1 Úvod
V súčasnosti je hlavnou surovinou používanou pri prípraveéter celulózyje bavlna a jej produkcia klesá a cena tiež rastie;
Navyše bežne používané éterifikačné činidlá, ako je kyselina chlóroctová (vysoko toxická) a etylénoxid (karcinogénny), sú tiež škodlivejšie pre ľudské telo a životné prostredie. Kniha
V tejto kapitole sa ako surovina používa borovicová celulóza s relatívnou čistotou viac ako 90 % extrahovaná v druhej kapitole a ako náhrada sa používa chlóracetát sodný a 2-chlóretanol.
Použitie vysoko toxickej kyseliny chlóroctovej ako éterifikačného činidla, aniónovékarboxymetylcelulóza (CMC)sa pripravila neiónová hydroxyetylcelulóza.
Celulóza (HEC) a zmiešaná hydroxyetylkarboxymetylcelulóza (HECMC), tri étery celulózy. jediný faktor
Techniky prípravy troch éterov celulózy boli optimalizované pomocou experimentov a ortogonálnych experimentov a syntetizované étery celulózy boli charakterizované pomocou FT-IR, XRD, H-NMR atď.
Základy éterifikácie celulózy
Princíp éterifikácie celulózy možno rozdeliť na dve časti. Prvou časťou je proces alkalizácie, to znamená počas alkalizačnej reakcie celulózy,
Borovicová celulóza, ktorá je rovnomerne rozptýlená v roztoku NaOH, pôsobením mechanického miešania a expanziou vody prudko napučiava
Veľké množstvo malých molekúl NaOH preniklo do vnútra borovicovej celulózy a reagovalo s hydroxylovými skupinami na kruhu štruktúrnej jednotky glukózy,
Vytvára alkalickú celulózu, aktívne centrum eterifikačnej reakcie.
Druhou časťou je proces éterifikácie, teda reakcia medzi aktívnym centrom a chlóracetátom sodným alebo 2-chlóretanolom za alkalických podmienok, čo vedie k
Súčasne eterifikačné činidlo chlóracetát sodný a 2-chlóretanol budú tiež produkovať určitý stupeň vody v alkalických podmienkach.
Vedľajšie reakcie sa vyriešia tak, aby sa vytvoril glykolát sodný a etylénglykol.
2 Koncentrovaná alkalická predúprava borovicovej celulózy dekryštalizáciou
Najprv pripravte určitú koncentráciu roztoku NaOH s deionizovanou vodou. Potom pri určitej teplote 2g borovicového vlákna
Vitamín sa rozpustí v určitom objeme roztoku NaOH, mieša sa určitý čas a potom sa prefiltruje.
Výrobca modelu prístroja
Presný pH meter
Vyhrievacie magnetické miešadlo kolektorového typu s konštantnou teplotou
Vákuová sušiaca pec
Elektronická váha
Viacúčelové vákuové čerpadlo typu cirkulujúcej vody
Infračervený spektrometer s Fourierovou transformáciou
Röntgenový difraktometer
Spektrometer jadrovej magnetickej rezonancie
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.
Spoločnosť American Thermo Fisher Co., Ltd.
Americká termoelektrická spoločnosť ARL zo Švajčiarska
Švajčiarska spoločnosť BRUKER
35
Príprava CMC
Použitie alkalickej celulózy z borovicového dreva vopred upravenej koncentrovanou alkalickou dekryštalizáciou ako suroviny, použitím etanolu ako rozpúšťadla a použitím chlóracetátu sodného ako éterifikácia
CMC s vyšším DS sa pripravila dvojnásobným pridaním alkálie a dvakrát pridaním éterifikačného činidla. Pridajte 2 g alkalickej celulózy z borovicového dreva do štvorhrdlovej banky, potom pridajte určitý objem etanolového rozpúšťadla a dobre miešajte 30 minút
asi tak, že alkalická celulóza je úplne dispergovaná. Potom pridajte určité množstvo alkalického činidla a chlóracetátu sodného, aby reagovali po určitú dobu pri určitej teplote éterifikácie
Po určitom čase sa pridá druhé alkalické činidlo a chlóracetát sodný, po ktorom nasleduje éterifikácia počas určitého časového obdobia. Po ukončení reakcie sa ochladí a ochladí
Neutralizujte primeraným množstvom ľadovej kyseliny octovej, potom odsajte, umyte a osušte.
