1 Panimula
Sa kasalukuyan, ang pangunahing hilaw na materyal na ginagamit sa paghahanda ngselulusa eteray bulak, at ang output nito ay bumababa, at ang presyo ay tumataas din;
Bukod dito, ang mga karaniwang ginagamit na etherifying agent tulad ng chloroacetic acid (highly toxic) at ethylene oxide (carcinogenic) ay mas nakakapinsala din sa katawan ng tao at sa kapaligiran. Aklat
Sa kabanatang ito, ang pine cellulose na may relatibong kadalisayan na higit sa 90% na nakuha sa ikalawang kabanata ay ginagamit bilang hilaw na materyal, at ang sodium chloroacetate at 2-chloroethanol ay ginagamit bilang mga pamalit.
Paggamit ng mataas na nakakalason na chloroacetic acid bilang etherifying agent, anioniccarboxymethyl cellulose (CMC), ang non-ionic hydroxyethyl cellulose ay inihanda.
Cellulose (HEC) at mixed hydroxyethyl carboxymethyl cellulose (HECMC) tatlong cellulose ethers. nag-iisang salik
Ang mga diskarte sa paghahanda ng tatlong cellulose ethers ay na-optimize sa pamamagitan ng mga eksperimento at orthogonal na mga eksperimento, at ang synthesized cellulose ethers ay nailalarawan ng FT-IR, XRD, H-NMR, atbp.
Mga pangunahing kaalaman ng cellulose etherification
Ang prinsipyo ng cellulose etherification ay maaaring nahahati sa dalawang bahagi. Ang unang bahagi ay ang proseso ng alkalization, iyon ay, sa panahon ng reaksyon ng alkalization ng selulusa,
Pantay-pantay na dispersed sa NaOH solution, ang pine cellulose ay bumukol nang marahas sa ilalim ng pagkilos ng mekanikal na pagpapakilos, at sa pagpapalawak ng tubig
Ang isang malaking halaga ng maliliit na molekula ng NaOH ay tumagos sa loob ng pine cellulose, at tumugon sa mga hydroxyl group sa singsing ng glucose structural unit,
Bumubuo ng alkali cellulose, ang aktibong sentro ng reaksyon ng etherification.
Ang pangalawang bahagi ay ang proseso ng etherification, iyon ay, ang reaksyon sa pagitan ng aktibong sentro at sodium chloroacetate o 2-chloroethanol sa ilalim ng alkaline na mga kondisyon, na nagreresulta sa
Kasabay nito, ang etherifying agent na sodium chloroacetate at 2-chloroethanol ay gagawa din ng isang tiyak na antas ng tubig sa ilalim ng alkaline na mga kondisyon.
Ang mga side reaksyon ay nalutas upang makabuo ng sodium glycolate at ethylene glycol, ayon sa pagkakabanggit.
2 Concentrated alkali decrystallization pretreatment ng pine cellulose
Una, maghanda ng isang tiyak na konsentrasyon ng NaOH na solusyon na may deionized na tubig. Pagkatapos, sa isang tiyak na temperatura, 2g ng pine fiber
Ang bitamina ay dissolved sa isang tiyak na dami ng NaOH solusyon, hinalo para sa isang tagal ng panahon, at pagkatapos ay sinala para sa paggamit.
