सेल्युलोज इथरची निर्मिती

१ प्रस्तावना

सध्या, च्या तयारीमध्ये वापरला जाणारा मुख्य कच्चा मालसेल्युलोज इथरकापूस आहे, आणि त्याचे उत्पादन घटत आहे, आणि किंमतही वाढत आहे;

शिवाय, क्लोरोऍसिटिक ऍसिड (अत्यंत विषारी) आणि एथिलीन ऑक्साईड (कर्करोगजन्य) यांसारखे सामान्यतः वापरले जाणारे इथरिफायिंग एजंट मानवी शरीरासाठी आणि पर्यावरणासाठी देखील अधिक हानिकारक आहेत.

या अध्यायात, दुसऱ्या अध्यायात काढलेले 90% पेक्षा जास्त सापेक्ष शुद्धतेचे पाइन सेल्युलोज कच्चा माल म्हणून वापरले जाते आणि सोडियम क्लोरोएसीटेट आणि 2-क्लोरोइथेनॉल पर्याय म्हणून वापरले जातात.

अत्यंत विषारी क्लोरोऍसिटिक ऍसिडचा इथरिफायिंग एजंट म्हणून वापर करून, ॲनायनिककार्बोक्सीमेथिल सेल्युलोज (सीएमसी)नॉन-आयनिक हायड्रॉक्सीइथिल सेल्युलोज तयार केले गेले.

सेल्युलोज (HEC) आणि मिश्रित हायड्रॉक्सीइथिल कार्बोक्सिमेथिल सेल्युलोज (HECMC) हे तीन सेल्युलोज इथर आहेत. एकल घटक

प्रयोग आणि ऑर्थोगोनल प्रयोगांच्या माध्यमातून तीन सेल्युलोज इथरच्या निर्मिती तंत्रांचे अनुकूलन करण्यात आले आणि संश्लेषित सेल्युलोज इथरचे FT-IR, XRD, H-NMR इत्यादींद्वारे वैशिष्ट्यीकरण करण्यात आले.

सेल्युलोज इथरीफिकेशनची मूलतत्त्वे

सेल्युलोजच्या इथरीफिकेशनचे तत्व दोन भागांमध्ये विभागले जाऊ शकते. पहिला भाग म्हणजे अल्कलीकरण प्रक्रिया, म्हणजेच, सेल्युलोजच्या अल्कलीकरण अभिक्रियेदरम्यान,

NaOH द्रावणात एकसारखे विखुरलेले पाइन सेल्युलोज, यांत्रिक ढवळण्याच्या क्रियेमुळे आणि पाण्याच्या प्रसरणामुळे तीव्रतेने फुगते.

NaOH चे लहान रेणू मोठ्या प्रमाणात पाइन सेल्युलोजच्या आत शिरले आणि ग्लुकोज संरचनात्मक घटकाच्या रिंगवरील हायड्रॉक्सिल गटांशी त्यांची अभिक्रिया झाली.

अल्कली सेल्युलोज तयार करते, जे इथरीकरण अभिक्रियेचे सक्रिय केंद्र आहे.

दुसरा भाग म्हणजे इथरीफिकेशन प्रक्रिया, म्हणजेच, अल्कधर्मी परिस्थितीत सक्रिय केंद्र आणि सोडियम क्लोरोॲसिटेट किंवा २-क्लोरोइथेनॉल यांच्यातील अभिक्रिया, ज्याचा परिणाम होतो

त्याच वेळी, इथरीफायिंग एजंट सोडियम क्लोरोएसीटेट आणि २-क्लोरोइथेनॉल हे देखील अल्कधर्मी परिस्थितीत काही प्रमाणात पाण्याची निर्मिती करतील.

उप-अभिक्रियांचे निराकरण करून अनुक्रमे सोडियम ग्लायकोलेट आणि एथिलीन ग्लायकोल तयार होतात.

२ पाइन सेल्युलोजची संहत अल्कली विस्फटिकीकरण पूर्व-उपचार

सर्वप्रथम, निर्आयनित पाण्याने विशिष्ट सांद्रतेचे NaOH द्रावण तयार करा. त्यानंतर, विशिष्ट तापमानावर, २ ग्रॅम पाइन फायबर

व्हिटॅमिन एका विशिष्ट घनफळाच्या NaOH द्रावणात विरघळवले जाते, काही काळ ढवळले जाते आणि नंतर वापरासाठी गाळले जाते.

