ცელულოზის ეთერების მომზადება

1 შესავალი

ამჟამად, მომზადებაში გამოყენებული ძირითადი ნედლეულიცელულოზის ეთერიარის ბამბა და მისი წარმოება მცირდება და ფასიც იზრდება;

გარდა ამისა, ხშირად გამოყენებული ეთერიფიკატორები, როგორიცაა ქლოროძმარმჟავა (მაღალტოქსიკური) და ეთილენოქსიდი (კანცეროგენული), ასევე უფრო მავნებელია ადამიანის ორგანიზმისა და გარემოსთვის. წიგნი

ამ თავში ნედლეულად გამოიყენება მეორე თავში მოპოვებული 90%-ზე მეტი ფარდობითი სისუფთავის ფიჭვის ცელულოზა, ხოლო შემცვლელებად - ნატრიუმის ქლორაცეტატი და 2-ქლოროეთანოლი.

ეთერიფიკაციის აგენტის სახით მაღალტოქსიკური ქლოროძმარმჟავას, ანიონურიკარბოქსიმეთილცელულოზა (CMC)მომზადდა არაიონური ჰიდროქსიეთილცელულოზა.

ცელულოზა (HEC) და შერეული ჰიდროქსიეთილ კარბოქსიმეთილცელულოზა (HECMC) სამი ცელულოზის ეთერი. ერთი ფაქტორი

სამი ცელულოზის ეთერის მომზადების ტექნიკა ოპტიმიზირებული იქნა ექსპერიმენტებისა და ორთოგონალური ექსპერიმენტების საშუალებით, ხოლო სინთეზირებული ცელულოზის ეთერები დახასიათდა FT-IR, XRD, H-NMR და ა.შ. მეთოდებით.

ცელულოზის ეთერიფიკაციის საფუძვლები

ცელულოზის ეთერიფიკაციის პრინციპი შეიძლება ორ ნაწილად დაიყოს. პირველი ნაწილი არის ტუტეობის პროცესი, ანუ ცელულოზის ტუტეობის რეაქციის დროს,

NaOH ხსნარში თანაბრად გაფანტული ფიჭვის ცელულოზა ძლიერად შუპდება მექანიკური მორევისა და წყლის გაფართოების შედეგად.

NaOH-ის მცირე მოლეკულების დიდი რაოდენობა შეაღწია ფიჭვის ცელულოზის შიგნით და რეაქციაში შევიდა გლუკოზის სტრუქტურული ერთეულის რგოლზე არსებულ ჰიდროქსილის ჯგუფებთან.

წარმოქმნის ტუტე ცელულოზას, ეთერიფიკაციის რეაქციის აქტიურ ცენტრს.

მეორე ნაწილია ეთერიფიკაციის პროცესი, ანუ რეაქცია აქტიურ ცენტრსა და ნატრიუმის ქლორაცეტატს ან 2-ქლორეთანოლს შორის ტუტე პირობებში, რაც იწვევს

ამავდროულად, ეთერიფიკატორი ნატრიუმის ქლორაცეტატი და 2-ქლოროეთანოლი ასევე წარმოქმნიან გარკვეული რაოდენობით წყალს ტუტე პირობებში.

გვერდითი რეაქციები იშლება, შესაბამისად, ნატრიუმის გლიკოლატისა და ეთილენგლიკოლის წარმოქმნით.

2 ფიჭვის ცელულოზის კონცენტრირებული ტუტე დეკრისტალიზაციის წინასწარი დამუშავება

პირველ რიგში, მოამზადეთ NaOH-ის გარკვეული კონცენტრაციის ხსნარი დეიონიზებული წყლით. შემდეგ, გარკვეულ ტემპერატურაზე, 2 გ ფიჭვის ბოჭკო

ვიტამინი იხსნება NaOH ხსნარის გარკვეული მოცულობის ნაწილში, გარკვეული დროის განმავლობაში ურიეთ და შემდეგ გამოსაყენებლად იფილტრება.

