تحضير إيثرات السليلوز

1. مقدمة

في الوقت الحاضر، المادة الخام الرئيسية المستخدمة في تحضيرإيثر السليلوزالقطن، وإنتاجه يتناقص، وسعره يرتفع أيضاً؛

علاوة على ذلك، فإن عوامل الإيثرة الشائعة الاستخدام مثل حمض الكلورواسيتيك (شديد السمية) وأكسيد الإيثيلين (مسرطن) هي أيضاً أكثر ضرراً على جسم الإنسان والبيئة.

في هذا الفصل، يتم استخدام السليلوز الصنوبري ذو النقاء النسبي الذي يزيد عن 90٪ والذي تم استخلاصه في الفصل الثاني كمادة خام، ويتم استخدام كلورو أسيتات الصوديوم و2-كلورو إيثانول كبدائل.

باستخدام حمض الكلورواسيتيك شديد السمية كعامل إيثيري، أنيونيكاربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)تم تحضير السليلوز الهيدروكسي إيثيلي غير الأيوني.

السليلوز (HEC) ومزيج هيدروكسي إيثيل كاربوكسي ميثيل السليلوز (HECMC) وثلاثة إيثرات من السليلوز. عامل واحد

تم تحسين تقنيات تحضير ثلاثة إيثرات السليلوز عن طريق التجارب والتجارب المتعامدة، وتم توصيف إيثرات السليلوز المصنعة بواسطة FT-IR و XRD و H-NMR وما إلى ذلك.

أساسيات عملية تحويل السليلوز إلى إيثر

يمكن تقسيم مبدأ أثير السليلوز إلى جزأين. الجزء الأول هو عملية القلوية، أي أثناء تفاعل قلوية السليلوز،

عند تشتيتها بالتساوي في محلول هيدروكسيد الصوديوم، تنتفخ سليلوز الصنوبر بشدة تحت تأثير التحريك الميكانيكي، ومع تمدد الماء

اخترقت كمية كبيرة من جزيئات هيدروكسيد الصوديوم الصغيرة الجزء الداخلي من السليلوز الصنوبري، وتفاعلت مع مجموعات الهيدروكسيل الموجودة على حلقة الوحدة البنائية للجلوكوز.

يُنتج السليلوز القلوي، وهو المركز النشط لتفاعل الأثير.

أما الجزء الثاني فهو عملية الأثيرية، أي التفاعل بين المركز النشط وكلوروأسيتات الصوديوم أو 2-كلوروإيثانول في ظل ظروف قلوية، مما ينتج عنه

في الوقت نفسه، فإن عامل الإيثرة كلورو أسيتات الصوديوم و2-كلورو إيثانول سينتجان أيضًا درجة معينة من الماء في ظل الظروف القلوية.

يتم حل التفاعلات الجانبية لتوليد جليكولات الصوديوم وإيثيلين جلايكول، على التوالي.

2- المعالجة المسبقة لإزالة التبلور باستخدام القلويات المركزة لسليلوز الصنوبر

أولاً، حضّر محلول هيدروكسيد الصوديوم بتركيز معين باستخدام الماء منزوع الأيونات. ثم، عند درجة حرارة معينة، ضع 2 غرام من ألياف الصنوبر

يتم إذابة الفيتامين في حجم معين من محلول هيدروكسيد الصوديوم، ويتم تحريكه لفترة من الزمن، ثم يتم ترشيحه للاستخدام.

الشركة المصنعة لطرازات الأجهزة

مقياس دقيق لدرجة الحموضة

محرك تقليب مغناطيسي لتسخين درجة الحرارة الثابتة من نوع المجمع

فرن تجفيف بالتفريغ

ميزان إلكتروني

مضخة تفريغ متعددة الأغراض من نوع تدوير المياه

مطياف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه

جهاز حيود الأشعة السينية

مطياف الرنين المغناطيسي النووي

شركة هانغتشو أوليلونغ للأجهزة المحدودة

شركة هانغتشو هويتشوانغ لمعدات الأجهزة المحدودة

شركة شنغهاي جينغهونغ للمعدات التجريبية المحدودة

شركة ميتلر توليدو للأجهزة (شنغهاي) المحدودة.

