सेलुलोज ईथर का निर्माण

1 परिचय

वर्तमान में, इसके निर्माण में प्रयुक्त मुख्य कच्चा मालसेल्युलोज ईथरयह कपास है, और इसका उत्पादन घट रहा है, और इसकी कीमत भी बढ़ रही है;

इसके अलावा, आमतौर पर इस्तेमाल होने वाले ईथरकारी एजेंट जैसे क्लोरोएसिटिक एसिड (अत्यधिक विषैला) और एथिलीन ऑक्साइड (कैंसरकारी) भी मानव शरीर और पर्यावरण के लिए अधिक हानिकारक हैं।

इस अध्याय में, दूसरे अध्याय में निकाले गए 90% से अधिक की सापेक्ष शुद्धता वाले पाइन सेलुलोज को कच्चे माल के रूप में उपयोग किया जाता है, और सोडियम क्लोरोएसीटेट और 2-क्लोरोएथेनॉल को विकल्प के रूप में उपयोग किया जाता है।

अत्यधिक विषैले क्लोरोएसिटिक एसिड को ईथरीकरण एजेंट के रूप में उपयोग करते हुए, आयनिककार्बोक्सीमिथाइल सेलुलोज (सीएमसी)नॉन-आयनिक हाइड्रॉक्सीएथिल सेलुलोज तैयार किए गए।

सेल्युलोज (एचईसी) और मिश्रित हाइड्रॉक्सीएथिल कार्बोक्सीमिथाइल सेल्युलोज (एचईसीएमसी) तीन सेल्युलोज ईथर। एकल कारक

प्रयोगों और ऑर्थोगोनल प्रयोगों के माध्यम से तीन सेल्युलोज ईथर की तैयारी तकनीकों को अनुकूलित किया गया, और संश्लेषित सेल्युलोज ईथर को FT-IR, XRD, H-NMR आदि द्वारा लक्षणित किया गया।

सेलुलोज ईथरीकरण के मूल सिद्धांत

सेलुलोज के ईथरीकरण के सिद्धांत को दो भागों में विभाजित किया जा सकता है। पहला भाग क्षारीकरण प्रक्रिया है, अर्थात् सेलुलोज की क्षारीकरण प्रतिक्रिया के दौरान,

NaOH विलयन में समान रूप से फैला हुआ पाइन सेलुलोज, यांत्रिक रूप से हिलाने और पानी के विस्तार के कारण तेजी से फूल जाता है।

NaOH के छोटे अणुओं की एक बड़ी मात्रा पाइन सेलुलोज के आंतरिक भाग में प्रवेश कर गई और ग्लूकोज संरचनात्मक इकाई के वलय पर स्थित हाइड्रॉक्सिल समूहों के साथ प्रतिक्रिया की।

यह क्षारयुक्त सेलुलोज उत्पन्न करता है, जो ईथरीकरण अभिक्रिया का सक्रिय केंद्र है।

दूसरा भाग ईथरीकरण प्रक्रिया है, अर्थात् क्षारीय परिस्थितियों में सक्रिय केंद्र और सोडियम क्लोरोएसीटेट या 2-क्लोरोएथेनॉल के बीच होने वाली अभिक्रिया, जिसके परिणामस्वरूप

साथ ही, ईथरीकरण एजेंट सोडियम क्लोरोएसीटेट और 2-क्लोरोएथेनॉल भी क्षारीय परिस्थितियों में एक निश्चित मात्रा में पानी का उत्पादन करेंगे।

इन दुष्प्रभावों के परिणामस्वरूप क्रमशः सोडियम ग्लाइकोलेट और एथिलीन ग्लाइकोल उत्पन्न होते हैं।

2. पाइन सेलुलोज का सांद्र क्षार अपक्रिस्टलीकरण पूर्व-उपचार

सबसे पहले, विआयनीकृत जल से एक निश्चित सांद्रता का NaOH विलयन तैयार करें। फिर, एक निश्चित तापमान पर, 2 ग्राम पाइन फाइबर डालें।

विटामिन को एक निश्चित मात्रा में NaOH विलयन में घोला जाता है, कुछ समय तक हिलाया जाता है, और फिर उपयोग के लिए छान लिया जाता है।