ინსტრუმენტის მოდელის მწარმოებელი

ზუსტი pH საზომი

კოლექტორის ტიპის მუდმივი ტემპერატურის გამათბობელი მაგნიტური შემრევი

ვაკუუმური საშრობი ღუმელი

ელექტრონული ბალანსი

მოცირკულირე წყლის ტიპის მრავალფუნქციური ვაკუუმური ტუმბო

ფურიეს გარდაქმნის ინფრაწითელი სპექტრომეტრი

რენტგენის დიფრაქტომეტრი

ბირთვული მაგნიტური რეზონანსის სპექტრომეტრი

ჰანგჟოუ აოლილონგის ინსტრუმენტების კომპანია, შპს

ჰანგჟოუ ჰუიჩუანგის ინსტრუმენტების აღჭურვილობის კომპანია, შპს

შანხაის ჯინგჰონგის ექსპერიმენტული აღჭურვილობის კომპანია, შპს

შპს „მეტლერ ტოლედო ინსტრუმენტსი“ (შანხაი)

ჰანგჟოუ დავითის მეცნიერებისა და განათლების ინსტრუმენტების კომპანია, შპს

ამერიკული თერმო ფიშერის კომპანია, შპს

ამერიკული თერმოელექტრული შვეიცარიული კომპანია ARL

შვეიცარიული კომპანია BRUKER

35

CMC-ების მომზადება

ნედლეულად, კონცენტრირებული ტუტე დეკრისტალიზაციის მეთოდით წინასწარ დამუშავებული ფიჭვის ხის ტუტე ცელულოზის, გამხსნელად ეთანოლის და ეთერიფიკაციისთვის ნატრიუმის ქლორაცეტატის გამოყენებით.

მაღალი DS-ის შემცველობის CMC მომზადდა ტუტესა და ეთერიფიკატორის ორჯერადი დამატებით. ოთხყელიან კოლბაში ჩაყარეთ 2 გ ფიჭვის ხის ტუტე ცელულოზა, შემდეგ დაუმატეთ ეთანოლის გამხსნელის გარკვეული რაოდენობა და კარგად მოურიეთ 30 წუთის განმავლობაში.

დაახლოებით, ისე, რომ ტუტე ცელულოზა სრულად გაიფანტოს. შემდეგ დაამატეთ ტუტე აგენტის გარკვეული რაოდენობა და ნატრიუმის ქლორაცეტატი, რათა გარკვეული პერიოდის განმავლობაში რეაქციაში შევიდეს გარკვეულ ეთერიფიკაციის ტემპერატურაზე.

გარკვეული დროის შემდეგ, ტუტე აგენტისა და ნატრიუმის ქლორაცეტატის მეორედ დამატება, რასაც მოჰყვება ეთერიფიკაცია გარკვეული პერიოდის განმავლობაში. რეაქციის დასრულების შემდეგ, გააგრილეთ და შემდეგ გააგრილეთ.

გაანეიტრალეთ შესაბამისი რაოდენობის გამყინვარებული ძმარმჟავით, შემდეგ გაფილტრეთ, გარეცხეთ და გააშრეთ.

ჰელსური სისტემების მომზადება

ნედლეულად, კონცენტრირებული ტუტე დეკრისტალიზაციის გამოყენებით, ფიჭვის ხის ტუტე ცელულოზა, გამხსნელად ეთანოლი და ეთერიფიკაციისთვის 2-ქლორეთანოლი.

მაღალი MS-ის მქონე HEC მომზადდა ტუტესა და ეთერიფიკატორის ორჯერადი დამატებით. ოთხყელიან კოლბაში ჩაყარეთ 2 გ ფიჭვის ხის ტუტე ცელულოზა და დაამატეთ გარკვეული მოცულობის 90%-იანი (მოცულობითი ფრაქცია) ეთანოლი, მოურიეთ.

გარკვეული დროის განმავლობაში ურიეთ სრულად გასახსნელად, შემდეგ დაამატეთ ტუტეს გარკვეული რაოდენობა და ნელა გააცხელეთ, დაამატეთ 2-ის გარკვეული მოცულობა.

ქლოროეთანოლი, ეთერიფიცირებული მუდმივ ტემპერატურაზე გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, შემდეგ კი დაემატა დარჩენილი ნატრიუმის ჰიდროქსიდი და 2-ქლორეთანოლი ეთერიფიკაციის გასაგრძელებლად გარკვეული პერიოდის განმავლობაში. დამუშავება

რეაქციის დასრულების შემდეგ, გაანეიტრალეთ გარკვეული რაოდენობის გამყინვარების ძმარმჟავათი და ბოლოს გაფილტრეთ მინის ფილტრით (G3), გარეცხეთ და გააშრეთ.