شركة هانغتشو ديفيد للأجهزة العلمية والتعليمية المحدودة

شركة أمريكان ثيرمو فيشر المحدودة

شركة أمريكان ثيرمو إلكتريك سويسرا ARL

شركة بروكر السويسرية

35

تحضير المواد المركبة من الكربوكسيلات

باستخدام السليلوز القلوي لخشب الصنوبر المعالج مسبقًا عن طريق إزالة التبلور القلوي المركز كمادة خام، وباستخدام الإيثانول كمذيب وباستخدام كلورو أسيتات الصوديوم كعامل إيثيري

تم تحضير كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) ذي درجة استبدال أعلى بإضافة القلوي مرتين وعامل الإيثرة مرتين. أضف 2 غرام من السليلوز القلوي المستخلص من خشب الصنوبر إلى الدورق ذي الأربع فتحات، ثم أضف كمية محددة من مذيب الإيثانول، وحرك جيدًا لمدة 30 دقيقة.

يُضاف حوالي 100 مل من المادة القلوية، بحيث تتوزع السليلوز القلوية بالكامل. ثم تُضاف كمية معينة من المادة القلوية وكلوروأسيتات الصوديوم للتفاعل لفترة زمنية محددة عند درجة حرارة معينة لعملية الأسترة.

بعد مرور الوقت، تُضاف كمية ثانية من العامل القلوي وكلوروأسيتات الصوديوم، ثم تُجرى عملية الأسترة لفترة من الزمن. بعد انتهاء التفاعل، يُترك المزيج ليبرد تمامًا.

قم بمعادلة الحموضة باستخدام كمية مناسبة من حمض الخليك الجليدي، ثم قم بتصفية المنتج بالشفط، واغسله وجففه.

تحضير خلايا HEC

باستخدام السليلوز القلوي لخشب الصنوبر المعالج مسبقًا بإزالة التبلور القلوي المركز كمادة خام، والإيثانول كمذيب، و2-كلوروإيثانول كعامل إيثيري

تم تحضير السليلوز عالي النقاء ذي الكتلة المولية الأعلى بإضافة القلوي مرتين وعامل الإيثرة مرتين. أضف 2 غرام من السليلوز القلوي المستخلص من خشب الصنوبر إلى دورق رباعي العنق، ثم أضف حجمًا معينًا من الإيثانول بتركيز 90% (نسبة حجمية)، وحرك المزيج.

قلّب المزيج لفترة من الوقت حتى يذوب تمامًا، ثم أضف كمية معينة من القلوي، وسخّنه ببطء، ثم أضف حجمًا معينًا من 2-

تمت معالجة الكلوروإيثانول، ثم تم تحويله إلى إيثر عند درجة حرارة ثابتة لفترة من الزمن، ثم أضيف إليه هيدروكسيد الصوديوم المتبقي و2-كلوروإيثانول لمواصلة عملية التحويل إلى إيثر لفترة من الزمن.

بعد اكتمال التفاعل، يتم معادلة المحلول بكمية معينة من حمض الأسيتيك الجليدي، ثم يتم ترشيحه باستخدام مرشح زجاجي (G3)، وغسله، وتجفيفه.

تحضير HEMCC

باستخدام مركب HEC المُحضر في 3.2.3.4 كمادة خام، والإيثانول كوسيط للتفاعل، وكلوروأسيتات الصوديوم كعامل إيثيري لتحضير

HECMC. العملية المحددة هي: خذ كمية معينة من HEC، وضعها في دورق رباعي العنق سعة 100 مل، ثم أضف كمية معينة من الحجم

يُضاف 90% من الإيثانول، ويُحرّك ميكانيكيًا لفترة من الوقت حتى يتوزع تمامًا، ثم تُضاف كمية معينة من القلوي بعد التسخين، ويُضاف ببطء

في كلوروأسيتات الصوديوم، تنتهي عملية الأثيرية عند درجة حرارة ثابتة بعد فترة زمنية محددة. بعد اكتمال التفاعل، يُعادَل المحلول بحمض الخليك الجليدي، ثم يُستخدم مرشح زجاجي (G3).

بعد الترشيح بالشفط، والغسل والتجفيف.

تنقية إيثرات السليلوز

في عملية تحضير إيثر السليلوز، غالبًا ما يتم إنتاج بعض المنتجات الثانوية، وأهمها ملح كلوريد الصوديوم غير العضوي وبعض المواد الأخرى.

الشوائب. ولتحسين جودة إيثر السليلوز، أُجريت عملية تنقية بسيطة على إيثر السليلوز المُستخلص، نظرًا لوجودها في الماء.

توجد قابلية ذوبان مختلفة، لذلك تستخدم التجربة نسبة حجمية معينة من الإيثانول المائي لتنقية إيثرات السليلوز الثلاثة المحضرة.

يتغير.

