1 Johdanto
Tällä hetkellä tärkein raaka-aine valmistuksessa onselluloosaeetterion puuvillaa, ja sen tuotanto vähenee, ja hinta myös nousee;
Lisäksi yleisesti käytetyt eetteröintiaineet, kuten kloorietikkahappo (erittäin myrkyllinen) ja etyleenioksidi (syöpää aiheuttava), ovat myös haitallisempia ihmiskeholle ja ympäristölle. Kirja
Tässä luvussa raaka-aineena käytetään toisessa luvussa uutettua yli 90 %:n suhteellisen puhtauden omaavaa mäntyselluloosaa ja korvikkeina natriumklooriasetaattia ja 2-kloorietanolia.
Käyttämällä erittäin myrkyllistä kloorietikkahappoa eetteröintiaineena, anioninenkarboksimetyyliselluloosa (CMC)valmistettiin ioniton hydroksietyyliselluloosa.
Selluloosa (HEC) ja sekoitettu hydroksietyylikarboksimetyyliselluloosa (HECMC), kolme selluloosaeetteriä, yksi tekijä
Kolmen selluloosaeetterin valmistustekniikoita optimoitiin kokeilujen ja ortogonaalisten kokeiden avulla, ja syntetisoidut selluloosaeetterit karakterisoitiin FT-IR:llä, XRD:llä, 1H-NMR:llä jne.
Selluloosan eetteröinnin perusteet
Selluloosan eetteröinnin periaate voidaan jakaa kahteen osaan. Ensimmäinen osa on alkalisointiprosessi, eli selluloosan alkalisointireaktion aikana
Tasaisesti NaOH-liuokseen dispergoitunut mäntyselluloosa turpoaa voimakkaasti mekaanisen sekoituksen vaikutuksesta ja veden laajentuessa
Suuri määrä NaOH-pienimolekyylejä tunkeutui mäntyselluloosan sisään ja reagoi glukoosirakenneyksikön renkaan hydroksyyliryhmien kanssa,
Muodostaa alkaliselluloosaa, eetteröintireaktion aktiivista keskusta.
Toinen osa on eetteröintiprosessi, eli aktiivisen keskuksen ja natriumklooriasetaatin tai 2-kloorietanolin välinen reaktio emäksisissä olosuhteissa, mikä johtaa
Samaan aikaan eetteröintiaine natriumklooriasetaatti ja 2-kloorietanoli tuottavat myös tietyn määrän vettä emäksisissä olosuhteissa.
Sivureaktiot erotetaan, jolloin muodostuu natriumglykolaattia ja etyleeniglykolia.
2 Mäntyselluloosan väkevä alkalikiteytyskäsittely
Valmista ensin tietyn pitoisuuden omaava NaOH-liuos deionisoidulla vedellä. Sitten, tietyssä lämpötilassa, 2 g mäntykuitua
Vitamiini liuotetaan tiettyyn tilavuuteen NaOH-liuosta, sekoitetaan jonkin aikaa ja suodatetaan sitten käyttöä varten.
Instrumenttimallin valmistaja
Tarkkuus pH-mittari
Keräilijätyyppinen vakiolämpötilassa lämmittävä magneettisekoitin
Tyhjiökuivausuuni
Elektroninen vaaka
Kiertävä vesityyppinen monikäyttöinen tyhjiöpumppu
Fourier-muunnosinfrapunaspektrometri
Röntgendiffraktometri
Ydinmagneettinen resonanssispektrometri
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Instrument Equipment Co., Ltd.
Shanghai Jinghong -koelaitteiden Co., Ltd.
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou Davidin tiede- ja koulutusinstrumentti Co., Ltd.
Amerikkalainen Thermo Fisher Co., Ltd.