उपकरण मॉडल निर्माता

सटीक पीएच मीटर

कलेक्टर प्रकार का स्थिर तापमान ताप चुंबकीय स्टरर

वैक्यूम सुखाने वाला ओवन

इलेक्ट्रॉनिक बैलेंस

परिसंचारी जल प्रकार का बहुउद्देशीय वैक्यूम पंप

फूरियर ट्रांसफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर

एक्स-रे विवर्तनमापी

परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोमीटर

हांग्ज़ौ ओलीलोंग इंस्ट्रूमेंट कंपनी लिमिटेड

हांग्ज़ौ हुईचुआंग इंस्ट्रूमेंट इक्विपमेंट कंपनी लिमिटेड

शंघाई जिंगहोंग प्रायोगिक उपकरण कंपनी लिमिटेड

मेटलर टोलेडो इंस्ट्रूमेंट्स (शंघाई) कंपनी लिमिटेड

हांग्ज़ौ डेविड साइंस एंड एजुकेशन इंस्ट्रूमेंट कंपनी लिमिटेड

अमेरिकन थर्मो फिशर कंपनी लिमिटेड

अमेरिकन थर्मोइलेक्ट्रिक स्विट्जरलैंड एआरएल कंपनी

स्विस कंपनी ब्रुकर

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सीएमसी की तैयारी

सांद्र क्षार अपक्रिस्टलीकरण द्वारा उपचारित चीड़ की लकड़ी के क्षार सेलुलोज को कच्चे माल के रूप में, इथेनॉल को विलायक के रूप में और सोडियम क्लोरोएसीटेट को ईथरीकरण के लिए उपयोग करते हुए

उच्च डीएस युक्त सीएमसी को क्षार को दो बार और ईथरीकरण एजेंट को दो बार मिलाकर तैयार किया गया। चार-गर्दन वाले फ्लास्क में 2 ग्राम पाइन वुड अल्कली सेलुलोज डालें, फिर एक निश्चित मात्रा में इथेनॉल विलायक डालें और 30 मिनट तक अच्छी तरह से हिलाएँ।

लगभग, ताकि क्षारयुक्त सेलुलोज पूरी तरह से घुल जाए। फिर एक निश्चित मात्रा में क्षार एजेंट और सोडियम क्लोरोएसीटेट मिलाकर एक निश्चित ईथरीकरण तापमान पर कुछ समय तक अभिक्रिया कराएं।

कुछ समय बाद, क्षारीय पदार्थ और सोडियम क्लोरोएसीटेट की दूसरी मात्रा मिलाई जाती है और फिर कुछ समय के लिए ईथरीकरण किया जाता है। अभिक्रिया समाप्त होने के बाद, इसे ठंडा होने दें।

पर्याप्त मात्रा में ग्लेशियल एसिटिक एसिड से इसे निष्क्रिय करें, फिर सक्शन फिल्टर का उपयोग करके इसे साफ करें, धोएं और सुखाएं।

एचईसी की तैयारी

सांद्र क्षार अपक्रिस्टलीकरण द्वारा उपचारित चीड़ की लकड़ी के क्षार सेलुलोज को कच्चे माल के रूप में, इथेनॉल को विलायक के रूप में और 2-क्लोरोएथेनॉल को ईथरीकरण के लिए उपयोग किया जाता है।

उच्च एमएस युक्त एचईसी को क्षार को दो बार और ईथरीकरण एजेंट को दो बार मिलाकर तैयार किया गया था। एक चार-गर्दन वाले फ्लास्क में 2 ग्राम पाइन वुड अल्कली सेलुलोज डालें, और उसमें 90% (आयतन अंश) इथेनॉल की एक निश्चित मात्रा डालकर हिलाएँ।

कुछ देर तक हिलाते रहें ताकि सभी पदार्थ पूरी तरह से घुल जाएं, फिर एक निश्चित मात्रा में क्षार मिलाएं और धीरे-धीरे गर्म करें, फिर एक निश्चित मात्रा में 2-

क्लोरोएथेनॉल को स्थिर तापमान पर एक निश्चित समय तक ईथरीकृत किया गया, और फिर शेष सोडियम हाइड्रॉक्साइड और 2-क्लोरोएथेनॉल को मिलाकर एक निश्चित समय तक ईथरीकरण प्रक्रिया जारी रखी गई।

अभिक्रिया पूरी होने के बाद, एक निश्चित मात्रा में ग्लेशियल एसिटिक एसिड से उदासीन करें, और अंत में कांच के फिल्टर (जी3) से छानें, धोएं और सुखाएं।

