1. 서론
현재 제조에 사용되는 주요 원료는 다음과 같습니다.셀룰로오스 에테르면화는 생산량이 감소하고 있는 반면 가격은 상승하고 있습니다.
게다가, 흔히 사용되는 에테르화제인 클로로아세트산(독성이 매우 강함)과 에틸렌옥사이드(발암성)는 인체와 환경에 더욱 해롭습니다.
본 장에서는 2장에서 추출한 순도 90% 이상의 소나무 셀룰로오스를 원료로 사용하고, 아세트산나트륨과 2-클로로에탄올을 대체재로 사용한다.
독성이 매우 강한 클로로아세트산을 에테르화제로 사용하여 음이온카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)비이온성 하이드록시에틸 셀룰로오스가 제조되었다.
셀룰로오스(HEC)와 혼합 하이드록시에틸 카르복시메틸 셀룰로오스(HECMC)는 세 가지 셀룰로오스 에테르입니다. 단일 인자
세 가지 셀룰로오스 에테르의 제조 기술은 실험 및 직교 실험을 통해 최적화되었으며, 합성된 셀룰로오스 에테르는 FT-IR, XRD, H-NMR 등의 분석을 통해 특성을 분석하였다.
셀룰로오스 에테르화의 기본 원리
셀룰로오스 에테르화의 원리는 크게 두 부분으로 나눌 수 있다. 첫 번째는 알칼리화 과정으로, 셀룰로오스의 알칼리화 반응 동안,
수산화나트륨 용액에 고르게 분산된 소나무 셀룰로오스는 기계적 교반 작용과 물의 팽창에 의해 격렬하게 팽창합니다.
다량의 NaOH 소분자가 소나무 셀룰로오스 내부로 침투하여 포도당 구조 단위의 고리에 있는 하이드록실기와 반응했습니다.
에테르화 반응의 활성 중심인 알칼리 셀룰로오스를 생성합니다.
두 번째 단계는 에테르화 과정, 즉 알칼리 조건 하에서 활성 중심과 아세트산나트륨 또는 2-클로로에탄올이 반응하여 생성물이 얻어지는 과정입니다.
동시에, 에테르화제인 아세트산나트륨과 2-클로로에탄올은 알칼리 조건에서 일정량의 물을 생성하기도 합니다.
부반응은 각각 글리콜산나트륨과 에틸렌글리콜을 생성하는 것으로 해결됩니다.
2. 소나무 셀룰로오스의 고농도 알칼리 탈결정 전처리
먼저, 탈이온수를 이용하여 일정 농도의 NaOH 용액을 제조합니다. 그런 다음, 특정 온도에서 소나무 섬유 2g을 준비합니다.
비타민을 일정량의 수산화나트륨 용액에 녹이고 일정 시간 동안 저어준 다음 여과하여 사용합니다.
계측기 모델 제조사
정밀 pH 측정기
집진형 정온 가열 자석 교반기
진공 건조 오븐
전자저울
순환수형 다목적 진공 펌프
푸리에 변환 적외선 분광기
X선 회절 분석기
핵자기공명 분광기
항저우 아오리롱 계측기 유한회사
항저우 후이촹 계측기기 유한회사
상하이 징훙 실험장비 유한회사
메틀러 톨레도 인스트루먼트(상하이) 유한회사
항저우 데이비드 과학 교육기기 유한회사
미국 써모피셔 주식회사
미국 열전기 스위스 ARL 회사
스위스 회사 BRUKER
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CMC 준비
농축 알칼리 탈결정화로 전처리된 소나무 목재 알칼리 셀룰로오스를 원료로 사용하고, 에탄올을 용매로, 클로로아세트산나트륨을 에테르화제로 사용하였다.
높은 DS를 갖는 CMC는 알칼리를 두 번, 에테르화제를 두 번 첨가하여 제조하였다. 4구 플라스크에 소나무 목재 알칼리 셀룰로오스 2g을 넣고, 일정량의 에탄올 용매를 첨가한 후 30분간 잘 교반하였다.
알칼리 셀룰로오스가 완전히 분산될 때까지 가열한 후, 일정량의 알칼리제와 아세트산나트륨을 첨가하여 특정 에테르화 온도에서 일정 시간 동안 반응시킨다.
일정 시간이 지난 후, 알칼리 시약과 아세트산나트륨을 두 번째로 첨가하고 일정 시간 동안 에테르화 반응을 진행합니다. 반응이 끝나면 냉각시키고, 그 다음
적당량의 빙초산으로 중화시킨 후 흡입 여과하고 세척 및 건조합니다.
HEC 준비
고농도 알칼리 탈결정화로 전처리된 소나무 목재 알칼리 셀룰로오스를 원료로, 에탄올을 용매로, 2-클로로에탄올을 에테르화제로 사용하여 반응을 진행하였다.
