1 Giriş
Şu anda hazırlanmasında kullanılan ana hammaddeselüloz eterpamuktur ve üretimi azalmaktadır ve fiyatı da artmaktadır;
Ayrıca yaygın olarak kullanılan kloroasetik asit (son derece toksik) ve etilen oksit (kanserojen) gibi eterleştirici maddeler de insan vücuduna ve çevreye daha zararlıdır. Kitap
Bu bölümde, ikinci bölümde ekstrakte edilen bağıl saflığı %90'ın üzerinde olan çam selülozu hammadde olarak kullanılmış, ikame olarak ise sodyum kloroasetat ve 2-kloroetanol kullanılmıştır.
Eterleştirici madde olarak yüksek derecede toksik kloroasetik asit kullanılması, anyonikkarboksimetil selüloz (CMC)iyonik olmayan hidroksietil selüloz hazırlandı.
Selüloz (HEC) ve karışık hidroksietil karboksimetil selüloz (HECMC) üç selüloz eterden oluşur. tek faktör
Üç selüloz eterin hazırlama teknikleri deneyler ve ortogonal deneyler yoluyla optimize edilmiş ve sentezlenen selüloz eterler FT-IR, XRD, H-NMR vb. ile karakterize edilmiştir.
Selüloz eterifikasyonunun temelleri
Selüloz eterifikasyonunun prensibi iki kısma ayrılabilir. Birinci kısım alkalileştirme işlemidir yani selülozun alkalileştirme reaksiyonu sırasında,
NaOH çözeltisinde eşit şekilde dağılmış olan çam selülozu, mekanik karıştırma etkisi altında ve suyun genleşmesiyle şiddetli bir şekilde şişer.
Büyük miktarda küçük NaOH molekülü çam selülozunun iç kısmına nüfuz ederek glikoz yapı birimi halkası üzerindeki hidroksil gruplarıyla reaksiyona girdi.
Eterleşme reaksiyonunun aktif merkezi olan alkali selülozu üretir.
İkinci kısım ise eterleşme prosesidir, yani aktif merkez ile sodyum kloroasetat veya 2-kloroetanol arasında alkalin koşullar altında gerçekleşen reaksiyondur.
Aynı zamanda eterleştirici ajan sodyum kloroasetat ve 2-kloroetanol de alkali koşullar altında belirli bir derecede su üretecektir.
Yan reaksiyonlar sırasıyla sodyum glikolat ve etilen glikol oluşturacak şekilde çözülür.
2 Çam selülozunun konsantre alkali kristalsizleştirme ön işlemi
Öncelikle deiyonize su ile belirli bir konsantrasyonda NaOH çözeltisi hazırlayın. Daha sonra belirli bir sıcaklıkta 2 gr çam lifi
Vitamin belirli bir hacimdeki NaOH çözeltisi içinde eritilir, bir süre karıştırıldıktan sonra filtrelenerek kullanılır.
Enstrüman Modeli Üreticisi
Hassas pH Ölçer
Kolektör tipi sabit sıcaklık ısıtmalı manyetik karıştırıcı
Vakumlu kurutma fırını
Elektronik denge
Sirkülasyonlu su tipi çok amaçlı vakum pompası
Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektrometre
X-ışını kırınım ölçer
Nükleer Manyetik Rezonans Spektrometresi
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Enstrüman Equipment Co, Ltd
Shanghai Jinghong Deneysel Equipment Co, Ltd
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Bilim ve Eğitim Instrument Co., Ltd.
Amerikan Thermo Fisher Co., Ltd.