American Thermoelectric Switzerland ARL Company
Sveitsiläinen yritys BRUKER
35
CMC-yhdisteiden valmistus
Käytetään raaka-aineena väkevällä alkalikiteytyksellä esikäsiteltyä mäntypuusta valmistettua alkaliselluloosaa, liuottimena etanolia ja eetteröinnissä natriumklooriasetaattia
Korkeamman kuiva-ainepitoisuuden omaava CMC valmistettiin lisäämällä alkalia kahdesti ja eetteröintiainetta kahdesti. Lisätään 2 g mäntypuusta valmistettua alkaliselluloosaa nelikaulakolviin, lisätään sitten tietty tilavuus etanoliliuotinta ja sekoitetaan hyvin 30 minuuttia.
noin, niin että alkaliselluloosa on täysin dispergoitunut. Lisää sitten tietty määrä alkaliainetta ja natriumklooriasetaattia reagoimaan tietyn ajan tietyssä eetteröintilämpötilassa
Ajan kuluttua lisätään toinen emäksinen ainetta ja natriumklooriasetaattia, minkä jälkeen eetteröidään jonkin aikaa. Reaktion päätyttyä jäähdytä ja jäähdytä sitten
Neutraloi sopivalla määrällä jääetikkaa, imusuodata, pese ja kuivaa.
HEC-yhdisteiden valmistelu
Käytetään raaka-aineena väkevällä alkalikiteytysmenetelmällä esikäsiteltyä mäntypuusta valmistettua alkaliselluloosaa, liuottimena etanolia ja eetteröintiaineena 2-kloorietanolia
Korkeamman MS-arvon omaava HEC valmistettiin lisäämällä alkalia kahdesti ja eetteröintiainetta kahdesti. Lisää 2 g mäntypuusta valmistettua alkaliselluloosaa nelikaulakolviin ja lisää tietty tilavuus 90-prosenttista (tilavuusosuus) etanolia, sekoita.
Sekoita jonkin aikaa, jotta seos dispergoituu täysin, lisää sitten tietty määrä alkalia ja kuumenna hitaasti, lisää tietty tilavuus 2-
Kloorietanolia, eetteröitiin vakiolämpötilassa tietyn ajan, ja sitten lisättiin jäljellä oleva natriumhydroksidi ja 2-kloorietanoli eetteröinnin jatkamiseksi tietyn ajan.
Kun reaktio on valmis, neutraloi tietyllä määrällä jääetikkaa ja suodata lopuksi lasisuodattimella (G3), pese ja kuivaa.
HEMCC:n valmistus
Käyttämällä kohdassa 3.2.3.4 valmistettua HEC:tä raaka-aineena, etanolia reaktioväliaineena ja natriumklooriasetaattia eetteröintiaineena valmistukseen
HECMC. Tarkka prosessi on seuraava: ota tietty määrä HEC:tä, laita se 100 ml:n nelikaulakolviin ja lisää sitten tietty tilavuus
90-prosenttista etanolia, sekoita mekaanisesti jonkin aikaa, jotta se dispergoituu täysin, lisää tietty määrä alkalia kuumennuksen jälkeen ja lisää hitaasti
Natriumklooriasetaatin eetteröinti vakiolämpötilassa päättyy tietyn ajan kuluttua. Reaktion päätyttyä neutraloi se jääetikalla ja käytä sitten lasisuodatinta (G3).
Imusuodatuksen, pesun ja kuivauksen jälkeen.
Selluloosaeettereiden puhdistus
Selluloosaeetterin valmistusprosessissa syntyy usein joitakin sivutuotteita, pääasiassa epäorgaanista suolaa, natriumkloridia ja joitakin muita
epäpuhtauksia. Selluloosaeetterin laadun parantamiseksi saadulle selluloosaeetterille suoritettiin yksinkertainen puhdistus, koska ne ovat vedessä
Liukoisuuksia on erilaisia, joten kokeessa käytetään tiettyä tilavuusosuutta hydratoitua etanolia valmistettujen kolmen selluloosaeetterin puhdistamiseen.
muuttaa.
