1 Ievads
Pašlaik galvenā izejviela, ko izmanto pagatavošanācelulozes ēterisir kokvilna, un tās ražošanas apjoms samazinās, un arī cena pieaug;
Turklāt bieži lietotie ēterificējošie līdzekļi, piemēram, hloretiķskābe (ļoti toksiska) un etilēnoksīds (kancerogēns), ir arī kaitīgāki cilvēka organismam un videi. Grāmata
Šajā nodaļā kā izejviela tiek izmantota otrajā nodaļā ekstrahētā priedes celuloze ar relatīvo tīrību vairāk nekā 90%, un kā aizstājēji tiek izmantoti nātrija hloracetāts un 2-hloretanols.
Izmantojot ļoti toksisku hloretiķskābi kā ēterificējošu vielu, anjonukarboksimetilceluloze (CMC), tika sagatavota nejonu hidroksietilceluloze.
Celuloze (HEC) un jaukta hidroksietilkarboksimetilceluloze (HECMC), trīs celulozes ēteri. Vienfaktors
Trīs celulozes ēteru sagatavošanas metodes tika optimizētas, izmantojot eksperimentus un ortogonālus eksperimentus, un sintezētie celulozes ēteri tika raksturoti ar FT-IR, XRD, H-NMR u.c. metodēm.
Celulozes ēterifikācijas pamati
Celulozes ēterifikācijas principu var iedalīt divās daļās. Pirmā daļa ir sārmināšanas process, tas ir, celulozes sārmināšanas reakcijas laikā,
Vienmērīgi izkliedēta NaOH šķīdumā, priežu celuloze mehāniskas maisīšanas ietekmē spēcīgi uzbriest, un, ūdenim izplešoties,
Liels daudzums NaOH mazo molekulu iekļuva priedes celulozes iekšpusē un reaģēja ar hidroksilgrupām glikozes struktūrvienības gredzenā,
Rada sārmu celulozi, kas ir ēterifikācijas reakcijas aktīvais centrs.
Otrā daļa ir ēterifikācijas process, tas ir, reakcija starp aktīvo centru un nātrija hloracetātu vai 2-hloretanolu sārmainā vidē, kā rezultātā rodas
Vienlaikus ēterificējošais līdzeklis nātrija hloracetāts un 2-hloretanols sārmainā vidē radīs arī zināmu ūdens daudzumu.
Blakusreakcijas tiek atrisinātas, attiecīgi veidojot nātrija glikolātu un etilēnglikolu.
2. Koncentrēta priežu celulozes dekristalizācijas pirmapstrāde ar sārmiem
Vispirms pagatavojiet noteiktas koncentrācijas NaOH šķīdumu ar dejonizētu ūdeni. Pēc tam noteiktā temperatūrā pievienojiet 2 g priedes šķiedras.
Vitamīnu izšķīdina noteiktā NaOH šķīduma tilpumā, kādu laiku maisa un pēc tam filtrē lietošanai.
Instrumentu modeļa ražotājs
Precīzs pH mērītājs
Kolektora tipa nemainīgas temperatūras sildīšanas magnētiskais maisītājs
Vakuuma žāvēšanas krāsns
Elektroniskais svars
Cirkulācijas ūdens tipa daudzfunkcionāls vakuuma sūknis
Furjē transformācijas infrasarkanais spektrometrs
Rentgenstaru difraktometrs
Kodolmagnētiskās rezonanses spektrometrs
Hangzhou Aolilong instrumentu Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang instrumentu iekārtu Co., Ltd.
Šanhajas Dzjinhongas eksperimentālā aprīkojuma Co., Ltd.
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David zinātnes un izglītības instrumentu Co., Ltd.
American Thermo Fisher Co., Ltd.
