การเตรียมเซลลูโลสอีเทอร์

1 บทนำ

ในปัจจุบันวัตถุดิบหลักที่ใช้ในการเตรียมเซลลูโลสอีเธอร์คือฝ้ายซึ่งมีผลผลิตลดลงและราคาก็เพิ่มขึ้นด้วย

นอกจากนี้สารอีเธอร์ริฟายเออร์ที่ใช้กันทั่วไป เช่น กรดคลอโรอะซิติก (มีพิษสูง) และเอทิลีนออกไซด์ (ก่อมะเร็ง) ยังเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์และสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

ในบทนี้จะใช้เซลลูโลสสนที่มีความบริสุทธิ์สัมพัทธ์มากกว่า 90% ที่สกัดได้จากบทที่ 2 เป็นวัตถุดิบ และใช้โซเดียมคลอโรอะซิเตทและ 2-คลอโรเอธานอลเป็นสารทดแทน

การใช้กรดคลอโรอะซิติกที่มีพิษสูงเป็นสารอีเทอร์ไรซิ่ง แอนไออนิกคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC)เตรียมไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสที่ไม่ใช่ไอออนิก

เซลลูโลส (HEC) และไฮดรอกซีเอทิลคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสผสม (HECMC) อีเธอร์เซลลูโลสสามตัว ปัจจัยเดียว

เทคนิคการเตรียมเซลลูโลสอีเธอร์สามชนิดได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยใช้การทดลองและการทดลองมุมฉาก และเซลลูโลสอีเธอร์ที่สังเคราะห์ขึ้นได้รับการระบุลักษณะด้วย FT-IR, XRD, H-NMR เป็นต้น

หลักพื้นฐานของการทำปฏิกิริยาอีเทอร์เซลลูโลส

หลักการของการทำปฏิกิริยาอีเทอร์ของเซลลูโลสสามารถแบ่งได้เป็น 2 ส่วน ส่วนแรกคือกระบวนการทำให้เป็นด่าง นั่นคือในระหว่างปฏิกิริยาการทำให้เป็นด่างของเซลลูโลส

เมื่อกระจายอย่างสม่ำเสมอในสารละลาย NaOH เซลลูโลสไพน์จะพองตัวอย่างรุนแรงภายใต้การกระทำของการกวนทางกล และการขยายตัวของน้ำ

โมเลกุลขนาดเล็กของ NaOH จำนวนมากแทรกซึมเข้าไปในเซลลูโลสของสน และทำปฏิกิริยากับกลุ่มไฮดรอกซิลบนวงแหวนของหน่วยโครงสร้างกลูโคส

สร้างเซลลูโลสอัลคาไล ซึ่งเป็นศูนย์กลางสำคัญของปฏิกิริยาอีเทอร์ริฟิเคชัน

ส่วนที่สองคือกระบวนการอีเทอร์ริฟิเคชัน นั่นคือ ปฏิกิริยาระหว่างศูนย์ที่ใช้งานและโซเดียมคลอโรอะซิเตทหรือ 2-คลอโรเอธานอลภายใต้สภาวะด่าง ส่งผลให้เกิด

ในเวลาเดียวกัน สารอีเธอร์ริฟายเออร์โซเดียมคลอโรอะซิเตทและ 2-คลอโรเอธานอลจะผลิตน้ำในระดับหนึ่งภายใต้สภาวะเป็นด่างด้วย

ปฏิกิริยาข้างเคียงจะถูกแก้ไขเพื่อสร้างโซเดียมไกลโคเลตและเอทิลีนไกลคอลตามลำดับ

2 การเตรียมการตกผลึกของเซลลูโลสสนด้วยด่างเข้มข้น

ขั้นแรก ให้เตรียมสารละลาย NaOH ในความเข้มข้นที่กำหนดด้วยน้ำที่ผ่านการดีไอออนไนซ์ จากนั้น ที่อุณหภูมิที่กำหนด ให้เตรียมเส้นใยสน 2 กรัม

วิตามินจะถูกละลายในสารละลาย NaOH ปริมาตรที่กำหนด คนเป็นระยะเวลาหนึ่ง แล้วจึงกรองเพื่อใช้งาน

