1 Pendahuluan
Saat ini, bahan baku utama yang digunakan dalam pembuataneter selulosaadalah kapas, dan produksinya menurun, sementara harganya juga meningkat;
Selain itu, zat eterifikasi yang umum digunakan seperti asam kloroasetat (sangat beracun) dan etilen oksida (karsinogenik) juga lebih berbahaya bagi tubuh manusia dan lingkungan. Buku
Pada bab ini, selulosa pinus dengan kemurnian relatif lebih dari 90% yang diekstrak pada bab kedua digunakan sebagai bahan baku, dan natrium kloroasetat serta 2-kloroetanol digunakan sebagai pengganti.
Dengan menggunakan asam kloroasetat yang sangat beracun sebagai agen eterifikasi, anionikkarboksimetil selulosa (CMC), selulosa hidroksietil non-ionik disiapkan.
Selulosa (HEC) dan campuran hidroksietil karboksimetil selulosa (HECMC) tiga eter selulosa. faktor tunggal
Teknik preparasi tiga eter selulosa dioptimalkan melalui eksperimen dan eksperimen ortogonal, dan eter selulosa yang disintesis dikarakterisasi dengan FT-IR, XRD, H-NMR, dll.
Dasar-dasar eterifikasi selulosa
Prinsip eterifikasi selulosa dapat dibagi menjadi dua bagian. Bagian pertama adalah proses alkalinisasi, yaitu, selama reaksi alkalinisasi selulosa,
Selulosa pinus yang terdispersi secara merata dalam larutan NaOH, mengembang dengan hebat di bawah pengaruh pengadukan mekanis, dan dengan ekspansi air
Sejumlah besar molekul kecil NaOH menembus ke dalam selulosa pinus, dan bereaksi dengan gugus hidroksil pada cincin unit struktural glukosa,
Menghasilkan selulosa alkali, pusat aktif dari reaksi eterifikasi.
Bagian kedua adalah proses eterifikasi, yaitu reaksi antara pusat aktif dan natrium kloroasetat atau 2-kloroetanol dalam kondisi basa, yang menghasilkan
Pada saat yang sama, zat eterifikasi natrium kloroasetat dan 2-kloroetanol juga akan menghasilkan sejumlah air dalam kondisi basa.
Reaksi samping tersebut diatasi untuk menghasilkan natrium glikolat dan etilen glikol.
2. Praperlakuan dekristalisasi alkali pekat pada selulosa pinus
Pertama, siapkan larutan NaOH dengan konsentrasi tertentu menggunakan air deionisasi. Kemudian, pada suhu tertentu, 2g serat pinus
Vitamin tersebut dilarutkan dalam sejumlah volume larutan NaOH, diaduk selama beberapa waktu, lalu disaring untuk digunakan.
Produsen Model Instrumen
Pengukur pH Presisi
Pengaduk magnetik pemanas suhu konstan tipe kolektor
Oven pengering vakum
Neraca elektronik
Pompa vakum serbaguna tipe sirkulasi air
Spektrometer Inframerah Transformasi Fourier
Difraktometer sinar-X
Spektrometer Resonansi Magnetik Nuklir
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Instrument Equipment Co., Ltd.
Perusahaan Peralatan Eksperimental Shanghai Jinghong, Ltd.
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Science and Education Instrument Co., Ltd.
Thermo Fisher Co., Ltd. Amerika
Perusahaan American Thermoelectric Switzerland (ARL)
Perusahaan Swiss BRUKER
35
Persiapan CMC
Menggunakan selulosa alkali kayu pinus yang telah dipreparasi dengan dekristalisasi alkali pekat sebagai bahan baku, menggunakan etanol sebagai pelarut dan menggunakan natrium kloroasetat sebagai eterifikasi.
CMC dengan DS yang lebih tinggi disiapkan dengan menambahkan alkali dua kali dan agen eterifikasi dua kali. Tambahkan 2 g selulosa alkali kayu pinus ke dalam labu empat leher, kemudian tambahkan sejumlah volume pelarut etanol, dan aduk rata selama 30 menit.
agar selulosa alkali terdispersi sepenuhnya. Kemudian tambahkan sejumlah zat alkali dan natrium kloroasetat untuk direaksikan selama jangka waktu tertentu pada suhu eterifikasi tertentu.
Setelah beberapa waktu, penambahan kedua zat alkali dan natrium kloroasetat diikuti dengan eterifikasi selama jangka waktu tertentu. Setelah reaksi selesai, dinginkan dan dinginkan kembali, lalu
Netralkan dengan sejumlah asam asetat glasial yang sesuai, kemudian saring dengan penyaring vakum, cuci, dan keringkan.
Persiapan HEC
Menggunakan selulosa alkali kayu pinus yang telah dipreparasi dengan dekristalisasi alkali pekat sebagai bahan baku, etanol sebagai pelarut, dan 2-kloroetanol sebagai eterifikasi.