Tagagawa ng Modelong Instrumento
Precision pH Meter
Uri ng kolektor pare-pareho ang temperatura heating magnetic stirrer
Vacuum drying oven
Elektronikong balanse
Circulating water type multi-purpose vacuum pump
Fourier Transform Infrared Spectrometer
X-ray diffractometer
Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer
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
Swiss kumpanya BRUKER
35
Paghahanda ng mga CMC
Paggamit ng pine wood alkali cellulose pretreated sa pamamagitan ng concentrated alkali decrystallization bilang hilaw na materyal, gamit ang ethanol bilang solvent at paggamit ng sodium chloroacetate bilang etherification
Ang CMC na may mas mataas na DS ay inihanda sa pamamagitan ng pagdaragdag ng alkali ng dalawang beses at etherifying agent ng dalawang beses. Magdagdag ng 2g ng pine wood alkali cellulose sa apat na leeg na prasko, pagkatapos ay magdagdag ng tiyak na dami ng ethanol solvent, at haluing mabuti sa loob ng 30min
tungkol sa, upang ang alkali selulusa ay ganap na dispersed. Pagkatapos ay magdagdag ng isang tiyak na halaga ng alkali agent at sodium chloroacetate upang mag-react sa loob ng isang yugto ng panahon sa isang tiyak na temperatura ng etherification
Pagkatapos ng oras, isang pangalawang pagdaragdag ng alkaline agent at sodium chloroacetate na sinusundan ng etherification para sa isang yugto ng panahon. Pagkatapos ng reaksyon, cool down at cool down, pagkatapos
I-neutralize gamit ang naaangkop na dami ng glacial acetic acid, pagkatapos ay suction filter, hugasan at tuyo.
Paghahanda ng HECs
Paggamit ng pine wood alkali cellulose pretreated na may concentrated alkali decrystallization bilang raw material, ethanol bilang solvent at 2-chloroethanol bilang etherification
Ang HEC na may mas mataas na MS ay inihanda sa pamamagitan ng pagdaragdag ng alkali ng dalawang beses at etherifying agent ng dalawang beses. Magdagdag ng 2g ng pine wood alkali cellulose sa isang apat na leeg na prasko, at magdagdag ng isang tiyak na dami ng 90% (volume fraction) ethanol, pukawin
Haluin sa loob ng ilang oras upang ganap na magkalat, pagkatapos ay magdagdag ng isang tiyak na halaga ng alkali, at dahan-dahang magpainit, magdagdag ng isang tiyak na dami ng 2-
Chloroethanol, etherified sa pare-parehong temperatura para sa isang yugto ng panahon, at pagkatapos ay idinagdag ang natitirang sodium hydroxide at 2-chloroethanol upang ipagpatuloy ang etherification para sa isang yugto ng panahon. gamutin
Matapos makumpleto ang reaksyon, i-neutralize sa isang tiyak na halaga ng glacial acetic acid, at sa wakas ay salain gamit ang isang glass filter (G3), hugasan, at tuyo.
Paghahanda ng HEMCC
Gamit ang HEC na inihanda sa 3.2.3.4 bilang raw material, ethanol bilang reaction medium, at sodium chloroacetate bilang etherifying agent para maghanda
HECMC. Ang partikular na proseso ay: kumuha ng isang tiyak na halaga ng HEC, ilagay ito sa isang 100 mL na may apat na leeg na flask, at pagkatapos ay magdagdag ng isang tiyak na dami ng volume.
90% na ethanol, mekanikal na hinahalo sa loob ng ilang oras upang ganap itong magkalat, magdagdag ng isang tiyak na halaga ng alkali pagkatapos ng pagpainit, at dahan-dahang idagdag
Sodium chloroacetate, ang etherification sa pare-parehong temperatura ay nagtatapos pagkatapos ng isang yugto ng panahon. Matapos makumpleto ang reaksyon, i-neutralize ito ng glacial acetic acid upang ma-neutralize ito, pagkatapos ay gumamit ng glass filter (G3)
Pagkatapos ng suction filtration, paghuhugas at pagpapatuyo.
Paglilinis ng cellulose ethers
Sa proseso ng paghahanda ng cellulose eter, ang ilang mga by-product ay madalas na ginawa, pangunahin ang inorganikong asin sodium chloride at ilang iba pa.
mga dumi. Upang mapabuti ang kalidad ng cellulose eter, ang simpleng paglilinis ay isinagawa sa nakuha na cellulose eter. dahil nasa tubig sila
Mayroong iba't ibang solubility, kaya ang eksperimento ay gumagamit ng isang tiyak na volume fraction ng hydrated ethanol upang linisin ang inihandang tatlong cellulose eter.
pagbabago.
