1 Introductio
In praesenti, materia prima principalis adhibita in praeparationeaether cellulosaeest gossipium, et eius productio decrescit, pretium quoque crescit;
Praeterea, agentes aetherificantes vulgo adhibiti, ut acidum chloroaceticum (valde toxicum) et oxydum aethylenicum (carcinogenicum), etiam corpori humano et ambitu nocentiores sunt. Liber
In hoc capitulo, cellulosa pinea, quae in capitulo secundo extracta est et puritas relativa plus quam 90% habet, ut materia prima adhibetur, et chloroacetas natrii et 2-chloroethanol ut substituta adhibentur.
Acido chloroacetico valde toxico ut agente aethereante, anionico, utendo.carboxymethylcellulosa (CMC), hydroxyethylcellulosa non-ionica parata est.
Cellulosa (HEC) et hydroxyethylcarboxymethylcellulosa mixta (HECMC), tres aetheres cellulosae, factor singularis.
Methodi praeparationis trium aetherum cellulosarum per experimenta et experimenta orthogonalia optimizatae sunt, et aethera cellulosa synthetica per FT-IR, XRD, H-NMR, etc. descripta sunt.
Fundamenta etherificationis cellulosae
Principium etherificationis cellulosae in duas partes dividi potest. Prima pars est processus alcalizationis, id est, per reactionem alcalizationis cellulosae.
Cellulosa pinea in solutione NaOH aequaliter dispersa sub actione agitationis mechanicae violenter tumescit, et cum expansione aquae.
Magna copia parvarum moleculorum NaOH in interiora cellulosae pineae penetravit et cum gregibus hydroxylis in anulo unitatis structuralis glucosii reagebat.
Cellulosam alcalinam generat, centrum activum reactionis etherificationis.
Pars secunda est processus etherificationis, id est, reactio inter centrum activum et chloroacetatum natricum vel 2-chloroethanolum sub condicionibus alcalinis, quod efficit...
Simul, agens etherificans natrii chloroacetas et 2-chloroethanol etiam certum gradum aquae sub condicionibus alcalinis producent.
Reactiones secundariae resolvuntur ad generandum natrii glycolatum et ethyleni glycolum, respective.
2 Praetractatio concentrata decrystallizationis alcalinae cellulosae pineae
Primum, certam concentrationem solutionis NaOH cum aqua deionizata para. Deinde, certa temperatura, 2g fibrae pini.
Vitaminum in certo volumine solutionis NaOH dissolvitur, per aliquod tempus agitatur, deinde ad usum filtratur.
Fabricator Exemplaris Instrumenti
pH-metrum praecisionis
Agitator magneticus calefaciens temperaturae constantis typus collectoris
Furnus siccatorius vacuum
Libra electronica
Antlia vacui multiproposita aquae circulantis
Spectrometrum Infrared Transformatum Fourier
Diffractometrum radiorum X
Spectrometrum Resonantiae Magneticae Nuclearis
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Instrumentorum Apparatus Societas, Ltd.
Societas Instrumentorum Experimentalum Jinghong Shanghaiensis, Ltd.
METTLER TOLEDO Instrumenta (Shanghai) Societas, Ltd.
Societas Instrumentorum Scientiae et Educationis Hangzhou David, Ltd.
Societas Americana Thermo Fisher, Ltd.
Societas Helvetica Thermoelectrica Americana ARL
Societas Helvetica BRUKER
35
Praeparatio CMCorum
Cellulosam alcalinam ligni pini praetractatam per decrystallizationem alcalinam concentratam ut materiam primam adhibendo, ethanolum ut solventem adhibendo et chloroacetatum natrii ut aetherificationem adhibendo.
CMC cum DS altiore paratum est bis alcali et bis agente aethereante addendo. Adde 2g cellulosae alcalinae ligni pini in ampullam quadricolli, deinde certum volumen solventis ethanoli adde, et bene agita per 30min.
deinde, ut cellulosa alcalina plene dispergatur. Deinde adde certam quantitatem agentis alcalini et chloroacetatis natrii ut per tempus quoddam ad certam temperaturam aetherificationis reagant.
Post tempus, secunda additio agentis alcalini et chloroacetatis natrii, deinde aetherificatio per aliquod tempus fit. Postquam reactio finita est, refrigera et refrigera, tum...
Neutraliza cum quantitate idonea acidi acetici glacialis, deinde filtrum suge, lava et sicca.