Aseta tietyn laatuinen selluloosaeetterinäyte dekantterilasiin, lisää tietty määrä 80-prosenttista etanolia, joka on esilämmitetty 60–65 °C:seen, ja sekoita mekaanisesti 60–65 °C:ssa vakiolämpötilassa olevalla magneettisekoittimella 10 °C:n ajan. Anna supernatantin kuivua.
Tarkista puhtaassa dekantterilasissa kloridi-ionit hopeanitraatilla. Jos muodostuu valkoinen sakka, suodata se lasisuodattimen läpi ja ota kiinteä aine.
Toista edelliset vaiheet vartalon osalle, kunnes suodoksessa ei ole valkoista sakkaa yhden tipan AgNO3-liuosta lisäämisen jälkeen, eli puhdistus ja pesu ovat päättyneet.
36
(pääasiassa reaktion sivutuotteen NaCl:n poistamiseksi). Imusuodatuksen, kuivauksen, huoneenlämpötilaan jäähdytyksen ja punnituksen jälkeen.
massa, g
Selluloosaeettereiden testaus- ja karakterisointimenetelmät
Substituutioasteen (DS) ja molaarisen substituutioasteen (MS) määrittäminen
DS-pitoisuuden määritys: Punnitse ensin 0,2 g (0,1 mg:n tarkkuudella) puhdistettua ja kuivattua selluloosaeetterinäytettä ja liuota se
80 ml tislattua vettä, sekoitetaan vakiolämpötilassa olevassa vesihauteessa 30–40 °C:ssa 10 minuutin ajan. Säädä sitten rikkihappoliuoksella tai NaOH-liuoksella
liuoksen pH-arvoa, kunnes liuoksen pH on 8. Käytä sitten rikkihapon standardiliuosta pH-mittarielektrodilla varustetussa dekantterilasissa.
Titraa sekoittaen tarkkailemalla pH-mittarin lukemaa titrauksen aikana, kun liuoksen pH-arvo on säädetty arvoon 3,74.
Titraus päättyy. Kirjaa muistiin tässä vaiheessa käytetyn rikkihappostandardiliuoksen tilavuus.
Sukupolvi:
Ylempien protonien lukumäärän ja hydroksietyyliryhmän summa
Ylempien protonien lukumäärän suhde; I7 on metyleeniryhmän massa hydroksietyyliryhmässä
Protoniresonanssipiikin intensiteetti; on viiden metiiniryhmän ja yhden metyleeniryhmän protoniresonanssipiikin intensiteetti selluloosaglukoosiyksikössä
Summa.
Kolmen selluloosaeetterin CMC:n, HEC:n ja HEECMC:n infrapunakarakterisointitestaukseen kuvatut testimenetelmät
Laki
3.2.4.3 XRD-testi
Kolmen selluloosaeetterin, CMC:n, HEC:n ja HEECMC:n, karakterisointitesti röntgendiffraktioanalyysillä
kuvattu testimenetelmä.
3.2.4.4 H-NMR-testaus
HEC:n 1H-NMR-spektrometri mitattiin BRUKERin valmistamalla Avance400 1H-NMR-spektrometrillä.
Liuosta testattiin nestemäisen vedyn NMR-spektroskopialla käyttäen deuteroitua dimetyylisulfoksidia liuottimena. Testitaajuus oli 75,5 MHz.
Lämmin, liuos on 0,5 ml.
3.3 Tulokset ja analyysi
3.3.1 CMC:n valmistusprosessin optimointi
Käyttämällä toisessa luvussa uutettua mäntyselluloosaa raaka-aineena ja natriumklooriasetaattia eetteröintiaineena, otettiin käyttöön yksifaktorikoemenetelmä,
CMC:n valmistusprosessia optimoitiin ja kokeen lähtömuuttujat asetettiin taulukon 3.3 mukaisesti. Seuraavassa on HEC:n valmistusprosessi
Taiteessa eri tekijöiden analyysi.
