การเตรียมอีเทอร์เซลลูโลส

1 บทนำ

ในปัจจุบันวัตถุดิบหลักที่ใช้ในการเตรียมเซลลูโลสอีเธอร์เป็นฝ้ายและผลผลิตก็ลดลงและราคาก็สูงขึ้นเช่นกัน

ยิ่งไปกว่านั้นสาร etherifying ที่ใช้กันทั่วไปเช่นกรดคลอโรอะซิติก (เป็นพิษสูง) และเอทิลีนออกไซด์ (สารก่อมะเร็ง) ยังเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์และสิ่งแวดล้อมมากขึ้น หนังสือ

ในบทนี้เซลลูโลสไพน์ที่มีความบริสุทธิ์สัมพัทธ์มากกว่า 90% ที่สกัดในบทที่สองใช้เป็นวัตถุดิบและโซเดียมคลอโรเซตและ 2-chloroethanol ใช้เป็นสารทดแทน

การใช้กรดคลอโรซิติกที่เป็นพิษสูงเป็นสาร etherifying, anioniccarboxymethyl เซลลูโลส (CMC)เตรียมไฮดรอกซีเอธิลเซลลูโลสที่ไม่ใช่ไอออนิก

เซลลูโลส (HEC) และไฮดรอกซีเอทิลคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (HECMC) อีเทอร์เซลลูโลสสามตัว ปัจจัยเดียว

เทคนิคการเตรียมการของอีเทอร์เซลลูโลสสามตัวได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยการทดลองและการทดลองแบบมุมฉากและอีเทอร์เซลลูโลสสังเคราะห์นั้นมีลักษณะโดย FT-IR, XRD, H-NMR ฯลฯ

พื้นฐานของเซลลูโลสอีเทอร์

หลักการของเซลลูโลสอีเทอร์ไฟสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน ส่วนแรกคือกระบวนการอัลคาไลซ์นั่นคือในระหว่างปฏิกิริยาอัลคาไลซ์ของเซลลูโลส

กระจายอย่างสม่ำเสมอในสารละลาย NaOH, เซลลูโลสไพน์บวมอย่างรุนแรงภายใต้การกระทำของการกวนเชิงกลและการขยายตัวของน้ำ

โมเลกุลขนาดเล็กของ NaOH จำนวนมากเจาะเข้าไปในด้านในของเซลลูโลสสนและทำปฏิกิริยากับกลุ่มไฮดรอกซิลบนวงแหวนของหน่วยโครงสร้างกลูโคส

สร้างอัลคาไลเซลลูโลสซึ่งเป็นศูนย์กลางที่ใช้งานของปฏิกิริยาอีเทอร์ไฟ

ส่วนที่สองคือกระบวนการ eTherification นั่นคือปฏิกิริยาระหว่างศูนย์กลางที่ใช้งานและโซเดียมคลอโรเซตหรือ 2-chloroethanol ภายใต้สภาวะอัลคาไลน์ทำให้เกิดขึ้น

ในเวลาเดียวกันเอเจนต์โซเดียมคลอโรเซตและ 2-chloroethanol ก็จะผลิตน้ำในระดับหนึ่งภายใต้สภาวะอัลคาไลน์

ปฏิกิริยาด้านข้างได้รับการแก้ไขเพื่อสร้างโซเดียมไกลคอลและเอทิลีนไกลคอลตามลำดับ

2 การปรับสภาพการปรับสภาพอัลคาไลแบบเข้มข้นของเซลลูโลสไพน์

ก่อนอื่นเตรียมความเข้มข้นของสารละลาย NaOH ด้วยน้ำปราศจากไอออน จากนั้นที่อุณหภูมิที่แน่นอนเส้นใยไพน์ 2 กรัม

วิตามินถูกละลายในสารละลาย NaOH ในปริมาณที่แน่นอนกวนเป็นระยะเวลาหนึ่งแล้วกรองเพื่อใช้

ผู้ผลิตรุ่นเครื่องมือ

เครื่องวัดค่า pH ที่แม่นยำ

ประเภทตัวสะสมความร้อนอุณหภูมิความร้อนแม่เหล็ก

เตาอบแห้งสูญญากาศ

ความสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์

ปั๊มสุญญากาศอเนกประสงค์ประเภทน้ำ

ฟูริเยร์แปลงอินฟราเรดสเปกโตรมิเตอร์

X-ray diffractometer

สเปกโตรมิเตอร์เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์

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.