MS 값이 더 높은 HEC는 알칼리를 두 번, 에테르화제를 두 번 첨가하여 제조하였다. 4구 플라스크에 소나무 목재 알칼리 셀룰로오스 2g을 넣고 90%(부피 분율) 에탄올 일정량을 첨가하여 교반하였다.
일정 시간 동안 저어 완전히 분산시킨 후, 일정량의 알칼리를 첨가하고 천천히 가열한 다음, 일정량의 2-를 첨가합니다.
염화에탄올을 일정 온도에서 일정 시간 동안 에테르화시킨 후, 남은 수산화나트륨과 2-클로로에탄올을 첨가하여 일정 시간 동안 에테르화 반응을 계속 진행하였다.
반응이 완료되면 일정량의 빙초산으로 중화시키고 마지막으로 유리 필터(G3)로 여과한 후 세척하고 건조합니다.
HEMCC 준비
3.2.3.4에서 제조한 HEC를 원료로, 에탄올을 반응매질로, 에테르화제로 클로로아세트산나트륨을 사용하여 제조한다.
HECMC. 구체적인 과정은 다음과 같습니다. 일정량의 HEC를 100mL 사구 플라스크에 넣고, 일정량의 용액을 첨가합니다.
90% 에탄올을 넣고 기계적으로 일정 시간 교반하여 완전히 분산시킨 후, 가열하고 일정량의 알칼리를 첨가한 다음 천천히 첨가합니다.
염화아세트산나트륨을 사용하여 일정 온도에서 에테르화 반응을 진행하면 일정 시간이 지난 후 반응이 완료됩니다. 반응이 완료되면 빙초산으로 중화시킨 후 유리 필터(G3)를 사용하여 걸러냅니다.
흡입 여과 후 세척 및 건조 과정을 거칩니다.
셀룰로오스 에테르의 정제
셀룰로오스 에테르 제조 과정에서 종종 무기염인 염화나트륨과 기타 부산물이 생성됩니다.
불순물. 셀룰로오스 에테르의 품질을 향상시키기 위해 얻어진 셀룰로오스 에테르에 간단한 정제 과정을 수행했습니다. 왜냐하면 이들은 물에 존재하기 때문입니다.
용해도가 다르기 때문에, 이 실험에서는 특정 부피 분율의 수화 에탄올을 사용하여 제조된 세 가지 셀룰로오스 에테르를 정제합니다.
변화.
일정한 품질로 제조된 셀룰로오스 에테르 시료를 비커에 넣고, 60℃~65℃로 예열된 80% 에탄올을 일정량 첨가한 후, 항온 가열 자석 교반기를 이용하여 60℃~65℃에서 10℃/분 동안 기계적 교반을 유지한다. 상등액을 취하여 건조시킨다.
깨끗한 비커에 질산은을 넣어 염화이온이 있는지 확인합니다. 흰색 침전물이 생기면 유리 필터로 걸러내고 고체만 취합니다.
은질산나트륨 용액 1방울을 첨가한 후 여과액에 흰색 침전물이 더 이상 나타나지 않을 때까지, 즉 정제 및 세척이 완료될 때까지 신체 부위에 대해 이전 단계를 반복합니다.
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(주로 반응 부산물인 NaCl을 제거하기 위해) 여과 과정을 거친 후, 건조시키고 실온으로 냉각시킨 다음 무게를 측정합니다.
질량, g.
셀룰로스 에테르의 시험 및 특성 분석 방법
치환도(DS) 및 몰 치환도(MS) 측정
DS 측정: 먼저 정제 및 건조된 셀룰로오스 에테르 시료 0.2g(정확도 0.1mg)을 칭량하여 용매에 용해시킨다.
증류수 80mL를 넣고 30℃~40℃의 항온 수조에서 10분간 교반합니다. 그런 다음 황산 용액 또는 수산화나트륨 용액으로 조정합니다.
용액의 pH가 8이 될 때까지 용액의 pH를 조절합니다. 그런 다음 pH 측정기 전극이 장착된 비커에 황산 표준 용액을 넣습니다.
적정을 할 때는 교반 조건하에서 적정하는 동안 pH 측정기의 수치를 관찰하여 용액의 pH 값이 3.74로 조절되면 적정을 진행한다.
적정이 끝났습니다. 이때 사용된 황산 표준 용액의 부피를 기록해 두십시오.
세대:
위쪽 양성자 수의 합과 하이드록시에틸기
위쪽 양성자 수의 비율; I7은 하이드록시에틸기의 메틸렌기의 질량입니다.
양성자 공명 피크의 강도는 셀룰로오스 포도당 단위에 있는 5개의 메틴기와 1개의 메틸렌기의 양성자 공명 피크의 강도입니다.
