1 Einleitung
Derzeit wird als Hauptrohstoff für die Herstellung vonCelluloseetherEs handelt sich um Baumwolle, deren Produktion rückläufig ist und deren Preis gleichzeitig steigt;
Darüber hinaus sind häufig verwendete Veretherungsmittel wie Chloressigsäure (hochgiftig) und Ethylenoxid (krebserregend) schädlicher für den menschlichen Körper und die Umwelt.
In diesem Kapitel wird die im zweiten Kapitel extrahierte Kiefernzellulose mit einer relativen Reinheit von mehr als 90 % als Rohmaterial verwendet, Natriumchloracetat und 2-Chlorethanol werden als Ersatzstoffe verwendet.
Unter Verwendung hochgiftiger Chloressigsäure als Veretherungsmittel, anionischCarboxymethylcellulose (CMC), nichtionische Hydroxyethylcellulose wurde hergestellt.
Cellulose (HEC) und gemischte Hydroxyethylcarboxymethylcellulose (HECMC), drei Celluloseether. Einzelfaktor
Die Herstellungstechniken von drei Celluloseethern wurden mittels Experimenten und orthogonalen Experimenten optimiert, und die synthetisierten Celluloseether wurden mittels FT-IR, XRD, H-NMR usw. charakterisiert.
Grundlagen der Celluloseetherifizierung
Das Prinzip der Celluloseetherifizierung lässt sich in zwei Teile gliedern. Der erste Teil ist der Alkalisierungsprozess, d. h. während der Alkalisierungsreaktion der Cellulose,
Gleichmäßig in NaOH-Lösung dispergiert, quillt Kiefernzellulose unter mechanischer Rührung heftig auf, und mit der Ausdehnung des Wassers
Eine große Menge kleiner NaOH-Moleküle drang in das Innere der Kiefernzellulose ein und reagierte mit den Hydroxylgruppen am Ring der Glucose-Struktureinheit.
Erzeugt Alkalicellulose, das aktive Zentrum der Veretherungsreaktion.
Der zweite Teil ist die Veretherung, d. h. die Reaktion zwischen dem aktiven Zentrum und Natriumchloracetat oder 2-Chlorethanol unter alkalischen Bedingungen, die zu Folgendem führt:
Gleichzeitig produzieren das Veretherungsmittel Natriumchloracetat und 2-Chlorethanol unter alkalischen Bedingungen ebenfalls einen gewissen Anteil an Wasser.
Die Nebenreaktionen werden abgetrennt, um Natriumglykolat bzw. Ethylenglykol zu erzeugen.
2. Vorbehandlung von Kiefernzellulose durch konzentrierte Alkali-Dekristallisation
Zuerst wird eine NaOH-Lösung bestimmter Konzentration mit deionisiertem Wasser hergestellt. Anschließend werden bei einer bestimmten Temperatur 2 g Kiefernfasern eingeweicht.
Das Vitamin wird in einem bestimmten Volumen NaOH-Lösung gelöst, eine Zeit lang gerührt und anschließend zur Verwendung filtriert.
Hersteller des Instrumentenmodells
Präzisions-pH-Meter
Magnetrührer mit konstanter Temperaturheizung (Kollektortyp)
Vakuumtrockenschrank
Elektronische Waage
Mehrzweck-Vakuumpumpe mit Wasserzirkulation
Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer
Röntgendiffraktometer
Kernspinresonanzspektrometer
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Instrument Equipment Co., Ltd.
Shanghai Jinghong Experimental Equipment Co., Ltd.
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Science and Education Instrument Co., Ltd.
American Thermo Fisher Co., Ltd.
American Thermoelectric Switzerland ARL Company
Schweizer Unternehmen BRUKER
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Herstellung von CMCs
Als Rohmaterial wurde mit konzentrierter Alkali-Dekristallisation vorbehandelte Kiefernholz-Alkalicellulose verwendet, als Lösungsmittel Ethanol und zur Veretherung Natriumchloracetat.