American Thermoelectric Switzerland Arl Company

บริษัท สวิส Bruker

35

การเตรียม CMCS

การใช้เซลลูโลสอัลคาไลไม้สนที่ถูกปรับสภาพโดยการทำให้เป็นด่างอัลคาไลเข้มข้นเป็นวัตถุดิบโดยใช้เอทานอลเป็นตัวทำละลายและใช้โซเดียมคลอโรเซตเป็น etherification

CMC ที่มี DS สูงกว่าถูกเตรียมโดยการเพิ่มอัลคาไลสองครั้งและเอเจนต์อีเทอร์ไฟสองครั้ง เพิ่มเซลลูโลสอัลคาไลไม้ 2 กรัมลงในขวดสี่คอจากนั้นเพิ่มตัวทำละลายเอทานอลในปริมาณที่แน่นอนและคนให้เข้ากันได้ดี 30 นาที

เกี่ยวกับเพื่อให้เซลลูโลสอัลคาลีกระจายไปอย่างเต็มที่ จากนั้นเพิ่มสารอัลคาไลจำนวนหนึ่งและโซเดียมคลอโรเซตเพื่อตอบสนองเป็นระยะเวลาที่อุณหภูมิอีเทอร์

หลังจากเวลาผ่านไปการเพิ่มอัลคาไลน์เป็นครั้งที่สองและโซเดียมคลอโรเซทเทตตามด้วยอีเทอร์ไฟในช่วงระยะเวลาหนึ่ง หลังจากปฏิกิริยาสิ้นสุดลงเย็นลงและเย็นลงแล้ว

ทำให้เป็นกลางด้วยปริมาณกรดอะซิติกที่เหมาะสมจากนั้นกรองดูดล้างและแห้ง

การเตรียม HECS

การใช้เซลลูโลสอัลคาไลไม้สนที่ผ่านการตรวจสอบด้วยอัลคาไลเข้มข้นเป็นวัตถุดิบเอทานอลเป็นตัวทำละลายและ 2-chloroethanol เป็น etherification

HEC ที่มี MS สูงกว่าถูกเตรียมโดยการเพิ่มอัลคาไลสองครั้งและเอเจนต์อีเทอร์ไฟสองครั้ง เพิ่มเซลลูโลสอัลคาไลไม้ 2 กรัมลงในขวดสี่คอและเพิ่มปริมาณเอทานอล 90% (ปริมาณ)

ผัดเป็นระยะเวลาหนึ่งในการกระจายอย่างเต็มที่จากนั้นเพิ่มอัลคาลีจำนวนหนึ่งและค่อยๆร้อนขึ้นเพิ่มปริมาณ 2-

Chloroethanol, etherified ที่อุณหภูมิคงที่เป็นระยะเวลาหนึ่งจากนั้นเพิ่มโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่เหลือและ 2-chloroethanol เพื่อดำเนินการต่อไป etherification เป็นระยะเวลาหนึ่ง รักษา

หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้นให้เป็นกลางด้วยกรดอะซิติกของน้ำแข็งจำนวนหนึ่งและในที่สุดก็กรองด้วยฟิลเตอร์แก้ว (G3) ล้างและแห้ง

การเตรียม HEMCC

การใช้ HEC ที่เตรียมไว้ใน 3.2.3.4 เป็นวัตถุดิบเอทานอลเป็นตัวกลางปฏิกิริยาและโซเดียมคลอโรเซตเป็นตัวแทนอีเทอร์เพื่อเตรียมความพร้อม