Taulukko 3.3 Alkuperäiset tekijäarvot
Tekijän alkuarvo
Esikäsittelyn alkalisointilämpötila/℃ 40
Esikäsittelyn alkalisointiaika/h 1
Esikäsittelyä edeltävä kiinteän aineen ja nesteen suhde / (g/ml) 1:25
Esikäsittelyä edeltävä lipeäpitoisuus / % 40
38
Ensimmäisen vaiheen eetteröintilämpötila/℃ 45
Ensimmäisen vaiheen eetteröintiaika/h 1
Toisen vaiheen eetteröintilämpötila/℃ 70
Toisen vaiheen eetteröintiaika/h 1
Perusannos eetteröintivaiheessa/g 2
Eetteröintiaineen määrä eetteröintivaiheessa/g 4,3
Eetteröity kiinteä-neste-suhde / (g/ml) 1:15
3.3.1.1 Eri tekijöiden vaikutus CMC:n substituutioasteeseen esikäsittelyn alkalisointivaiheessa
1. Esikäsittelyn alkalisointilämpötilan vaikutus CMC:n substituutioasteeseen
Jotta voidaan ottaa huomioon esikäsittelyn alkalisointilämpötilan vaikutus saadun CMC:n substituutioasteeseen, jos lähtöarvoiksi asetetaan muita tekijöitä,
Näissä olosuhteissa käsittelyä edeltävän alkalisointilämpötilan vaikutusta CMC:n substituutioasteeseen käsitellään, ja tulokset on esitetty kuvassa 1.
Esikäsittelyn alkalisointilämpötila / ℃
Esikäsittelyn alkalisointilämpötilan vaikutus CMC:n substituutioasteeseen
Voidaan nähdä, että CMC:n substituutioaste kasvaa esikäsittelyn alkalisointilämpötilan noustessa, ja alkalisointilämpötila on 30 °C.
Yllä mainitut substituutioasteet pienenevät lämpötilan noustessa. Tämä johtuu siitä, että alkalisointilämpötila on liian alhainen, ja molekyylit ovat vähemmän aktiivisia eivätkä kykene
Tuhoaa tehokkaasti selluloosan kiteisen alueen, mikä vaikeuttaa eetteröintiaineen pääsyä selluloosan sisälle eetteröintivaiheessa, ja reaktioaste on suhteellisen korkea.
alhainen, mikä johtaa alhaisempaan tuotteen substituutioasteeseen. Alkalisointilämpötilan ei kuitenkaan tulisi olla liian korkea. Lämpötilan noustessa korkean lämpötilan ja vahvan alkalin vaikutuksesta,
Selluloosa on altis oksidatiiviselle hajoamiselle, ja tuotteen CMC:n substituutioaste pienenee.
2. Esikäsittelyn alkalisointiajan vaikutus CMC:n substituutioasteeseen
Edellyttäen, että esikäsittelyn alkalisointilämpötila on 30 °C ja muut tekijät ovat lähtöarvoja, käsitellään esikäsittelyn alkalisointiajan vaikutusta CMC:hen.
Substituution vaikutus. Substituutioaste.
Esikäsittelyn alkalisointiaika/h
Esikäsittelyn alkalointiajan vaikutusCMCsubstituutioaste
Itse täyteaineprosessi on suhteellisen nopea, mutta alkaliliuos tarvitsee tietyn diffuusioajan kuidussa.
Voidaan nähdä, että kun alkalisointiaika on 0,5–1,5 tuntia, tuotteen substituutioaste kasvaa alkalisointiajan kasvaessa.
Saadun tuotteen substituutioaste oli korkein 1,5 tunnin kohdalla, ja substituutioaste laski ajan kasvaessa 1,5 tunnin jälkeen. Tämä voi
Se voi johtua siitä, että alkalisaation alussa, alkalisaatioajan pidentyessä, alkalin tunkeutuminen selluloosaan on riittävämpää, jolloin kuitu
Alkuperäinen rakenne on rennompi, mikä lisää eetteröintiaineen ja aktiivisen väliaineen määrää
Julkaisun aika: 26.4.2024