उपकरण मॉडेल निर्माता

अचूक पीएच मीटर

कलेक्टर प्रकारचा स्थिर तापमान तापवणारा चुंबकीय स्टिरर

व्हॅक्यूम ड्रायिंग ओव्हन

इलेक्ट्रॉनिक बॅलन्स

फिरत्या पाण्याचा प्रकार बहुउद्देशीय व्हॅक्यूम पंप

फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर

एक्स-रे विवर्तनमापक

आण्विक चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोमीटर

हांगझोऊ ओलिलाँग इन्स्ट्रुमेंट कंपनी लिमिटेड

हांगझोऊ हुईचुआंग इन्स्ट्रुमेंट इक्विपमेंट कंपनी लिमिटेड

शांघाय जिंगहोंग एक्सपेरिमेंटल इक्विपमेंट कंपनी लिमिटेड

मेटलर टोलेडो इन्स्ट्रुमेंट्स (शांघाय) कं, लि.

हांगझोऊ डेव्हिड सायन्स अँड एज्युकेशन इन्स्ट्रुमेंट कंपनी लिमिटेड

अमेरिकन थर्मो फिशर कंपनी लिमिटेड

अमेरिकन थर्मोइलेक्ट्रिक स्वित्झर्लंड एआरएल कंपनी

स्विस कंपनी ब्रुकर

35

सीएमसीची तयारी

तीव्र अल्कली विस्फटिकीकरणाद्वारे पूर्व-प्रक्रिया केलेल्या पाइन लाकडाच्या अल्कली सेल्युलोजला कच्चा माल म्हणून वापरून, इथेनॉलला द्रावक म्हणून आणि सोडियम क्लोरोॲसिटेटला ईथरीकरणासाठी वापरून.

दोनदा अल्कली आणि दोनदा इथरिफायिंग एजंट टाकून उच्च DS असलेले CMC तयार करण्यात आले. चार-मानेच्या फ्लास्कमध्ये २ ग्रॅम पाइन वुड अल्कली सेल्युलोज टाका, नंतर त्यात ठराविक प्रमाणात इथेनॉल द्रावक टाका आणि ३० मिनिटे चांगले ढवळा.

सुमारे, जेणेकरून अल्कली सेल्युलोज पूर्णपणे विखुरले जाईल. त्यानंतर, एका विशिष्ट इथरीकरण तापमानावर, ठराविक कालावधीसाठी अभिक्रिया घडवून आणण्याकरिता, त्यात ठराविक प्रमाणात अल्कली एजंट आणि सोडियम क्लोरोॲसिटेट घाला.

काही वेळाने, अल्कधर्मी घटक आणि सोडियम क्लोरोॲसिटेटची दुसरी मात्रा देऊन, त्यानंतर काही कालावधीसाठी ईथरीकरण करावे. अभिक्रिया पूर्ण झाल्यावर, थंड होऊ द्यावे, नंतर

योग्य प्रमाणात ग्लेशियल ऍसिटिक ऍसिड वापरून निष्प्रभ करा, नंतर सक्शन फिल्टर काढून, धुऊन कोरडा करा.

एचईसीची तयारी

तीव्र अल्कली विस्फटिकीकरणाने पूर्व-प्रक्रिया केलेल्या पाइन लाकडाच्या अल्कली सेल्युलोजला कच्चा माल म्हणून, इथेनॉलला द्रावक म्हणून आणि २-क्लोरोइथेनॉलला ईथरीकरणासाठी वापरून.

दोनदा अल्कली आणि दोनदा इथरिफायिंग एजंट टाकून उच्च MS असलेले HEC तयार करण्यात आले. चार तोंडाच्या फ्लास्कमध्ये २ ग्रॅम पाइन वुड अल्कली सेल्युलोज टाका, आणि त्यात ९०% (व्हॉल्यूम फ्रॅक्शन) इथेनॉलचे ठराविक प्रमाण टाका, ढवळा.

पूर्णपणे विरघळेपर्यंत काही वेळ ढवळा, नंतर ठराविक प्रमाणात अल्कली घाला, आणि हळूहळू गरम करा, ठराविक आकारमानाचे २- घाला

क्लोरोइथेनॉलचे स्थिर तापमानावर काही कालावधीसाठी ईथरीकरण केले, आणि नंतर उर्वरित सोडियम हायड्रॉक्साइड व २-क्लोरोइथेनॉल घालून ईथरीकरणाची प्रक्रिया आणखी काही कालावधीसाठी सुरू ठेवली.

अभिक्रिया पूर्ण झाल्यावर, ठराविक प्रमाणात ग्लेशियल ऍसिटिक ऍसिड वापरून उदासीन करा, आणि शेवटी काचेच्या फिल्टरने (G3) गाळा, धुवा आणि वाळवा.

