1 Introduzione
Attualmente, a principale materia prima aduprata in a preparazione dietere di cellulosahè u cuttone, è a so pruduzzione hè in calata, è u prezzu hè ancu in crescita;
Inoltre, l'agenti eterificanti cumunimenti usati cum'è l'acidu cloroaceticu (altamente tossicu) è l'ossidu d'etilene (cancerogenu) sò ancu più dannosi per u corpu umanu è l'ambiente.
In questu capitulu, a cellulosa di pinu cù una purità relativa di più di 90% estratta in u secondu capitulu hè aduprata cum'è materia prima, è u cloroacetatu di sodiu è u 2-cloroetanolo sò aduprati cum'è sustituti.
Usendu l'acidu cloroaceticu assai tossicu cum'è agente eterificante, anionicucarbossimetilcellulosa (CMC), sò state preparate idrossietilcellulose non ioniche.
Cellulosa (HEC) è idrossietilcarbossimetilcellulosa mista (HECMC) trè eteri di cellulosa. fattore unicu
E tecniche di preparazione di trè eteri di cellulosa sò state ottimizzate per mezu di esperimenti è esperimenti ortogonali, è l'eteri di cellulosa sintetizzati sò stati caratterizati da FT-IR, XRD, H-NMR, ecc.
Fundamenti di l'eterificazione di a cellulosa
U principiu di l'eterificazione di a cellulosa pò esse divisu in duie parte. A prima parte hè u prucessu di alcalizazione, vale à dì, durante a reazione di alcalizazione di a cellulosa,
Dispersa uniformemente in una soluzione di NaOH, a cellulosa di pinu si gonfia viulentamente sottu l'azione di l'agitazione meccanica, è cù l'espansione di l'acqua.
Una grande quantità di piccule molecule di NaOH hè penetrata in l'internu di a cellulosa di pinu, è hà reagitu cù i gruppi idrossilici nantu à l'anellu di l'unità strutturale di glucosiu,
Genera cellulosa alcalina, u centru attivu di a reazione di eterificazione.
A seconda parte hè u prucessu di eterificazione, vale à dì, a reazione trà u centru attivu è u cloroacetatu di sodiu o u 2-cloroetanolo in cundizioni alcaline, chì dà cum'è risultatu
À u listessu tempu, l'agente eterificante cloroacetatu di sodiu è u 2-cloroetanolo pruduceranu ancu un certu gradu d'acqua in cundizioni alcaline.
E reazzioni secundarie sò risolte per generà glicolatu di sodiu è glicole etilenicu, rispettivamente.
2 Pretrattamentu di decristallizazione alcalina cuncintrata di cellulosa di pinu
Prima, preparate una certa cuncentrazione di suluzione di NaOH cù acqua deionizzata. Dopu, à una certa temperatura, 2 g di fibra di pinu
A vitamina hè dissolta in un certu vulume di suluzione NaOH, agitata per un periudu di tempu, è dopu filtrata per l'usu.
Fabbricante di u mudellu di u strumentu
pH-metru di precisione
Agitatore magneticu di riscaldamentu à temperatura costante di tipu di cullettore
Fornu di asciugatura à vuoto
Bilancia elettronica
Pompa à vuoto multifunzionale di tipu acqua circulante
Spettrometru infrarossu à trasformata di Fourier
Diffrattometru à raggi X
Spettrometru di Risonanza Magnetica Nucleare
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Instrument Equipment Co., Ltd.
Shanghai Jinghong Sperimentale Attrezzatura Co., Ltd.
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Science and Education Instrument Co., Ltd.
American Thermo Fisher Co., Ltd.