CMC mit höherem Substitutionsgrad wurde durch zweimalige Zugabe von Alkali und zweimaligem Veretherungsmittel hergestellt. Dazu wurden 2 g Kiefernholz-Alkalicellulose in einen Vierhalskolben gegeben, anschließend wurde ein bestimmtes Volumen Ethanol als Lösungsmittel hinzugefügt und 30 Minuten lang gut gerührt.
Man sollte etwa so lange warten, bis die Alkalicellulose vollständig dispergiert ist. Anschließend gibt man eine bestimmte Menge Alkali und Natriumchloracetat hinzu und lässt die Mischung für eine bestimmte Zeit bei einer bestimmten Veretherungstemperatur reagieren.
Nach einer gewissen Zeit erfolgt eine zweite Zugabe von Alkali und Natriumchloracetat, gefolgt von einer Veretherung über einen bestimmten Zeitraum. Nach Abschluss der Reaktion wird abgekühlt und dann...
Mit einer geeigneten Menge Eisessig neutralisieren, anschließend absaugen, waschen und trocknen.
Herstellung von HECs
Als Rohmaterial wurde mit konzentrierter Alkali-Entkristallisation vorbehandelte Kiefernholz-Alkalizellulose verwendet, als Lösungsmittel Ethanol und zur Veretherung 2-Chlorethanol.
Die HEC mit höherem MS wurde durch zweimalige Zugabe von Alkali und zweimaligem Veretherungsmittel hergestellt. Dazu wurden 2 g Kiefernholz-Alkalicellulose in einen Vierhalskolben gegeben und ein bestimmtes Volumen 90%igen (Volumenanteil) Ethanols hinzugefügt und gerührt.
Rühren Sie eine Zeit lang, bis sich alles vollständig dispergiert hat, geben Sie dann eine bestimmte Menge Alkali hinzu und erhitzen Sie die Mischung langsam. Geben Sie anschließend ein bestimmtes Volumen 2- hinzu.
Chlorethanol wurde bei konstanter Temperatur über einen bestimmten Zeitraum verethert, anschließend wurden das restliche Natriumhydroxid und 2-Chlorethanol hinzugegeben, um die Veretherung über einen weiteren Zeitraum fortzusetzen.
Nach Abschluss der Reaktion mit einer bestimmten Menge Eisessig neutralisieren und schließlich mit einem Glasfilter (G3) filtrieren, waschen und trocknen.
Herstellung von HEMCC
Unter Verwendung des in 3.2.3.4 hergestellten HEC als Rohmaterial, Ethanol als Reaktionsmedium und Natriumchloracetat als Veretherungsmittel zur Herstellung
HECMC. Der genaue Ablauf ist folgender: Man nimmt eine bestimmte Menge HEC, gibt sie in einen 100-ml-Vierhalskolben und fügt dann ein bestimmtes Volumen hinzu.
90%iges Ethanol, eine Zeit lang mechanisch rühren, bis es vollständig dispergiert ist, nach dem Erhitzen eine bestimmte Menge Alkali zugeben und langsam hinzufügen
Die Veretherung von Natriumchloracetat bei konstanter Temperatur endet nach einer gewissen Zeit. Nach Abschluss der Reaktion wird mit Eisessig neutralisiert und anschließend über einen Glasfilter (G3) filtriert.
Nach der Saugfiltration, dem Waschen und Trocknen.
Reinigung von Celluloseethern
Bei der Herstellung von Celluloseether entstehen häufig Nebenprodukte, hauptsächlich das anorganische Salz Natriumchlorid und einige andere.
Verunreinigungen. Um die Qualität des Celluloseethers zu verbessern, wurde der erhaltene Celluloseether einer einfachen Reinigung unterzogen, da er sich in Wasser befindet.
Da die Löslichkeit unterschiedlich ist, wird im Experiment ein bestimmter Volumenanteil an hydratisiertem Ethanol verwendet, um die hergestellten drei Celluloseether zu reinigen.
ändern.
Die mit einer bestimmten Menge hergestellte Celluloseetherprobe wird in ein Becherglas gegeben, mit einer bestimmten Menge auf 60–65 °C vorgewärmtem 80%igem Ethanol versetzt und 10 Minuten lang bei 60–65 °C auf einem Magnetrührer mit konstanter Temperatur gerührt. Der Überstand wird anschließend getrocknet.