HEMCC-ის მომზადება

3.2.3.4 პუნქტში მომზადებული HEC-ის ნედლეულად, ეთანოლის რეაქციის გარემოდ და ნატრიუმის ქლორაცეტატის ეთერიფიკაციის აგენტის სახით გამოყენებით მოსამზადებლად

HECMC. კონკრეტული პროცესი ასეთია: აიღეთ HEC-ის გარკვეული რაოდენობა, მოათავსეთ 100 მლ-იან ოთხყელიან კოლბაში და შემდეგ დაამატეთ გარკვეული რაოდენობის მოცულობა.

90%-იანი ეთანოლი, მექანიკურად ურიეთ გარკვეული დროის განმავლობაში სრულად გასაფანტად, გაცხელების შემდეგ დაამატეთ ტუტეს გარკვეული რაოდენობა და ნელა დაუმატეთ

ნატრიუმის ქლორაცეტატი, ეთერიფიკაცია მუდმივ ტემპერატურაზე გარკვეული პერიოდის შემდეგ მთავრდება. რეაქციის დასრულების შემდეგ, გაანეიტრალეთ იგი გამყინვარების ძმარმჟავით, შემდეგ გამოიყენეთ მინის ფილტრი (G3)

შეწოვის ფილტრაციის, გარეცხვისა და გაშრობის შემდეგ.

ცელულოზის ეთერების გაწმენდა

ცელულოზის ეთერის მომზადების პროცესში ხშირად წარმოიქმნება ზოგიერთი თანმდევი პროდუქტი, ძირითადად არაორგანული მარილი ნატრიუმის ქლორიდი და სხვა.

მინარევები. ცელულოზის ეთერის ხარისხის გასაუმჯობესებლად, მიღებულ ცელულოზის ეთერზე ჩატარდა მარტივი გაწმენდა, რადგან ისინი წყალშია.

არსებობს სხვადასხვა ხსნადობა, ამიტომ ექსპერიმენტში გამოყენებულია ჰიდრატირებული ეთანოლის გარკვეული მოცულობითი ფრაქცია მომზადებული სამი ცელულოზის ეთერის გასაწმენდად.

ცვლილება.

გარკვეული ხარისხის ცელულოზის ეთერის ნიმუში მოათავსეთ ჭიქაში, დაუმატეთ წინასწარ 60 ℃ ~ 65 ℃-მდე გახურებული 80%-იანი ეთანოლის გარკვეული რაოდენობა და მექანიკური მორევა 60 ℃ ~ 65 ℃ ტემპერატურაზე განაგრძეთ მუდმივი ტემპერატურის გამათბობელ მაგნიტურ სარეველზე 10 ℃ წუთის განმავლობაში. ზედა ფენა გააშრეთ.

სუფთა ჭიქაში გამოიყენეთ ვერცხლის ნიტრატი ქლორიდის იონების შესამოწმებლად. თუ თეთრი ნალექი წარმოიქმნება, გაფილტრეთ იგი მინის ფილტრში და ამოიღეთ მყარი ნივთიერება.

გაიმეორეთ წინა ნაბიჯები სხეულის ნაწილისთვის მანამ, სანამ AgNO3 ხსნარის 1 წვეთის დამატების შემდეგ ფილტრატში თეთრი ნალექი არ დარჩება, ანუ გაწმენდა და გარეცხვა არ დასრულდება.

36

(ძირითადად რეაქციის თანმდევი პროდუქტის NaCl მოსაშორებლად). შეწოვის გზით ფილტრაციის, გაშრობის, ოთახის ტემპერატურამდე გაგრილების და აწონვის შემდეგ.

მასა, გ.

ცელულოზის ეთერების ტესტირებისა და დახასიათების მეთოდები

ჩანაცვლების ხარისხის (DS) და ჩანაცვლების მოლური ხარისხის (MS) განსაზღვრა

DS-ის განსაზღვრა: პირველ რიგში, აწონეთ გაწმენდილი და გამხმარი ცელულოზის ეთერის ნიმუშის 0.2 გ (სიზუსტით 0.1 მგ), გახსენით იგი

80 მლ გამოხდილი წყალი, მოურიეთ მუდმივი ტემპერატურის წყლის აბაზანაში 30℃~40℃ ტემპერატურაზე 10 წუთის განმავლობაში. შემდეგ დაარეგულირეთ გოგირდმჟავას ხსნარით ან NaOH ხსნარით.