Cumpagnia Termoelettrica Americana Svizzera ARL
Cumpagnia svizzera BRUKER
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Preparazione di CMC
Utilizendu cellulosa alcalina di legnu di pinu pretrattata da decristallizazione alcalina cuncintrata cum'è materia prima, utilizendu etanolu cum'è solvente è utilizendu cloroacetatu di sodiu cum'è eterificazione
U CMC cù una DS più alta hè statu preparatu aghjunghjendu duie volte l'alcali è duie volte l'agente eterificante. Aghjunghjite 2 g di cellulosa alcalina di legnu di pinu in u matrazzu à quattru colli, poi aghjunghjite un certu vulume di solvente etanolu, è mischiate bè per 30 minuti.
circa, affinchì a cellulosa alcalina sia cumpletamente dispersa. Dopu aghjunghjite una certa quantità di agente alcalinu è cloroacetatu di sodiu per reagisce per un periudu di tempu à una certa temperatura di eterificazione
Dopu à u tempu, una seconda aghjunta di agente alcalinu è cloroacetatu di sodiu seguita da eterificazione per un certu periodu di tempu. Dopu chì a reazione hè finita, rinfriscà è rinfriscà, dopu
Neutralizà cù una quantità adatta d'acidu aceticu glaciale, poi aspirà u filtru, lavà è asciugà.
Preparazione di HEC
Utilizendu cellulosa alcalina di legnu di pinu pretrattata cù decristallizazione alcalina cuncintrata cum'è materia prima, etanolu cum'è solvente è 2-cloroetanolo cum'è eterificazione
L'HEC cù MS più altu hè statu preparatu aghjunghjendu alcali duie volte è agente eterificante duie volte. Aghjunghjite 2 g di cellulosa alcalina di legnu di pinu in un matrazzu à quattru colli, è aghjunghjite un certu vulume di etanolu à 90% (frazione di vulume), mischjà.
Mescolate per un certu tempu per disperse cumpletamente, poi aghjunghjite una certa quantità di alcali, è riscaldate pianu pianu, aghjunghjite un certu vulume di 2-
Cloroetanolo, eterificatu à temperatura costante per un certu periodu di tempu, è dopu aghjuntu l'idrossidu di sodiu restante è u 2-cloroetanolo per cuntinuà l'eterificazione per un certu periodu di tempu. trattà
Dopu chì a reazione hè cumpletata, neutralizà cù una certa quantità d'acidu aceticu glaciale, è infine filtrà cù un filtru di vetru (G3), lavà è asciugà.
Preparazione di HEMCC
Aduprendu l'HEC preparatu in 3.2.3.4 cum'è materia prima, l'etanolu cum'è mezu di reazione, è u cloroacetatu di sodiu cum'è agente eterificante per preparà
HECMC. U prucessu specificu hè: piglià una certa quantità di HEC, mette in un matrazzu à quattru colli di 100 mL, è dopu aghjunghje una certa quantità di vulume
90% etanolu, mischjà meccanicamente per un periudu di tempu per fà lu cumpletamente dispersu, aghjunghje una certa quantità di alcali dopu u riscaldamentu, è aghjunghje lentamente
Cloroacetatu di sodiu, l'eterificazione à temperatura costante finisce dopu un certu periodu di tempu. Dopu chì a reazione hè cumpleta, neutralizatelu cù l'acidu aceticu glaciale per neutralizallu, dopu aduprate un filtru di vetru (G3)
Dopu a filtrazione per aspirazione, lavaggio è asciugatura.
Purificazione di eteri di cellulosa
In u prucessu di preparazione di l'etere di cellulosa, certi sottoprodotti sò spessu pruduciuti, principalmente u sale inorganicu cloruru di sodiu è alcuni altri
impurità. Per migliurà a qualità di l'etere di cellulosa, hè stata realizata una purificazione simplice nantu à l'etere di cellulosa ottenutu. perchè sò in acqua
Ci sò diverse solubilità, dunque l'esperimentu usa una certa frazione di volume di etanolu idratatu per purificà i trè eteri di cellulosa preparati.
cambià.
Pone u campione di etere di cellulosa preparatu cù una certa qualità in un becher, aghjunghje una certa quantità di etanolu à 80% preriscaldatu à 60 ℃ ~ 65 ℃, è mantene l'agitazione meccanica à 60 ℃ ~ 65 ℃ nantu à un agitatore magneticu à temperatura costante per 10 ℃. min. Pigliate u surnatante per asciugà.
