Selüloz Eterlerinin Hazırlanması

1 Giriş

Şu anda, hazırlanmasında kullanılan ana hammaddeselüloz eterpamuktur ve üretimi azalmaktadır, fiyatı da artmaktadır;

Ayrıca, kloroasetik asit (çok toksik) ve etilen oksit (kanserojen) gibi yaygın olarak kullanılan eterleştirici maddeler de insan vücudu ve çevre için daha zararlıdır.

Bu bölümde hammadde olarak, ikinci bölümde ekstrakte edilen %90’dan fazla saflıktaki çam selülozu kullanılmış olup, ikame olarak sodyum kloroasetat ve 2-kloroetanol kullanılmıştır.

Eterleştirici madde olarak son derece toksik kloroasetik asit kullanımı, anyonikkarboksimetil selüloz (CMC), noniyonik hidroksietil selüloz hazırlandı.

Selüloz (HEC) ve karışık hidroksietil karboksimetil selüloz (HECMC) üç selüloz eteri. tek faktör

Üç selüloz eterinin hazırlama teknikleri deneyler ve ortogonal deneyler yoluyla optimize edildi ve sentezlenen selüloz eterleri FT-IR, XRD, H-NMR vb. ile karakterize edildi.

Selüloz eterifikasyonunun temelleri

Selüloz eterifikasyonunun prensibi iki bölüme ayrılabilir. İlk bölüm alkalizasyon işlemidir, yani selülozun alkalizasyon reaksiyonu sırasında,

NaOH çözeltisinde eşit şekilde dağılan çam selülozu, mekanik karıştırmanın etkisi altında ve suyun genleşmesiyle şiddetli bir şekilde şişer.

Büyük miktarda NaOH küçük molekülleri çam selülozunun içine nüfuz etti ve glikoz yapısal biriminin halkasındaki hidroksil gruplarıyla reaksiyona girdi,

Eterleşme reaksiyonunun aktif merkezi olan alkali selülozu üretir.

İkinci kısım eterifikasyon sürecidir, yani aktif merkez ile sodyum kloroasetat veya 2-kloroetanol arasındaki alkali koşullar altındaki reaksiyon, bunun sonucunda

Aynı zamanda eterleştirici madde olan sodyum kloroasetat ve 2-kloroetanol de alkali koşullar altında belli bir oranda su üretecektir.

Yan reaksiyonlar sırasıyla sodyum glikolat ve etilen glikol üretmek üzere çözülür.

2 Çam selülozunun konsantre alkali dekristalizasyon ön işlemi

Öncelikle deiyonize su ile belirli bir konsantrasyonda NaOH çözeltisi hazırlayın. Daha sonra belirli bir sıcaklıkta 2g çam lifi

Vitamin belirli hacimdeki NaOH çözeltisinde eritilir, bir süre karıştırılır ve daha sonra kullanılmak üzere süzülür.

Enstrüman Model Üreticisi

Hassas pH Ölçer

Kollektör tipi sabit sıcaklık ısıtmalı manyetik karıştırıcı

Vakumlu kurutma fırını

Elektronik terazi

Sirkülasyonlu su tipi çok amaçlı vakum pompası

Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektrometre

X-ışını difraktometresi

Nükleer Manyetik Rezonans Spektrometresi

Hangzhou Aolilong Enstrüman Co., Ltd.

Hangzhou Huichuang Enstrüman Ekipmanları Co., Ltd.

Shanghai Jinghong Deneysel Ekipmanlar A.Ş.

METTLER TOLEDO Instruments (Şanghay) Co., Ltd.

Hangzhou David Bilim ve Eğitim Araçları A.Ş.

Amerikan Thermo Fisher Şirketi, Ltd.