एचईएमसीसी की तैयारी

अनुच्छेद 3.2.3.4 में तैयार किए गए एचईसी को कच्चे माल के रूप में, इथेनॉल को प्रतिक्रिया माध्यम के रूप में और सोडियम क्लोरोएसीटेट को ईथरकारी एजेंट के रूप में उपयोग करके, निम्नलिखित विधि से तैयार किया जाता है:

एचईसीएमसी। इसकी विशिष्ट प्रक्रिया इस प्रकार है: एचईसी की एक निश्चित मात्रा लें, उसे 100 मिलीलीटर के चार-गर्दन वाले फ्लास्क में डालें, और फिर उसमें एक निश्चित मात्रा में आयतन मिलाएं।

90% इथेनॉल को यांत्रिक रूप से कुछ समय तक हिलाएँ ताकि वह पूरी तरह से घुल जाए, गर्म करने के बाद उसमें एक निश्चित मात्रा में क्षार मिलाएँ और धीरे-धीरे मिलाएँ।

सोडियम क्लोरोएसीटेट की स्थिर तापमान पर ईथरीकरण प्रक्रिया कुछ समय बाद समाप्त हो जाती है। अभिक्रिया पूर्ण होने के बाद, इसे हिमनदी एसिटिक अम्ल से उदासीन करें, फिर कांच के फिल्टर (G3) का उपयोग करें।

सक्शन फिल्ट्रेशन, धुलाई और सुखाने के बाद।

सेलुलोज ईथर का शुद्धिकरण

सेलुलोज ईथर के निर्माण की प्रक्रिया में, अक्सर कुछ उप-उत्पाद उत्पन्न होते हैं, जिनमें मुख्य रूप से सोडियम क्लोराइड नामक अकार्बनिक लवण और कुछ अन्य पदार्थ शामिल होते हैं।

अशुद्धियाँ। सेल्युलोज ईथर की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए, प्राप्त सेल्युलोज ईथर पर सरल शुद्धिकरण किया गया। क्योंकि वे पानी में मौजूद हैं।

इनकी घुलनशीलता अलग-अलग होती है, इसलिए प्रयोग में तैयार किए गए तीन सेल्युलोज ईथरों को शुद्ध करने के लिए हाइड्रेटेड इथेनॉल के एक निश्चित आयतन अंश का उपयोग किया जाता है।

परिवर्तन।

एक निश्चित गुणवत्ता वाले सेलुलोज ईथर के नमूने को बीकर में रखें, उसमें 60°C से 65°C तक पहले से गर्म किया हुआ 80% इथेनॉल मिलाएं, और 60°C से 65°C के तापमान पर स्थिर तापमान पर चुंबकीय स्टिरर से 10 मिनट तक यांत्रिक रूप से हिलाते रहें। ऊपरी तरल को सुखा लें।

एक साफ बीकर में, क्लोराइड आयनों की जांच के लिए सिल्वर नाइट्रेट का प्रयोग करें। यदि सफेद अवक्षेप बनता है, तो उसे कांच के फिल्टर से छान लें और ठोस पदार्थ को अलग कर लें।

शरीर के अंग के लिए पिछली प्रक्रिया को तब तक दोहराएं, जब तक कि AgNO3 विलयन की 1 बूंद डालने के बाद प्राप्त फ़िल्ट्रेट में कोई सफेद अवक्षेप न रह जाए, यानी शुद्धिकरण और धुलाई पूरी हो जाए।

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(मुख्यतः अभिक्रिया के उप-उत्पाद NaCl को हटाने के लिए)। इसके बाद सक्शन फिल्ट्रेशन, सुखाने, कमरे के तापमान तक ठंडा करने और वजन करने की प्रक्रिया की जाती है।

द्रव्यमान, ग्राम।

सेलुलोज ईथर के लिए परीक्षण और लक्षण वर्णन विधियाँ

प्रतिस्थापन की डिग्री (DS) और मोलर प्रतिस्थापन की डिग्री (MS) का निर्धारण

डीएस का निर्धारण: सबसे पहले, शुद्ध और सूखे सेल्युलोज ईथर के नमूने का 0.2 ग्राम (0.1 मिलीग्राम तक सटीक) तौलें, इसे घोलें