Amerikan Termoelektrik İsviçre ARL Şirketi
İsviçre şirketi BRUKER
35
CMC'lerin hazırlanması
Hammadde olarak konsantre alkali kristalizasyonu ile ön işleme tabi tutulmuş çam ağacı alkali selülozunun kullanılması, çözücü olarak etanol kullanılması ve eterifikasyon olarak sodyum kloroasetat kullanılması
Daha yüksek DS'ye sahip CMC, iki kez alkali ve iki kez eterleştirici madde ilave edilerek hazırlandı. Dört boyunlu şişeye 2 g çam ağacı alkali selüloz ekleyin, ardından belirli bir hacimde etanol çözücü ekleyin ve 30 dakika boyunca iyice karıştırın.
böylece alkali selüloz tamamen dağılır. Daha sonra belirli bir eterifikasyon sıcaklığında bir süre reaksiyona girmek için belirli bir miktarda alkali ajan ve sodyum kloroasetat ekleyin.
Bir süre sonra ikinci bir alkalin ajan ve sodyum kloroasetat ilavesi ve ardından bir süre eterifikasyon yapılır. Reaksiyon bittikten sonra soğutun ve soğutun, ardından
Uygun miktarda buzlu asetik asitle nötralize edin, ardından emerek filtreleyin, yıkayın ve kurutun.
HEC'lerin hazırlanması
Hammadde olarak konsantre alkali kristal giderme ile ön işleme tabi tutulmuş çam ağacı alkali selüloz, çözücü olarak etanol ve eterifikasyon olarak 2-kloroetanol kullanılması
Daha yüksek MS'li HEC, alkalinin iki kez ve eterleştirici maddenin iki kez eklenmesiyle hazırlandı. Dört boyunlu bir şişeye 2 g çam ağacı alkali selüloz ekleyin ve belirli bir hacimde %90 (hacim oranı) etanol ekleyin, karıştırın
Tamamen dağılması için bir süre karıştırın, ardından belirli bir miktar alkali ekleyin ve yavaş yavaş ısıtın, belirli bir hacimde 2-
Kloroetanol, sabit sıcaklıkta bir süre eterleştirildi ve daha sonra kalan sodyum hidroksit ve 2-kloroetanol ilave edilerek eterleşmeye bir süre daha devam edildi. davranmak
Reaksiyon tamamlandıktan sonra belli miktarda buzlu asetik asit ile nötralize edin ve son olarak cam filtreden (G3) süzüp yıkayıp kurulayın.
HEMCC'nin hazırlanması
Ham madde olarak 3.2.3.4'te hazırlanan HEC'nin, reaksiyon ortamı olarak etanolün ve eterleştirici madde olarak sodyum kloroasetat kullanılarak hazırlanması
HECMC. Spesifik işlem şu şekildedir: Belirli bir miktarda HEC alın, 100 mL'lik dört boyunlu bir şişeye koyun ve ardından belirli bir miktar hacim ekleyin.
% 90 etanol, tamamen dağılması için bir süre mekanik olarak karıştırın, ısıtmadan sonra belirli bir miktar alkali ekleyin ve yavaş yavaş ekleyin.
Sodyum kloroasetat, sabit sıcaklıkta eterleşmeden bir süre sonra sona ermektedir. Reaksiyon tamamlandıktan sonra buzlu asetik asitle nötralize ederek nötralize edin, ardından bir cam filtre (G3) kullanın.
Emme filtrasyonundan sonra yıkama ve kurutma.
Selüloz eterlerin saflaştırılması
Selüloz eterin hazırlanması sürecinde, çoğunlukla inorganik tuz sodyum klorür ve diğer bazı yan ürünler üretilir.
safsızlıklar. Selüloz eterin kalitesini arttırmak amacıyla elde edilen selüloz eter üzerinde basit saflaştırma işlemi yapıldı. çünkü onlar suyun içinde
Farklı çözünürlükler vardır, bu nedenle deneyde hazırlanan üç selüloz eterin saflaştırılması için belirli bir hacimde hidratlanmış etanol kullanılır.
değiştirmek.
