eterificare în prima etapă/h 1
Temperatura de eterificare în a doua etapă/℃ 70
Timp de eterificare a doua etapă/h 1
Doza de bază în stadiul de eterificare/g 2
Cantitatea de agent de eterificare în stadiul de eterificare/g 4.3
Raport solid-lichid eterificat/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Influența diverșilor factori asupra gradului de substituție a CMC în stadiul de alcalinizare pretratament
1. Efectul temperaturii de alcalinizare pretratament asupra gradului de substituție a CMC
Pentru a lua în considerare efectul temperaturii de alcalinizare pretratament asupra gradului de substituție în CMC obținut, în cazul fixării altor factori ca valori inițiale,
În aceste condiții, se discută efectul temperaturii de alcalinizare pretratament asupra gradului de substituție a CMC, iar rezultatele sunt prezentate în Fig.
Temperatura de alcalinizare pretratare/℃
Efectul temperaturii de alcalinizare pretratament asupra gradului de substituție CMC
Se poate observa că gradul de substituție a CMC crește odată cu creșterea temperaturii de alcalinizare pretratament, iar temperatura de alcalinizare este de 30 °C.
Gradele de substituție de mai sus scad odată cu creșterea temperaturii. Acest lucru se datorează faptului că temperatura de alcalinizare este prea scăzută, iar moleculele sunt mai puțin active și incapabile
Distrugeți eficient zona cristalină a celulozei, ceea ce face dificilă intrarea agentului de eterificare în interiorul celulozei în stadiul de eterificare, iar gradul de reacție este relativ ridicat.
scăzut, rezultând un grad mai scăzut de înlocuire a produsului. Cu toate acestea, temperatura de alcalinizare nu trebuie să fie prea mare. Pe măsură ce temperatura crește, sub acțiunea temperaturii ridicate și a alcalinelor puternice,
Celuloza este predispusă la degradare oxidativă, iar gradul de substituție al produsului CMC scade.
2. Influența timpului de alcalinizare pretratament asupra gradului de substituție a CMC
Cu condiția ca temperatura de alcalinizare pretratament să fie de 30 °C și alți factori să fie valorile inițiale, se discută efectul timpului de alcalinizare pretratament asupra CMC.
Efectul substituției. Gradul de substituire
Timp de alcalinizare pretratament/h
Efectul timpului de alcalinizare pretratament asupraCMCgrad de substituire
Procesul de încărcare în sine este relativ rapid, dar soluția alcalină are nevoie de un anumit timp de difuzie în fibră.
Se poate observa că atunci când timpul de alcalinizare este de 0,5-1,5h, gradul de substituție al produsului crește odată cu creșterea timpului de alcalinizare.
Gradul de substituție al produsului obținut a fost cel mai mare când timpul a fost de 1,5 ore, iar gradul de substituție a scăzut odată cu creșterea timpului după 1,5 ore. Acest lucru poate
Se poate datora faptului că la începutul alcalinizării, odată cu prelungirea timpului de alcalinizare, infiltrarea alcalinei în celuloză este mai suficientă, astfel încât fibra
Structura primă este mai relaxată, crescând agentul de eterificare și mediul activ
Ora postării: 26-apr-2024