การเตรียมเซลลูโลสอีเทอร์

1 บทนำ

ปัจจุบันวัตถุดิบหลักที่ใช้ในการจัดทำเซลลูโลสอีเทอร์คือฝ้ายผลผลิตลดลงและราคาก็สูงขึ้นเช่นกัน

นอกจากนี้ สารอีเทอร์ไฟเออร์ที่ใช้กันทั่วไป เช่น กรดคลอโรอะซิติก (เป็นพิษสูง) และเอทิลีนออกไซด์ (เป็นสารก่อมะเร็ง) ยังเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์และสิ่งแวดล้อมมากกว่าอีกด้วย หนังสือ

ในบทนี้ เซลลูโลสสนที่มีความบริสุทธิ์สัมพัทธ์มากกว่า 90% ที่สกัดได้ในบทที่สองจะใช้เป็นวัตถุดิบ และใช้โซเดียมคลอโรอะซิเตตและ 2-คลอโรเอทานอลแทน

การใช้กรดคลอโรอะซิติกที่เป็นพิษสูงเป็นสารอีเทอร์ริฟายอิ้งประจุลบคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC), ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสแบบไม่มีไอออนถูกเตรียมไว้

เซลลูโลส (HEC) และไฮดรอกซีเอทิลคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสผสม (HECMC) เซลลูโลสอีเทอร์สามชนิด ปัจจัยเดียว

เทคนิคการเตรียมเซลลูโลสอีเทอร์สามชนิดได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยการทดลองและการทดลองมุมฉาก และเซลลูโลสอีเทอร์ที่สังเคราะห์ขึ้นมีลักษณะเฉพาะโดย FT-IR, XRD, H-NMR เป็นต้น

พื้นฐานของเซลลูโลสอีเทอร์ริฟิเคชัน

หลักการของเซลลูโลสอีเทอร์ริฟิเคชันสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน ส่วนแรกคือกระบวนการอัลคาไลเซชัน กล่าวคือ ในระหว่างปฏิกิริยาอัลคาไลเซชันของเซลลูโลส

เซลลูโลสสนจะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในสารละลาย NaOH จะพองตัวอย่างรุนแรงภายใต้การกระทำของการกวนเชิงกล และด้วยการขยายตัวของน้ำ

โมเลกุลขนาดเล็กของ NaOH จำนวนมากแทรกซึมเข้าไปในด้านในของเซลลูโลสสน และทำปฏิกิริยากับหมู่ไฮดรอกซิลบนวงแหวนของหน่วยโครงสร้างกลูโคส

สร้างเซลลูโลสอัลคาไลซึ่งเป็นศูนย์กลางของปฏิกิริยาเอเทอริฟิเคชั่น

ส่วนที่สองคือกระบวนการอีเทอร์ริฟิเคชั่น คือ ปฏิกิริยาระหว่างแอคทีฟเซ็นเตอร์กับโซเดียมคลอโรอะซิเตตหรือ 2-คลอโรเอทานอลภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง ส่งผลให้

ในเวลาเดียวกัน สารอีเทอร์ริฟายเออร์โซเดียมคลอโรอะซิเตตและ 2-คลอโรเอทานอลจะผลิตน้ำในระดับหนึ่งภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง

ปฏิกิริยาข้างเคียงได้รับการแก้ไขเพื่อสร้างโซเดียมไกลคอลและเอทิลีนไกลคอลตามลำดับ

2 การปรับสภาพตกผลึกด้วยด่างเข้มข้นของเซลลูโลสสน

ขั้นแรก เตรียมสารละลาย NaOH ที่มีความเข้มข้นจำนวนหนึ่งด้วยน้ำปราศจากไอออน จากนั้นที่อุณหภูมิหนึ่ง เส้นใยสน 2 กรัม

วิตามินละลายในสารละลาย NaOH ในปริมาณหนึ่ง กวนเป็นระยะเวลาหนึ่งแล้วจึงกรองเพื่อใช้

ผู้ผลิตโมเดลเครื่องดนตรี

เครื่องวัดค่า pH ที่แม่นยำ

เครื่องกวนแม่เหล็กที่ให้ความร้อนอุณหภูมิคงที่แบบสะสม

เตาอบแห้งสุญญากาศ

ความสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์

ปั๊มสุญญากาศอเนกประสงค์ชนิดน้ำหมุนเวียน

สเปกโตรมิเตอร์อินฟราเรดการแปลงฟูริเยร์

เอ็กซ์เรย์ดิฟแฟรกโตมิเตอร์

สเปกโตรมิเตอร์เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์

หางโจว Aolilong Instrument Co., Ltd.