ضع عينة إيثر السليلوز المحضرة بجودة معينة في كأس زجاجي، وأضف إليها كمية محددة من الإيثانول بتركيز 80% مُسخن مسبقًا إلى درجة حرارة تتراوح بين 60 و65 درجة مئوية، مع الاستمرار في التقليب الميكانيكي عند درجة حرارة تتراوح بين 60 و65 درجة مئوية باستخدام محرك مغناطيسي للتسخين لمدة 10 دقائق. ثم جفف السائل الطافي.

في كأس زجاجي نظيف، استخدم نترات الفضة للتحقق من وجود أيونات الكلوريد. إذا ظهر راسب أبيض، قم بترشيحه باستخدام مرشح زجاجي، ثم خذ المادة الصلبة.

كرر الخطوات السابقة لجزء الجسم، حتى لا يحتوي الراشح بعد إضافة قطرة واحدة من محلول AgNO3 على راسب أبيض، أي أن عملية التنقية والغسل قد اكتملت.

36

إلى (وذلك أساساً لإزالة ناتج التفاعل الثانوي كلوريد الصوديوم). بعد الترشيح بالشفط، والتجفيف، والتبريد إلى درجة حرارة الغرفة، والوزن.

الكتلة، غرام.

طرق اختبار وتوصيف إيثرات السليلوز

تحديد درجة الاستبدال (DS) ودرجة الاستبدال المولية (MS)

تحديد درجة الاستبدال: أولاً، قم بوزن 0.2 غرام (بدقة تصل إلى 0.1 ملغ) من عينة إيثر السليلوز المنقى والمجفف، ثم قم بإذابتها في

يُضاف 80 مل من الماء المقطر، ويُحرك في حمام مائي ذي درجة حرارة ثابتة تتراوح بين 30 و40 درجة مئوية لمدة 10 دقائق. ثم يُضبط المحلول باستخدام محلول حمض الكبريتيك أو محلول هيدروكسيد الصوديوم.

اضبط درجة حموضة المحلول حتى تصل إلى 8. ثم في كأس مزود بقطب قياس درجة الحموضة، استخدم محلولًا قياسيًا من حمض الكبريتيك

لإجراء المعايرة، مع مراعاة ظروف التحريك، راقب قراءة مقياس الرقم الهيدروجيني أثناء المعايرة، وعندما يتم ضبط قيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول على 3.74،

انتهت عملية المعايرة. لاحظ حجم محلول حمض الكبريتيك القياسي المستخدم في هذه المرحلة.

جيل:

مجموع أعداد البروتونات العليا ومجموعة الهيدروكسي إيثيل

نسبة عدد البروتونات العلوية؛ I7 هي كتلة مجموعة الميثيلين على مجموعة الهيدروكسي إيثيل

شدة ذروة رنين البروتون؛ هي شدة ذروة رنين البروتون لخمس مجموعات ميثين ومجموعة ميثيلين واحدة على وحدة جلوكوز السليلوز

مجموع.

طرق الاختبار الموصوفة لاختبار توصيف الأشعة تحت الحمراء لثلاثة إيثرات السليلوز CMC وHEC وHEECMC

قانون

3.2.4.3 اختبار حيود الأشعة السينية

اختبار توصيف تحليل حيود الأشعة السينية لثلاثة إيثرات سليلوزية: CMC وHEC وHEECMC

طريقة الاختبار الموصوفة.

3.2.4.4 اختبار الرنين النووي المغناطيسي للبروتون

تم قياس مطياف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون (H NMR) لمركب HEC بواسطة مطياف الرنين النووي المغناطيسي Avance400 H NMR الذي أنتجته شركة BRUKER.

تم اختبار المحلول باستخدام مطيافية الرنين النووي المغناطيسي للهيدروجين السائل، وذلك باستخدام ثنائي ميثيل سلفوكسيد المُدَوتَر كمذيب. وكان تردد الاختبار 75.5 ميجاهرتز.

قم بتسخين المحلول، وسيكون حجمه 0.5 مل.

3.3 النتائج والتحليل

3.3.1 تحسين عملية تحضير CMC

باستخدام السليلوز المستخلص من الصنوبر في الفصل الثاني كمادة خام، وباستخدام كلورو أسيتات الصوديوم كعامل إيثيري، تم اعتماد طريقة التجربة أحادية العامل.

تم تحسين عملية تحضير كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)، وضُبطت المتغيرات الأولية للتجربة كما هو موضح في الجدول 3.3. فيما يلي عملية تحضير هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC).

في الفن، تحليل العوامل المختلفة.