Príprava VÚC
Použitie alkalickej celulózy z borovicového dreva vopred upravenej koncentrovanou alkalickou dekryštalizáciou ako suroviny, etanol ako rozpúšťadlo a 2-chlóretanol ako éterifikácia
HEC s vyšším MS sa pripravilo dvojnásobným pridaním alkálie a dvakrát pridaním éterifikačného činidla. Pridajte 2 g alkalickej celulózy z borovicového dreva do štvorhrdlovej banky a pridajte určitý objem 90 % (objemová frakcia) etanolu, premiešajte
Miešajte po určitú dobu, aby sa úplne rozptýlila, potom pridajte určité množstvo zásady a pomaly zahrejte, pridajte určitý objem 2-
Chlóretanol, éterifikovaný pri konštantnej teplote počas určitého časového obdobia a potom bol pridaný zostávajúci hydroxid sodný a 2-chlóretanol, aby sa pokračovalo v éterifikácii počas určitého časového obdobia. liečiť
Po ukončení reakcie neutralizujte určitým množstvom ľadovej kyseliny octovej a nakoniec prefiltrujte cez sklenený filter (G3), premyte a vysušte.
Príprava HEMCC
Použitie HEC pripraveného v 3.2.3.4 ako suroviny, etanolu ako reakčného média a chlóracetátu sodného ako éterifikačného činidla na prípravu
HECMC. Špecifický proces je: vezmite určité množstvo HEC, vložte ho do 100 ml štvorhrdlovej banky a potom pridajte určité množstvo objemu
90 % etanol, mechanicky miešajte po určitú dobu, aby sa úplne rozptýlil, po zahriatí pridajte určité množstvo alkálie a pomaly pridajte
chlóracetát sodný, éterifikácia pri konštantnej teplote po určitom čase skončí. Po dokončení reakcie ju zneutralizujte ľadovou kyselinou octovou, potom použite sklenený filter (G3)
Po sacej filtrácii, premytí a vysušení.
Čistenie éterov celulózy
Pri procese prípravy éteru celulózy často vznikajú niektoré vedľajšie produkty, najmä anorganická soľ chlorid sodný a niektoré ďalšie
nečistoty. Aby sa zlepšila kvalita éteru celulózy, uskutočnilo sa jednoduché čistenie získaného éteru celulózy. pretože sú vo vode
Existuje rozdielna rozpustnosť, takže experiment používa určitý objemový podiel hydratovaného etanolu na čistenie pripravených troch éterov celulózy.
zmeniť.
Umiestnite vzorku éteru celulózy pripravenú v určitej kvalite do kadičky, pridajte určité množstvo 80 % etanolu, ktorý bol predhriaty na 60 °C ~ 65 °C, a udržiavajte mechanické miešanie pri teplote 60 °C ~ 65 °C na magnetickom miešadle s konštantnou teplotou. na 10 ℃. min. Odoberte supernatant na vysušenie
V čistej kadičke použite dusičnan strieborný na kontrolu chloridových iónov. Ak existuje biela zrazenina, prefiltrujte ju cez sklenený filter a odoberte pevnú látku
Opakujte predchádzajúce kroky pre časť tela, kým filtrát po pridaní 1 kvapky roztoku AgNO3 nebude mať žiadnu bielu zrazeninu, to znamená, že čistenie a premývanie nie je dokončené.
36
do (hlavne na odstránenie vedľajšieho produktu reakcie NaCl). Po sacej filtrácii, sušení, ochladení na teplotu miestnosti a zvážení.
hmotnosť, g.
Testovacie a charakterizačné metódy pre étery celulózy
Stanovenie stupňa substitúcie (DS) a molárneho stupňa substitúcie (MS)
Stanovenie DS: Najprv odvážte 0,2 g (s presnosťou na 0,1 mg) vyčistenej a vysušenej vzorky éteru celulózy, rozpustite v
80 ml destilovanej vody, miešané vo vodnom kúpeli s konštantnou teplotou pri 30 °C ~ 40 °C počas 10 minút. Potom sa upraví roztokom kyseliny sírovej alebo roztokom NaOH
pH roztoku, kým pH roztoku nie je 8. Potom v kadičke vybavenej elektródou pH metra použite štandardný roztok kyseliny sírovej
Pri titrácii za podmienok miešania sledujte hodnotu pH metra počas titrácie, keď je hodnota pH roztoku upravená na 3,74,
Titrácia končí. Zaznamenajte si objem štandardného roztoku kyseliny sírovej, ktorý sa v tomto čase použije.
Generácia:
Súčet horných protónových čísel a hydroxyetylovej skupiny
Pomer počtu horných protónov; I7 je hmotnosť metylénovej skupiny na hydroxyetylovej skupine
Intenzita vrcholu protónovej rezonancie; je intenzita píku protónovej rezonancie 5 metínových skupín a jednej metylénovej skupiny na celulózovej glukózovej jednotke
Sum.
Testovacie metódy opísané na testovanie infračervenej charakterizácie troch éterov celulózy CMC, HEC a HEECMC
zákon
3.2.4.3 XRD test
Röntgenová difrakčná analýza Charakterizačný test troch éterov celulózy CMC, HEC a HEECMC
opísanej skúšobnej metódy.