หางโจว Huichuang เครื่องมืออุปกรณ์ Co., Ltd.

Shanghai Jinghong Experimental Equipment Co. , Ltd.

METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.

หางโจว David วิทยาศาสตร์และการศึกษา Instrument Co., Ltd.

บริษัท อเมริกัน เทอร์โม ฟิชเชอร์ จำกัด

บริษัท American Thermoelectric Switzerland ARL

บริษัท BRUKER ของสวิสเซอร์แลนด์

35

การเตรียม CMC

การใช้เซลลูโลสอัลคาไลของไม้สนที่ผ่านกระบวนการตกผลึกด้วยอัลคาไลเข้มข้นเป็นวัตถุดิบ โดยใช้เอธานอลเป็นตัวทำละลาย และใช้โซเดียมคลอโรอะซิเตตเป็นอีเทอร์ริฟิเคชัน

CMC ที่มี DS สูงกว่าถูกเตรียมโดยการเติมอัลคาไลสองครั้งและสารอีเทอร์ริฟายอิ้งสองครั้ง เติมเซลลูโลสอัลคาไลไม้สน 2 กรัมลงในขวดที่มีสี่คอ จากนั้นเติมตัวทำละลายเอทานอลในปริมาณหนึ่ง และคนให้เข้ากันเป็นเวลา 30 นาที

เพื่อให้อัลคาไลเซลลูโลสกระจายตัวเต็มที่ จากนั้นเติมสารอัลคาไลและโซเดียมคลอโรอะซิเตตจำนวนหนึ่งเพื่อทำปฏิกิริยาในช่วงระยะเวลาหนึ่งที่อุณหภูมิอีเทอร์ริฟิเคชั่นที่แน่นอน

หลังจากเวลาผ่านไป การเติมครั้งที่สองของสารอัลคาไลน์และโซเดียม คลอโรอะซิเตตตามด้วยอีเทอร์ริฟิเคชันเป็นระยะเวลาหนึ่ง หลังจากปฏิกิริยาสิ้นสุดลง ให้เย็นลงและเย็นลง

ทำให้เป็นกลางด้วยกรดอะซิติกน้ำแข็งในปริมาณที่เหมาะสม จากนั้นจึงใช้ตัวกรองแบบดูด ล้างและทำให้แห้ง

การเตรียม HEC

การใช้เซลลูโลสอัลคาไลของไม้สนที่ปรับสภาพด้วยการลดการตกผลึกของอัลคาไลเข้มข้นเป็นวัตถุดิบ เอทานอลเป็นตัวทำละลาย และ 2-คลอโรเอธานอลเป็นอีเธอริฟิเคชัน

HEC ที่มี MS สูงกว่าถูกเตรียมโดยการเติมอัลคาไลสองครั้งและสารอีเทอร์ริฟายอิ้งสองครั้ง เติมเซลลูโลสอัลคาไลไม้สน 2 กรัมลงในขวดที่มีสี่คอ และเติมเอทานอล 90% (เศษส่วนโดยปริมาตร) ในปริมาณหนึ่ง คนให้เข้ากัน

คนเป็นระยะเวลาหนึ่งให้กระจายตัวเต็มที่ จากนั้นเติมอัลคาไลจำนวนหนึ่ง และค่อยๆ ให้ความร้อนขึ้น เติมปริมาตร 2-

คลอโรเอธานอล ซึ่งถูกทำให้เป็นอีเทอร์เนตที่อุณหภูมิคงที่เป็นระยะเวลาหนึ่ง จากนั้นเติมโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่เหลือและ 2-คลอโรเอธานอล เพื่อดำเนินการเอทานอลต่อไปในช่วงระยะเวลาหนึ่ง รักษา

หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้น ให้ทำให้เป็นกลางด้วยกรดอะซิติกน้ำแข็งจำนวนหนึ่ง และสุดท้ายกรองด้วยตัวกรองแก้ว (G3) ล้างและทำให้แห้ง