HEC dengan MS yang lebih tinggi disiapkan dengan menambahkan alkali dua kali dan agen eterifikasi dua kali. Tambahkan 2 g selulosa alkali kayu pinus ke dalam labu empat leher, dan tambahkan sejumlah volume etanol 90% (fraksi volume), aduk.
Aduk selama beberapa waktu hingga tercampur rata, lalu tambahkan sejumlah alkali, dan panaskan perlahan, tambahkan sejumlah volume 2-
Kloroetanol, dieterifikasi pada suhu konstan selama jangka waktu tertentu, kemudian ditambahkan sisa natrium hidroksida dan 2-kloroetanol untuk melanjutkan eterifikasi selama jangka waktu tertentu.
Setelah reaksi selesai, netralkan dengan sejumlah asam asetat glasial, dan terakhir saring dengan filter kaca (G3), cuci, dan keringkan.
Persiapan HEMCC
Dengan menggunakan HEC yang disiapkan pada bagian 3.2.3.4 sebagai bahan baku, etanol sebagai media reaksi, dan natrium kloroasetat sebagai agen eterifikasi untuk menyiapkan
HECMC. Proses spesifiknya adalah: ambil sejumlah HEC tertentu, masukkan ke dalam labu empat leher 100 mL, lalu tambahkan sejumlah volume tertentu.
Etanol 90%, aduk secara mekanis selama beberapa waktu hingga tercampur rata, tambahkan sejumlah alkali setelah dipanaskan, dan tambahkan secara perlahan.
Natrium kloroasetat, eterifikasi pada suhu konstan berakhir setelah jangka waktu tertentu. Setelah reaksi selesai, netralkan dengan asam asetat glasial untuk menetralkannya, kemudian gunakan filter kaca (G3).
Setelah penyaringan vakum, pencucian, dan pengeringan.
Pemurnian eter selulosa
Dalam proses pembuatan eter selulosa, seringkali dihasilkan beberapa produk sampingan, terutama garam anorganik natrium klorida dan beberapa senyawa lainnya.
pengotor. Untuk meningkatkan kualitas eter selulosa, pemurnian sederhana dilakukan pada eter selulosa yang diperoleh. karena pengotor tersebut berada dalam air.
Karena kelarutannya berbeda, maka percobaan ini menggunakan fraksi volume etanol terhidrasi tertentu untuk memurnikan ketiga eter selulosa yang telah disiapkan.
mengubah.
Tempatkan sampel eter selulosa yang telah disiapkan dengan kualitas tertentu ke dalam gelas beker, tambahkan sejumlah etanol 80% yang telah dipanaskan terlebih dahulu hingga 60 ℃ ~ 65 ℃, dan lakukan pengadukan mekanis pada suhu 60 ℃ ~ 65 ℃ menggunakan pengaduk magnetik dengan pemanas suhu konstan selama 10 ℃ menit. Ambil supernatan dan keringkan.
Dalam gelas beker yang bersih, gunakan perak nitrat untuk memeriksa keberadaan ion klorida. Jika terdapat endapan putih, saring melalui saringan kaca dan ambil padatannya.
Ulangi langkah-langkah sebelumnya untuk bagian tubuh tersebut, hingga filtrat setelah penambahan 1 tetes larutan AgNO3 tidak memiliki endapan putih, yaitu, pemurnian dan pencucian telah selesai.
36
ke dalam (terutama untuk menghilangkan produk sampingan reaksi NaCl). Setelah penyaringan vakum, pengeringan, pendinginan hingga suhu ruang, dan penimbangan.
massa, g.
Metode Pengujian dan Karakterisasi untuk Eter Selulosa
Penentuan Derajat Substitusi (DS) dan Derajat Substitusi Molar (MS)
Penentuan DS: Pertama, timbang 0,2 g (akurasi hingga 0,1 mg) sampel eter selulosa yang telah dimurnikan dan dikeringkan, larutkan dalam
80 mL air suling, diaduk dalam penangas air bersuhu konstan 30℃~40℃ selama 10 menit. Kemudian sesuaikan dengan larutan asam sulfat atau larutan NaOH.
Atur pH larutan hingga mencapai pH 8. Kemudian, dalam bejana yang dilengkapi elektroda pH meter, gunakan larutan standar asam sulfat.
Untuk melakukan titrasi, sambil diaduk, amati pembacaan pH meter selama titrasi, ketika nilai pH larutan disesuaikan menjadi 3,74,
Titrasi berakhir. Perhatikan volume larutan standar asam sulfat yang digunakan saat ini.
Generasi:
Jumlah dari nomor proton atas dan gugus hidroksietil
Rasio jumlah proton atas; I7 adalah massa gugus metilen pada gugus hidroksietil
Intensitas puncak resonansi proton; adalah intensitas puncak resonansi proton dari 5 gugus metin dan satu gugus metilen pada unit selulosa glukosa.
Jumlah.