In einem sauberen Becherglas wird mit Silbernitrat auf Chloridionen geprüft. Falls sich ein weißer Niederschlag bildet, wird dieser durch ein Glasfilter filtriert und der Feststoff entnommen.
Wiederholen Sie die vorherigen Schritte für das Körperteil, bis sich im Filtrat nach Zugabe von 1 Tropfen AgNO3-Lösung kein weißer Niederschlag mehr bildet, d. h. die Reinigung und das Waschen sind abgeschlossen.
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in (hauptsächlich zur Entfernung des Reaktionsnebenprodukts NaCl). Nach Saugfiltration, Trocknung, Abkühlung auf Raumtemperatur und Wägung.
Masse, g.
Prüf- und Charakterisierungsverfahren für Celluloseether
Bestimmung des Substitutionsgrades (DS) und des molaren Substitutionsgrades (MS)
Bestimmung des Substitutionsgrades (DS): Zuerst werden 0,2 g (genau auf 0,1 mg) der gereinigten und getrockneten Celluloseetherprobe abgewogen und gelöst in
80 ml destilliertes Wasser werden 10 Minuten lang in einem Wasserbad bei 30–40 °C gerührt. Anschließend wird mit Schwefelsäure- oder NaOH-Lösung aufgefüllt.
Stellen Sie den pH-Wert der Lösung auf 8 ein. Verwenden Sie anschließend in einem mit einer pH-Meter-Elektrode ausgestatteten Becherglas eine Standardlösung von Schwefelsäure.
Zur Titration unter Rühren den pH-Meterwert während der Titration ablesen, bis der pH-Wert der Lösung auf 3,74 eingestellt ist.
Die Titration ist beendet. Notieren Sie das Volumen der zu diesem Zeitpunkt verbrauchten Schwefelsäure-Standardlösung.
Generation:
Die Summe der oberen Protonenzahlen und der Hydroxyethylgruppe
Das Verhältnis der Anzahl der oberen Protonen; I7 ist die Masse der Methylengruppe an der Hydroxyethylgruppe
Die Intensität des Protonenresonanzpeaks entspricht der Intensität des Protonenresonanzpeaks von fünf Methin- und einer Methylengruppe der Cellulose-Glucose-Einheit.
Summe.
Die beschriebenen Testmethoden für die Infrarotcharakterisierung der drei Celluloseether CMC, HEC und HEECMC
Gesetz
3.2.4.3 XRD-Test
Charakterisierungstest der drei Celluloseether CMC, HEC und HEECMC mittels Röntgenbeugungsanalyse
die beschriebene Testmethode.
3.2.4.4 Prüfung der H-NMR
Die H-NMR-Spektroskopie von HEC erfolgte mit einem Avance400 H-NMR-Spektrometer der Firma BRUKER.
Die Lösung wurde unter Verwendung von deuteriertem Dimethylsulfoxid als Lösungsmittel mittels Flüssigwasserstoff-NMR-Spektroskopie untersucht. Die Messfrequenz betrug 75,5 MHz.
Die Lösung ist warm und hat ein Volumen von 0,5 ml.
3.3 Ergebnisse und Analyse
3.3.1 Optimierung des CMC-Herstellungsprozesses
Unter Verwendung der im zweiten Kapitel extrahierten Kiefernzellulose als Rohmaterial und Natriumchloracetat als Veretherungsmittel wurde die Methode des Einfaktorversuchs angewendet.
Der Herstellungsprozess von CMC wurde optimiert, und die Anfangsvariablen des Experiments wurden wie in Tabelle 3.3 dargestellt festgelegt. Im Folgenden wird der HEC-Herstellungsprozess beschrieben.
In der Kunst die Analyse verschiedener Faktoren.
