1 Bevezetés
Jelenleg a fő alapanyag, amelyet az elkészítéshez használnak,cellulóz-éterpamut, és a termelése csökken, az ára pedig emelkedik;
Továbbá az általánosan használt éterképző szerek, mint például a klórecetsav (erősen mérgező) és az etilén-oxid (rákkeltő), szintén károsabbak az emberi szervezetre és a környezetre.
Ebben a fejezetben a második fejezetben kivont, 90%-nál nagyobb relatív tisztaságú fenyőcellulózt használják nyersanyagként, helyettesítőként pedig nátrium-klóracetátot és 2-klóretanolt.
Erősen mérgező klórecetsav felhasználásával éterképző szerként, anionoskarboximetil-cellulóz (CMC)nemionos hidroxietil-cellulózt állítottak elő.
Cellulóz (HEC) és vegyes hidroxietil-karboximetil-cellulóz (HECMC) három cellulóz-éter. Egyfaktoros
Három cellulóz-éter előállítási technikáit kísérletekkel és ortogonális kísérletekkel optimalizálták, a szintetizált cellulóz-étereket pedig FT-IR, XRD, H-NMR stb. módszerekkel jellemezték.
A cellulóz éterezésének alapjai
A cellulóz éteresítésének elve két részre osztható. Az első rész a lúgosítási folyamat, azaz a cellulóz lúgosítási reakciója során
A NaOH-oldatban egyenletesen eloszlatva a fenyőcellulóz mechanikai keverés hatására hevesen duzzad, a víz tágulásával pedig
Nagy mennyiségű NaOH kis molekula hatolt be a fenyőcellulóz belsejébe, és reakcióba lépett a glükóz szerkezeti egység gyűrűjén található hidroxilcsoportokkal,
Alkáli-cellulózt termel, amely az éteresítési reakció aktív centruma.
A második rész az éterezési folyamat, azaz az aktív centrum és a nátrium-klór-acetát vagy 2-klór-etanol közötti reakció lúgos körülmények között, aminek eredményeként
Ugyanakkor az éterképző szer, a nátrium-klór-acetát és a 2-klór-etanol lúgos körülmények között bizonyos mértékű vizet is termel.
A mellékreakciók nátrium-glikolát, illetve etilénglikol keletkezése közben oldódnak fel.
2. Fenyőcellulóz tömény lúgos kristálydekristályosítási előkezelése
Először készítsen elő egy bizonyos koncentrációjú NaOH oldatot ioncserélt vízzel. Ezután, egy bizonyos hőmérsékleten, adjon hozzá 2 g fenyőrostot.
A vitamint bizonyos térfogatú NaOH-oldatban oldják, egy ideig keverik, majd felhasználás előtt szűrik.
Műszermodell gyártója
Precíziós pH-mérő
Kollektor típusú állandó hőmérsékletű fűtésű mágneses keverő
Vákuumszárító kemence
Elektronikus mérleg
Keringtető víz típusú többcélú vákuumszivattyú
Fourier-transzformációs infravörös spektrométer
röntgendiffraktométer
Mágneses magrezonancia spektrométer
Hangzhou Aolilong Műszer Kft.
Hangzhou Huichuang Műszeripari Berendezések Kft.
Shanghai Jinghong Kísérleti Berendezések Kft.
METTLER TOLEDO Instruments (Sanghaj) Kft.
Hangzhou David Tudományos és Oktatási Műszer Kft.
Amerikai Thermo Fisher Kft.
American Thermoelectric Switzerland ARL Company
Svájci BRUKER cég
35
CMC-k előkészítése
Tömény lúgos dekristályosítással előkezelt fenyőfa alkáli-cellulóz alapanyagként, etanol oldószerként és nátrium-klór-acetát éteresítéssel
A magasabb DS-értékű CMC-t úgy állították elő, hogy kétszer adtak hozzá lúgot és kétszer éterképző szert. Adtak 2 g fenyőfa alkáli-cellulózt a négynyakú lombikba, majd adtak hozzá bizonyos mennyiségű etanol oldószert, és jól keverték 30 percig.
körülbelül úgy, hogy az alkáli-cellulóz teljesen diszpergálódjon. Ezután adjunk hozzá bizonyos mennyiségű lúgos reagenst és nátrium-klór-acetátot, hogy egy ideig reagáljon egy bizonyos éterezési hőmérsékleten.
Egy idő után lúgos reagens és nátrium-klór-acetát második hozzáadása, majd egy ideig tartó éterezés. A reakció befejeződése után lehűtjük és lehűtjük, majd
Semlegesítse megfelelő mennyiségű jégecettel, majd szívja le, mossa le és szárítsa meg.