एचईएमसीसीची तयारी

3.2.3.4 मध्ये तयार केलेले HEC कच्चा माल म्हणून, इथेनॉल अभिक्रिया माध्यम म्हणून, आणि सोडियम क्लोरोॲसिटेट इथरीकरण कारक म्हणून वापरून तयार करणे

एचईसीएमसी. विशिष्ट प्रक्रिया अशी आहे: ठराविक प्रमाणात एचईसी घ्या, ते १०० मिलीलीटरच्या चार तोंडाच्या फ्लास्कमध्ये टाका आणि नंतर त्यात ठराविक प्रमाणात व्हॉल्यूम टाका.

९०% इथेनॉल, ते पूर्णपणे विरघळेपर्यंत काही काळ यांत्रिकरित्या ढवळा, गरम केल्यानंतर त्यात ठराविक प्रमाणात अल्कली घाला आणि हळूहळू घाला.

सोडियम क्लोरोएसीटेटमध्ये, स्थिर तापमानावर इथरीफिकेशनची प्रक्रिया काही कालावधीनंतर संपते. अभिक्रिया पूर्ण झाल्यावर, ती उदासीन करण्यासाठी ग्लेशियल एसीटिक ऍसिड वापरा, त्यानंतर ग्लास फिल्टर (G3) वापरा.

व्हॅक्यूम फिल्ट्रेशन, धुलाई आणि वाळवल्यानंतर.

सेल्युलोज इथरचे शुद्धीकरण

सेल्युलोज इथरच्या निर्मिती प्रक्रियेत अनेकदा काही उप-उत्पादने तयार होतात, प्रामुख्याने सोडियम क्लोराईड हे अजैविक क्षार आणि इतर काही.

अशुद्धता. सेल्युलोज इथरची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी, प्राप्त झालेल्या सेल्युलोज इथरवर साधे शुद्धीकरण करण्यात आले. कारण ते पाण्यात आहेत.

विद्राव्यता वेगवेगळी असल्यामुळे, तयार केलेल्या तीन सेल्युलोज इथर्सचे शुद्धीकरण करण्यासाठी प्रयोगात हायड्रेटेड इथेनॉलचा एक विशिष्ट व्हॉल्यूम फ्रॅक्शन वापरला जातो.

बदल.

एका विशिष्ट गुणवत्तेचा तयार केलेला सेल्युलोज इथरचा नमुना एका बीकरमध्ये ठेवा, त्यात ६०°C ते ६५°C पर्यंत पूर्व-तापवलेले ८०% इथेनॉल विशिष्ट प्रमाणात घाला आणि स्थिर तापमान तापवणाऱ्या चुंबकीय स्टिररवर ६०°C ते ६५°C तापमानात १० मिनिटे यांत्रिक ढवळणे चालू ठेवा. वरचा द्रव काढून कोरडा करा.

एका स्वच्छ चंचुपात्रामध्ये, क्लोराईड आयन तपासण्यासाठी सिल्व्हर नायट्रेट वापरा. ​​जर पांढरा अवक्षेप तयार झाला, तर तो काचेच्या गाळणीतून गाळून घ्या आणि घन पदार्थ वेगळा काढा.

शरीराच्या भागासाठी मागील पायऱ्यांची पुनरावृत्ती करा, जोपर्यंत AgNO3 द्रावणाचा १ थेंब टाकल्यानंतर गाळलेल्या द्रवात पांढरा अवक्षेप राहत नाही, म्हणजेच शुद्धीकरण आणि धुलाई पूर्ण होत नाही.

36

(मुख्यतः अभिक्रियेतील उप-उत्पादन NaCl काढून टाकण्यासाठी) आत टाकले जाते. व्हॅक्यूम फिल्ट्रेशन, वाळवणे, खोलीच्या तापमानापर्यंत थंड करणे आणि वजन केल्यानंतर.

वस्तुमान, ग्रॅम.

सेल्युलोज इथर्ससाठी चाचणी आणि वैशिष्ट्यीकरण पद्धती

प्रतिस्थापन अंश (DS) आणि मोलर प्रतिस्थापन अंश (MS) यांचे निर्धारण

डीएसचे निर्धारण: सर्वप्रथम, शुद्ध आणि वाळवलेल्या सेल्युलोज इथर नमुन्याचे ०.२ ग्रॅम (०.१ मिग्रॅ पर्यंत अचूक) वजन करा, ते विरघळवा

८० मिली डिस्टिल्ड वॉटर, ३०℃~४०℃ तापमानाच्या स्थिर तापमान वॉटर बाथमध्ये १० मिनिटे ढवळले. त्यानंतर सल्फ्यूरिक ऍसिड द्रावण किंवा NaOH द्रावणाने तापमान समायोजित केले.