ხსნარის pH-ის დონე 8-მდე გაზარდეთ. შემდეგ, pH-ის მრიცხველი ელექტროდით აღჭურვილ ჭიქაში გამოიყენეთ გოგირდმჟავას სტანდარტული ხსნარი.

ტიტრაციისთვის, მორევის პირობებში, ტიტრაციის დროს დააკვირდით pH მრიცხველის ჩვენებას, როდესაც ხსნარის pH მნიშვნელობა 3.74-მდეა დაყენებული.

ტიტრაცია მთავრდება. ყურადღება მიაქციეთ ამ დროს გამოყენებული გოგირდმჟავას სტანდარტული ხსნარის მოცულობას.

თაობა:

ზედა პროტონების რიცხვებისა და ჰიდროქსიეთილის ჯგუფის ჯამი

ზედა პროტონების რაოდენობის თანაფარდობა; I7 არის მეთილენის ჯგუფის მასა ჰიდროქსიეთილის ჯგუფზე

პროტონული რეზონანსის პიკის ინტენსივობა; არის ცელულოზის გლუკოზის ერთეულზე 5 მეთინის ჯგუფისა და ერთი მეთილენის ჯგუფის პროტონული რეზონანსის პიკის ინტენსივობა.

ჯამი.

სამი ცელულოზის ეთერის CMC, HEC და HEECMC ინფრაწითელი დახასიათების ტესტირებისთვის აღწერილი ტესტის მეთოდები

სამართალი

3.2.4.3 XRD ტესტი

სამი ცელულოზის ეთერის CMC, HEC და HEECMC-ის რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის დახასიათების ტესტი

აღწერილი ტესტის მეთოდი.

3.2.4.4 H-NMR-ის ტესტირება

HEC-ის H NMR სპექტრომეტრი გაიზომა BRUKER-ის მიერ წარმოებული Avance400 H NMR სპექტრომეტრით.

დეიტერირებული დიმეთილსულფოქსიდის გამხსნელად გამოყენებით, ხსნარი გამოსცადეს თხევადი წყალბადის ბირთვული მაგნიტური რეზონანსის სპექტროსკოპიით. ტესტის სიხშირე იყო 75.5 MHz.

თბილი, ხსნარი 0.5 მლ.

3.3 შედეგები და ანალიზი

3.3.1 CMC-ის მომზადების პროცესის ოპტიმიზაცია

მეორე თავში ამოღებული ფიჭვის ცელულოზის ნედლეულად და ეთერიფიკაციის აგენტად ნატრიუმის ქლორაცეტატის გამოყენებით, გამოყენებული იქნა ერთფაქტორიანი ექსპერიმენტის მეთოდი.

CMC-ის მომზადების პროცესი ოპტიმიზირებული იყო და ექსპერიმენტის საწყისი ცვლადები დაყენებული იყო ცხრილში 3.3 ნაჩვენები სახით. ქვემოთ მოცემულია HEC-ის მომზადების პროცესი

ხელოვნებაში, სხვადასხვა ფაქტორების ანალიზი.

ცხრილი 3.3 საწყისი ფაქტორის მნიშვნელობები

ფაქტორის საწყისი მნიშვნელობა

წინასწარი დამუშავების ტუტე ტემპერატურა/℃ 40

წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის დრო/სთ 1

წინასწარი დამუშავების მყარი და თხევადი თანაფარდობა/(გ/მლ) 1:25

წინასწარი დამუშავების ტუტე კონცენტრაცია/% 40

38

პირველი ეტაპის ეთერიფიკაციის ტემპერატურა/℃ 45

პირველი ეტაპის ეთერიფიკაციის დრო/სთ 1

მეორე ეტაპის ეთერიფიკაციის ტემპერატურა/℃ 70

მეორე ეტაპის ეთერიფიკაციის დრო/სთ 1

ეთერიფიკაციის ეტაპზე ძირითადი დოზა/გ 2

ეთერიფიკაციის ეტაპზე ეთერიფიკაციის აგენტის რაოდენობა/გ 4.3

ეთერიფიცირებული მყარი და თხევადი თანაფარდობა/(გ/მლ) 1:15

3.3.1.1 სხვადასხვა ფაქტორების გავლენა CMC-ის ჩანაცვლების ხარისხზე წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის ეტაპზე

1. წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის ტემპერატურის გავლენა CMC-ის ჩანაცვლების ხარისხზე

წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის ტემპერატურის გავლენის გათვალისწინების მიზნით მიღებულ CMC-ში ჩანაცვლების ხარისხზე, სხვა ფაქტორების საწყის მნიშვნელობებად დაფიქსირების შემთხვევაში,

ამ პირობებში განხილულია წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის ტემპერატურის გავლენა CMC-ის ჩანაცვლების ხარისხზე, ხოლო შედეგები ნაჩვენებია ნახ.

წინასწარი დამუშავების ტუტე ტემპერატურა/℃

წინასწარი დამუშავების ტუტე ტემპერატურის გავლენა CMC-ის ჩანაცვლების ხარისხზე

ჩანს, რომ CMC-ის ჩანაცვლების ხარისხი იზრდება წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის ტემპერატურის მატებასთან ერთად და ალკალიზაციის ტემპერატურა 30°C-ია.

ჩანაცვლების ზემოთ ჩამოთვლილი ხარისხები ტემპერატურის მატებასთან ერთად მცირდება. ეს იმიტომ ხდება, რომ ტუტეობის ტემპერატურა ძალიან დაბალია და მოლეკულები ნაკლებად აქტიურია და ვერ ახერხებენ

ეფექტურად ანადგურებს ცელულოზის კრისტალურ უბანს, რაც ართულებს ეთერიფიკაციის აგენტის შეღწევას ცელულოზის ინტერიერში ეთერიფიკაციის ეტაპზე და რეაქციის ხარისხი შედარებით მაღალია.

დაბალი, რაც პროდუქტის ჩანაცვლების დაბალ ხარისხს იწვევს. თუმცა, ტუტეობის ტემპერატურა არ უნდა იყოს ძალიან მაღალი. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მაღალი ტემპერატურისა და ძლიერი ტუტეების ზემოქმედებით,

ცელულოზა მიდრეკილია ჟანგვითი დეგრადაციისკენ, ხოლო პროდუქტის CMC-ის ჩანაცვლების ხარისხი მცირდება.

2. წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის დროის გავლენა CMC-ის ჩანაცვლების ხარისხზე

იმ პირობით, რომ წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის ტემპერატურა 30°C-ია და სხვა ფაქტორები საწყისი მნიშვნელობებია, განხილულია წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის დროის გავლენა CMC-ზე.

ჩანაცვლების ეფექტი. ჩანაცვლების ხარისხი

წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის დრო/სთ

წინასწარი დამუშავების ალკალიზაციის დროის გავლენაCMCჩანაცვლების ხარისხი

მოცულობითი შესქელების პროცესი თავისთავად შედარებით სწრაფია, მაგრამ ტუტე ხსნარს ბოჭკოში დიფუზიის გარკვეული დრო სჭირდება.

ჩანს, რომ როდესაც ტუტიზაციის დრო 0.5-1.5 საათია, პროდუქტის ჩანაცვლების ხარისხი იზრდება ტუტიზაციის დროის ზრდასთან ერთად.

მიღებული პროდუქტის ჩანაცვლების ხარისხი ყველაზე მაღალი იყო 1.5 საათის შემდეგ და ჩანაცვლების ხარისხი მცირდებოდა დროის ზრდასთან ერთად 1.5 საათის შემდეგ. ეს შეიძლება

შესაძლოა, ეს იმიტომ ხდება, რომ ტუტეობის დასაწყისში, ტუტეობის დროის გახანგრძლივებასთან ერთად, ცელულოზაში ტუტეების შეღწევა უფრო საკმარისია, რის გამოც ბოჭკო

პრაიმ სტრუქტურა უფრო მოდუნებულია, რაც ზრდის ეთერიფიკატორის და აქტიური გარემოს შემცველობას.