HEC-ek előkészítése
Tömény lúgos dekristályosítással előkezelt fenyőfa alkáli-cellulóz alapanyagként, etanol oldószerként és 2-klóretanol éteresítésként
A magasabb MS-értékű HEC-t úgy állítottuk elő, hogy kétszer adtunk hozzá lúgot és kétszer éterképző szert. Egy négynyakú lombikba 2 g fenyőfa alkáli-cellulózt gyűjtöttünk, majd hozzáadtunk bizonyos térfogatú 90%-os (térfogatszázalékos) etanolt, és kevertük.
Keverjük egy ideig, hogy teljesen eloszlassuk, majd adjunk hozzá egy bizonyos mennyiségű lúgot, és lassan melegítsük fel, adjunk hozzá egy bizonyos térfogatú 2-
Klóretanolt étereznek állandó hőmérsékleten egy ideig, majd hozzáadják a maradék nátrium-hidroxidot és 2-klóretanolt az éterezés folytatásához egy ideig.
A reakció befejeződése után semlegesítsük bizonyos mennyiségű jégecettel, végül szűrjük át üvegszűrőn (G3), mossuk át és szárítsuk.
HEMCC elkészítése
A 3.2.3.4 pontban előállított HEC-t nyersanyagként, etanolt reakcióközegként és nátrium-klór-acetátot éterezőszerként használva a következő előállítási módokhoz:
HECMC. A konkrét folyamat a következő: vegyünk egy bizonyos mennyiségű HEC-t, tegyük egy 100 ml-es négynyakú lombikba, majd adjunk hozzá egy bizonyos térfogatrészt.
90%-os etanolt, mechanikusan keverjük egy ideig, hogy teljesen diszpergálódjon, melegítés után adjunk hozzá bizonyos mennyiségű lúgot, és lassan adjuk hozzá
Nátrium-klóracetát, az állandó hőmérsékleten történő éterezés egy idő után befejeződik. A reakció befejeződése után semlegesítse jégecettel, majd használjon üvegszűrőt (G3).
Szűrés, mosás és szárítás után.
Cellulóz-éterek tisztítása
A cellulóz-éter előállítási folyamata során gyakran keletkeznek melléktermékek, főként szervetlen só, nátrium-klorid és néhány más
szennyeződések. A cellulóz-éter minőségének javítása érdekében egyszerű tisztítást végeztek a kapott cellulóz-éteren. mivel vízben vannak
Különböző oldhatóságuk van, ezért a kísérletben a három előállított cellulóz-éter tisztítására bizonyos térfogatrész hidratált etanolt használunk.
változás.
Helyezze a meghatározott minőségű előkészített cellulóz-éter mintát egy főzőpohárba, adjon hozzá bizonyos mennyiségű, 60 ℃ ~ 65 ℃-ra előmelegített 80%-os etanolt, és folytassa a mechanikus keverést 60 ℃ ~ 65 ℃-on állandó hőmérsékleten melegítő mágneses keverőn 10 ℃-on. Szárítsa meg a felülúszót.
Egy tiszta főzőpohárban ezüst-nitráttal ellenőrizzük a kloridionok jelenlétét. Ha fehér csapadék válik ki, szűrjük át egy üvegszűrőn, és vegyük ki a szilárd anyagot.
Ismételd meg az előző lépéseket a testrész esetében, amíg 1 csepp AgNO3 oldat hozzáadása után a szűrletben már nem lesz fehér csapadék, azaz a tisztítás és mosás befejeződött.
36
(főleg a reakció melléktermékének, a NaCl-nak az eltávolítása érdekében). Szívásos szűrés, szárítás, szobahőmérsékletre való hűtés és mérés után.
tömeg, g
Cellulóz-éterek vizsgálati és jellemzési módszerei
A szubsztitúció fokának (DS) és a moláris szubsztitúció fokának (MS) meghatározása
A DS meghatározása: Először mérjünk ki 0,2 g (0,1 mg pontossággal) tisztított és szárított cellulóz-éter mintát, oldjuk fel
80 ml desztillált vizet, állandó hőmérsékletű vízfürdőben 30℃~40℃-on 10 percig kevertetjük. Ezután kénsavoldattal vagy NaOH-oldattal beállítjuk az értéket.
az oldat pH-ját, amíg az oldat pH-ja el nem éri a 8-at. Ezután egy pH-mérő elektródával felszerelt főzőpohárban használjon kénsav standardoldatot
A titráláshoz keverés közben figyeljük a pH-mérő állását titrálás közben, amikor az oldat pH-értéke 3,74-re van beállítva.
A titrálás véget ér. Jegyezd fel a felhasznált kénsav standardoldat térfogatát.
Generáció:
A felső protonszámok és a hidroxietil-csoport összege
A felső protonok számának aránya; I7 a hidroxietil-csoporton lévő metiléncsoport tömege
A protonrezonancia csúcs intenzitása; a cellulóz glükóz egységen található 5 metincsoport és egy metiléncsoport protonrezonancia csúcsának intenzitása
Összeg.
A három cellulózéter, a CMC, a HEC és a HEECMC infravörös jellemzésére leírt vizsgálati módszerek
Törvény
3.2.4.3 XRD-teszt
Három cellulóz-éter, a CMC, HEC és a HEECMC röntgendiffrakciós analízisének jellemzési vizsgálata
a leírt vizsgálati módszer.