In un becher pulitu, aduprate u nitratu d'argentu per verificà l'ioni cloruri. S'ellu ci hè un precipitatu biancu, filtratelu attraversu un filtru di vetru è pigliate u solidu.
Ripetite i passi precedenti per a parte di u corpu, finu à chì u filtratu dopu avè aghjuntu 1 goccia di soluzione AgNO3 ùn abbia micca precipitatu biancu, vale à dì, a purificazione è u lavaggio sò cumpleti.
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in (principalmente per caccià u sottoproduttu di reazione NaCl). Dopu a filtrazione per aspirazione, asciugatura, raffreddamentu à temperatura ambiente è pesata.
massa, g.
Metodi di prova è caratterizazione per l'eteri di cellulosa
Determinazione di u Gradu di Sostituzione (DS) è di u Gradu Molare di Sostituzione (MS)
Determinazione di DS: Prima, pesate 0,2 g (precisione à 0,1 mg) di u campione di etere di cellulosa purificatu è seccu, dissolvetelu in
80 mL d'acqua distillata, agitata in un bagnu d'acqua à temperatura costante à 30 ℃ ~ 40 ℃ per 10 minuti. Dopu aghjustate cù una soluzione d'acidu sulfuricu o una soluzione di NaOH.
pH di a suluzione finu à chì u pH di a suluzione sia 8. Dopu, in un becher equipatu cù un elettrodu di pH-metru, aduprate una suluzione standard di acidu sulfuricu.
Per titrare, in cundizioni di agitazione, osservate a lettura di u pH-metru mentre titrate, quandu u valore di pH di a suluzione hè aghjustatu à 3,74,
A titrazione finisce. Nutate u vulume di a suluzione standard di l'acidu sulfuricu utilizata in questu mumentu.
Generazione:
A somma di i numeri di protoni superiori è di u gruppu idrossietile
U rapportu di u numeru di protoni superiori; I7 hè a massa di u gruppu metilenicu nantu à u gruppu idrossietile
Intensità di u piccu di risonanza protonica; hè l'intensità di u piccu di risonanza protonica di 5 gruppi metini è un gruppu metilenicu nantu à l'unità di glucosiu di cellulosa
Summa.
I metudi di prova descritti per a prova di caratterizazione infrarossa di i trè eteri di cellulosa CMC, HEC è HEECMC
Legge
3.2.4.3 Prova di diffrazione di raggi X
Test di Caratterizazione di l'Analisi di Diffrazione di Raggi X di Trè Eteri di Cellulosa CMC, HEC è HEECMC
u metudu di prova discrittu.
3.2.4.4 Test di H-NMR
U spettrometru H NMR di HEC hè statu misuratu da u spettrometru Avance400 H NMR pruduttu da BRUKER.
Aduprendu dimetilsulfossido deuteratu cum'è solvente, a suluzione hè stata testata per spettroscopia NMR di l'idrogenu liquidu. A frequenza di prova era 75,5 MHz.
Caldu, a suluzione hè 0,5 mL.
3.3 Risultati è Analisi
3.3.1 Ottimizazione di u prucessu di preparazione di CMC
Aduprendu a cellulosa di pinu estratta in u secondu capitulu cum'è materia prima, è aduprendu u cloroacetatu di sodiu cum'è agente eterificante, hè statu aduttatu u metudu di l'esperimentu à fattore unicu,
U prucessu di preparazione di CMC hè statu ottimizatu, è e variabili iniziali di l'esperimentu sò state stabilite cum'è mostratu in a Tavula 3.3. Quì sottu hè u prucessu di preparazione di HEC.
In arte, l'analisi di diversi fattori.