Praeparatio HECorum
Cellulosam alcalinam ligni pini praetractatam decrystallizatione alcalina concentrata ut materiam primam, ethanolum ut solventem et 2-chloroethanolum ut aetherificationem adhibens.
HEC cum MS altiore paratum est bis alcali et bis agente aethereante addendo. Adde 2g cellulosae alcalinae ligni pini in ampullam quadricolli, et adde certum volumen ethanoli 90% (fractionem voluminis), agita.
Agita per aliquod tempus ut plene dispergatur, deinde adde certam quantitatem alcali, et lente calefac, adde certum volumen 2-
Chloroethanol, temperatura constanti per tempus aethereificatum, deinde reliquum natrii hydroxidum et 2-chloroethanol additum est ut aetherificatio per tempus continuaretur. Tractatio...
Postquam reactio perfecta est, certa quantitate acidi acetici glacialis neutraliza, et denique filtro vitreo (G3) filtra, lava, et sicca.
Praeparatio HEMCC
Adhibito HEC praeparato in 3.2.3.4 ut materia prima, aethanolo ut medio reactionis, et chloroacetato natrii ut agente aethereante ad praeparandum...
HECMC. Processus specificus est: sume certam quantitatem HEC, in ampullam quadricolli 100 mL pone, deinde certam quantitatem voluminis adde.
Ethanolum 90%, mechanice per tempus agita ut plene dispergatur, post calefactionem certam quantitatem alcali adde, et lente adde.
Chloroacetas natrii, aetherificatio temperaturae constantis post tempus finitur. Post reactionem perfectam, acido acetico glaciali neutraliza, deinde filtro vitreo (G3) utere.
Post filtrationem suctionis, lavationem et siccationem.
Purificatio aetherum cellulosarum
In processu praeparationis aetheris cellulosae, saepe quaedam producta secundaria producuntur, praesertim sal inorganicum natrii chloridum et quaedam alia.
impuritates. Ad qualitatem aetheris cellulosi emendandam, purificatio simplex aetheris cellulosi obtenti peracta est, quia in aqua sunt.
Solubilitates variae sunt, ita experimentum certam fractionem voluminis ethanoli hydrati ad purificanda tria aethera cellulosae praeparata adhibet.
mutatio.
Exemplum aetheris cellulosici qualitate certa praeparatum in poculum pone, certam quantitatem ethanoli 80%, ad 60°C ~ 65°C prae calefacti, adde, et agitationem mechanicam ad 60°C ~ 65°C in agitatore magnetico temperaturae constantis per 10°C serva. Supernatans ad siccandum admove.
In poculo mundo, argentum nitratum adhibe ad iones chloridi investigandos. Si praecipitatum album est, per vitreum filtrum cola et solidum sume.
Gradus priores pro parte corporis itera, donec filtratum, post additionem unius guttae solutionis AgNO3, nullum praecipitamentum album habeat, id est, purificatio et ablutio completae sint.
36
in (praesertim ad removendum productum secundarium reactionis NaCl). Post filtrationem suctionis, exsiccationem, refrigerationem ad temperaturam ambientem et ponderationem.
massa, g.
Methodi Probationis et Characterizationis Aetherum Cellulosorum
Determinatio Gradus Substitutionis (DS) et Gradus Substitutionis Molaris (MS)
Determinatio DS: Primo, pondera 0.2 g (ad 0.1 mg accurate) exempli aetheris cellulosae purificati et siccati, dissolve in
Aquae destillatae 80 ml, in balneo aquae temperaturae constantis ad 30°C~40°C per 10 minuta agitatae. Deinde solutione acidi sulfurici vel solutione NaOH temperandae sunt.
pH solutionis donec pH solutionis sit 8. Deinde in poculo electrodo pH-metrico instructo, solutionem normalem acidi sulfurici adhibe.
Ad titrandum, sub agitatione, lectionem pH-metri observa dum titras, cum valor pH solutionis ad 3.74 adaptatus est.
Titratio finitur. Volumen solutionis acidi sulfurici standardis hoc tempore adhibitum nota.
Generatio:
Summa numerorum protonum superiorum et gregis hydroxyethylici
Ratio numeri protonum superiorum; I7 est massa gregis methyleni in grege hydroxyethylico.
Intensitas apicis resonantiae protonicae; est intensitas apicis resonantiae protonicae quinque gregum methini et unius gregis methyleni in unitate cellulosae glucosii.
Summa.
Methodi probationum descriptae ad probationem characterisationis infrarubrae trium aetherum cellulosicorum CMC, HEC et HEECMC.
