1 Введение
В настоящее время основным сырьем, используемым при изготовленииэфир целлюлозыэто хлопок, и его производство снижается, а цена также растет;
Более того, широко используемые этерифицирующие агенты, такие как хлоруксусная кислота (высокотоксичная) и окись этилена (канцерогенная), также более вредны для организма человека и окружающей среды. Книга
В данной главе в качестве сырья используется сосновая целлюлоза с относительной чистотой более 90%, извлеченная во второй главе, а в качестве заменителей – хлорацетат натрия и 2-хлорэтанол.
Использование высокотоксичной хлоруксусной кислоты в качестве этерифицирующего агента, анионногокарбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), были приготовлены неионогенные гидроксиэтилцеллюлозы.
Целлюлоза (HEC) и смешанная гидроксиэтилкарбоксиметилцеллюлоза (HECMC) три эфира целлюлозы. один фактор
Методы получения трех эфиров целлюлозы были оптимизированы с помощью экспериментов и ортогональных экспериментов, а синтезированные эфиры целлюлозы были охарактеризованы методами ИК-Фурье, рентгеновской дифракции, ЯМР-Н и т. д.
Основы этерификации целлюлозы
Принцип этерификации целлюлозы можно разделить на две части. Первая часть — это процесс алкализации, то есть в ходе реакции алкализации целлюлозы,
Равномерно диспергированная в растворе NaOH сосновая целлюлоза бурно набухает под действием механического перемешивания и при расширении воды
Большое количество малых молекул NaOH проникло внутрь сосновой целлюлозы и вступило в реакцию с гидроксильными группами на кольце структурной единицы глюкозы,
Образует щелочную целлюлозу — активный центр реакции этерификации.
Вторая часть — это процесс этерификации, то есть реакция между активным центром и хлорацетатом натрия или 2-хлорэтанолом в щелочных условиях, в результате которой образуется
В то же время этерифицирующий агент хлорацетат натрия и 2-хлорэтанол также будут производить определенное количество воды в щелочных условиях.
Побочные реакции разрешаются с образованием гликолята натрия и этиленгликоля соответственно.
2. Предварительная обработка сосновой целлюлозы концентрированной щелочью
Сначала приготовьте раствор NaOH определенной концентрации с деионизированной водой. Затем при определенной температуре 2 г соснового волокна
Витамин растворяют в определенном объеме раствора NaOH, перемешивают в течение определенного периода времени, а затем фильтруют для использования.
Модель инструмента Производитель
Точный pH-метр
Магнитная мешалка коллекторного типа с постоянной температурой нагрева
Вакуумная сушильная печь
Электронные весы
Многоцелевой вакуумный насос циркуляционного типа
Фурье-преобразовательный инфракрасный спектрометр
Рентгеновский дифрактометр
Спектрометр ядерного магнитного резонанса
Ханчжоуская компания по производству инструментов Aolilong
Ханчжоуская компания по производству инструментального оборудования Huichuang
Шанхайская компания по экспериментальному оборудованию «Цзинхун»
МЕТТЛЕР ТОЛЕДО Инструментс (Шанхай) Ко., Лтд.
Ханчжоу Дэвид Научные и Образовательные Инструменты Co., Ltd.
Американская компания Thermo Fisher Co., Ltd.
Американская термоэлектрическая швейцарская компания ARL
Швейцарская компания BRUKER
35
Приготовление КМЦ
Использование в качестве сырья щелочной целлюлозы из древесины сосны, предварительно обработанной методом концентрированной щелочной декристаллизации, использование этанола в качестве растворителя и хлорацетата натрия в качестве этерификации
КМЦ с более высоким DS была приготовлена путем добавления щелочи дважды и этерифицирующего агента дважды. Добавьте 2 г щелочной целлюлозы из сосновой древесины в четырехгорлую колбу, затем добавьте определенный объем растворителя этанола и хорошо перемешайте в течение 30 мин.
около, так что щелочная целлюлоза полностью диспергируется. Затем добавьте определенное количество щелочного агента и хлорацетата натрия, чтобы они реагировали в течение определенного периода времени при определенной температуре этерификации
Через время вторая добавка щелочного агента и хлорацетата натрия с последующей этерификацией в течение некоторого времени. После окончания реакции охладить и охладить, затем
Нейтрализуйте соответствующим количеством ледяной уксусной кислоты, затем отфильтруйте, промойте и высушите.
