1 Кіріспе
Қазіргі уақытта дайындауда қолданылатын негізгі шикізатцеллюлоза эфирімақта болып табылады, және оның өндірісі төмендеп, бағасы да өсуде;
Сонымен қатар, хлорсірке қышқылы (өте улы) және этилен оксиді (канцерогенді) сияқты кеңінен қолданылатын эфирлендіргіш заттар да адам ағзасы мен қоршаған ортаға зиянды. Кітап
Бұл тарауда шикізат ретінде екінші тарауда алынған салыстырмалы тазалығы 90%-дан астам қарағай целлюлозасы, ал алмастырғыштар ретінде натрий хлорацетаты мен 2-хлорэтанол қолданылады.
Эфирлейтін агент ретінде өте улы хлорсірке қышқылын қолдану, аниондыкарбоксиметилцеллюлоза (CMC), иондық емес гидроксиэтилцеллюлоза дайындалды.
Целлюлоза (HEC) және аралас гидроксиэтилкарбоксиметилцеллюлоза (HECMC) үш целлюлоза эфирлері. бір факторлы
Үш целлюлоза эфирін дайындау әдістері тәжірибелер мен ортогоналды тәжірибелер арқылы оңтайландырылды, ал синтезделген целлюлоза эфирлері FT-IR, XRD, H-NMR және т.б. арқылы сипатталды.
Целлюлоза этерификациясының негіздері
Целлюлоза эфирлену принципін екі бөлікке бөлуге болады. Бірінші бөлігі - сілтілену процесі, яғни целлюлозаның сілтілену реакциясы кезінде,
NaOH ерітіндісінде біркелкі таралған қарағай целлюлозасы механикалық араластыру әсерінен және судың кеңеюімен қатты ісінеді.
Қарағай целлюлозасының ішіне NaOH ұсақ молекулаларының көп мөлшері еніп, глюкоза құрылымдық бірлігінің сақинасындағы гидроксил топтарымен әрекеттеседі,
Эфирлену реакциясының белсенді орталығы - сілтілі целлюлозаны түзеді.
Екінші бөлігі - эфирлеу процесі, яғни белсенді орталық пен натрий хлорацетаты немесе 2-хлорэтанол арасындағы сілтілі жағдайда жүретін реакция, нәтижесінде
Сонымен қатар, эфирлейтін агент натрий хлорацетаты және 2-хлорэтанол да сілтілі жағдайда белгілі бір дәрежеде су түзеді.
Жанама реакциялар сәйкесінше натрий гликоляты мен этиленгликоль түзу үшін шешіледі.
2 Қарағай целлюлозасын концентрлі сілтілі декристаллдау арқылы алдын ала өңдеу
Алдымен, деионизацияланған сумен NaOH ерітіндісінің белгілі бір концентрациясын дайындаңыз. Содан кейін, белгілі бір температурада 2 г қарағай талшығы
Витамин белгілі бір көлемдегі NaOH ерітіндісінде ерітіліп, біраз уақыт араластырылып, содан кейін қолдану үшін сүзіледі.
Аспап моделін өндіруші
Дәл рН өлшегіші
Коллекторлық типтегі тұрақты температуралы қыздыру магниттік араластырғышы
Вакуумдық кептіру пеші
Электрондық баланс
Айналымдағы су типті көп мақсатты вакуумдық сорғы
Фурье түрлендіру инфрақызыл спектрометрі
Рентгендік дифрактометр
Ядролық магниттік-резонанстық спектрометр
Ханчжоу Аолилун аспаптар компаниясы, ЖШС
Ханчжоу Хуйчуан аспап жабдықтары компаниясы
Шанхай Jinghong эксперименттік жабдықтар компаниясы, ЖШС
METTLER TOLEDO Instruments (Шанхай) Co., Ltd.
Ханчжоу Дэвид ғылым және білім беру құралдары компаниясы
American Thermo Fisher Co., Ltd.