ผู้ผลิตโมเดลเครื่องมือ

เครื่องวัดค่า pH ที่แม่นยำ

เครื่องกวนแม่เหล็กทำความร้อนอุณหภูมิคงที่ประเภทตัวเก็บรวบรวม

เตาอบสูญญากาศ

เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์

ปั๊มสุญญากาศเอนกประสงค์ชนิดหมุนเวียนน้ำ

เครื่องวัดสเปกตรัมอินฟราเรดแบบแปลงฟูเรียร์

เครื่องวัดการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์

เครื่องวัดสเปกตรัมเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์

บริษัท หางโจวออลี่หลง อินสทรูเม้นต์ จำกัด

บริษัท หางโจว ฮุ่ยฉวง อินสทรูเม้นทส์ อีควิปเมนท์ จำกัด

บริษัท เซี่ยงไฮ้ จิงหง อุปกรณ์การทดลอง จำกัด

บริษัท เมทเลอร์ โทเลโด อินสทรูเมนท์ส (เซี่ยงไฮ้) จำกัด

บริษัท หางโจวเดวิด เครื่องมือวิทยาศาสตร์และการศึกษา จำกัด

บริษัท อเมริกัน เทอร์โม ฟิชเชอร์ จำกัด

บริษัท ARL ของอเมริกันเทอร์โมอิเล็กทริกสวิตเซอร์แลนด์

บริษัทสวิส BRUKER

35

การจัดเตรียม CMC

โดยใช้เซลลูโลสอัลคาไลจากไม้สนที่ผ่านการบำบัดเบื้องต้นด้วยการตกผลึกด้วยอัลคาไลเข้มข้นเป็นวัตถุดิบ โดยใช้เอธานอลเป็นตัวทำละลาย และใช้โซเดียมคลอโรอะซิเตทเป็นอีเทอร์ริฟิเคชัน

CMC ที่มีค่า DS สูงกว่าเตรียมโดยการเติมด่างสองครั้งและสารอีเทอร์ริฟายเออร์สองครั้ง เติมเซลลูโลสด่างจากไม้สน 2 กรัมลงในขวดคอสี่คอ จากนั้นเติมตัวทำละลายเอธานอลในปริมาณที่กำหนด แล้วคนให้เข้ากันเป็นเวลา 30 นาที

ประมาณนี้ เพื่อให้เซลลูโลสที่เป็นด่างกระจายตัวเต็มที่ จากนั้นจึงเติมสารอัลคาไลและโซเดียมคลอโรอะซิเตทในปริมาณหนึ่งลงไป เพื่อทำปฏิกิริยากันเป็นระยะเวลาหนึ่งที่อุณหภูมิอีเทอร์ริฟิเคชันที่กำหนด

หลังจากนั้นให้เติมสารอัลคาไลน์และโซเดียมคลอโรอะซิเตทอีกครั้งตามด้วยอีเทอร์ริฟิเคชันเป็นระยะเวลาหนึ่ง หลังจากปฏิกิริยาสิ้นสุดลง ให้ปล่อยให้เย็นลงแล้วจึงปล่อยให้เย็นลง

ทำให้เป็นกลางด้วยกรดอะซิติกบริสุทธิ์ในปริมาณที่เหมาะสม จากนั้นดูดกรอง ล้างแล้วเช็ดให้แห้ง

การจัดทำ HEC

โดยใช้เซลลูโลสอัลคาไลจากไม้สนที่ผ่านการบำบัดเบื้องต้นด้วยการตกผลึกด้วยอัลคาไลเข้มข้นเป็นวัตถุดิบ เอธานอลเป็นตัวทำละลาย และ 2-คลอโรเอธานอลเป็นอีเทอร์ริฟิเคชัน

เตรียม HEC ที่มี MS สูงกว่าโดยเติมด่างสองครั้งและสารอีเทอร์ริฟายเออร์สองครั้ง เติมเซลลูโลสด่างจากไม้สน 2 กรัมลงในขวดคอสี่คอ และเติมเอธานอล 90% (เศษส่วนปริมาตร) ตามปริมาตรที่กำหนด คนให้เข้ากัน

คนจนส่วนผสมเข้ากันดีสักครู่ จากนั้นเติมด่างในปริมาณที่กำหนด แล้วค่อยๆ อุ่นขึ้น เติมปริมาณที่กำหนด 2-

คลอโรเอธานอล อีเทอร์ริฟายเออร์ที่อุณหภูมิคงที่เป็นระยะเวลาหนึ่ง จากนั้นเติมโซเดียมไฮดรอกไซด์และ 2-คลอโรเอธานอลที่เหลือเพื่ออีเทอร์ริฟายเออร์ต่อไปเป็นระยะเวลาหนึ่ง

หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสมบูรณ์แล้ว ให้ทำให้เป็นกลางด้วยกรดอะซิติกบริสุทธิ์ในปริมาณหนึ่ง แล้วกรองด้วยตัวกรองแก้ว (G3) สุดท้าย ล้าง และเช็ดให้แห้ง

การเตรียมความพร้อมของ HEMCC

โดยใช้ HEC ที่เตรียมไว้ในข้อ 3.2.3.4 เป็นวัตถุดิบ เอธานอลเป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยา และโซเดียมคลอโรอะซิเตทเป็นตัวทำปฏิกิริยาอีเทอร์ในการเตรียม

HECMC กระบวนการเฉพาะคือ: นำ HEC ในปริมาณที่กำหนด ใส่ในขวดคอสี่ขนาด 100 มล. แล้วเติมปริมาตรตามที่กำหนด

เอธานอล 90% คนด้วยเครื่องเป็นระยะเวลาหนึ่งเพื่อให้กระจายตัวเต็มที่ เติมด่างในปริมาณหนึ่งหลังจากให้ความร้อนแล้ว และค่อยๆ เติมลงไป

โซเดียมคลอโรอะซิเตท การเกิดอีเทอร์ที่อุณหภูมิคงที่สิ้นสุดลงเมื่อผ่านระยะเวลาหนึ่ง หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้น ให้ทำให้เป็นกลางด้วยกรดอะซิติกบริสุทธิ์เพื่อทำให้เป็นกลาง จากนั้นใช้ตัวกรองแก้ว (G3)

หลังการกรองดูดแล้วล้างและอบแห้ง

การทำให้บริสุทธิ์ของเซลลูโลสอีเธอร์

ในกระบวนการเตรียมเซลลูโลสอีเธอร์ มักมีการผลิตผลิตภัณฑ์รองออกมาบ้าง โดยส่วนใหญ่คือเกลืออนินทรีย์โซเดียมคลอไรด์และสารอื่นๆ

สิ่งเจือปน เพื่อปรับปรุงคุณภาพของเซลลูโลสอีเธอร์ จึงต้องทำการทำให้บริสุทธิ์อย่างง่ายด้วยเซลลูโลสอีเธอร์ที่ได้ เนื่องจากอยู่ในน้ำ

มีความสามารถในการละลายที่แตกต่างกัน ดังนั้นการทดลองจึงใช้เอธานอลไฮเดรตที่มีปริมาตรเศษส่วนหนึ่งเพื่อทำให้เซลลูโลสอีเธอร์ทั้งสามชนิดที่เตรียมไว้บริสุทธิ์

เปลี่ยน.

ใส่ตัวอย่างเซลลูโลสอีเธอร์ที่เตรียมไว้ด้วยคุณภาพที่กำหนดลงในบีกเกอร์ เติมเอธานอล 80% ในปริมาณที่กำหนดซึ่งอุ่นไว้ล่วงหน้าที่อุณหภูมิ 60 ℃ ~ 65 ℃ และรักษาการกวนเชิงกลที่อุณหภูมิ 60 ℃ ~ 65 ℃ บนเครื่องกวนแม่เหล็กที่ให้ความร้อนที่อุณหภูมิคงที่เป็นเวลา 10 ℃ เป็นเวลาอย่างน้อย นำส่วนที่เป็นของเหลวใสไปตากให้แห้ง

ในบีกเกอร์ที่สะอาด ใช้ซิลเวอร์ไนเตรตเพื่อตรวจหาไอออนคลอไรด์ หากมีตะกอนสีขาว ให้กรองผ่านตัวกรองแก้ว แล้วนำของแข็งออก

ทำซ้ำขั้นตอนก่อนหน้าสำหรับส่วนของร่างกาย จนกระทั่งสารกรองหลังจากการเติมสารละลาย AgNO3 1 หยดไม่มีตะกอนสีขาว นั่นก็คือการฟอกและล้างจะเสร็จสมบูรณ์

36

เข้าไป (ส่วนใหญ่เพื่อกำจัด NaCl ผลพลอยได้) หลังจากการกรองแบบดูด การทำให้แห้ง การทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง และการชั่งน้ำหนัก

มวล, กรัม

วิธีทดสอบและกำหนดลักษณะของเซลลูโลสอีเทอร์

การกำหนดระดับการแทนที่ (DS) และระดับการแทนที่โมลาร์ (MS)

การกำหนด DS: ขั้นแรก ชั่งตัวอย่างอีเธอร์เซลลูโลสที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์และแห้งจำนวน 0.2 กรัม (แม่นยำถึง 0.1 มก.) แล้วละลายใน