American Thermoelectric Switzerland ARL Company
Šveices uzņēmums BRUKER
35
CMC sagatavošana
Izmantojot priedes koksnes sārmu celulozi, kas iepriekš apstrādāta ar koncentrētas sārmu dekristalizāciju kā izejvielu, izmantojot etanolu kā šķīdinātāju un izmantojot nātrija hloracetātu kā ēterifikāciju
CMC ar augstāku DS tika pagatavots, divas reizes pievienojot sārmu un divas reizes ēterificējošu aģentu. Četrkaļu kolbā pievieno 2 g priedes koksnes sārmainās celulozes, pēc tam pievieno noteiktu daudzumu etanola šķīdinātāja un labi maisa 30 minūtes.
apmēram, lai sārmu celuloze būtu pilnībā izkliedēta. Pēc tam pievienojiet noteiktu daudzumu sārmu reaģenta un nātrija hloracetāta, lai reaģētu noteiktu laika periodu noteiktā ēterifikācijas temperatūrā.
Pēc laika otro reizi pievieno sārmainu reaģentu un nātrija hloracetātu, kam seko ēterifikācija noteiktu laiku. Pēc reakcijas beigām atdzesē un atdzesē, tad
Neitralizē ar atbilstošu daudzumu ledus etiķskābes, pēc tam izsūknēšanas filtrē, nomazgā un nosusina.
HEC sagatavošana
Izmantojot priedes koksnes sārmu celulozi, kas iepriekš apstrādāta ar koncentrētu sārmu dekristalizāciju kā izejvielu, etanolu kā šķīdinātāju un 2-hloretanolu kā ēterifikāciju
HEC ar augstāku MS tika pagatavots, divas reizes pievienojot sārmu un divas reizes ēterificējošu aģentu. Četrkaklu kolbā pievieno 2 g priedes koksnes sārmainās celulozes un pievieno noteiktu tilpumu 90% (tilpuma daļa) etanola, maisa.
Maisiet kādu laiku, lai pilnībā izšķīdinātu, pēc tam pievienojiet noteiktu daudzumu sārmu un lēnām uzsildiet, pievienojiet noteiktu tilpumu 2-
Hloretanols, ēterificēts nemainīgā temperatūrā noteiktu laiku, un pēc tam pievienots atlikušais nātrija hidroksīds un 2-hloretanols, lai turpinātu ēterifikāciju noteiktu laiku.
Pēc reakcijas pabeigšanas neitralizējiet ar noteiktu daudzumu ledus etiķskābes un visbeidzot filtrējiet caur stikla filtru (G3), nomazgājiet un nosusiniet.
HEMCC sagatavošana
Izmantojot 3.2.3.4. punktā sagatavoto HEC kā izejvielu, etanolu kā reakcijas vidi un nātrija hloracetātu kā ēterificējošu aģentu, lai pagatavotu
HECMC. Konkrētais process ir šāds: ņem noteiktu daudzumu HEC, ievieto to 100 ml četrkaklu kolbā un pēc tam pievieno noteiktu tilpuma daudzumu
90% etanols, mehāniski maisa kādu laiku, lai tas pilnībā izkliedētos, pēc karsēšanas pievieno noteiktu daudzumu sārmu un lēnām pievieno
Nātrija hloracetāts, ēterifikācija nemainīgā temperatūrā pēc noteikta laika beidzas. Pēc reakcijas pabeigšanas to neitralizē ar ledus etiķskābi, pēc tam izmanto stikla filtru (G3).
Pēc filtrēšanas ar sūkšanas metodi, mazgāšanas un žāvēšanas.
Celulozes ēteru attīrīšana
Celulozes ētera sagatavošanas procesā bieži rodas daži blakusprodukti, galvenokārt neorganiskais sāls nātrija hlorīds un daži citi
piemaisījumi. Lai uzlabotu celulozes ētera kvalitāti, iegūtajam celulozes ēterim tika veikta vienkārša attīrīšana. jo tie atrodas ūdenī
Pastāv atšķirīga šķīdība, tāpēc eksperimentā tiek izmantota noteikta tilpuma daļa hidratēta etanola, lai attīrītu sagatavotos trīs celulozes ēterus.
pārmaiņas.