การเตรียมการของ HEMCC

การใช้ HEC ที่เตรียมใน 3.2.3.4 เป็นวัตถุดิบ เอทานอลเป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยา และโซเดียมคลอโรอะซิเตตเป็นสารอีเทอร์ริฟายอิ้งในการเตรียม

สพป. กระบวนการเฉพาะคือ: เติม HEC ในปริมาณหนึ่ง ใส่ลงในขวดแบบสี่คอขนาด 100 มล. จากนั้นจึงเติมปริมาตรตามที่กำหนด

เอธานอล 90% คนด้วยกลไกเป็นระยะเวลาหนึ่งเพื่อให้กระจายตัวเต็มที่ เติมอัลคาไลจำนวนหนึ่งหลังให้ความร้อน แล้วค่อยๆ เติมเอทานอล

โซเดียมคลอโรอะซิเตต การเกิดอีเทอร์ริฟิเคชันที่อุณหภูมิคงที่จะสิ้นสุดลงหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่ง หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้น ให้ทำให้เป็นกลางด้วยกรดอะซิติกน้ำแข็งเพื่อทำให้เป็นกลาง จากนั้นใช้ตัวกรองแก้ว (G3)

หลังจากการกรองแบบดูด การซักและการอบแห้ง

การทำให้บริสุทธิ์ของเซลลูโลสอีเทอร์

ในกระบวนการเตรียมเซลลูโลสอีเทอร์ มักเกิดผลพลอยได้บางส่วน ส่วนใหญ่เป็นเกลืออนินทรีย์โซเดียมคลอไรด์และอื่นๆ

สิ่งสกปรก เพื่อปรับปรุงคุณภาพของเซลลูโลสอีเทอร์ ได้มีการดำเนินการทำให้บริสุทธิ์อย่างง่ายกับเซลลูโลสอีเทอร์ที่ได้รับ เพราะพวกเขาอยู่ในน้ำ

มีความสามารถในการละลายที่แตกต่างกัน ดังนั้นการทดลองจึงใช้เอธานอลไฮเดรตในปริมาตรจำนวนหนึ่งเพื่อทำให้เซลลูโลสอีเทอร์สามชนิดที่เตรียมไว้บริสุทธิ์

เปลี่ยน.

วางตัวอย่างเซลลูโลสอีเทอร์ที่เตรียมด้วยคุณภาพที่แน่นอนลงในบีกเกอร์ เติมเอทานอล 80% จำนวนหนึ่งที่ผ่านการอุ่นไว้ที่ 60 ℃ ~ 65 ℃ และคงการกวนเชิงกลไว้ที่ 60 ℃ ~ 65 ℃ บนเครื่องกวนแม่เหล็กที่ให้ความร้อนอุณหภูมิคงที่ เป็นเวลา 10 ℃ นาที นำส่วนที่อยู่เหนือตะกอนไปตากให้แห้ง

ในบีกเกอร์ที่สะอาด ให้ใช้ซิลเวอร์ไนเตรตเพื่อตรวจดูคลอไรด์ไอออน หากมีตะกอนสีขาว ให้กรองผ่านตัวกรองแก้วแล้วนำของแข็งออก

ทำซ้ำขั้นตอนก่อนหน้าสำหรับส่วนของร่างกายจนกระทั่งการกรองหลังจากเติมสารละลาย AgNO3 1 หยดไม่มีตะกอนสีขาว กล่าวคือ การทำให้บริสุทธิ์และการล้างเสร็จสิ้น

36

เข้าไป (เพื่อขจัดผลพลอยได้จากปฏิกิริยา NaCl เป็นหลัก) หลังจากการกรองแบบดูด การทำให้แห้ง การทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้องและการชั่งน้ำหนัก

มวลกรัม

วิธีทดสอบและกำหนดลักษณะเฉพาะของเซลลูโลสอีเทอร์

การกำหนดระดับการทดแทน (DS) และระดับการทดแทนฟันกราม (MS)

การหาค่า DS: ขั้นแรก ชั่งน้ำหนัก 0.2 กรัม (แม่นยำถึง 0.1 มก.) ของตัวอย่างเซลลูโลสอีเทอร์ที่บริสุทธิ์และแห้ง แล้วละลายใน