Tavula 3.3 Valori di i fattori iniziali
Valore iniziale di u fattore
Temperatura alcalinizzante di pretrattamentu / ℃ 40
Tempu di alcalinizazione di pretrattamentu/h 1
Rapportu solidu-liquidu di pretrattamentu / (g / mL) 1:25
Cuncentrazione di liscivia di pretrattamentu / % 40
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A prima tappa di eterificazione temperatura / ℃ 45
Tempu di eterificazione di a prima tappa/h 1
Temperatura di eterificazione di a seconda tappa / ℃ 70
Tempu di eterificazione di a seconda tappa/h 1
Dosaggio di basa in u stadiu di eterificazione/g 2
Quantità di agente eterificante in a fase di eterificazione / g 4,3
Rapportu solidu-liquidu eterificatu / (g / mL) 1:15
3.3.1.1 Influenza di diversi fattori nantu à u gradu di sustituzione di CMC in a fase di alcalinizazione di pretrattamentu
1. L'effettu di a temperatura di alcalinizazione di pretrattamentu nantu à u gradu di sustituzione di CMC
Per cunsiderà l'effettu di a temperatura di alcalinizazione di pretrattamentu nantu à u gradu di sustituzione in u CMC ottenutu, in u casu di fissà altri fattori cum'è valori iniziali,
In queste cundizioni, l'effettu di a temperatura di alcalinizazione di pretrattamentu nantu à u gradu di sustituzione di CMC hè discussu, è i risultati sò mostrati in a Fig.
Temperatura alcalinizzante di pretrattamentu / ℃
Effettu di a temperatura alcalinizzante di u pretrattamentu nantu à u gradu di sustituzione di CMC
Si pò vede chì u gradu di sustituzione di CMC aumenta cù l'aumentu di a temperatura di alcalinizazione di pretrattamentu, è a temperatura di alcalinizazione hè 30 °C.
I gradi di sustituzione sopra citati diminuiscenu cù l'aumentu di a temperatura. Questu hè perchè a temperatura alcalinizzante hè troppu bassa, è e molecule sò menu attive è incapaci di
Distrughje efficacemente a zona cristallina di a cellulosa, ciò chì rende difficiule per l'agente eterificante di entre in l'internu di a cellulosa in a fase di eterificazione, è u gradu di reazione hè relativamente altu.
bassu, risultendu in un gradu più bassu di sustituzione di u produttu. Tuttavia, a temperatura di alcalinizazione ùn deve esse troppu alta. Cù l'aumentu di a temperatura, sottu l'azione di l'alta temperatura è di l'alcali forti,
A cellulosa hè propensa à a degradazione ossidativa, è u gradu di sustituzione di u pruduttu CMC diminuisce.
2. Influenza di u tempu di alcalinizazione di u pretrattamentu nantu à u gradu di sustituzione di CMC
Sottu a cundizione chì a temperatura di alcalinizazione di pretrattamentu hè di 30 °C è altri fattori sò i valori iniziali, l'effettu di u tempu di alcalinizazione di pretrattamentu nantu à CMC hè discussu.
L'effettu di a sustituzione. Gradu di sustituzione
Tempu di alcalinizazione di pretrattamentu/h
Effettu di u tempu di alcalinizazione di pretrattamentu nantu àCMCgradu di sustituzione
U prucessu di carica stessu hè relativamente rapidu, ma a suluzione alcalina hà bisognu di un certu tempu di diffusione in a fibra.
Si pò vede chì quandu u tempu di alcalinizazione hè 0,5-1,5 ore, u gradu di sustituzione di u pruduttu aumenta cù l'aumentu di u tempu di alcalinizazione.
U gradu di sustituzione di u pruduttu ottenutu era u più altu quandu u tempu era di 1,5 ore, è u gradu di sustituzione diminuì cù l'aumentu di u tempu dopu à 1,5 ore. Questu pò
Pò esse perchè à l'iniziu di l'alcalizazione, cù u prulungamentu di u tempu d'alcalizazione, l'infiltrazione di l'alcali in a cellulosa hè più sufficiente, affinchì a fibra
A struttura primaria hè più rilassata, aumentendu l'agente eterificante è u mezu attivu.
Data di publicazione: 26 d'aprile di u 2024