Америкалық термоэлектрлік Швейцария ARL компаниясы
Швейцариялық BRUKER компаниясы
35
CMC дайындау
Шикізат ретінде концентрлі сілтілі декристаллдау арқылы алдын ала өңделген қарағай ағашының сілтілік целлюлозасын, еріткіш ретінде этанолды және эфирлеу ретінде натрий хлорацетатымен пайдалану
Жоғары DS бар CMC екі рет сілті және екі рет эфирлейтін агент қосу арқылы дайындалды. Төрт мойынды колбаға 2 г қарағай ағашының сілтілік целлюлозасын қосыңыз, содан кейін белгілі бір көлемде этанол еріткішін қосып, 30 минут бойы жақсылап араластырыңыз.
шамамен, осылайша сілтілік целлюлоза толығымен дисперсті болады. Содан кейін белгілі бір мөлшерде сілтілік агент пен натрий хлорацетат қосып, белгілі бір уақыт аралығында эфирлену температурасында әрекеттеседі.
Уақыт өткеннен кейін, сілтілі агент пен натрий хлорацетатының екінші қосылуы, содан кейін біраз уақыт эфирленуі жүргізіледі. Реакция аяқталғаннан кейін, суытып, суытыңыз, содан кейін
Мұздық сірке қышқылының тиісті мөлшерімен бейтараптандырыңыз, содан кейін сүзгіден өткізіп, жуып, кептіріңіз.
ЖЭК дайындау
Шикізат ретінде концентрлі сілтілі декристаллизациямен алдын ала өңделген қарағай ағашының сілтілік целлюлозасын, еріткіш ретінде этанолды және эфирлеу ретінде 2-хлорэтанолды қолдану
Жоғары MS бар ГЭК екі рет сілті және екі рет эфирлейтін агент қосу арқылы дайындалды. Төрт мойынды колбаға 2 г қарағай ағашының сілтілік целлюлозасын қосып, белгілі бір көлемде 90% (көлемдік үлес) этанол қосып, араластырыңыз.
Толық ерігенше біраз уақыт араластырыңыз, содан кейін белгілі бір мөлшерде сілті қосып, баяу қыздырыңыз, белгілі бір көлемде 2- қосыңыз.
Хлорэтанол белгілі бір уақыт ішінде тұрақты температурада эфирленеді, содан кейін белгілі бір уақыт ішінде эфирленуді жалғастыру үшін қалған натрий гидроксиді мен 2-хлорэтанол қосылады.
Реакция аяқталғаннан кейін, белгілі бір мөлшерде мұз сірке қышқылымен бейтараптандырыңыз, соңында шыны сүзгімен (G3) сүзіңіз, жуыңыз және кептіріңіз.
HEMCC дайындау
3.2.3.4-тармақта дайындалған ГЭК шикізат ретінде, этанол реакция ортасы ретінде және натрий хлорацетатының эфир түзуші агент ретінде пайдаланылуы
HECMC. Нақты процесс: белгілі бір мөлшерде HEC алыңыз, оны 100 мл төрт мойынды колбаға салыңыз, содан кейін белгілі бір көлем қосыңыз.
90% этанолды толығымен дисперсиялау үшін механикалық түрде біраз уақыт араластырыңыз, қыздырғаннан кейін белгілі бір мөлшерде сілтіні қосып, баяу қосыңыз
Натрий хлорацетаты, тұрақты температурадағы эфирлену белгілі бір уақыттан кейін аяқталады. Реакция аяқталғаннан кейін оны бейтараптандыру үшін мұз сірке қышқылымен бейтараптандырыңыз, содан кейін шыны сүзгіні (G3) пайдаланыңыз.
Сорғыш сүзгіден өткізгеннен кейін жуып, кептіреді.
Целлюлоза эфирлерін тазарту
Целлюлоза эфирін дайындау процесінде көбінесе кейбір қосымша өнімдер, негізінен бейорганикалық тұз натрий хлориді және басқа да кейбір заттар түзіледі.
қоспалар. Целлюлоза эфирінің сапасын жақсарту үшін алынған целлюлоза эфиріне қарапайым тазарту жүргізілді. себебі олар суда
Әртүрлі ерігіштіктері бар, сондықтан тәжірибеде дайындалған үш целлюлоза эфирін тазарту үшін гидратталған этанолдың белгілі бір көлемдік үлесі қолданылады.
өзгеріс.