Metode pengujian yang dijelaskan untuk pengujian karakterisasi inframerah dari tiga eter selulosa CMC, HEC dan HEECMC
Hukum
3.2.4.3 Uji XRD
Analisis Difraksi Sinar-X untuk Karakterisasi Tiga Eter Selulosa CMC, HEC, dan HEECMC
Metode pengujian yang dijelaskan.
3.2.4.4 Pengujian H-NMR
Spektrometer H NMR HEC diukur menggunakan spektrometer H NMR Avance400 yang diproduksi oleh BRUKER.
Dengan menggunakan dimetil sulfoksida terdeuterasi sebagai pelarut, larutan tersebut diuji dengan spektroskopi NMR hidrogen cair. Frekuensi pengujiannya adalah 75,5 MHz.
Hangatkan larutannya, yaitu 0,5 mL.
3.3 Hasil dan Analisis
3.3.1 Optimalisasi proses persiapan CMC
Dengan menggunakan selulosa pinus yang diekstrak pada bab kedua sebagai bahan baku, dan menggunakan natrium kloroasetat sebagai agen eterifikasi, metode percobaan faktor tunggal diadopsi.
Proses persiapan CMC dioptimalkan, dan variabel awal percobaan ditetapkan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.3. Berikut adalah proses persiapan HEC.
Dalam seni, analisis berbagai faktor.
Tabel 3.3 Nilai Faktor Awal
Faktor Nilai awal
Suhu alkalisasi praperlakuan/℃ 40
Waktu praperlakuan alkalisasi/jam 1
Rasio padat-cair praperlakuan/(g/mL) 1:25
Konsentrasi larutan alkali praperlakuan/% 40
38
Suhu eterifikasi tahap pertama/℃ 45
Waktu eterifikasi tahap pertama/jam 1
Suhu eterifikasi tahap kedua/℃ 70
Waktu eterifikasi tahap kedua/jam 1
Dosis dasar pada tahap eterifikasi/g 2
Jumlah agen eterifikasi pada tahap eterifikasi/g 4,3
Rasio padat-cair tereterifikasi/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Pengaruh berbagai faktor terhadap derajat substitusi CMC pada tahap alkalinisasi praperlakuan
1. Pengaruh suhu alkalinisasi praperlakuan terhadap derajat substitusi CMC
Untuk mempertimbangkan pengaruh suhu alkalinisasi praperlakuan terhadap derajat substitusi pada CMC yang diperoleh, dengan menetapkan faktor-faktor lain sebagai nilai awal,
Dalam kondisi tersebut, pengaruh suhu alkalinisasi praperlakuan terhadap derajat substitusi CMC dibahas, dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar.
Suhu alkalisasi praperlakuan/℃
Pengaruh suhu alkalisasi praperlakuan terhadap derajat substitusi CMC
Terlihat bahwa tingkat substitusi CMC meningkat seiring dengan peningkatan suhu alkalinisasi praperlakuan, dan suhu alkalinisasi tersebut adalah 30 °C.
Tingkat substitusi di atas menurun seiring dengan peningkatan suhu. Hal ini karena suhu alkalinisasi terlalu rendah, dan molekul-molekul tersebut kurang aktif dan tidak mampu
Secara efektif menghancurkan area kristalin selulosa, yang membuat agen eterifikasi sulit memasuki bagian dalam selulosa pada tahap eterifikasi, dan tingkat reaksinya relatif tinggi.
rendah, sehingga menghasilkan tingkat substitusi produk yang lebih rendah. Namun, suhu alkalinisasi tidak boleh terlalu tinggi. Seiring peningkatan suhu, di bawah pengaruh suhu tinggi dan alkali kuat,
Selulosa rentan terhadap degradasi oksidatif, dan tingkat substitusi produk CMC menurun.
2. Pengaruh waktu alkalisasi praperlakuan terhadap derajat substitusi CMC
Dengan kondisi suhu alkalinisasi praperlakuan sebesar 30 °C dan faktor-faktor lainnya merupakan nilai awal, pengaruh waktu alkalinisasi praperlakuan terhadap CMC dibahas.
Pengaruh substitusi. Tingkat substitusi
Waktu alkalisasi praperlakuan/jam
Pengaruh waktu alkalisasi praperlakuan terhadapCMCderajat substitusi
Proses pembentukan volume itu sendiri relatif cepat, tetapi larutan alkali membutuhkan waktu difusi tertentu ke dalam serat.
Terlihat bahwa ketika waktu alkalinisasi adalah 0,5-1,5 jam, derajat substitusi produk meningkat seiring dengan peningkatan waktu alkalinisasi.
Tingkat substitusi produk yang diperoleh paling tinggi pada waktu 1,5 jam, dan tingkat substitusi menurun seiring bertambahnya waktu setelah 1,5 jam. Hal ini dapat
Hal ini mungkin karena pada awal alkalinisasi, dengan perpanjangan waktu alkalinisasi, infiltrasi alkali ke selulosa menjadi lebih memadai, sehingga serat tersebut
Struktur utamanya lebih longgar, dengan meningkatkan agen eterifikasi dan medium aktif.
Waktu posting: 26 April 2024