Belirli bir kalitede hazırlanan selüloz eter numunesini bir behere yerleştirin, önceden 60 °C ~ 65 °C'ye ısıtılmış belirli miktarda %80 etanol ekleyin ve sabit sıcaklıkta ısıtmalı manyetik karıştırıcı üzerinde 60 °C ~ 65 °C'de mekanik karıştırmayı sürdürün. 10°C için. dk. Süpernatantı kurumaya alın
Temiz bir kapta klorür iyonlarını kontrol etmek için gümüş nitrat kullanın. Beyaz bir çökelti varsa, cam filtreden süzün ve katıyı alın.
1 damla AgNO3 çözeltisi eklendikten sonra süzüntüde beyaz çökelti kalmayıncaya, yani saflaştırma ve yıkama tamamlanana kadar vücut kısmı için önceki adımları tekrarlayın.
36
(esas olarak reaksiyon yan ürünü NaCl'yi çıkarmak için). Emme filtrasyonundan sonra kurutulur, oda sıcaklığına soğutulur ve tartılır.
kütle, g.
Selüloz Eterler için Test ve Karakterizasyon Yöntemleri
İkame Derecesinin (DS) ve Molar İkame Derecesinin (MS) Belirlenmesi
DS'nin Belirlenmesi: İlk olarak, saflaştırılmış ve kurutulmuş selüloz eter numunesinden 0,2 g (0,1 mg'a kadar hassas) tartılır, içinde çözülür.
80 mL damıtılmış su, 30°C~40°C'de sabit sıcaklıktaki bir su banyosunda 10 dakika süreyle karıştırıldı. Daha sonra sülfürik asit çözeltisi veya NaOH çözeltisiyle ayarlayın
Çözeltinin pH'ı 8 olana kadar çözeltinin pH'ı. Daha sonra pH metre elektrotu ile donatılmış bir behere standart bir sülfürik asit çözeltisi kullanın.
Karıştırma koşulları altında titre etmek için, çözeltinin pH değeri 3,74'e ayarlandığında titre ederken pH metre okumasını gözlemleyin,
Titrasyon sona erer. Şu anda kullanılan sülfürik asit standart çözeltisinin hacmine dikkat edin.
Nesil:
Üst proton sayıları ile hidroksietil grubunun toplamı
Üst proton sayısının oranı; I7, hidroksietil grubu üzerindeki metilen grubunun kütlesidir
Proton rezonans zirvesinin yoğunluğu; selüloz glikoz ünitesindeki 5 metin grubu ve bir metilen grubunun proton rezonans zirvesinin yoğunluğudur
Toplam.
Üç selüloz eter CMC, HEC ve HEECMC'nin kızılötesi karakterizasyon testi için açıklanan test yöntemleri
Kanun
3.2.4.3 XRD testi
Üç Selüloz Eteri CMC, HEC ve HEECMC'nin X-ışını Kırınım Analizi Karakterizasyon Testi
açıklanan test yöntemi.
3.2.4.4 H-NMR'nin Test Edilmesi
HEC'nin H NMR spektrometresi, BRUKER tarafından üretilen Avance400 H NMR spektrometresi ile ölçüldü.
Çözücü olarak döteryumlu dimetil sülfoksit kullanılarak çözelti, sıvı hidrojen NMR spektroskopisi ile test edildi. Test frekansı 75.5MHz idi.
Sıcak, çözelti 0,5 mL'dir.
3.3 Sonuçlar ve Analiz
3.3.1 CMC hazırlık sürecinin optimizasyonu
Hammadde olarak ikinci bölümde elde edilen çam selülozunun, eterleştirici madde olarak ise sodyum kloroasetat kullanılarak tek faktörlü deney yöntemi benimsenmiştir.
CMC'nin hazırlanma süreci optimize edildi ve deneyin başlangıç değişkenleri Tablo 3.3'te gösterildiği gibi ayarlandı. Aşağıdaki HEC hazırlık sürecidir
Sanatta çeşitli faktörlerin analizi.