น้ำกลั่น 80 มล. กวนในอ่างน้ำอุณหภูมิคงที่ที่ 30°C~40°C เป็นเวลา 10 นาที จากนั้นปรับด้วยสารละลายกรดซัลฟิวริกหรือสารละลาย NaOH

pH ของสารละลายจนกระทั่ง pH ของสารละลายเป็น 8 จากนั้นในบีกเกอร์ที่ติดตั้งหัววัด pH ให้ใช้สารละลายมาตรฐานของกรดซัลฟิวริก

ในการไทเทรตภายใต้สภาวะการกวน ให้สังเกตการอ่านมิเตอร์ pH ขณะไทเทรต เมื่อค่า pH ของสารละลายถูกปรับเป็น 3.74

การไตเตรทสิ้นสุดลง สังเกตปริมาตรของสารละลายมาตรฐานของกรดซัลฟิวริกที่ใช้ในขณะนี้

รุ่น:

ผลรวมของเลขโปรตอนบนและหมู่ไฮดรอกซีเอทิล

อัตราส่วนของจำนวนโปรตอนบน I7 คือมวลของกลุ่มเมทิลีนในกลุ่มไฮดรอกซีเอทิล

ความเข้มของพีคเรโซแนนซ์ของโปรตอน คือ ความเข้มของพีคของโปรตอนเรโซแนนซ์ของหมู่มีไทน์ 5 หมู่ และหมู่เมทิลีน 1 หมู่บนหน่วยเซลลูโลสกลูโคส

ผลรวม

วิธีทดสอบที่อธิบายไว้สำหรับการทดสอบลักษณะเฉพาะของอินฟราเรดของเซลลูโลสอีเทอร์สามชนิด CMC, HEC และ HEECMC

กฎ

3.2.4.3 การทดสอบ XRD

การทดสอบลักษณะการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของเซลลูโลสอีเทอร์สามชนิด CMC, HEC และ HEECMC

วิธีการทดสอบที่อธิบายไว้

3.2.4.4 การทดสอบ H-NMR

สเปกโตรมิเตอร์ H NMR ของ HEC วัดโดยสเปกโตรมิเตอร์ Avance400 H NMR ที่ผลิตโดย BRUKER

การใช้ไดเมทิลซัลฟอกไซด์ดิวเทอเรตเป็นตัวทำละลาย สารละลายถูกทดสอบโดยสเปกโทรสโกปี NMR ไฮโดรเจนเหลว ความถี่ในการทดสอบคือ 75.5MHz

อุ่น สารละลายคือ 0.5 มล.

3.3 ผลลัพธ์และการวิเคราะห์

3.3.1 การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเตรียม CMC

การใช้เซลลูโลสสนที่สกัดในบทที่สองเป็นวัตถุดิบ และใช้โซเดียมคลอโรอะซิเตตเป็นสารอีเทอร์ริฟายเออร์ วิธีการทดลองแบบปัจจัยเดียวจึงถูกนำมาใช้

กระบวนการเตรียมการของ CMC ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม และตัวแปรเริ่มต้นของการทดลองได้รับการตั้งค่าดังแสดงในตารางที่ 3.3 ต่อไปนี้เป็นกระบวนการเตรียม HEC

ในงานศิลปะการวิเคราะห์ปัจจัยต่างๆ

ตารางที่ 3.3 ค่าปัจจัยเริ่มต้น

ปัจจัย ค่าเริ่มต้น

อุณหภูมิอัลคาไลน์ปรับสภาพ / ℃ 40

เวลาปรับสภาพเป็นด่าง/ชม. 1

อัตราส่วนของแข็ง-ของเหลวปรับสภาพ/(กรัม/มิลลิลิตร) 1:25

ความเข้มข้นของน้ำด่างปรับสภาพ/% 40

38

อุณหภูมิอีเทอร์ริฟิเคชั่นขั้นแรก / ℃ 45

เวลาอีเทอร์ริฟิเคชันขั้นแรก/ชม. 1

อุณหภูมิอีเทอร์ริฟิเคชั่นขั้นที่สอง / ℃ 70

เวลาเอเทอร์ริฟิเคชันขั้นที่สอง/ชม. 1

ขนาดยาพื้นฐานในระยะอีเทอร์ริฟิเคชั่น/กรัม 2

ปริมาณของสารอีเทอร์ริฟายอิ้งในระยะอีเทอร์ริฟิเคชั่น/กรัม 4.3

อัตราส่วนของแข็ง-ของเหลวอีเทอร์ไฟด์/(กรัม/มิลลิลิตร) 1:15

3.3.1.1 อิทธิพลของปัจจัยต่างๆ ต่อระดับการทดแทน CMC ในขั้นอัลคาไลเซชันก่อนการบำบัด