3.2.4.4 Testovanie H-NMR
H NMR spektrometer HEC bol meraný spektrometrom Avance400 H NMR vyrobeným firmou BRUKER.
S použitím deuterovaného dimetylsulfoxidu ako rozpúšťadla sa roztok testoval NMR spektroskopiou kvapalného vodíka. Testovacia frekvencia bola 75,5 MHz.
Teplý, roztok má objem 0,5 ml.
3.3 Výsledky a analýza
3.3.1 Optimalizácia procesu prípravy CMC
Použitím borovicovej celulózy extrahovanej v druhej kapitole ako suroviny a použitím chlóracetátu sodného ako éterifikačného činidla bola prijatá metóda jednofaktorového experimentu,
Proces prípravy CMC bol optimalizovaný a počiatočné premenné experimentu boli nastavené tak, ako je uvedené v tabuľke 3.3. Nasleduje postup prípravy HEC
V umení analýza rôznych faktorov.
Tabuľka 3.3 Počiatočné hodnoty faktorov
Faktor Počiatočná hodnota
Alkalizačná teplota predúpravy/℃ 40
Čas predúpravy alkalizácie/h 1
Predúprava pomer tuhá látka-kvapalina/(g/ml) 1:25
Koncentrácia lúhu pred úpravou/% 40
38
Teplota eterifikácie prvého stupňa/℃ 45
Čas éterifikácie prvého stupňa/h 1
Teplota eterifikácie druhého stupňa/℃ 70
Čas eterifikácie druhého stupňa/h 1
Základná dávka v eterifikačnom stupni/g 2
Množstvo éterifikačného činidla v éterifikačnom stupni/g 4.3
Pomer éterifikovaná tuhá látka-kvapalina/(g/ml) 1:15
3.3.1.1 Vplyv rôznych faktorov na stupeň substitúcie CMC v štádiu predúpravy alkalizácie
1. Vplyv teploty alkalizácie pred úpravou na stupeň substitúcie CMC
Aby sa zvážil vplyv teploty alkalizácie pred úpravou na stupeň substitúcie v získanom CMC, v prípade stanovenia iných faktorov ako počiatočných hodnôt,
Za týchto podmienok sa diskutuje vplyv teploty alkalizácie pred úpravou na stupeň substitúcie CMC a výsledky sú znázornené na obr.
Alkalizačná teplota predúpravy/℃
Vplyv teploty alkalizácie predúpravy na stupeň substitúcie CMC
Je zrejmé, že stupeň substitúcie CMC sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou alkalizácie pred úpravou a teplota alkalizácie je 30 °C.
Vyššie uvedené stupne substitúcie klesajú so zvyšujúcou sa teplotou. Je to preto, že teplota alkalizácie je príliš nízka a molekuly sú menej aktívne a nie sú schopné
Účinne zničte kryštalickú oblasť celulózy, čo sťažuje vstup éterifikačného činidla do vnútra celulózy v štádiu éterifikácie a stupeň reakcie je relatívne vysoký.
nízka, čo má za následok nižší stupeň substitúcie produktu. Teplota alkalizácie by však nemala byť príliš vysoká. Keď sa teplota zvýši, pôsobením vysokej teploty a silných zásad,
Celulóza je náchylná na oxidačnú degradáciu a stupeň substitúcie produktu CMC klesá.
2. Vplyv času predúpravy alkalizácie na stupeň substitúcie CMC
Za predpokladu, že teplota alkalizácie pred úpravou je 30 °C a ostatné faktory sú počiatočnými hodnotami, diskutuje sa vplyv doby alkalizácie pred úpravou na CMC.
Účinok substitúcie. Stupeň substitúcie
Predúprava čas alkalizácie/h
Vplyv času predúpravy na alkalizáciuCMCsubstitučný stupeň
Samotný proces objemovania je pomerne rýchly, ale alkalický roztok potrebuje určitý čas difúzie vo vlákne.
Je možné vidieť, že keď je čas alkalizácie 0,5 až 1,5 hodiny, stupeň substitúcie produktu sa zvyšuje so zvyšujúcim sa časom alkalizácie.
Stupeň substitúcie získaného produktu bol najvyšší, keď bol čas 1,5 hodiny, a stupeň substitúcie klesal so zvyšujúcim sa časom po 1,5 hodine. Toto môže
Môže to byť preto, že na začiatku alkalizácie, s predĺžením času alkalizácie, je infiltrácia alkálie do celulózy dostatočná, takže vlákno
Hlavná štruktúra je uvoľnenejšia, čím sa zvyšuje éterifikačné činidlo a aktívne médium
Čas odoslania: 26. apríla 2024