Lex
3.2.4.3 Examen XRD
Examen Characterizationis Analyseos Diffractionis Radiorum X Trium Aetherum Cellulosorum: CMC, HEC, et HEECMC
methodus probationis descripta.
3.2.4.4 Examinatio H-NMR
Spectrometrum H NMR spectrometro Avance400 H NMR a BRUKER producto mensuratum est.
Solutio, solvente dimethylsulfoxido deuterato adhibito, per spectroscopiam NMR hydrogenii liquidi examinata est. Frequentia examinationis 75.5 MHz erat.
Calida, solutio est 0.5mL.
3.3 Resultata et Analysis
3.3.1 Optimizatio processus praeparationis CMC
Cellulosa pinea in capitulo secundo extracta ut materia prima adhibita, et chloroacetato natrii ut agente aethereante adhibito, methodus experimenti unius factoris adhibita est.
Processus praeparationis CMC optimus factus est, et variabiles initiales experimenti constitutae sunt ut in Tabula 3.3 demonstratur. Sequitur processus praeparationis HEC.
In arte, analysis variorum factorum.
Tabula 3.3 Valores Factorum Initialium
Factor Valor initialis
Temperatura alcalizans praecurationis/℃ 40
Tempus alcalisationis praecurationis/h 1
Ratio solidi et liquidi ante curationem/(g/mL) 1:25
Concentratio lixivii ante curationem/% 40
38
Temperatura etherificationis primi gradus/℃ 45
Tempus etherificationis primi stadii/h 1
Temperatura etherificationis secundae stadii/℃ 70
Tempus etherificationis secundi gradus/h 1
Dosis fundamentalis in stadio etherificationis/g²
Quantitas agentis aetherificantis in stadio aetherificationis/g 4.3
Proportio solidi et liquidi aetherificati/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Influentia variorum factorum in gradum substitutionis CMC in stadio alcalizationis ante curationem
1. Effectus temperaturae alcalizationis praecurationis in gradum substitutionis CMC
Ut effectus temperaturae alcalizationis ante curationem in gradum substitutionis in CMC obtenta consideretur, si alii factores ut valores initiales constituantur,
Sub his condicionibus, effectus temperaturae alcalizationis praecurationis in gradum substitutionis CMC disputatur, et eventus in Figura (Fig.) monstrantur.
Temperatura alcalisans praecurationis/℃
Effectus temperaturae alcalisantis praecurationis in gradum substitutionis CMC
Parere potest gradum substitutionis CMC augeri cum incremento temperaturae alkalizationis praecurationis, et temperaturam alkalizationis esse 30°C.
Gradus substitutionis supradicti cum temperatura crescente decrescunt. Hoc fit quia temperatura alcalisans nimis humilis est, et moleculae minus activae sunt et non possunt...
Efficaciter destruit aream crystallinam cellulosae, quod difficile reddit agentem aetherificantem intrare interiora cellulosae in stadio aetherificationis, et gradus reactionis relative altus est.
humilis, quod ad minorem gradum substitutionis producti perducit. Attamen temperatura alcalizationis non nimis alta esse debet. Cum temperatura crescit, sub actione altae temperaturae et alcali fortis,
Cellulosa degradationi oxidativae prona est, et gradus substitutionis producti CMC decrescit.
2. Influentia temporis alcalinizationis ante curationem in gradum substitutionis CMC
Sub condicione ubi temperatura alcalizationis praecurationis 30°C est et alii factores valores initiales sunt, effectus temporis alcalizationis praecurationis in CMC disputatur.
Effectus substitutionis. Gradus substitutionis.
Tempus alcalisationis praecurationis/h
Effectus temporis alcalinizationis praecurationis inCMCgradus substitutionis
Ipse processus augmentationis massae relative celer est, sed solutio alcalina certum tempus diffusionis in fibra requirit.
Patere potest cum tempus alkalizationis est 0.5-1.5h, gradum substitutionis producti augeri cum incremento temporis alkalizationis.
Gradus substitutionis producti obtenti maximus erat cum tempus 1.5h erat, et gradus substitutionis cum incremento temporis post 1.5h decrevit. Hoc potest...
Fieri potest quia initio alcalizationis, cum tempus alcalizationis prolongatur, infiltratio alcali in cellulosam sufficiens est, ita ut fibra...
Structura prima magis relaxata est, agentem aethereum et medium activum augens.
Tempus publicationis: XXVI Aprilis MMXXIV