1 Уводзіны
У цяперашні час асноўнай сыравінай, якая выкарыстоўваецца ў падрыхтоўцыэфір цэлюлозыгэта бавоўна, і яе вытворчасць скарачаецца, а цана таксама расце;
Акрамя таго, такія распаўсюджаныя этэрыфікуючыя агенты, як хларуксусная кіслата (вельмі таксічная) і аксід этылену (канцэрагенны), таксама больш шкодныя для арганізма чалавека і навакольнага асяроддзя. Кніга
У гэтым раздзеле ў якасці сыравіны выкарыстоўваецца хваёвая цэлюлоза з адноснай чысцінёй больш за 90%, здабытая ў другім раздзеле, а ў якасці заменнікаў — хларацэтат натрыю і 2-хларэтанол.
Выкарыстанне высокатаксічнай хлорацэтавай кіслаты ў якасці этэрыфікуючага агента, аніённагакарбаксіметылцэлюлоза (КМЦ), былі падрыхтаваны неіённая гідраксіэтылцэлюлоза.
Тры эфіры цэлюлозы (ГЭЦ) і змешанай гідраксіэтылкарбаксіметылцэлюлозы (ГЭКМС). Адзін фактар
Метады атрымання трох цэлюлозных эфіраў былі аптымізаваны з дапамогай эксперыментаў і артаганальных эксперыментаў, а сінтэзаваныя цэлюлозныя эфіры былі ахарактарызаваны з дапамогай ІЧ-Фур'е, рэнтгенаўскай дыфракцыі, ЯМР 1H і г.д.
Асновы этэрыфікацыі цэлюлозы
Прынцып этэрыфікацыі цэлюлозы можна падзяліць на дзве часткі. Першая частка — гэта працэс падшчолчвання, гэта значыць падчас рэакцыі падшчолчвання цэлюлозы,
Раўнамерна размеркаваная ў растворы NaOH, цэлюлоза хвоі моцна набракае пад дзеяннем механічнага перамешвання і пашырэння вады.
Вялікая колькасць малых малекул NaOH пранікла ўнутр хваёвай цэлюлозы і ўступіла ў рэакцыю з гідраксільнымі групамі на кольцы структурнай адзінкі глюкозы.
Утварае шчолачную цэлюлозу, актыўны цэнтр рэакцыі этэрыфікацыі.
Другая частка — гэта працэс этэрыфікацыі, гэта значыць рэакцыя паміж актыўным цэнтрам і хларацэтатам натрыю або 2-хларэтанолам у шчолачных умовах, у выніку чаго ўтвараецца
Адначасова этэрыфікуючы агент хларацэтат натрыю і 2-хларэтанол таксама будуць вырабляць пэўную колькасць вады ў шчолачных умовах.
Пабочныя рэакцыі вырашаюцца з утварэннем глікаляту натрыю і этыленгліколю адпаведна.
2. Папярэдняя апрацоўка хваёвай цэлюлозы канцэнтраванай шчолаччу для дэкрышталізацыі
Спачатку прыгатуйце раствор NaOH пэўнай канцэнтрацыі з дэіянізаванай вадой. Затым пры пэўнай тэмпературы дадайце 2 г хваёвага валакна
Вітамін раствараюць у пэўным аб'ёме раствора NaOH, змешваюць на працягу пэўнага часу, а затым фільтруюць для выкарыстання.
Вытворца мадэлі інструмента
Дакладны pH-метр
Калектарная магнітная мешалка з пастаяннай тэмпературай нагрэву
Вакуумная сушыльная печ
Электронны баланс
Універсальны вакуумны помпа цыркуляцыйнага тыпу
Інфрачырвоны спектрометр з пераўтварэннем Фур'е
Рэнтгенаўскі дыфрактометр
Ядзерна-магнітна-рэзанансны спектрометр
Ханчжоу Aolilong Instrument Co., Ltd.
ТАА «Ханчжоу Хуэйчуан»
Шанхайская кампанія па эксперыментальным абсталяванні Jinghong, ТАА
METTLER TOLEDO Instruments (Шанхай) Co., Ltd.
Ханчжоу Дэвід Навукова-адукацыйная інструментальная кампанія, ТАА
Амерыканская кампанія Thermo Fisher Co., Ltd.