1. ผลของอุณหภูมิอัลคาไลเซชันก่อนการบำบัดต่อระดับการทดแทนของ CMC

เพื่อพิจารณาผลกระทบของอุณหภูมิอัลคาไลเซชันก่อนการบำบัดต่อระดับการทดแทนใน CMC ที่ได้รับ ในกรณีที่กำหนดปัจจัยอื่นเป็นค่าเริ่มต้น

ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว จะมีการอภิปรายถึงผลกระทบของอุณหภูมิอัลคาไลเซชันก่อนการบำบัดต่อระดับการแทนที่ CMC และผลลัพธ์จะแสดงในรูปที่ 1

อุณหภูมิด่างปรับสภาพ/℃

ผลของอุณหภูมิการทำให้เป็นด่างก่อนการบำบัดต่อระดับการทดแทน CMC

จะเห็นได้ว่าระดับของการทดแทน CMC จะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอัลคาไลเซชันก่อนการบำบัด และอุณหภูมิอัลคาไลเซชันคือ 30 °C

ระดับการทดแทนข้างต้นจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากอุณหภูมิที่เป็นด่างต่ำเกินไป และโมเลกุลมีปฏิกิริยาน้อยและไม่สามารถทำได้

ทำลายพื้นที่ผลึกของเซลลูโลสอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งทำให้สารอีเทอร์ริฟายอิ้งเข้าไปในเซลลูโลสได้ยากในขั้นตอนอีเธอริฟิเคชัน และระดับของปฏิกิริยาค่อนข้างสูง

ต่ำส่งผลให้มีการทดแทนผลิตภัณฑ์ในระดับต่ำลง อย่างไรก็ตามอุณหภูมิความเป็นด่างไม่ควรสูงเกินไป เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ภายใต้การกระทำของอุณหภูมิสูงและด่างแก่

เซลลูโลสมีแนวโน้มที่จะเกิดการย่อยสลายแบบออกซิเดชั่น และระดับการทดแทนของผลิตภัณฑ์ CMC จะลดลง

2. อิทธิพลของเวลาการทำให้เป็นด่างของการปรับสภาพต่อระดับการทดแทน CMC

ภายใต้เงื่อนไขที่ว่าอุณหภูมิอัลคาไลเซชันก่อนการบำบัดคือ 30 °C และปัจจัยอื่นๆ เป็นค่าเริ่มต้น จะมีการอภิปรายถึงผลกระทบของเวลาอัลคาไลเซชันก่อนการบำบัดต่อ CMC

ผลของการทดแทน ระดับของการทดแทน

เวลาปรับสภาพความเป็นด่าง/ชม

ผลของเวลาในการปรับสภาพเป็นด่างต่อการปรับสภาพซีเอ็มซีระดับการทดแทน

กระบวนการพะรุงพะรังนั้นค่อนข้างรวดเร็ว แต่สารละลายอัลคาไลต้องใช้เวลาในการแพร่กระจายในเส้นใย

จะเห็นได้ว่าเมื่อเวลาอัลคาไลเซชันคือ 0.5-1.5 ชม. ระดับการทดแทนของผลิตภัณฑ์จะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของเวลาอัลคาไลเซชัน

ระดับของการทดแทนผลิตภัณฑ์ที่ได้รับจะสูงที่สุดเมื่อเวลาคือ 1.5 ชม. และระดับของการทดแทนจะลดลงเมื่อเวลาเพิ่มขึ้นหลังจาก 1.5 ชม. นี้สามารถ

อาจเป็นเพราะในช่วงเริ่มต้นของอัลคาไลเซชันด้วยการยืดเวลาของอัลคาไลเซชันการแทรกซึมของอัลคาไลไปยังเซลลูโลสก็เพียงพอแล้วเพื่อให้เส้นใย

โครงสร้างหลักมีความผ่อนคลายมากขึ้น โดยเพิ่มสารอีเทอร์ริฟายอิ้งและตัวกลางที่ออกฤทธิ์