HECMC กระบวนการเฉพาะคือ: ใช้ HEC จำนวนหนึ่งใส่ในขวดสี่คอขนาด 100 มล. จากนั้นเพิ่มปริมาณที่แน่นอน

เอทานอล 90% กวนกลไกเป็นระยะเวลาหนึ่งเพื่อทำให้มันกระจายไปอย่างเต็มที่เพิ่มอัลคาลีจำนวนหนึ่งหลังความร้อนและเพิ่มอย่างช้าๆ

โซเดียมคลอโรเซทเตทอีเทอร์ไฟที่อุณหภูมิคงที่สิ้นสุดลงหลังจากระยะเวลาหนึ่ง หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสมบูรณ์ให้ทำการต่อต้านด้วยกรดอะซิติกที่เป็นน้ำแข็งเพื่อทำให้เป็นกลางแล้วใช้ตัวกรองแก้ว (G3)

หลังจากการกรองดูดแล้วการล้างและการอบแห้ง

การทำให้บริสุทธิ์ของเซลลูโลสอีเทอร์

ในกระบวนการเตรียมของอีเธอร์เซลลูโลสบางอย่างมักผลิตโดยส่วนใหญ่เป็นโซเดียมคลอไรด์เกลืออนินทรีย์และอื่น ๆ

สิ่งสกปรก เพื่อปรับปรุงคุณภาพของอีเธอร์เซลลูโลสได้ทำการทำให้บริสุทธิ์อย่างง่าย ๆ ในอีเธอร์เซลลูโลสที่ได้รับ เพราะพวกเขาอยู่ในน้ำ

มีความสามารถในการละลายที่แตกต่างกันดังนั้นการทดลองใช้ส่วนที่แน่นอนของเอทานอลที่มีความชุ่มชื้นในระดับหนึ่งเพื่อชำระอีเทอร์เซลลูโลสสามตัวที่เตรียมไว้

เปลี่ยน.

วางตัวอย่างเซลลูโลสอีเธอร์ที่เตรียมด้วยคุณภาพบางอย่างในบีกเกอร์เพิ่มจำนวนเอทานอล 80% ที่ได้รับการอุ่นถึง 60 ℃ ~ 65 ℃และรักษากลิ้งเชิงกลที่ 60 ℃ ~ 65 ℃บนเครื่องวัดความร้อนที่อุณหภูมิคงที่เป็นเวลา 10 ℃ นาที นำส่วนเหนือออกไปให้แห้ง

ในบีกเกอร์ที่สะอาดใช้เงินไนเตรตเพื่อตรวจสอบไอออนคลอไรด์ หากมีการตกตะกอนสีขาวให้กรองผ่านตัวกรองแก้วและใช้ของแข็ง

ทำซ้ำขั้นตอนก่อนหน้าสำหรับส่วนของร่างกายจนกระทั่งการกรองหลังจากเพิ่มสารละลาย Agno3 1 หยดไม่มีการตกตะกอนสีขาวนั่นคือการทำให้บริสุทธิ์และการซักเสร็จสมบูรณ์

36

เข้าสู่ (ส่วนใหญ่เพื่อลบปฏิกิริยา NaCl ของปฏิกิริยา) หลังจากการกรองดูดแห้งการระบายความร้อนที่อุณหภูมิห้องและการชั่งน้ำหนัก

มวล, g.

วิธีทดสอบและการจำแนกลักษณะสำหรับอีเทอร์เซลลูโลส

การกำหนดระดับการทดแทน (DS) และระดับโมลาร์ของการทดแทน (MS)

การกำหนด DS: ครั้งแรกน้ำหนัก 0.2 กรัม (แม่นยำถึง 0.1 มก.) ของตัวอย่างอีเธอร์เซลลูโลสที่บริสุทธิ์และแห้ง

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

pH ของสารละลายจนกระทั่งค่า pH ของสารละลายคือ 8 จากนั้นในบีกเกอร์ที่มีอิเล็กโทรดเครื่องวัดค่า pH ใช้สารละลายมาตรฐานของกรดซัลฟิวริก