3.2.4.4 H-NMR vizsgálat
A HEC H NMR spektrométerét a BRUKER által gyártott Avance400 H NMR spektrométerrel mérték.
Deuterált dimetil-szulfoxid oldószerben az oldatot folyékony hidrogén NMR spektroszkópiával vizsgáltuk. A vizsgálati frekvencia 75,5 MHz volt.
Meleg, az oldat 0,5 ml.
3.3 Eredmények és elemzés
3.3.1 A CMC előállítási folyamatának optimalizálása
A második fejezetben kivont fenyőcellulózt nyersanyagként, nátrium-klóracetátot éterezőszerként használva az egyfaktoros kísérlet módszerét alkalmaztuk,
A CMC előállítási folyamatát optimalizálták, és a kísérlet kezdeti változóit a 3.3. táblázatban látható módon állították be. A HEC előállítási folyamata a következő.
A művészetben a különböző tényezők elemzése.
3.3. táblázat Kezdeti tényezőértékek
Faktor Kezdeti érték
Előkezelés lúgosító hőmérséklet/℃ 40
Előkezelés lúgosítási ideje/óra 1
Előkezelés szilárd-folyadék arány/(g/ml) 1:25
Előkezelés lúgkoncentráció/% 40
38
Az első szakasz éteresítési hőmérséklete/℃ 45
Első fokozatú éteresítés ideje/óra 1
Második szakaszú éterezési hőmérséklet/℃ 70
Második szakaszú éteresítés ideje/óra 1
Alapdózis az éterezési szakaszban/g 2
Éterezőszer mennyisége az éterezési fázisban/g 4,3
Éterezett szilárd-folyadék arány/(g/ml) 1:15
3.3.1.1 Különböző tényezők hatása a CMC szubsztitúciós fokára az előkezelés lúgosítási szakaszában
1. Az előkezelési lúgosítási hőmérséklet hatása a CMC helyettesítési fokára
Annak érdekében, hogy figyelembe vehessük az előkezelési lúgosítási hőmérséklet hatását a kapott CMC-ben lévő helyettesítési fokra, más tényezők kezdeti értékként való rögzítése esetén,
A körülmények között a kezelés előtti lúgosítási hőmérséklet CMC szubsztitúciós fokra gyakorolt hatását tárgyaljuk, és az eredményeket az 1. ábra mutatja.
Előkezelés lúgosító hőmérséklet/℃
Az előkezelési lúgosítási hőmérséklet hatása a CMC szubsztitúciós fokára
Látható, hogy a CMC helyettesítési foka az előkezelési lúgosítási hőmérséklet növekedésével növekszik, a lúgosítási hőmérséklet pedig 30 °C.
A fenti helyettesítési fokok a hőmérséklet növekedésével csökkennek. Ez azért van, mert a lúgosító hőmérséklet túl alacsony, és a molekulák kevésbé aktívak, és nem képesek
Hatékonyan elpusztítja a cellulóz kristályos területét, ami megnehezíti az éterképző szer bejutását a cellulóz belsejébe az éteresítési szakaszban, és a reakció mértéke viszonylag magas.
alacsony, ami alacsonyabb mértékű termékhelyettesítést eredményez. A lúgosítási hőmérséklet azonban nem lehet túl magas. Ahogy a hőmérséklet emelkedik, magas hőmérséklet és erős lúg hatására,
A cellulóz hajlamos az oxidatív lebomlásra, és a CMC termék helyettesítési foka csökken.
2. Az előkezelési lúgosítási idő hatása a CMC szubsztitúciós fokára
Abban a feltételben, hogy az előkezelés lúgosítási hőmérséklete 30 °C, és más tényezők a kezdeti értékek, az előkezelés lúgosítási idejének a CMC-re gyakorolt hatását tárgyaljuk.
A helyettesítés hatása. A helyettesítés mértéke
Előkezelés lúgosítási idő/óra
Az előkezelés lúgosítási idejének hatása aCMChelyettesítési fok
Maga a térfogatnövelési folyamat viszonylag gyors, de az alkáli oldatnak bizonyos diffúziós időre van szüksége a rostban.
Látható, hogy ha a lúgosítási idő 0,5-1,5 óra, a termék helyettesítési foka a lúgosítási idő növekedésével növekszik.
A kapott termék helyettesítési foka 1,5 óra elteltével volt a legmagasabb, és a helyettesítési fok 1,5 óra elteltével az idő növekedésével csökkent. Ez
Ez azért lehet, mert a lúgosítás kezdetén, a lúgosítási idő meghosszabbításával a lúg elegendőbb beszivárog a cellulózba, így a rost
Az elsődleges szerkezet ellazultabb, növelve az éterképző szer és az aktív közeg mennyiségét.
Közzététel ideje: 2024. április 26.