Amerikan Termoelektrik İsviçre ARL Şirketi

İsviçre şirketi BRUKER

35

CMC'lerin hazırlanması

Hammadde olarak konsantre alkali dekristalizasyonla ön işlemden geçirilmiş çam ağacı alkali selülozu, çözücü olarak etanol ve eterifikasyon olarak sodyum kloroasetat kullanarak

Daha yüksek DS'li CMC, alkali iki kez ve eterleştirici madde iki kez eklenerek hazırlandı. Dört ağızlı şişeye 2 g çam ağacı alkali selülozu ekleyin, ardından belirli bir hacimde etanol çözücü ekleyin ve 30 dakika boyunca iyice karıştırın

yaklaşık olarak, alkali selülozun tamamen dağılması için. Daha sonra belirli bir miktarda alkali ajan ve sodyum kloroasetat ekleyerek belirli bir eterifikasyon sıcaklığında bir süre reaksiyona girmesini sağlayın

Zamanla, alkalin ajan ve sodyum kloroasetat ikinci kez eklendikten sonra bir süre eterifikasyon yapılır. Reaksiyon bittikten sonra, soğutulur ve soğutulur, sonra

Uygun miktarda buzlu asetik asit ile nötralize edin, ardından vakumlu filtreden geçirin, yıkayın ve kurutun.

YÖK'lerin hazırlanması

Hammadde olarak konsantre alkali dekristalizasyonla ön işlemden geçirilmiş çam ağacı alkali selülozu, çözücü olarak etanol ve eterifikasyon olarak 2-kloroetanol kullanılması

Daha yüksek MS'li HEC, alkaliyi iki kez ve eterleştirici maddeyi iki kez ekleyerek hazırlandı. Dört ağızlı bir şişeye 2 g çam ağacı alkali selülozu ekleyin ve belirli bir hacimde %90 (hacim kesri) etanol ekleyin, karıştırın

Tamamen dağılıncaya kadar bir süre karıştırın, ardından belirli miktarda alkali ekleyin ve yavaşça ısıtın, belirli miktarda 2-

Kloroetanol, sabit sıcaklıkta bir süre eterleştirildi ve daha sonra kalan sodyum hidroksit ve 2-kloroetanol eklenerek bir süre daha eterleşmeye devam edildi.

Reaksiyon tamamlandıktan sonra bir miktar buzlu asetik asit ile nötralize edilir ve son olarak cam filtreden (G3) süzülür, yıkanır ve kurutulur.

HEMCC'nin Hazırlanması

3.2.3.4'te hazırlanan HEC'yi hammadde olarak, etanolü reaksiyon ortamı olarak ve sodyum kloroasetatı eterleştirici madde olarak kullanarak hazırlamak

HECMC. Belirli işlem şudur: belirli miktarda HEC alın, 100 mL'lik dört ağızlı bir şişeye koyun ve ardından belirli miktarda hacim ekleyin

%90 etanol, tamamen dağılması için bir süre mekanik olarak karıştırın, ısıttıktan sonra belirli miktarda alkali ekleyin ve yavaşça ekleyin

Sodyum kloroasetat, sabit sıcaklıkta eterifikasyon bir süre sonra sona erer. Reaksiyon tamamlandıktan sonra, nötralize etmek için buzlu asetik asitle nötrleştirin, ardından bir cam filtre kullanın (G3)

Emiş filtrasyonundan sonra yıkama ve kurutma yapılır.

Selüloz eterlerinin saflaştırılması

Selüloz eterinin hazırlanma sürecinde, çoğunlukla inorganik tuz sodyum klorür ve diğer bazı yan ürünler olmak üzere bazı yan ürünler sıklıkla üretilir.

safsızlıklar. Selüloz eterinin kalitesini iyileştirmek için, elde edilen selüloz eterinde basit bir saflaştırma gerçekleştirildi. çünkü bunlar sudadır

Farklı çözünürlükleri olduğundan, hazırlanan üç selüloz eteri saflaştırmak için deneyde belirli bir hacim kesri oranında hidratlı etanol kullanılmıştır.

değiştirmek.