Tabelle 3.3 Anfangswerte der Faktoren
Faktor Anfangswert
Vorbehandlungs-Alkalinisierungstemperatur/℃ 40
Vorbehandlungszeit (Alkalinisierung)/h 1
Vorbehandlungsverhältnis Fest-Flüssig (g/mL) 1:25
Vorbehandlungs-Laugenkonzentration/% 40
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Die Veretherungstemperatur der ersten Stufe/℃ 45
Veretherungszeit der ersten Stufe/h 1
Zweite Veretherungsstufe Temperatur/℃ 70
Veretherungszeit der zweiten Stufe/h 1
Basisdosierung in der Veretherungsstufe/g 2
Menge des Veretherungsmittels in der Veretherungsstufe/g 4,3
Verethertes Fest-Flüssig-Verhältnis (g/mL): 1:15
3.3.1.1 Einfluss verschiedener Faktoren auf den CMC-Substitutionsgrad in der Vorbehandlungs-Alkalinisierungsstufe
1. Der Einfluss der Vorbehandlungs-Alkalinisierungstemperatur auf den Substitutionsgrad von CMC
Um den Einfluss der Vorbehandlungs-Alkalinisierungstemperatur auf den Substitutionsgrad in der erhaltenen CMC zu untersuchen, wobei andere Faktoren als Anfangswerte festgelegt werden,
Unter diesen Bedingungen wird der Einfluss der Vorbehandlungs-Alkalinisierungstemperatur auf den CMC-Substitutionsgrad diskutiert, und die Ergebnisse sind in Abb. dargestellt.
Vorbehandlungs-Alkalinisierungstemperatur/℃
Einfluss der Vorbehandlungs-Alkalinisierungstemperatur auf den CMC-Substitutionsgrad
Es ist ersichtlich, dass der Substitutionsgrad von CMC mit steigender Vorbehandlungs-Alkalinisierungstemperatur zunimmt, wobei die Alkalisierungstemperatur 30 °C beträgt.
Die oben genannten Substitutionsgrade nehmen mit steigender Temperatur ab. Dies liegt daran, dass die Alkalisierungstemperatur zu niedrig ist und die Moleküle dadurch weniger reaktiv sind und nicht in der Lage sind, …
Die kristallinen Bereiche der Cellulose werden effektiv zerstört, wodurch es dem Veretherungsmittel erschwert wird, im Veretherungsstadium in das Innere der Cellulose einzudringen, und der Reaktionsgrad ist relativ hoch.
niedrig, was zu einem geringeren Grad an Produktsubstitution führt. Die Alkalisierungstemperatur sollte jedoch nicht zu hoch sein. Mit steigender Temperatur und unter Einwirkung von hoher Temperatur und starker Lauge,
Cellulose ist anfällig für oxidativen Abbau, und der Substitutionsgrad des Produkts CMC nimmt ab.
2. Einfluss der Vorbehandlungs-Alkalinisierungszeit auf den CMC-Substitutionsgrad
Unter der Voraussetzung, dass die Vorbehandlungs-Alkalinisierungstemperatur 30 °C beträgt und alle anderen Faktoren ihre Ausgangswerte haben, wird der Einfluss der Vorbehandlungs-Alkalinisierungsdauer auf die CMC diskutiert.
Der Substitutionseffekt. Substitutionsgrad
Vorbehandlungszeit (Alkalinisierung)/h
Einfluss der Vorbehandlungs-Alkalinisierungszeit aufCMCSubstitutionsgrad
Der Aufbauprozess selbst verläuft relativ schnell, die Alkalilösung benötigt jedoch eine gewisse Diffusionszeit in der Faser.
Es zeigt sich, dass bei einer Alkalisierungszeit von 0,5-1,5 h der Substitutionsgrad des Produkts mit zunehmender Alkalisierungszeit ansteigt.
Der Substitutionsgrad des erhaltenen Produkts war nach 1,5 Stunden am höchsten und nahm nach 1,5 Stunden mit zunehmender Reaktionszeit ab. Dies kann
Möglicherweise liegt es daran, dass zu Beginn der Alkalisierung mit zunehmender Dauer der Alkalisierung die Infiltration der Zellulose durch Alkali besser erfolgt, sodass die Faser
Die Primärstruktur ist lockerer, wodurch das Veretherungsmittel und das aktive Medium erhöht werden.
Veröffentlichungsdatum: 26. April 2024