80 मिलीलीटर आसुत जल को 30℃-40℃ के स्थिर तापमान वाले जल स्नान में 10 मिनट तक हिलाया जाता है। फिर सल्फ्यूरिक अम्ल विलयन या NaOH विलयन से तापमान समायोजित किया जाता है।

विलयन का pH तब तक मापें जब तक कि pH 8 न हो जाए। फिर एक बीकर में, जिसमें pH मीटर का इलेक्ट्रोड लगा हो, सल्फ्यूरिक अम्ल का मानक विलयन डालें।

अनुमापन करने के लिए, हिलाते हुए स्थिति में, अनुमापन करते समय पीएच मीटर की रीडिंग का अवलोकन करें, जब विलयन का पीएच मान 3.74 पर समायोजित हो जाए।

अनुमापन समाप्त होता है। इस समय प्रयुक्त सल्फ्यूरिक अम्ल मानक विलयन की मात्रा नोट करें।

पीढ़ी:

ऊपरी प्रोटॉन संख्याओं और हाइड्रॉक्सीएथिल समूह का योग

ऊपरी प्रोटॉनों की संख्या का अनुपात; I7 हाइड्रॉक्सीएथिल समूह पर मेथिलीन समूह का द्रव्यमान है

प्रोटॉन अनुनाद शिखर की तीव्रता; यह सेल्युलोज ग्लूकोज इकाई पर स्थित 5 मेथिन समूहों और एक मेथिलीन समूह के प्रोटॉन अनुनाद शिखर की तीव्रता है।

जोड़।

तीन सेल्युलोज ईथर सीएमसी, एचईसी और एचईईसीएमसी के अवरक्त लक्षण वर्णन परीक्षण के लिए वर्णित परीक्षण विधियाँ।

कानून

3.2.4.3 एक्सआरडी परीक्षण

तीन सेल्युलोज ईथर CMC, HEC और HEECMC का एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण द्वारा लक्षण निर्धारण परीक्षण

वर्णित परीक्षण विधि।

3.2.4.4 एच-एनएमआर का परीक्षण

एचईसी का एच एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर ब्रूकर द्वारा निर्मित एवांस400 एच एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा मापा गया था।

ड्यूटेरेटेड डाइमिथाइल सल्फोक्साइड को विलायक के रूप में उपयोग करते हुए, विलयन का परीक्षण तरल हाइड्रोजन एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा किया गया। परीक्षण आवृत्ति 75.5 मेगाहर्ट्ज थी।

गर्म होने पर, घोल की मात्रा 0.5 मिलीलीटर है।

3.3 परिणाम और विश्लेषण

3.3.1 सीएमसी तैयारी प्रक्रिया का अनुकूलन

दूसरे अध्याय में निकाले गए पाइन सेलुलोज को कच्चे माल के रूप में और सोडियम क्लोरोएसीटेट को ईथरीकरण एजेंट के रूप में उपयोग करते हुए, एकल कारक प्रयोग की विधि अपनाई गई।

सीएमसी की तैयारी प्रक्रिया को अनुकूलित किया गया, और प्रयोग के प्रारंभिक चर तालिका 3.3 में दर्शाए अनुसार निर्धारित किए गए। एचईसी तैयारी प्रक्रिया निम्न प्रकार है।

कला में, विभिन्न कारकों का विश्लेषण किया जाता है।

तालिका 3.3 प्रारंभिक कारक मान

कारक प्रारंभिक मान

पूर्व-उपचार क्षारीयकरण तापमान/℃ 40

पूर्व-उपचार क्षारीकरण समय/घंटा 1

पूर्व-उपचार ठोस-तरल अनुपात/(ग्राम/एमएल) 1:25

पूर्व-उपचार क्षार सांद्रता/% 40

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प्रथम चरण ईथरीकरण तापमान/℃ 45

प्रथम चरण ईथरीकरण समय/घंटा 1

द्वितीय चरण के ईथरीकरण का तापमान/℃ 70

द्वितीय चरण ईथरीकरण समय/घंटा 1

ईथरीकरण चरण में आधार खुराक/ग्राम 2

ईथरीकरण चरण में ईथरीकरण एजेंट की मात्रा/ग्राम 4.3

ईथरीकृत ठोस-तरल अनुपात/(ग्राम/एमएल) 1:15

3.3.1.1 पूर्व-उपचार क्षारीकरण चरण में सीएमसी प्रतिस्थापन की मात्रा पर विभिन्न कारकों का प्रभाव