Ilagay ang cellulose ether sample na inihanda na may tiyak na kalidad sa isang beaker, magdagdag ng isang tiyak na halaga ng 80% ethanol na na-preheated sa 60 ℃ ~ 65 ℃, at panatilihin ang mekanikal na pagpapakilos sa 60 ℃ ~ 65 ℃ sa isang pare-pareho ang temperatura heating magnetic stirrer para sa 10 ℃. min. Kunin ang supernatant upang matuyo
Sa isang malinis na beaker, gumamit ng silver nitrate upang suriin kung may mga chloride ions. Kung mayroong isang puting namuo, salain ito sa pamamagitan ng isang glass filter at kunin ang solid
Ulitin ang mga naunang hakbang para sa bahagi ng katawan, hanggang sa ang filtrate pagkatapos magdagdag ng 1 patak ng solusyon ng AgNO3 ay walang puting namuo, iyon ay, ang paglilinis at paghuhugas ay nakumpleto.
36
sa (pangunahin upang alisin ang reaksyon by-product NaCl). Pagkatapos ng pagsasala ng higop, pagpapatuyo, paglamig sa temperatura ng silid at pagtimbang.
masa, g.
Mga Paraan ng Pagsubok at Pagkilala para sa mga Cellulose Ether
Pagpapasiya ng Degree of Substitution (DS) at Molar Degree of Substitution (MS)
Pagpapasiya ng DS: Una, timbangin ang 0.2 g (tumpak sa 0.1 mg) ng purified at dried cellulose ether sample, i-dissolve ito sa
80mL ng distilled water, hinalo sa isang pare-parehong temperatura na paliguan ng tubig sa 30 ℃~40 ℃ sa loob ng 10min. Pagkatapos ay ayusin gamit ang sulfuric acid solution o NaOH solution
pH ng solusyon hanggang ang pH ng solusyon ay 8. Pagkatapos ay sa isang beaker na nilagyan ng pH meter electrode, gumamit ng karaniwang solusyon ng sulfuric acid
Upang mag-titrate, sa ilalim ng mga kondisyon ng pagpapakilos, obserbahan ang pagbabasa ng pH meter habang nagti-titrate, kapag ang halaga ng pH ng solusyon ay na-adjust sa 3.74,
Nagtatapos ang titration. Pansinin ang dami ng sulfuric acid standard solution na ginamit sa oras na ito.
henerasyon:
Ang kabuuan ng mga upper proton number at ang hydroxyethyl group
Ang ratio ng bilang ng mga upper proton; Ang I7 ay ang masa ng methylene group sa hydroxyethyl group
Intensity ng proton resonance peak; ay ang intensity ng proton resonance peak ng 5 methine group at isang methylene group sa cellulose glucose unit
Sum.
Ang mga pamamaraan ng pagsubok na inilarawan para sa infrared characterization testing ng tatlong cellulose ethers CMC, HEC at HEECMC
Batas
3.2.4.3 Pagsusulit sa XRD
X-ray Diffraction Analysis Characterization Test ng Tatlong Cellulose Ethers CMC, HEC at HEECMC
ang pamamaraan ng pagsubok na inilarawan.
3.2.4.4 Pagsubok ng H-NMR
Ang H NMR spectrometer ng HEC ay sinusukat ng Avance400 H NMR spectrometer na ginawa ng BRUKER.
Gamit ang deuterated dimethyl sulfoxide bilang solvent, ang solusyon ay sinubukan ng liquid hydrogen NMR spectroscopy. Ang dalas ng pagsubok ay 75.5MHz.
Mainit, ang solusyon ay 0.5mL.
3.3 Mga Resulta at Pagsusuri
3.3.1 Pag-optimize ng proseso ng paghahanda ng CMC
Gamit ang pine cellulose na nakuha sa ikalawang kabanata bilang hilaw na materyal, at gamit ang sodium chloroacetate bilang etherifying agent, ang paraan ng single factor experiment ay pinagtibay,
Ang proseso ng paghahanda ng CMC ay na-optimize, at ang mga paunang variable ng eksperimento ay itinakda tulad ng ipinapakita sa Talahanayan 3.3. Ang sumusunod ay ang proseso ng paghahanda ng HEC
Sa sining, ang pagsusuri ng iba't ibang mga kadahilanan.