Амерыканская тэрмаэлектрычная швейцарская кампанія ARL
Швейцарская кампанія BRUKER
35
Падрыхтоўка КМЦ
Выкарыстанне шчолачнай цэлюлозы з хваёвай драўніны, папярэдне апрацаванай канцэнтраванай шчолачнай дэкрышталізацыяй, у якасці сыравіны, этанолу ў якасці растваральніка і хлорацэтату натрыю ў якасці этэрыфікатара.
КМЦ з больш высокім утрыманнем сухога рэчыва была падрыхтавана шляхам падвойнага дадання шчолачы і падвойнага этэрыфікуючага агента. Дадайце 2 г хваёвай шчолачнай цэлюлозы ў чатырохгорлую колбу, затым дадайце пэўны аб'ём этанолу і добра змешвайце на працягу 30 хвілін.
прыблізна, каб шчолачная цэлюлоза цалкам дыспергаваная. Затым дадайце пэўную колькасць шчолачнага агента і хлорацэтату натрыю для рэакцыі на працягу пэўнага часу пры пэўнай тэмпературы этэрыфікацыі.
Пасля заканчэння часу дадаюць другі шчолачны агент і хлорацэтат натрыю, а затым праводзяць этэрыфікацыю на працягу пэўнага часу. Пасля завяршэння рэакцыі астуджаюць і астуджаюць, затым
Нейтралізуйце адпаведнай колькасцю ледзяной воцатнай кіслаты, затым адфільтруйце праз вакуум-фільтр, прамыйце і высушыце.
Падрыхтоўка HEC
Выкарыстанне шчолачнай цэлюлозы з хваёвай драўніны, папярэдне апрацаванай канцэнтраванай шчолачнай дэкрышталізацыяй, у якасці сыравіны, этанолу ў якасці растваральніка і 2-хлорэтанолу ў якасці этэрыфікатара
ГЭК з больш высокай ступенню масавай шчыльнасці быў падрыхтаваны шляхам падвойнага дадання шчолачы і падвойнага этэрыфікуючага агента. Дадайце 2 г хваёвай шчолачнай цэлюлозы ў чатырохгорлую колбу, дадайце пэўны аб'ём 90% (аб'ёмная доля) этанолу, змяшайце.
Памешвайце на працягу пэўнага часу да поўнага растварэння, затым дадайце пэўную колькасць шчолачы і павольна награвайце, дадайце пэўны аб'ём 2-
Хлорэтанол этэрыфікуюць пры пастаяннай тэмпературы на працягу пэўнага часу, а затым дадаюць астатні гідраксід натрыю і 2-хлорэтанол для працягу этэрыфікацыі на працягу пэўнага часу.
Пасля завяршэння рэакцыі нейтралізуйце пэўнай колькасцю ледзяной воцатнай кіслаты, а затым адфільтруйце праз шкляны фільтр (G3), прамыйце і высушыце.
Падрыхтоўка HEMCC
Выкарыстоўваючы ГЭК, падрыхтаваны ў 3.2.3.4, у якасці сыравіны, этанол у якасці рэакцыйнага асяроддзя і хларацэтат натрыю ў якасці этэрыфікуючага агента для падрыхтоўкі
ГЭКМК. Канкрэтны працэс такі: вазьміце пэўную колькасць ГЭК, змясціце яе ў чатырохгорлую колбу аб'ёмам 100 мл, а затым дадайце пэўны аб'ём
90% этанол, механічна змешвайце на працягу пэўнага часу, каб цалкам дыспергаваць, дадайце пэўную колькасць шчолачы пасля награвання і павольна дадавайце
Хларацэтат натрыю, этэрыфікацыя пры пастаяннай тэмпературы заканчваецца праз пэўны час. Пасля завяршэння рэакцыі нейтралізуйце яго ледзяной воцатнай кіслатой, а затым выкарыстоўвайце шкляны фільтр (G3).
Пасля адсмоктвання, прамывання і сушкі.
Ачыстка эфіраў цэлюлозы
У працэсе атрымання эфіру цэлюлозы часта ўтвараюцца некаторыя пабочныя прадукты, у асноўным неарганічная соль хларыд натрыю і некаторыя іншыя
прымешкі. Каб палепшыць якасць цэлюлознага эфіру, атрыманы цэлюлозны эфір быў праведзены пад простую ачыстку. паколькі яны знаходзяцца ў вадзе
Існуюць розныя растваральнасці, таму ў эксперыменце выкарыстоўваецца пэўная аб'ёмная доля гідратаванага этанолу для ачысткі падрыхтаваных трох эфіраў цэлюлозы.