1. पूर्व-उपचार क्षारीकरण तापमान का सीएमसी के प्रतिस्थापन डिग्री पर प्रभाव

पूर्व-उपचार क्षारीकरण तापमान के प्रभाव को प्राप्त सीएमसी में प्रतिस्थापन की डिग्री पर विचार करने के लिए, अन्य कारकों को प्रारंभिक मानों के रूप में स्थिर रखने की स्थिति में,

इन परिस्थितियों में, सीएमसी प्रतिस्थापन की मात्रा पर पूर्व-उपचार क्षारीकरण तापमान के प्रभाव पर चर्चा की गई है, और परिणाम चित्र में दिखाए गए हैं।

पूर्व-उपचार क्षारीयकरण तापमान/℃

पूर्व-उपचार क्षारीकरण तापमान का सीएमसी प्रतिस्थापन डिग्री पर प्रभाव

यह देखा जा सकता है कि पूर्व-उपचार क्षारीकरण तापमान में वृद्धि के साथ सीएमसी के प्रतिस्थापन की डिग्री बढ़ती है, और क्षारीकरण तापमान 30 डिग्री सेल्सियस है।

उपरोक्त प्रतिस्थापन की मात्रा तापमान बढ़ने के साथ घटती जाती है। इसका कारण यह है कि क्षारीकरण तापमान बहुत कम होता है, और अणु कम सक्रिय होते हैं और प्रतिक्रिया करने में असमर्थ होते हैं।

यह सेल्यूलोज के क्रिस्टलीय क्षेत्र को प्रभावी ढंग से नष्ट कर देता है, जिससे ईथरीकरण चरण में ईथरीकरण एजेंट के लिए सेल्यूलोज के आंतरिक भाग में प्रवेश करना मुश्किल हो जाता है, और प्रतिक्रिया की डिग्री अपेक्षाकृत उच्च होती है।

कम होने के कारण उत्पाद प्रतिस्थापन की डिग्री कम होती है। हालाँकि, क्षारीकरण तापमान बहुत अधिक नहीं होना चाहिए। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, उच्च तापमान और प्रबल क्षार की क्रिया के अंतर्गत,

सेल्यूलोज ऑक्सीडेटिव अपघटन के प्रति संवेदनशील होता है, और उत्पाद सीएमसी के प्रतिस्थापन की डिग्री कम हो जाती है।

2. पूर्व-उपचार क्षारीकरण समय का सीएमसी प्रतिस्थापन डिग्री पर प्रभाव

इस स्थिति में कि पूर्व-उपचार क्षारीकरण तापमान 30 डिग्री सेल्सियस है और अन्य कारक प्रारंभिक मान हैं, सीएमसी पर पूर्व-उपचार क्षारीकरण समय के प्रभाव पर चर्चा की गई है।

प्रतिस्थापन का प्रभाव। प्रतिस्थापन की मात्रा।

पूर्व-उपचार क्षारीकरण समय/घंटा

पूर्व-उपचार क्षारीकरण समय का प्रभावसीएमसीप्रतिस्थापन डिग्री

वजन बढ़ाने की प्रक्रिया अपेक्षाकृत तीव्र होती है, लेकिन क्षार विलयन को रेशे में एक निश्चित प्रसार समय की आवश्यकता होती है।

यह देखा जा सकता है कि जब क्षारीकरण का समय 0.5-1.5 घंटे होता है, तो क्षारीकरण के समय में वृद्धि के साथ उत्पाद की प्रतिस्थापन डिग्री भी बढ़ती है।

प्राप्त उत्पाद में प्रतिस्थापन की मात्रा 1.5 घंटे के समय में सबसे अधिक थी, और 1.5 घंटे के बाद समय बढ़ने के साथ प्रतिस्थापन की मात्रा कम होती गई। इससे यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि

इसका कारण यह हो सकता है कि क्षारीकरण की शुरुआत में, क्षारीकरण की अवधि बढ़ने के साथ, सेल्युलोज में क्षार का प्रवेश अधिक पर्याप्त हो जाता है, जिससे फाइबर

मुख्य संरचना अधिक शिथिल होती है, जिससे ईथरीकरण एजेंट और सक्रिय माध्यम की मात्रा बढ़ जाती है।