น้ำกลั่น 80 มล. ผสมในอ่างน้ำอุณหภูมิคงที่ 30℃~40℃ เป็นเวลา 10 นาที จากนั้นปรับด้วยสารละลายกรดซัลฟิวริกหรือสารละลาย NaOH

ค่า pH ของสารละลายจนกระทั่งค่า pH ของสารละลายเท่ากับ 8 จากนั้นในบีกเกอร์ที่มีอิเล็กโทรดวัดค่า pH ใช้สารละลายกรดซัลฟิวริกมาตรฐาน

ในการไทเทรต ภายใต้สภาวะการกวน ให้สังเกตการอ่านค่า pH ของมิเตอร์ขณะไทเทรต เมื่อค่า pH ของสารละลายปรับเป็น 3.74

การไทเทรตสิ้นสุดลง โปรดสังเกตปริมาตรของสารละลายมาตรฐานกรดซัลฟิวริกที่ใช้ ณ เวลานี้

รุ่น:

ผลรวมของจำนวนโปรตอนบนและกลุ่มไฮดรอกซีเอทิล

อัตราส่วนจำนวนโปรตอนบน I7 คือ มวลของกลุ่มเมทิลีนบนกลุ่มไฮดรอกซีเอทิล

ความเข้มของพีคเรโซแนนซ์โปรตอน คือ ความเข้มของพีคเรโซแนนซ์โปรตอนของกลุ่มเมทีน 5 กลุ่มและกลุ่มเมทิลีน 1 กลุ่มบนหน่วยเซลลูโลสกลูโคส

ผลรวม

วิธีทดสอบที่อธิบายไว้สำหรับการทดสอบลักษณะเฉพาะอินฟราเรดของเซลลูโลสอีเธอร์สามชนิดคือ CMC, HEC และ HEECMC

กฎ

3.2.4.3 การทดสอบ XRD

การทดสอบลักษณะเฉพาะของการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของเซลลูโลสอีเธอร์สามชนิด ได้แก่ CMC, HEC และ HEECMC

วิธีทดสอบตามที่อธิบายไว้

3.2.4.4 การทดสอบ H-NMR

เครื่องตรวจวัดสเปกตรัม H NMR ของ HEC ได้รับการวัดด้วยเครื่องตรวจวัดสเปกตรัม Avance400 H NMR ที่ผลิตโดย BRUKER

โดยใช้ไดเมทิลซัลฟอกไซด์ที่มีดิวทีเรเต็ดเป็นตัวทำละลาย สารละลายจะถูกทดสอบโดยใช้สเปกโตรสโคปีไฮโดรเจนเหลว NMR ความถี่ในการทดสอบคือ 75.5MHz

อุ่น สารละลายมีปริมาตร 0.5มล.

3.3 ผลลัพธ์และการวิเคราะห์

3.3.1 การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเตรียม CMC

โดยใช้เซลลูโลสสนที่สกัดได้ในบทที่ 2 เป็นวัตถุดิบ และใช้โซเดียมคลอโรอะซิเตทเป็นตัวทำปฏิกิริยาอีเธอร์ วิธีการทดลองปัจจัยเดียวถูกนำมาใช้

กระบวนการเตรียม CMC ได้รับการปรับให้เหมาะสม และตัวแปรเริ่มต้นของการทดลองถูกตั้งค่าตามที่แสดงในตาราง 3.3 ต่อไปนี้คือกระบวนการเตรียม HEC

ในงานศิลปะ การวิเคราะห์ปัจจัยต่างๆ

ตารางที่ 3.3 ค่าปัจจัยเริ่มต้น

ปัจจัยค่าเริ่มต้น

อุณหภูมิการทำให้เป็นด่างก่อนการบำบัด/℃ 40

เวลาเตรียมการทำให้เป็นด่าง/ชม. 1

อัตราส่วนของแข็งต่อของเหลวก่อนการบำบัด/(g/mL) 1:25

ความเข้มข้นของโซดาไฟก่อนการบำบัด/% 40

38

อุณหภูมิอีเทอร์ริฟิเคชันขั้นแรก/℃ 45

เวลาการสร้างอีเทอร์ขั้นแรก/ชม. 1

อุณหภูมิอีเทอร์ริฟิเคชันขั้นที่สอง/℃ 70

เวลาอีเทอร์ริฟิเคชันขั้นที่สอง/ชม. 1

ปริมาณพื้นฐานในระยะอีเทอร์ริฟิเคชัน/กรัม 2

ปริมาณสารอีเทอร์ริฟายเออร์ในขั้นตอนอีเทอร์ริฟายเออร์/กรัม 4.3

อัตราส่วนของแข็ง-ของเหลวอีเทอร์ไรเซชัน/(g/mL) 1:15

3.3.1.1 อิทธิพลของปัจจัยต่างๆ ต่อระดับการทดแทน CMC ในขั้นตอนการบำบัดเบื้องต้นด้วยด่าง