Белгілі бір сапамен дайындалған целлюлоза эфирінің үлгісін стаканға салыңыз, 60 ℃ ~ 65 ℃ дейін алдын ала қыздырылған 80% этанолдың белгілі бір мөлшерін қосыңыз және тұрақты температурада қыздырылатын магнитті араластырғышта 60 ℃ ~ 65 ℃ температурада механикалық араластыруды 10 ℃ бойы ұстаңыз. Супернатанттың кептірілуіне мүмкіндік беріңіз.
Таза стаканда хлорид иондарын тексеру үшін күміс нитратын пайдаланыңыз. Егер ақ тұнба пайда болса, оны шыны сүзгіден өткізіп, қатты затты алыңыз.
Дене бөлігі үшін алдыңғы қадамдарды AgNO3 ерітіндісінің 1 тамшысын қосқаннан кейін фильтратта ақ тұнба пайда болғанша, яғни тазарту және жуу аяқталғанша қайталаңыз.
36
(негізінен реакцияның қосымша өнімі NaCl-ді кетіру үшін). Сорғаннан кейін сүзгіден өткізіп, кептіріп, бөлме температурасына дейін суытып, өлшейді.
массасы, г
Целлюлоза эфирлерін сынау және сипаттау әдістері
Алмастыру дәрежесін (DS) және молярлық алмастыру дәрежесін (MS) анықтау
ДС анықтау: Алдымен тазартылған және кептірілген целлюлоза эфирінің үлгісінен 0,2 г (0,1 мг дәлдікпен) өлшеп, оны ерітіңіз
80 мл дистилденген су құйып, 30℃ ~ 40℃ температурада тұрақты температурадағы су моншасында 10 минут араластырыңыз. Содан кейін күкірт қышқылының ерітіндісімен немесе NaOH ерітіндісімен реттеңіз.
Ерітіндінің рН мәнін 8-ге жеткенше өлшеңіз. Содан кейін рН өлшегіш электроды бар стаканда күкірт қышқылының стандартты ерітіндісін қолданыңыз.
Араластыру жағдайында титрлеу үшін, ерітіндінің рН мәні 3,74-ке реттелген кезде титрлеу кезінде рН метрінің көрсеткішін бақылаңыз,
Титрлеу аяқталады. Осы уақытта қолданылған күкірт қышқылының стандартты ерітіндісінің көлемін ескеріңіз.
Буын:
Жоғарғы протон сандары мен гидроксиэтил тобының қосындысы
Жоғарғы протондар санының қатынасы; I7 - гидроксиэтил тобындағы метилен тобының массасы
Протон резонанс шыңының қарқындылығы; целлюлоза-глюкоза блогындағы 5 метин тобының және бір метилен тобының протон резонанс шыңының қарқындылығы
Қосынды.
CMC, HEC және HEECMC үш целлюлоза эфирлерінің инфрақызыл сипаттамаларын сынау үшін сипатталған сынақ әдістері
Заң
3.2.4.3 Рентгендік резонанс сынағы
CMC, HEC және HEECMC үш целлюлоза эфирлерінің рентгендік дифракциялық талдау сипаттамасын тексеру
сипатталған сынақ әдісі.
3.2.4.4 H-ЯМР тестілеуі
HEC H ЯМР спектрометрі BRUKER компаниясы шығарған Avance400 H ЯМР спектрометрімен өлшенді.
Еріткіш ретінде дейтерленген диметилсульфоксидті қолдана отырып, ерітінді сұйық сутегі ЯМР спектроскопиясы арқылы сыналды. Сынақ жиілігі 75,5 МГц болды.
Жылы, ерітінді 0,5 мл.
3.3 Нәтижелер және талдау
3.3.1 CMC дайындау процесін оңтайландыру
Екінші тарауда алынған қарағай целлюлозасын шикізат ретінде және натрий хлорацетатының эфирлеуші агент ретінде пайдаланылуы бір факторлы эксперимент әдісін қолданды,
CMC дайындау процесі оңтайландырылды, ал эксперименттің бастапқы айнымалылары 3.3 кестесінде көрсетілгендей орнатылды. Төменде HEC дайындау процесі берілген.
Өнерде әртүрлі факторларды талдау.