змена.
Змясціце падрыхтаваны ўзор эфіру цэлюлозы пэўнай якасці ў мензурку, дадайце пэўную колькасць 80% этанолу, папярэдне нагрэтага да 60 ℃ ~ 65 ℃, і падтрымлівайце механічнае памешванне пры тэмпературы 60 ℃ ~ 65 ℃ на працягу 10 ℃ хвілін з дапамогай магнітнай мяшалкі з пастаяннай тэмпературай. Высушыце супернатант.
У чыстым шкляным стакане выкарыстайце нітрат срэбра для праверкі наяўнасці хларыд-іонаў. Калі ёсць белы асадак, адфільтруйце яго праз шкляны фільтр і выміце цвёрдае рэчыва.
Паўтарайце папярэднія крокі для часткі цела, пакуль пасля дадання 1 кроплі раствора AgNO3 у фільтраце не знікне белы асадак, гэта значыць ачыстка і прамыванне будуць завершаны.
36
у (у асноўным для выдалення пабочнага прадукту рэакцыі NaCl). Пасля адсмоктвання, сушкі, астуджэння да пакаёвай тэмпературы і ўзважвання.
маса, г.
Метады выпрабаванняў і характарыстыкі цэлюлозных эфіраў
Вызначэнне ступені замяшчэння (DS) і малярнай ступені замяшчэння (MS)
Вызначэнне DS: спачатку ўзважце 0,2 г (з дакладнасцю да 0,1 мг) ачышчанага і высушанага ўзору эфіру цэлюлозы, растварыце яго ў
80 мл дыстыляванай вады, змешваюць на вадзяной лазні пры пастаяннай тэмпературы 30℃~40℃ на працягу 10 хвілін. Затым даводзяць растворам сернай кіслаты або растворам NaOH.
pH раствора, пакуль pH раствора не дасягне 8. Затым у мензурку, абсталяваную электродам pH-метра, выкарыстоўвайце стандартны раствор сернай кіслаты.
Для тытравання пры памешванні назірайце за паказаннямі pH-метра падчас тытравання, калі значэнне pH раствора даводзіцца да 3,74,
Тытраванне заканчваецца. Запішыце аб'ём выкарыстанага стандартнага раствора сернай кіслаты.
Пакаленне:
Сума верхніх пратонных лікаў і гідраксіэтыльнай групы
Суадносіны колькасці верхніх пратонаў; I7 — маса метыленавай групы на гідраксіэтыльнай групе
Інтэнсіўнасць піка пратонавага рэзанансу; гэта інтэнсіўнасць піка пратонавага рэзанансу 5 метынавых груп і адной метыленавай групы на глюкозным блоку цэлюлозы
Сума.
Метады выпрабаванняў, апісаныя для інфрачырвонага характарызацыйнага тэставання трох эфіраў цэлюлозы: КМЦ, ГЭЦ і ГЭЭМС
Закон
3.2.4.3 Рэнтгенаструктурны аналіз
Рэнтгенаструктурны аналіз для характарыстыкі трох цэлюлозных эфіраў: КМЦ, ГЭЦ і ГЭЭМС
апісаны метад выпрабавання.
3.2.4.4 Тэставанне H-ЯМР
Вымярэнні 1H ЯМР-спектрометра HEC праводзіліся з дапамогай 1H ЯМР-спектрометра Avance400 вытворчасці BRUKER.
Выкарыстоўваючы дэйтэрыраваны дыметылсульфаксід у якасці растваральніка, раствор быў пратэставаны з дапамогай ЯМР-спектраскапіі вадкага вадароду. Частата тэставання складала 75,5 МГц.
Цёплы раствор — 0,5 мл.
3.3 Вынікі і аналіз
3.3.1 Аптымізацыя працэсу падрыхтоўкі КМЦ
Выкарыстоўваючы цэлюлозу хвоі, здабытую ў другой главе, у якасці сыравіны, і хлорацэтат натрыю ў якасці этэрыфікуючага агента, быў прыняты метад аднафактарнага эксперыменту,
Працэс падрыхтоўкі КМЦ быў аптымізаваны, і пачатковыя зменныя эксперыменту былі ўстаноўлены, як паказана ў табліцы 3.3. Ніжэй прыведзены працэс падрыхтоўкі ГЭК.
У мастацтве аналіз розных фактараў.