Ievietojiet vārglāzē ar noteiktu kvalitāti sagatavotu celulozes ētera paraugu, pievienojiet noteiktu daudzumu 80% etanola, kas ir iepriekš uzkarsēts līdz 60 ℃ ~ 65 ℃, un turpiniet mehānisko maisīšanu 60 ℃ ~ 65 ℃ temperatūrā, izmantojot nemainīgas temperatūras sildīšanas magnētisko maisītāju, 10 ℃ minūtes. Nosusiniet virsējo slāni.
Tīrā vārglāzē ar sudraba nitrātu pārbaudiet hlorīda jonus. Ja ir baltas nogulsnes, filtrējiet tās caur stikla filtru un ņemiet cieto vielu.
Atkārtojiet iepriekšējās darbības ķermeņa daļai, līdz filtrātam pēc 1 piliena AgNO3 šķīduma pievienošanas vairs nav baltu nogulšņu, tas ir, attīrīšana un mazgāšana ir pabeigta.
36
(galvenokārt, lai atdalītu reakcijas blakusproduktu NaCl). Pēc filtrēšanas ar sūkšanas metodi, žāvēšanas, atdzesēšanas līdz istabas temperatūrai un svēršanas.
masa, g.
Celulozes ēteru testēšanas un raksturošanas metodes
Aizvietošanas pakāpes (DS) un molārās aizvietošanas pakāpes (MS) noteikšana
DS noteikšana: Vispirms nosver 0,2 g (ar precizitāti līdz 0,1 mg) attīrīta un žāvēta celulozes ētera parauga, izšķīdina to
80 ml destilēta ūdens, maisot nemainīgas temperatūras ūdens vannā 30–40 °C temperatūrā 10 minūtes. Pēc tam koriģē ar sērskābes vai NaOH šķīdumu.
šķīduma pH, līdz šķīduma pH sasniedz 8. Pēc tam vārglāzē, kas aprīkota ar pH metra elektrodu, izmantojiet sērskābes standartšķīdumu.
Lai titrētu, maisot, titrēšanas laikā novērojiet pH metra rādījumu, kad šķīduma pH vērtība ir noregulēta uz 3,74.
Titrēšana beidzas. Pierakstiet šajā laikā izmantotā sērskābes standartšķīduma tilpumu.
Paaudze:
Augšējo protonu skaita un hidroksietilgrupas summa
Augšējo protonu skaita attiecība; I7 ir metilēna grupas masa uz hidroksietilgrupas
Protonu rezonanses pīķa intensitāte; ir 5 metīna grupu un vienas metilēna grupas protonu rezonanses pīķa intensitāte uz celulozes glikozes vienības.
Summa.
Trīs celulozes ēteru CMC, HEC un HEECMC infrasarkanās raksturošanas testēšanas metodes, kas aprakstītas
Likums
3.2.4.3 Rentgena difrakcijas (XRD) tests
Trīs celulozes ēteru CMC, HEC un HEECMC rentgenstaru difrakcijas analīzes raksturojuma tests
aprakstītā testa metode.
3.2.4.4 H-NMR testēšana
HEC H NMR spektrometrs tika mērīts ar BRUKER ražoto Avance400 H NMR spektrometru.
Izmantojot deiterētu dimetilsulfoksīdu kā šķīdinātāju, šķīdumu testēja ar šķidrā ūdeņraža NMR spektroskopiju. Testa frekvence bija 75,5 MHz.
Silts šķīdums ir 0,5 ml.
3.3 Rezultāti un analīze
3.3.1 CMC sagatavošanas procesa optimizācija
Izmantojot otrajā nodaļā ekstrahēto priežu celulozi kā izejvielu un nātrija hloracetātu kā ēterificējošu aģentu, tika pieņemta viena faktora eksperimenta metode,
CMC sagatavošanas process tika optimizēts, un eksperimenta sākotnējie mainīgie tika iestatīti, kā parādīts 3.3. tabulā. Tālāk ir parādīts HEC sagatavošanas process.
Mākslā dažādu faktoru analīze.
3.3. tabula. Sākotnējās faktoru vērtības.