Belirli bir kalitede hazırlanmış selüloz eter örneğini bir behere koyun, 60 ℃ ~ 65 ℃'ye önceden ısıtılmış belirli miktarda %80 etanol ekleyin ve 10 ℃ boyunca sabit sıcaklıkta ısıtmalı manyetik karıştırıcıda 60 ℃ ~ 65 ℃'de mekanik karıştırmayı sürdürün. Üstteki sıvıyı kurumaya bırakın.

Temiz bir beherde, klorür iyonlarını kontrol etmek için gümüş nitrat kullanın. Beyaz bir çökelti varsa, cam bir filtreden süzün ve katıyı alın

1 damla AgNO3 çözeltisi eklendikten sonra süzüntüde beyaz çökelti kalmayana kadar, yani saflaştırma ve yıkama tamamlanana kadar önceki adımları vücut kısmı için tekrarlayın.

36

(esas olarak reaksiyon yan ürünü NaCl'yi uzaklaştırmak için). Emme filtrasyonundan sonra, kurutulur, oda sıcaklığına soğutulur ve tartılır.

kütle, g.

Selüloz Eterleri İçin Test ve Karakterizasyon Yöntemleri

İkame Derecesi (DS) ve Molar İkame Derecesi (MS) Belirlenmesi

DS'nin Belirlenmesi: İlk olarak, saflaştırılmış ve kurutulmuş selüloz eter örneğinin 0,2 g'ını (0,1 mg'a kadar hassasiyetle) tartın, içinde çözün.

80 mL damıtılmış su, 30℃~40℃ sabit sıcaklıktaki su banyosunda 10 dakika boyunca karıştırılır. Daha sonra sülfürik asit çözeltisi veya NaOH çözeltisi ile ayarlanır

Çözeltinin pH'ı 8 olana kadar çözeltinin pH'ını ayarlayın. Daha sonra pH metre elektroduyla donatılmış bir beherde, standart bir sülfürik asit çözeltisi kullanın

Titrasyon yapmak için, karıştırma koşulları altında, titrasyon sırasında çözelti pH değeri 3,74'e ayarlandığında pH metre okumasını gözlemleyin,

Titrasyon sona erer. Bu sırada kullanılan sülfürik asit standart çözeltisinin hacmini not edin.

Nesil:

Üst proton sayılarının ve hidroksietil grubunun toplamı

Üst protonların sayısının oranı; I7, hidroksietil grubundaki metilen grubunun kütlesidir

Proton rezonans tepe noktasının yoğunluğu; selüloz glikoz ünitesindeki 5 metin grubu ve bir metilen grubunun proton rezonans tepe noktasının yoğunluğudur

Toplam.

Üç selüloz eteri CMC, HEC ve HEECMC'nin kızılötesi karakterizasyon testi için açıklanan test yöntemleri

Kanun

3.2.4.3 XRD testi

Üç Selüloz Eter CMC, HEC ve HEECMC'nin X-ışını Kırınımı Analizi Karakterizasyon Testi

anlatılan test yöntemi.

3.2.4.4 H-NMR'nin test edilmesi

HEC’in H NMR spektrometresi, BRUKER firmasının ürettiği Avance400 H NMR spektrometresi ile ölçüldü.

Çözücü olarak döteryumlanmış dimetil sülfoksit kullanılarak çözelti sıvı hidrojen NMR spektroskopisi ile test edildi. Test frekansı 75.5MHz idi.

Ilık çözelti 0,5 mL’dir.

3.3 Sonuçlar ve Analiz

3.3.1 CMC hazırlama sürecinin optimizasyonu

İkinci bölümde elde edilen çam selülozu hammadde olarak, sodyum kloroasetat ise eterleştirici madde olarak kullanılarak tek faktörlü deney yöntemi benimsenmiştir.

CMC'nin hazırlanma süreci optimize edildi ve deneyin başlangıç ​​değişkenleri Tablo 3.3'te gösterildiği gibi ayarlandı. Aşağıda HEC hazırlama süreci gösterilmektedir

Sanatta çeşitli faktörlerin analizi.