합집합.
본 명세서에서는 세 가지 셀룰로오스 에테르인 CMC, HEC 및 HEECMC의 적외선 특성 분석 시험에 대해 기술된 시험 방법을 설명합니다.
법
3.2.4.3 XRD 테스트
셀룰로오스 에테르 CMC, HEC 및 HEECMC 세 가지의 X선 회절 분석 특성 분석 시험
설명된 테스트 방법.
3.2.4.4 H-NMR 테스트
HEC의 1H NMR 분광기는 BRUKER 사에서 제작한 Avance400 1H NMR 분광기를 사용하여 측정하였다.
중수소화 디메틸설폭사이드를 용매로 사용하여 액체 수소 NMR 분광법으로 용액을 분석하였다. 분석 주파수는 75.5MHz였다.
따뜻하게 데운 용액의 양은 0.5mL입니다.
3.3 결과 및 분석
3.3.1 CMC 제조 공정 최적화
제2장에서 추출한 소나무 셀룰로오스를 원료로 하고, 에테르화제로 아세트산나트륨을 사용하여 단일인자 실험 방법을 채택하였다.
CMC의 제조 공정을 최적화하였고, 실험의 초기 변수는 표 3.3과 같이 설정하였다. 다음은 HEC의 제조 공정이다.
예술에서는 다양한 요소를 분석한다.
표 3.3 초기 인자 값
요소 초기값
전처리 알칼리화 온도/℃ 40
전처리 알칼리화 시간/시간 1
전처리 고체-액체 비율/(g/mL) 1:25
전처리 가성소다 농도/% 40
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1단계 에테르화 온도/℃ 45
1단계 에테르화 시간/시간 1
2단계 에테르화 온도/℃ 70
2단계 에테르화 시간/시간 1
에테르화 단계에서의 기본 투여량/g 2
에테르화 단계에서 사용된 에테르화제의 양/g 4.3
에테르화된 고체-액체 비율/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 전처리 알칼리화 단계에서 CMC 치환도에 미치는 다양한 요인의 영향
1. 전처리 알칼리화 온도가 CMC의 치환도에 미치는 영향
다른 요인들을 초기값으로 고정했을 때, 전처리 알칼리화 온도가 얻어진 CMC의 치환도에 미치는 영향을 고려하기 위해,
본 실험 조건에서 전처리 알칼리화 온도가 CMC 치환도에 미치는 영향을 분석하였으며, 그 결과는 그림에 나타냈다.
전처리 알칼리화 온도/℃
전처리 알칼리화 온도가 CMC 치환도에 미치는 영향
전처리 알칼리화 온도가 증가함에 따라 CMC의 치환도가 증가하는 것을 알 수 있으며, 이때 알칼리화 온도는 30°C이다.
위의 치환도는 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 이는 알칼리화 온도가 너무 낮아 분자의 활성이 떨어지고 제대로 반응하지 못하기 때문입니다.
셀룰로오스의 결정 영역을 효과적으로 파괴하여 에테르화 단계에서 에테르화제가 셀룰로오스 내부로 침투하기 어렵게 만들고, 반응 정도를 비교적 높게 유지합니다.
알칼리화 온도가 낮으면 생성물 치환도가 낮아집니다. 그러나 알칼리화 온도가 너무 높아서도 안 됩니다. 온도가 상승함에 따라 고온 및 강알칼리의 작용으로 인해
셀룰로오스는 산화적 분해에 취약하며, 생성물인 CMC의 치환 정도가 감소합니다.
2. 전처리 알칼리화 시간에 따른 CMC 치환도 변화
전처리 알칼리화 온도를 30°C로 하고 다른 요인들은 초기값으로 가정했을 때, 전처리 알칼리화 시간이 CMC에 미치는 영향을 고찰하였다.
치환 효과. 치환 정도
전처리 알칼리화 시간/시간
전처리 알칼리화 시간에 따른 영향CMC치환도
팽창 공정 자체는 비교적 빠르지만, 알칼리 용액이 섬유 내부로 확산되는 데에는 일정 시간이 필요합니다.
알칼리화 시간이 0.5~1.5시간일 때, 생성물의 치환도는 알칼리화 시간이 증가함에 따라 증가하는 것을 알 수 있다.
얻어진 생성물의 치환도는 반응 시간이 1.5시간일 때 가장 높았으며, 1.5시간 이후에는 시간이 증가함에 따라 치환도가 감소했다.
알칼리화 초기에는 알칼리화 시간이 길어질수록 셀룰로오스에 알칼리가 더 충분히 침투하여 섬유가 더 잘 알칼리화되기 때문일 수 있습니다.
기본 구조는 더욱 완화되어 에테르화제와 활성 매체의 양이 증가합니다.
게시 시간: 2024년 4월 26일