الجدول 3.3 قيم العوامل الأولية

قيمة العامل الأولية

درجة حرارة المعالجة القلوية المسبقة 40 درجة مئوية

مدة المعالجة القلوية المسبقة / ساعة 1

نسبة المواد الصلبة إلى السائلة في المعالجة المسبقة (جم/مل) 1:25

تركيز الصودا الكاوية قبل المعالجة / 40%

38

درجة حرارة المرحلة الأولى من عملية الأثيرية 45 درجة مئوية

زمن الأثيرية في المرحلة الأولى / ساعة 1

درجة حرارة المرحلة الثانية من عملية الأثيرية 70 درجة مئوية

زمن عملية الأثير في المرحلة الثانية / ساعة 1

الجرعة الأساسية في مرحلة الأثير/غ 2

كمية عامل الإيثر في مرحلة الإيثر/غ 4.3

نسبة المادة الصلبة إلى السائلة المؤسترة (غ/مل) 1:15

3.3.1.1 تأثير العوامل المختلفة على درجة استبدال كربوكسي ميثيل السليلوز في مرحلة المعالجة القلوية المسبقة

1. تأثير درجة حرارة المعالجة القلوية المسبقة على درجة استبدال كربوكسي ميثيل السليلوز

من أجل دراسة تأثير درجة حرارة المعالجة القلوية المسبقة على درجة الاستبدال في مادة CMC الناتجة، في حالة تثبيت العوامل الأخرى كقيم أولية،

في ظل هذه الظروف، تمت مناقشة تأثير درجة حرارة المعالجة القلوية المسبقة على درجة استبدال CMC، وتظهر النتائج في الشكل.

درجة حرارة المعالجة القلوية المسبقة / درجة مئوية

تأثير درجة حرارة المعالجة القلوية المسبقة على درجة استبدال كربوكسي ميثيل السليلوز

يمكن ملاحظة أن درجة استبدال CMC تزداد مع زيادة درجة حرارة المعالجة القلوية المسبقة، ودرجة حرارة المعالجة القلوية هي 30 درجة مئوية.

تتناقص درجات الاستبدال المذكورة أعلاه مع ارتفاع درجة الحرارة. ويعود ذلك إلى انخفاض درجة حرارة القلوية، مما يجعل الجزيئات أقل نشاطًا وغير قادرة على

يؤدي ذلك إلى تدمير المنطقة البلورية للسليلوز بشكل فعال، مما يجعل من الصعب على عامل الإيثيرية الدخول إلى داخل السليلوز في مرحلة الإيثيرية، وتكون درجة التفاعل عالية نسبيًا.

يؤدي انخفاض درجة الحرارة إلى انخفاض درجة استبدال المنتج. ومع ذلك، يجب ألا تكون درجة حرارة المعالجة القلوية مرتفعة للغاية. فمع ارتفاع درجة الحرارة، وتحت تأثير الحرارة العالية والقلويات القوية،

السليلوز عرضة للتدهور التأكسدي، وتقل درجة استبدال منتج CMC.

2. تأثير مدة المعالجة القلوية المسبقة على درجة استبدال كربوكسي ميثيل السليلوز

في ظل شرط أن تكون درجة حرارة المعالجة القلوية المسبقة 30 درجة مئوية وأن تكون العوامل الأخرى هي القيم الأولية، تتم مناقشة تأثير وقت المعالجة القلوية المسبقة على CMC.

أثر الإحلال. درجة الإحلال

مدة المعالجة القلوية المسبقة / ساعة

تأثير مدة المعالجة القلوية المسبقة علىسي إم سيدرجة الاستبدال

عملية التضخيم نفسها سريعة نسبياً، لكن المحلول القلوي يحتاج إلى وقت انتشار معين في الألياف.

يمكن ملاحظة أنه عندما يكون وقت القلوية 0.5-1.5 ساعة، فإن درجة استبدال المنتج تزداد مع زيادة وقت القلوية.

كانت درجة استبدال المنتج الناتج في أعلى مستوياتها عندما كانت مدة التفاعل ساعة ونصف، ثم انخفضت درجة الاستبدال مع زيادة مدة التفاعل بعد ساعة ونصف. وهذا يمكن أن

قد يكون ذلك لأنه في بداية عملية القلوية، ومع ازدياد مدة القلوية، يكون تغلغل القلويات في السليلوز أكثر كفاية، مما يجعل الألياف

يكون الهيكل الأساسي أكثر مرونة، مما يزيد من عامل الإيثر والوسط النشط