Tablo 3.3 Başlangıç ​​Faktör Değerleri

Faktör Başlangıç ​​değeri

Ön işlem alkalileştirme sıcaklığı/℃ 40

Ön işlem alkalileştirme süresi/saat 1

Ön işlem katı-sıvı oranı/(g/mL) 1:25

Ön işlem alkali konsantrasyonu/% 40

38

Birinci aşama eterifikasyon sıcaklığı/℃ 45

Birinci aşama eterifikasyon süresi/saat 1

İkinci aşama eterifikasyon sıcaklığı/℃ 70

İkinci aşama eterifikasyon süresi/saat 1

Eterifikasyon aşamasında temel dozaj/g 2

Eterifikasyon aşamasında eterleştirici madde miktarı/g 4.3

Eterleştirilmiş katı-sıvı oranı/(g/mL) 1:15

3.3.1.1 Ön işlem alkalizasyon aşamasında CMC ikame derecesine çeşitli faktörlerin etkisi

1. Ön işlem alkalizasyon sıcaklığının CMC'nin ikame derecesine etkisi

Elde edilen CMC'deki ikame derecesi üzerinde ön işlem alkalizasyon sıcaklığının etkisini değerlendirmek için, diğer faktörlerin başlangıç ​​değerleri olarak sabitlenmesi durumunda,

Koşullar altında, ön işlem alkalileştirme sıcaklığının CMC ikame derecesi üzerindeki etkisi tartışılmış ve sonuçlar Şekil 2'de gösterilmiştir.

Ön işlem alkalileştirme sıcaklığı/℃

Ön işlem alkalileştirme sıcaklığının CMC ikame derecesine etkisi

Ön işlem alkalizasyon sıcaklığının artmasıyla CMC'nin ikame derecesinin arttığı görülmekte olup, alkalizasyon sıcaklığı 30 °C'dir.

Yukarıdaki ikame dereceleri artan sıcaklıkla azalır. Bunun nedeni alkalileştirme sıcaklığının çok düşük olması ve moleküllerin daha az aktif olması ve

Selülozun kristalin bölgesini etkili bir şekilde tahrip eder, bu da eterifikasyon aşamasında eterleştirici maddenin selülozun içine girmesini zorlaştırır ve reaksiyon derecesi nispeten yüksektir.

düşük, daha düşük bir ürün ikamesi derecesiyle sonuçlanır. Ancak, alkalileştirme sıcaklığı çok yüksek olmamalıdır. Sıcaklık arttıkça, yüksek sıcaklık ve güçlü alkali etkisi altında,

Selüloz oksidatif bozunmaya maruz kalır ve CMC ürününün ikame derecesi azalır.

2. Ön işlem alkalileştirme süresinin CMC ikame derecesine etkisi

Ön işlem alkalizasyon sıcaklığının 30 °C ve diğer faktörlerin başlangıç ​​değerleri olduğu varsayılarak, ön işlem alkalizasyon süresinin CMC üzerindeki etkisi tartışılmıştır.

İkamenin etkisi. İkame derecesi

Ön işlem alkalileştirme süresi/saat

Ön işlem alkalileştirme süresinin etkisiCMCikame derecesi

Hacim kazanma süreci nispeten hızlıdır, ancak alkali çözeltinin elyaf içerisinde belirli bir difüzyon süresine ihtiyacı vardır.

Alkalileştirme süresi 0,5-1,5 saat olduğunda alkalileştirme süresinin artmasıyla ürünün ikame derecesinin arttığı görülmektedir.

Elde edilen ürünün ikame derecesi, süre 1,5 saat olduğunda en yüksekti ve ikame derecesi, 1,5 saatten sonra sürenin artmasıyla azaldı. Bu,

Bunun nedeni, alkalileşmenin başlangıcında, alkalileşme süresinin uzamasıyla alkalinin selüloza infiltrasyonunun daha yeterli olması ve böylece lifin

Birincil yapı daha gevşektir, bu da eterleştirici maddeyi ve aktif ortamı artırır


Gönderi zamanı: 26-Nis-2024