หากต้องการไตเตรทภายใต้เงื่อนไขการกวนให้สังเกตการอ่านเครื่องวัดค่า pH ในขณะที่ไตเตรทเมื่อค่า pH ของการแก้ปัญหาถูกปรับเป็น 3.74

การไตเตรทสิ้นสุดลง สังเกตปริมาณของสารละลายมาตรฐานกรดซัลฟิวริกที่ใช้ในเวลานี้

รุ่น:

ผลรวมของหมายเลขโปรตอนบนและกลุ่มไฮดรอกซีเอทิล

อัตราส่วนของจำนวนโปรตอนส่วนบน; i7 เป็นมวลของกลุ่มเมทิลีนในกลุ่มไฮดรอกซีเอธิล

ความเข้มของจุดสูงสุดของโปรตอนเรโซแนนซ์; คือความเข้มของจุดสูงสุดของโปรตอนเรโซแนนซ์ของ 5 กลุ่ม methine และกลุ่มเมทิลีนหนึ่งกลุ่มในหน่วยกลูโคสเซลลูโลส

ผลรวม

วิธีการทดสอบที่อธิบายไว้สำหรับการทดสอบการจำแนกลักษณะของอินฟราเรดของเซลลูโลสอีเทอร์สามตัว CMC, HEC และ HEECMC

กฎ

3.2.4.3 การทดสอบ XRD

การวิเคราะห์การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของ X-ray การทดสอบลักษณะของเซลลูโลสอีเทอร์สามตัว CMC, HEC และ HEECMC

วิธีการทดสอบที่อธิบายไว้

3.2.4.4 การทดสอบ H-NMR

สเปกโตรมิเตอร์ H NMR ของ HEC วัดโดย Avance400 H NMR สเปกโตรมิเตอร์ที่ผลิตโดย Bruker

การใช้ dimethyl sulfoxide diuterated เป็นตัวทำละลายสารละลายถูกทดสอบโดยสเปกโทรสโกปีของไฮโดรเจนของเหลว NMR ความถี่ทดสอบคือ 75.5MHz

อุ่นสารละลายคือ 0.5ml

3.3 ผลลัพธ์และการวิเคราะห์

3.3.1 การเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการเตรียม CMC

การใช้เซลลูโลสสนที่สกัดในบทที่สองเป็นวัตถุดิบและการใช้โซเดียมคลอโรเซตเป็นสาร etherifying วิธีการทดลองปัจจัยเดียวถูกนำมาใช้

กระบวนการเตรียมการของ CMC ได้รับการปรับให้เหมาะสมและตัวแปรเริ่มต้นของการทดลองถูกตั้งค่าดังแสดงในตารางที่ 3.3 ต่อไปนี้เป็นกระบวนการเตรียม HEC

ในศิลปะการวิเคราะห์ปัจจัยต่าง ๆ

ตารางที่ 3.3 ค่าปัจจัยเริ่มต้น

ปัจจัยค่าเริ่มต้น

การปรับสภาพอุณหภูมิด่าง/℃ 40

การปรับสภาพอัลคาไลน์เวลา/h 1

การปรับสภาพอัตราส่วนของเหลวของเหลว/(g/ml) 1:25

การปรับสภาพความเข้มข้นของน้ำด่าง/% 40

38

อุณหภูมิ Etherification ขั้นตอนแรก/℃ 45

เวลา Etherification ขั้นตอนแรก/h 1

อุณหภูมิ Etherification ขั้นตอนที่สอง/℃ 70

ระยะเวลาที่สอง Etherification/H 1

ปริมาณพื้นฐานใน Etherification Stage/G 2

จำนวนเอเจนต์ eTherifying ใน Etherification Stage/G 4.3

Etherified Solid-liquid อัตราส่วน/(g/ml) 1:15

3.3.1.1 อิทธิพลของปัจจัยต่าง ๆ ที่มีต่อปริญญาการทดแทน CMC ในขั้นตอนการปรับสภาพอัลคาไลน์