Подготовка ГЭК
Использование щелочной целлюлозы из древесины сосны, предварительно обработанной концентрированной щелочью для декристаллизации в качестве сырья, этанола в качестве растворителя и 2-хлорэтанола для этерификации
HEC с более высоким MS был приготовлен путем добавления щелочи дважды и этерифицирующего агента дважды. Добавьте 2 г щелочной целлюлозы из сосновой древесины в четырехгорлую колбу и добавьте определенный объем 90% (объемная доля) этанола, перемешайте
Перемешивайте в течение некоторого времени до полного растворения, затем добавьте определенное количество щелочи и медленно нагревайте, добавьте определенный объем 2-
Хлорэтанол, этерифицированный при постоянной температуре в течение определенного периода времени, а затем добавленный оставшийся гидроксид натрия и 2-хлорэтанол для продолжения этерификации в течение определенного периода времени. обработать
После завершения реакции нейтрализуйте ее определенным количеством ледяной уксусной кислоты, затем профильтруйте через стеклянный фильтр (G3), промойте и высушите.
Подготовка HEMCC
Используя ГЭЦ, полученный в 3.2.3.4, в качестве сырья, этанол в качестве реакционной среды и хлорацетат натрия в качестве этерифицирующего агента для приготовления
HECMC. Конкретный процесс таков: возьмите определенное количество HEC, поместите его в четырехгорлую колбу объемом 100 мл, а затем добавьте определенное количество объема
90% этанола, механически перемешивать в течение определенного периода времени, чтобы он полностью диспергировался, добавить определенное количество щелочи после нагревания и медленно добавлять
Хлорацетат натрия, этерификация при постоянной температуре заканчивается через некоторое время. После завершения реакции нейтрализуйте ее ледяной уксусной кислотой, затем используйте стеклянный фильтр (G3)
После аспирационной фильтрации производится промывка и сушка.
Очистка эфиров целлюлозы
В процессе получения эфира целлюлозы часто образуются некоторые побочные продукты, в основном неорганическая соль хлорид натрия и некоторые другие.
примеси. Для улучшения качества эфира целлюлозы была проведена простая очистка полученного эфира целлюлозы. поскольку они находятся в воде
Растворимость у них разная, поэтому в эксперименте для очистки полученных трех эфиров целлюлозы используется определенная объемная доля гидратированного этанола.
изменять.
Поместите образец эфира целлюлозы, подготовленный с определенным качеством, в стакан, добавьте определенное количество 80% этанола, предварительно нагретого до 60 ℃ ~ 65 ℃, и поддерживайте механическое перемешивание при 60 ℃ ~ 65 ℃ на магнитной мешалке с постоянной температурой нагрева в течение 10 ℃. мин. Возьмите супернатант, чтобы высушить.
В чистом стакане используйте нитрат серебра для проверки на наличие хлорид-ионов. Если есть белый осадок, отфильтруйте его через стеклянный фильтр и возьмите твердое вещество
Повторяйте предыдущие шаги для части тела, пока в фильтрате после добавления 1 капли раствора AgNO3 не будет белого осадка, то есть очистка и промывка завершены.
36
в (главным образом для удаления побочного продукта реакции NaCl). После фильтрации с отсасыванием, сушки, охлаждения до комнатной температуры и взвешивания.
масса, г.
Методы испытаний и характеристики эфиров целлюлозы
Определение степени замещения (СЗ) и молярной степени замещения (МС)
Определение DS: Сначала взвесьте 0,2 г (с точностью до 0,1 мг) очищенного и высушенного образца эфира целлюлозы, растворите его в
80 мл дистиллированной воды, размешать в водяной бане с постоянной температурой 30℃~40℃ в течение 10 мин. Затем отрегулировать раствором серной кислоты или раствором NaOH
pH раствора до тех пор, пока pH раствора не станет равным 8. Затем в стакане, снабженном электродом pH-метра, используйте стандартный раствор серной кислоты.
Для титрования в условиях перемешивания следите за показаниями pH-метра во время титрования, когда значение pH раствора будет установлено на уровне 3,74,
Титрование заканчивается. Отметьте объем стандартного раствора серной кислоты, использованного в этот момент.
Поколение:
Сумма верхних чисел протонов и гидроксиэтильной группы
Отношение числа верхних протонов; I7 - масса метиленовой группы на гидроксиэтильной группе
Интенсивность пика протонного резонанса; представляет собой интенсивность пика протонного резонанса 5 метиновых групп и одной метиленовой группы на глюкозном звене целлюлозы.
Сумма.