Faktora sākotnējā vērtība
Priekšapstrādes sārmainas temperatūra/℃ 40
Priekšapstrādes sārmainošanas laiks/h 1
Pirmsapstrādes cietvielu un šķidruma attiecība/(g/ml) 1:25
Sārmu koncentrācija pirms apstrādes/% 40
38
Pirmās pakāpes ēterifikācijas temperatūra/℃ 45
Pirmās pakāpes ēterifikācijas laiks/h 1
Otrās pakāpes ēterifikācijas temperatūra/℃ 70
Otrās pakāpes ēterifikācijas laiks/h 1
Bāzes deva ēterifikācijas posmā/g 2
Ēterifikācijas aģenta daudzums ēterifikācijas posmā/g 4,3
Ēterificētas cietvielas un šķidruma attiecība/(g/ml) 1:15
3.3.1.1 Dažādu faktoru ietekme uz CMC aizvietošanas pakāpi pirmapstrādes sārmainināšanas posmā
1. Priekšapstrādes sārmainināšanas temperatūras ietekme uz CMC aizvietošanas pakāpi
Lai ņemtu vērā pirmapstrādes sārmināšanas temperatūras ietekmi uz aizvietošanas pakāpi iegūtajā CMC, ja par sākotnējām vērtībām tiek noteikti citi faktori,
Šādos apstākļos tiek apspriesta pirmapstrādes sārmainināšanas temperatūras ietekme uz CMC aizvietošanas pakāpi, un rezultāti ir parādīti attēlā.
Priekšapstrādes sārmainoša temperatūra/℃
Priekšapstrādes sārmainas temperatūras ietekme uz CMC aizvietošanas pakāpi
Var redzēt, ka CMC aizvietošanas pakāpe palielinās, palielinoties pirmapstrādes sārmināšanas temperatūrai, un sārmināšanas temperatūra ir 30 °C.
Iepriekš minētās aizvietošanas pakāpes samazinās, palielinoties temperatūrai. Tas ir tāpēc, ka sārmainas veidošanās temperatūra ir pārāk zema, un molekulas ir mazāk aktīvas un nespēj
Efektīvi iznīcina celulozes kristālisko laukumu, kas apgrūtina ēterificējošā aģenta iekļūšanu celulozes iekšpusē ēterifikācijas stadijā, un reakcijas pakāpe ir relatīvi augsta.
zema, kā rezultātā produkta aizvietošanas pakāpe ir zemāka. Tomēr sārmainības temperatūrai nevajadzētu būt pārāk augstai. Temperatūrai paaugstinoties, augstas temperatūras un spēcīgu sārmu iedarbībā,
Celuloze ir pakļauta oksidatīvai noārdīšanai, un produkta CMC aizvietošanas pakāpe samazinās.
2. Priekšapstrādes sārmainināšanas laika ietekme uz CMC aizvietošanas pakāpi
Ar nosacījumu, ka pirmapstrādes sārmināšanas temperatūra ir 30 °C un citi faktori ir sākotnējās vērtības, tiek apspriesta pirmapstrādes sārmināšanas laika ietekme uz CMC.
Aizvietošanas efekts. Aizvietošanas pakāpe
Priekšapstrādes sārmainošanas laiks/h
Priekšapstrādes sārmainināšanas laika ietekme uzCMCaizstāšanas pakāpe
Pats pildīšanas process ir relatīvi ātrs, bet sārmu šķīdumam šķiedrā ir nepieciešams noteikts difūzijas laiks.
Var redzēt, ka, ja sārmināšanas laiks ir 0,5–1,5 stundas, produkta aizvietošanas pakāpe palielinās, palielinoties sārmināšanas laikam.
Iegūtā produkta aizvietošanas pakāpe bija visaugstākā, kad laiks bija 1,5 stundas, un aizvietošanas pakāpe samazinājās, palielinoties laikam pēc 1,5 stundām. Tas var
Tas var būt tāpēc, ka sārmināšanas sākumā, pagarinoties sārmināšanas laikam, sārmu infiltrācija celulozē ir pietiekamāka, tāpēc šķiedra
Galvenā struktūra ir mierīgāka, palielinot ēterificējošā aģenta un aktīvās vides daudzumu.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 26. aprīlis