1. ผลของการปรับสภาพอุณหภูมิอัลคาไลเซชันต่อระดับการทดแทนของ CMC

เพื่อพิจารณาถึงผลกระทบของอุณหภูมิการปรับสภาพอัลคาไลซ์ในระดับของการทดแทนใน CMC ที่ได้รับในกรณีของการแก้ไขปัจจัยอื่น ๆ เป็นค่าเริ่มต้น

ภายใต้เงื่อนไขจะมีการพูดถึงผลกระทบของอุณหภูมิการปรับสภาพอัลคาไลซ์ที่มีต่อระดับการทดแทน CMC และผลลัพธ์จะแสดงในรูปที่

การปรับสภาพอุณหภูมิด่าง/℃

ผลของการปรับสภาพอุณหภูมิอัลคาไลซ์ต่อระดับการทดแทน CMC

จะเห็นได้ว่าระดับการทดแทนของ CMC เพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอัลคาไลเซชันการปรับสภาพและอุณหภูมิอัลคาไลเซชันคือ 30 ° C

องศาข้างต้นของการทดแทนลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น นี่เป็นเพราะอุณหภูมิอัลคาไลซ์ต่ำเกินไปและโมเลกุลนั้นใช้งานน้อยลงและไม่สามารถทำได้

ทำลายพื้นที่ผลึกของเซลลูโลสอย่างมีประสิทธิภาพซึ่งทำให้เป็นเรื่องยากสำหรับเอเจนต์อีเทอร์เพื่อเข้าสู่การตกแต่งภายในของเซลลูโลสในระยะอีเทอร์ไฟและระดับของปฏิกิริยาค่อนข้างสูง

ต่ำส่งผลให้การทดแทนผลิตภัณฑ์ในระดับที่ต่ำกว่า อย่างไรก็ตามอุณหภูมิที่เป็นด่างไม่ควรสูงเกินไป เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นภายใต้การกระทำของอุณหภูมิสูงและอัลคาไลที่แข็งแรง

เซลลูโลสมีแนวโน้มที่จะย่อยสลายออกซิเดชั่นและระดับของการทดแทนผลิตภัณฑ์ CMC ลดลง

2. อิทธิพลของการปรับสภาพเวลาอัลคาไลน์ในระดับการทดแทน CMC

ภายใต้เงื่อนไขที่ว่าอุณหภูมิการปรับสภาพของอัลคาไลซ์คือ 30 ° C และปัจจัยอื่น ๆ คือค่าเริ่มต้นผลของการปรับสภาพเวลาอัลคาไลน์ต่อ CMC จะถูกกล่าวถึง

ผลของการทดแทน ระดับการทดแทน

การปรับสภาพอัลคาไลเซชัน/h

ผลของการปรับสภาพเวลาอัลคาไลน์ต่อCMCปริญญาทดแทน

กระบวนการพุ่งเข้าหาตัวเองค่อนข้างเร็ว แต่สารละลายอัลคาไลต้องใช้เวลาในการแพร่กระจายในเส้นใย

จะเห็นได้ว่าเมื่อเวลาอัลคาไลซ์เป็น 0.5-1.5h ระดับการทดแทนของผลิตภัณฑ์จะเพิ่มขึ้นตามเวลาที่เพิ่มขึ้นของอัลคาไลซ์

ระดับของการทดแทนผลิตภัณฑ์ที่ได้รับสูงที่สุดเมื่อถึงเวลา 1.5 ชั่วโมงและระดับของการทดแทนลดลงเมื่อเพิ่มเวลาหลังจาก 1.5 ชั่วโมง สิ่งนี้ได้

อาจเป็นเพราะในช่วงเริ่มต้นของการทำให้เป็นด่างด้วยการยืดเวลาของเวลาอัลคาไลน์การแทรกซึมของอัลคาไลไปยังเซลลูโลสนั้นเพียงพอแล้ว

โครงสร้างที่สำคัญนั้นผ่อนคลายมากขึ้นเพิ่มเอเจนต์อีเทอร์และสื่อที่ใช้งานอยู่