Табліца 3.3 Пачатковыя значэнні фактараў
Пачатковае значэнне фактару
Тэмпература падшчолачвання перад апрацоўкай/℃ 40
Час падшчолчвання перад апрацоўкай/г 1
Суадносіны цвёрдай і вадкай фазы перад апрацоўкай/(г/мл) 1:25
Канцэнтрацыя шчолачы перад апрацоўкай/% 40
38
Тэмпература этэрыфікацыі першага этапу / ℃ 45
Час этэрыфікацыі першай стадыі/г 1
Тэмпература этэрыфікацыі другой стадыі/℃ 70
Час этэрыфікацыі другой стадыі/г 1
Базавая доза на стадыі этэрыфікацыі/г 2
Колькасць этэрыфікуючага агента на стадыі этэрыфікацыі/г 4,3
Суадносіны этэрыфікаванага цвёрдага рэчыва і вадкасці (г/мл) 1:15
3.3.1.1 Уплыў розных фактараў на ступень замяшчэння КМЦ на стадыі папярэдняй апрацоўкі падшчолачвання
1. Уплыў тэмпературы папярэдняй апрацоўкі падшчолачвання на ступень замяшчэння КМЦ
Каб улічыць уплыў тэмпературы папярэдняй апрацоўкі падшчолачвання на ступень замяшчэння ў атрыманай КМЦ, у выпадку фіксацыі іншых фактараў у якасці пачатковых значэнняў,
У гэтых умовах абмяркоўваецца ўплыў тэмпературы папярэдняй апрацоўкі падшчолачвання на ступень замяшчэння КМЦ, і вынікі паказаны на мал.
Тэмпература падшчолачвання перад апрацоўкай/℃
Уплыў тэмпературы папярэдняй апрацоўкі падшчолачвання на ступень замяшчэння КМЦ
Можна бачыць, што ступень замяшчэння КМЦ павялічваецца з павышэннем тэмпературы падшчолчвання перад апрацоўкай, і тэмпература падшчолчвання складае 30 °C.
Вышэйзгаданыя ступені замяшчэння памяншаюцца з павышэннем тэмпературы. Гэта адбываецца таму, што тэмпература падшчолчвання занадта нізкая, і малекулы менш актыўныя і не здольныя
Эфектыўна разбурае крышталічную вобласць цэлюлозы, што абцяжарвае трапленне этэрыфікуючага агента ўнутр цэлюлозы на стадыі этэрыфікацыі, і ступень рэакцыі адносна высокая.
нізкая, што прыводзіць да меншай ступені замяшчэння прадукту. Аднак тэмпература падшчолчвання не павінна быць занадта высокай. Па меры павышэння тэмпературы пад уздзеяннем высокай тэмпературы і моцных шчолачаў,
Цэлюлоза схільная да акісляльнага раскладання, і ступень замяшчэння прадукту КМЦ памяншаецца.
2. Уплыў часу папярэдняй апрацоўкі падшчолачвання на ступень замяшчэння КМЦ
Пры ўмове, што тэмпература папярэдняй апрацоўкі падшчолачвання складае 30 °C, а іншыя фактары з'яўляюцца пачатковымі значэннямі, абмяркоўваецца ўплыў часу папярэдняй апрацоўкі падшчолачвання на КМЦ.
Эфект замяшчэння. Ступень замяшчэння
Час падшчолчвання перад апрацоўкай/г
Уплыў часу папярэдняй апрацоўкі падшчолачвання наКМЦступень замяшчэння
Сам працэс напаўнення адносна хуткі, але шчолачнаму раствору патрабуецца пэўны час дыфузіі ў валакне.
Можна заўважыць, што пры часе падшчолчвання 0,5-1,5 гадзіны ступень замяшчэння прадукту павялічваецца са павелічэннем часу падшчолчвання.
Ступень замяшчэння атрыманага прадукту была найвышэйшай пры часе 1,5 гадзіны, а ступень замяшчэння змяншалася з павелічэннем часу пасля 1,5 гадзіны. Гэта можа
Магчыма, гэта звязана з тым, што ў пачатку падшчолчвання, з падаўжэннем часу падшчолчвання, пранікненне шчолачы ў цэлюлозу больш дастатковае, так што валакно
Першасная структура больш расслабленая, што павялічвае колькасць этэрыфікуючага агента і актыўнага асяроддзя
Час публікацыі: 26 красавіка 2024 г.