Описаны методы испытаний для инфракрасной характеризации трех эфиров целлюлозы CMC, HEC и HEECMC
Закон
3.2.4.3 Рентгеноструктурный анализ
Характеристика рентгеновского дифракционного анализа трех эфиров целлюлозы CMC, HEC и HEECMC
описанный метод испытания.
3.2.4.4 Тестирование ЯМР-спектроскопии Н
Спектрометр ЯМР 1H ГЭЦ измерялся с помощью спектрометра ЯМР 1H Avance400 производства BRUKER.
Используя дейтерированный диметилсульфоксид в качестве растворителя, раствор был протестирован методом ЯМР-спектроскопии жидкого водорода. Частота теста составила 75,5 МГц.
Теплый раствор объемом 0,5 мл.
3.3 Результаты и анализ
3.3.1 Оптимизация процесса приготовления КМЦ
Используя в качестве сырья сосновую целлюлозу, полученную во второй главе, и хлорацетат натрия в качестве этерифицирующего агента, был принят метод однофакторного эксперимента.
Процесс приготовления КМЦ был оптимизирован, и начальные переменные эксперимента были установлены, как показано в Таблице 3.3. Ниже представлен процесс приготовления ГЭК
В искусстве — анализ различных факторов.
Таблица 3.3 Начальные значения факторов
Фактор Начальное значение
Температура предварительной обработки щелочью/℃ 40
Время подщелачивания предварительной обработки/ч 1
Соотношение твердого вещества и жидкости при предварительной обработке (г/мл) 1:25
Концентрация щелочи предварительной обработки/% 40
38
Температура этерификации первой стадии/℃ 45
Время этерификации первой стадии/ч 1
Температура этерификации второй стадии/℃ 70
Время этерификации второй стадии/ч 1
Базовая дозировка на стадии этерификации/г 2
Количество этерифицирующего агента на стадии этерификации/г 4,3
Этерифицированное соотношение твердого вещества и жидкости/(г/мл) 1:15
3.3.1.1 Влияние различных факторов на степень замещения КМЦ на этапе предварительной обработки щелочью
1. Влияние температуры предварительной обработки щелочью на степень замещения КМЦ
Для того чтобы учесть влияние температуры предварительной обработки подщелачивания на степень замещения в полученном КМЦ, в случае фиксации других факторов в качестве исходных значений,
В этих условиях обсуждается влияние температуры предварительной обработки подщелачиванием на степень замещения КМЦ, а результаты показаны на рис.
Температура подщелачивания предварительной обработки/℃
Влияние температуры предварительной обработки подщелачиванием на степень замещения КМЦ
Видно, что степень замещения КМЦ увеличивается с ростом температуры предварительной обработки щелочью, а температура подщелачивания составляет 30 °С.
Вышеуказанные степени замещения уменьшаются с ростом температуры. Это происходит потому, что температура подщелачивания слишком низкая, а молекулы менее активны и неспособны
Эффективно разрушает кристаллическую область целлюлозы, что затрудняет проникновение этерифицирующего агента внутрь целлюлозы на стадии этерификации, а степень реакции относительно высока.
низкая, что приводит к более низкой степени замещения продукта. Однако температура подщелачивания не должна быть слишком высокой. По мере повышения температуры под действием высокой температуры и сильной щелочи
Целлюлоза подвержена окислительной деградации, при этом степень замещения продукта КМЦ снижается.
2. Влияние времени предварительной обработки подщелачиванием на степень замещения КМЦ
При условии, что температура предварительной обработки подщелачиванием составляет 30 °C, а другие факторы являются начальными значениями, обсуждается влияние времени предварительной обработки подщелачиванием на ККМ.
Эффект замещения. Степень замещения.
Время подщелачивания предварительной обработки/ч
Влияние времени предварительной обработки на подщелачиваниеКМЦстепень замещения
Сам процесс набухания происходит относительно быстро, но щелочному раствору требуется определенное время для диффузии в волокне.
Видно, что при времени подщелачивания 0,5-1,5 ч степень замещения продукта увеличивается с увеличением времени подщелачивания.
Степень замещения полученного продукта была наивысшей при времени 1,5 ч, а степень замещения уменьшалась с увеличением времени после 1,5 ч. Это может
Это может быть связано с тем, что в начале подщелачивания, с увеличением времени подщелачивания, проникновение щелочи в целлюлозу становится более достаточным, так что волокно
Первичная структура более расслаблена, что увеличивает этерифицирующий агент и активную среду.
Время публикации: 26-апр.-2024