3.3-кесте Бастапқы факторлық мәндер
Бастапқы мәнді фактор
Алдын ала өңдеу кезінде сілтілеу температурасы/℃ 40
Алдын ала өңдеу уақыты/сағ 1
Өңдеу алдындағы қатты-сұйықтық қатынасы/(г/мл) 1:25
Өңдеу алдындағы сілті концентрациясы/% 40
38
Бірінші сатыдағы этерификация температурасы/℃ 45
Бірінші сатыдағы эфирлену уақыты/сағ 1
Екінші сатыдағы этерификация температурасы/℃ 70
Екінші сатыдағы этерификация уақыты/сағ 1
Эфирификация сатысындағы негізгі доза/г 2
Эфирлеу сатысындағы эфирлендіргіш агенттің мөлшері/г 4.3
Эфирленген қатты зат-сұйық зат қатынасы/(г/мл) 1:15
3.3.1.1 Өңдеуге дейінгі сілтілеу сатысында CMC алмастыру дәрежесіне әртүрлі факторлардың әсері
1. Өңдеу алдындағы сілтілеу температурасының CMC алмастыру дәрежесіне әсері
Бастапқы мәндер ретінде басқа факторларды бекіту жағдайында, алынған CMC-дегі орын басу дәрежесіне өңдеу алдындағы сілтілеу температурасының әсерін ескеру үшін,
Шарттарда, өңдеу алдындағы сілтілену температурасының CMC алмастыру дәрежесіне әсері талқыланады және нәтижелері суретте көрсетілген.
Алдын ала өңдеу кезінде сілтілеу температурасы/℃
Алдын ала өңдеу кезінде сілтілеу температурасының CMC алмастыру дәрежесіне әсері
CMC алмастыру дәрежесі өңдеу алдындағы сілтілеу температурасының жоғарылауымен артатынын және сілтілеу температурасы 30 °C екенін көруге болады.
Жоғарыда көрсетілген алмастыру дәрежелері температураның жоғарылауымен төмендейді. Себебі сілтілену температурасы тым төмен, ал молекулалар белсенділігі төмендейді және ...
Целлюлозаның кристалды аймағын тиімді түрде бұзады, бұл эфирлеу сатысында эфирлейтін агенттің целлюлозаның ішіне енуін қиындатады және реакция дәрежесі салыстырмалы түрде жоғары.
төмен, бұл өнімнің алмасу дәрежесінің төмендеуіне әкеледі. Дегенмен, сілтілену температурасы тым жоғары болмауы керек. Температура жоғарылаған сайын, жоғары температура мен күшті сілті әсерінен,
Целлюлоза тотығу ыдырауына бейім, ал өнімнің CMC алмастыру дәрежесі төмендейді.
2. Өңдеу алдындағы сілтілену уақытының CMC алмастыру дәрежесіне әсері
Егер өңдеу алдындағы сілтілеу температурасы 30 °C және басқа факторлар бастапқы мәндер болса, өңдеу алдындағы сілтілеу уақытының CMC-ге әсері талқыланады.
Алмастырудың әсері. Алмастыру дәрежесі
Алдын ала өңдеу уақыты/сағ
Емдеу алдындағы сілтілеу уақытының әсеріCMCалмастыру дәрежесі
Көлемдеу процесінің өзі салыстырмалы түрде жылдам, бірақ сілті ерітіндісі талшықта белгілі бір диффузия уақытын қажет етеді.
Сілтілену уақыты 0,5-1,5 сағат болғанда, өнімнің орын басу дәрежесі сілтілену уақытының артуымен артатынын көруге болады.
Алынған өнімнің алмастыру дәрежесі уақыт 1,5 сағат болғанда ең жоғары болды, ал алмастыру дәрежесі 1,5 сағаттан кейін уақыттың ұзаруымен төмендеді. Бұл мүмкін
Бұл сілтіленудің басында, сілтілену уақыты ұзарған сайын, сілтінің целлюлозаға енуі жеткілікті болатындықтан болуы мүмкін, сондықтан талшық
Негізгі құрылым босаңсыған, эфирлендіргіш агент пен белсенді ортаны арттырады
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 26 сәуір