1. ผลของอุณหภูมิด่างก่อนการบำบัดต่อระดับการทดแทนของ CMC

เพื่อพิจารณาผลกระทบของอุณหภูมิการทำให้เป็นด่างก่อนการบำบัดต่อระดับการทดแทนใน CMC ที่ได้ ในกรณีที่กำหนดปัจจัยอื่นเป็นค่าเริ่มต้น

ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว จะมีการหารือเกี่ยวกับผลของอุณหภูมิการทำให้เป็นด่างก่อนการบำบัดต่อระดับการทดแทน CMC และผลลัพธ์จะแสดงในรูปที่ 1

อุณหภูมิการทำให้เป็นด่างก่อนการบำบัด/℃

ผลของอุณหภูมิด่างก่อนการบำบัดต่อระดับการทดแทน CMC

จะเห็นได้ว่าระดับการทดแทน CMC เพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิการทำให้เป็นด่างก่อนการบำบัด และอุณหภูมิการทำให้เป็นด่างคือ 30 °C

ระดับการทดแทนข้างต้นจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เนื่องจากอุณหภูมิของด่างต่ำเกินไป และโมเลกุลจะทำงานน้อยลงและไม่สามารถ

ทำลายพื้นที่ผลึกของเซลลูโลสได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งทำให้สารอีเธอร์ริฟายเออร์เข้าไปภายในเซลลูโลสได้ยากในขั้นตอนอีเธอร์ริฟายเออร์ และมีระดับปฏิกิริยาค่อนข้างสูง

ต่ำ ส่งผลให้มีการทดแทนผลิตภัณฑ์ในระดับต่ำ อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิการทำให้เป็นด่างไม่ควรสูงเกินไป เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ภายใต้การกระทำของอุณหภูมิสูงและด่างเข้มข้น

เซลลูโลสมีแนวโน้มที่จะสลายตัวโดยออกซิเดชัน และระดับการทดแทนของผลิตภัณฑ์ CMC จะลดลง

2. อิทธิพลของเวลาการทำให้เป็นด่างก่อนการบำบัดต่อระดับการทดแทน CMC

ภายใต้เงื่อนไขที่อุณหภูมิการทำให้เป็นด่างก่อนการบำบัดอยู่ที่ 30 °C และปัจจัยอื่นๆ เป็นค่าเริ่มต้น จะมีการหารือเกี่ยวกับผลกระทบของเวลาการทำให้เป็นด่างก่อนการบำบัดต่อ CMC

ผลของการทดแทน ระดับของการทดแทน

เวลาเตรียมการทำให้เป็นด่าง/ชม.

ผลกระทบของเวลาการทำให้เป็นด่างก่อนการบำบัดต่อซีเอ็มซีระดับการทดแทน

กระบวนการเพิ่มปริมาณนั้นค่อนข้างรวดเร็ว แต่สารละลายด่างต้องใช้เวลาในการแพร่กระจายในเส้นใยสักพักหนึ่ง

จะเห็นได้ว่าเมื่อเวลาการทำให้เป็นด่างอยู่ที่ 0.5-1.5 ชั่วโมง ระดับการทดแทนของผลิตภัณฑ์จะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาการทำให้เป็นด่างเพิ่มขึ้น

ระดับการทดแทนของผลิตภัณฑ์ที่ได้จะสูงที่สุดเมื่อเวลา 1.5 ชั่วโมง และระดับการทดแทนจะลดลงเมื่อเวลาเพิ่มขึ้นหลังจาก 1.5 ชั่วโมง สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้

อาจเป็นเพราะในช่วงเริ่มต้นของการทำให้เป็นด่าง เมื่อระยะเวลาการทำให้เป็นด่างยาวนานขึ้น การแทรกซึมของด่างสู่เซลลูโลสจะเพียงพอมากขึ้น ทำให้เส้นใย

โครงสร้างหลักมีความผ่อนคลายมากขึ้น โดยเพิ่มตัวแทนอีเทอร์และตัวกลางที่ใช้งาน