Talahanayan 3.3 Mga Paunang Halaga ng Salik
Factor Initial value
Pretreatment alkalizing temperature/℃ 40
Oras ng pag-alkalize ng paunang paggamot/h 1
Pretreatment solid-liquid ratio/(g/mL) 1:25
Pretreatment konsentrasyon ng lihiya/% 40
38
Ang unang yugto ng temperatura ng etherification/℃ 45
Oras ng unang yugto ng etherification/h 1
Pangalawang yugto ng temperatura ng etherification/℃ 70
Pangalawang yugto ng etherification time/h 1
Base dosis sa yugto ng etherification/g 2
Dami ng etherifying agent sa etherification stage/g 4.3
Etherified solid-liquid ratio/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Impluwensiya ng iba't ibang salik sa antas ng pagpapalit ng CMC sa yugto ng alkalization ng pretreatment
1. Ang epekto ng temperatura ng alkalization ng pretreatment sa antas ng pagpapalit ng CMC
Upang isaalang-alang ang epekto ng temperatura ng alkalization ng pretreatment sa antas ng pagpapalit sa nakuha na CMC, sa kaso ng pag-aayos ng iba pang mga kadahilanan bilang mga paunang halaga,
Sa ilalim ng mga kondisyon, ang epekto ng pretreatment alkalization temperature sa CMC substitution degree ay tinalakay, at ang mga resulta ay ipinapakita sa Fig.
Pretreatment alkalizing temperature/℃
Epekto ng pretreatment alkalizing temperature sa CMC substitution degree
Makikita na ang antas ng pagpapalit ng CMC ay tumataas sa pagtaas ng temperatura ng alkalization ng pretreatment, at ang temperatura ng alkalization ay 30 °C.
Ang mga antas ng pagpapalit sa itaas ay bumababa sa pagtaas ng temperatura. Ito ay dahil ang temperatura ng alkalizing ay masyadong mababa, at ang mga molekula ay hindi gaanong aktibo at hindi magagawa
Epektibong sirain ang mala-kristal na lugar ng cellulose, na nagpapahirap sa etherifying agent na pumasok sa loob ng cellulose sa yugto ng etherification, at ang antas ng reaksyon ay medyo mataas.
mababa, na nagreresulta sa mas mababang antas ng pagpapalit ng produkto. Gayunpaman, ang temperatura ng alkalization ay hindi dapat masyadong mataas. Habang tumataas ang temperatura, sa ilalim ng pagkilos ng mataas na temperatura at malakas na alkali,
Ang selulusa ay madaling kapitan ng pagkasira ng oxidative, at ang antas ng pagpapalit ng produkto CMC ay bumababa.
2. Impluwensiya ng pretreatment alkalinization time sa CMC substitution degree
Sa ilalim ng kondisyon na ang temperatura ng alkalization ng pretreatment ay 30 °C at ang iba pang mga kadahilanan ay ang mga paunang halaga, ang epekto ng oras ng alkalization ng pretreatment sa CMC ay tinalakay.
Ang epekto ng pagpapalit. Degree ng pagpapalit
Pretreatment alkalizing time/h
Epekto ng pretreatment alkalinization time saCMCantas ng pagpapalit
Ang proseso ng bulking mismo ay medyo mabilis, ngunit ang solusyon ng alkali ay nangangailangan ng isang tiyak na oras ng pagsasabog sa hibla.
Makikita na kapag ang oras ng alkalization ay 0.5-1.5h, ang antas ng pagpapalit ng produkto ay tumataas sa pagtaas ng oras ng alkalization.
Ang antas ng pagpapalit ng produktong nakuha ay ang pinakamataas kapag ang oras ay 1.5h, at ang antas ng pagpapalit ay bumaba sa pagtaas ng oras pagkatapos ng 1.5h. Maaari itong
Maaaring ito ay dahil sa simula ng alkalization, na may pagpapahaba ng oras ng alkalization, ang pagpasok ng alkali sa selulusa ay mas sapat, upang ang hibla
Ang pangunahing istraktura ay mas nakakarelaks, pinapataas ang etherifying agent at ang aktibong medium
Oras ng post: Abr-26-2024