Tablo 3.3 Başlangıç Faktör Değerleri
Faktör Başlangıç değeri
Ön arıtma alkalileştirme sıcaklığı/°C 40
Ön arıtma alkalileştirme süresi/saat 1
Ön arıtma katı-sıvı oranı/(g/mL) 1:25
Ön arıtma kostik konsantrasyonu/% 40
38
İlk aşama eterifikasyon sıcaklığı/°C 45
Birinci aşama eterifikasyon süresi/saat 1
İkinci aşama eterifikasyon sıcaklığı/°C 70
İkinci aşama eterifikasyon süresi/saat 1
Eterifikasyon aşamasında baz dozaj/g 2
Eterifikasyon aşamasındaki eterleştirici madde miktarı/g 4,3
Eterleştirilmiş katı-sıvı oranı/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Ön arıtma alkalizasyon aşamasında CMC ikame derecesi üzerinde çeşitli faktörlerin etkisi
1. Ön arıtma alkalileştirme sıcaklığının CMC'nin ikame derecesi üzerindeki etkisi
Diğer faktörlerin başlangıç değerleri olarak sabitlenmesi durumunda, ön işlem alkaliizasyon sıcaklığının elde edilen CMC'deki ikame derecesi üzerindeki etkisini dikkate almak için,
Bu koşullar altında, ön işlem alkalileştirme sıcaklığının CMC ikame derecesi üzerindeki etkisi tartışılmıştır ve sonuçlar Şekil 1'de gösterilmektedir.
Ön arıtma alkalileştirme sıcaklığı/°C
Ön arıtma alkalileştirme sıcaklığının CMC ikame derecesine etkisi
Ön işlem alkalileştirme sıcaklığının artmasıyla CMC'nin ikame derecesinin arttığı ve alkalileştirme sıcaklığının 30 °C olduğu görülmektedir.
Yukarıdaki ikame dereceleri artan sıcaklıkla azalır. Bunun nedeni alkalileştirme sıcaklığının çok düşük olması ve moleküllerin daha az aktif olması ve
Selülozun kristal alanını etkili bir şekilde yok eder, bu da eterleştirme maddesinin eterleştirme aşamasında selülozun iç kısmına girmesini zorlaştırır ve reaksiyon derecesi nispeten yüksektir.
düşük, bu da daha düşük derecede ürün ikamesine neden olur. Ancak alkalileştirme sıcaklığı çok yüksek olmamalıdır. Sıcaklık arttıkça, yüksek sıcaklık ve güçlü alkali etkisi altında,
Selüloz oksidatif bozunmaya eğilimlidir ve CMC ürününün ikame derecesi azalır.
2. Ön arıtma alkalileştirme süresinin CMC ikame derecesi üzerindeki etkisi
Ön arıtma alkalizasyon sıcaklığının 30 °C olması ve diğer faktörlerin başlangıç değerleri olması koşuluyla, ön arıtma alkaliizasyon süresinin CMC'ye etkisi tartışılmıştır.
İkame etkisi. İkame derecesi
Ön arıtma alkalileştirme süresi/saat
Ön arıtma alkalileştirme süresinin etkisiCMCikame derecesi
Hacim oluşturma işleminin kendisi nispeten hızlıdır, ancak alkali çözeltinin elyafta belirli bir difüzyon süresine ihtiyacı vardır.
Alkalileşme süresi 0,5-1,5 saat olduğunda, alkalileşme süresi arttıkça ürünün ikame derecesinin arttığı görülmektedir.
Elde edilen ürünün ikame derecesi, süre 1,5 saat olduğunda en yüksek olmuş, 1,5 saatten sonra sürenin artmasıyla ikame derecesi azalmıştır. Bu olabilir
Bunun nedeni, alkalileştirmenin başlangıcında, alkalileştirme süresinin uzamasıyla birlikte, alkalinin selüloza infiltrasyonunun daha yeterli olması ve böylece lifin daha fazla çözünmesi olabilir.
Primer yapı daha rahattır, eterleştirici madde ve aktif ortam artar
Gönderim zamanı: Nis-26-2024