द्रावणाचा pH ८ होईपर्यंत वाढवा. त्यानंतर, pH मीटर इलेक्ट्रोड लावलेल्या एका चंचुपात्रामध्ये सल्फ्यूरिक आम्लाचे मानक द्रावण वापरा.

अनुमापन करण्यासाठी, द्रावण ढवळत असताना, pH मीटरचे वाचन पाहा. जेव्हा द्रावणाचे pH मूल्य ३.७४ वर समायोजित केले जाते,

अनुमापन समाप्त होते. यावेळी वापरलेल्या सल्फ्यूरिक आम्लाच्या मानक द्रावणाचे आकारमान नोंदवा.

पिढी:

वरच्या प्रोटॉन संख्यांची बेरीज आणि हायड्रॉक्सिइथिल गट

वरच्या प्रोटॉनच्या संख्येचे गुणोत्तर; I7 हे हायड्रॉक्सीएथिल गटावरील मिथिलीन गटाचे वस्तुमान आहे.

प्रोटॉन अनुनाद शिखराची तीव्रता; ही सेल्युलोज ग्लुकोज एककावरील ५ मेथिन गट आणि एका मिथिलीन गटाच्या प्रोटॉन अनुनाद शिखराची तीव्रता आहे.

बेरीज.

CMC, HEC आणि HEECMC या तीन सेल्युलोज इथर्सच्या इन्फ्रारेड वैशिष्ट्यीकरण चाचणीसाठी वर्णन केलेल्या चाचणी पद्धती

कायदा

३.२.४.३ एक्सआरडी चाचणी

तीन सेल्युलोज इथर्स सीएमसी, एचईसी आणि एचईईसीएमसी यांची एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण वैशिष्ट्यीकरण चाचणी

वर्णन केलेली चाचणी पद्धत.

३.२.४.४ एच-एनएमआरची चाचणी

HEC चे H NMR स्पेक्ट्रोमीटर ब्रुकर कंपनीच्या अवान्स४०० H NMR स्पेक्ट्रोमीटरद्वारे मोजण्यात आले.

ड्यूटेरेटेड डायमिथाइल सल्फॉक्साइड हे द्रावक म्हणून वापरून, द्रावणाची चाचणी लिक्विड हायड्रोजन एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपीद्वारे करण्यात आली. चाचणीची वारंवारता ७५.५ मेगाहर्ट्झ होती.

गरम द्रावण ०.५ मिली आहे.

३.३ निष्कर्ष आणि विश्लेषण

३.३.१ सीएमसी तयारी प्रक्रियेचे इष्टतमीकरण

दुसऱ्या अध्यायात काढलेल्या पाइन सेल्युलोजचा कच्चा माल म्हणून आणि सोडियम क्लोरोॲसिटेटचा इथरीकरण कारक म्हणून वापर करून, एकल घटक प्रयोगाची पद्धत अवलंबण्यात आली.

सीएमसी (CMC) तयार करण्याची प्रक्रिया अनुकूलित करण्यात आली आणि प्रयोगाची प्रारंभिक चलके तक्ता ३.३ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे निश्चित करण्यात आली. एचईसी (HEC) तयार करण्याची प्रक्रिया खालीलप्रमाणे आहे.

कला क्षेत्रात विविध घटकांचे विश्लेषण केले जाते.

तक्ता ३.३ प्रारंभिक घटक मूल्ये

घटकाचे प्रारंभिक मूल्य

पूर्व-उपचार अल्कलीकरण तापमान/℃ ४०

पूर्व-उपचार अल्कलीकरण वेळ/तास १

पूर्व-उपचार घन-द्रव गुणोत्तर/(ग्रॅम/मिली) १:२५

पूर्व-उपचार लाय सांद्रता/% ४०

38

पहिल्या टप्प्यातील इथरीकरण तापमान/℃ ४५

पहिल्या टप्प्यातील इथरीफिकेशन वेळ/तास १

दुसऱ्या टप्प्यातील इथरीफिकेशन तापमान/℃ ७०

दुसऱ्या टप्प्यातील इथरीफिकेशन वेळ/तास १

इथरीफिकेशन टप्प्यातील बेस डोसेज/ग्रॅम २

इथरीफिकेशन टप्प्यातील इथरीफायिंग एजंटचे प्रमाण/ग्रॅम ४.३

ईथरीकृत घन-द्रव गुणोत्तर/(ग्रॅम/मिली) १:१५

३.३.१.१ पूर्व-उपचार अल्कलीकरण टप्प्यात सीएमसी प्रतिस्थापन प्रमाणावर विविध घटकांचा प्रभाव

१. पूर्व-उपचार अल्कलीकरण तापमानाचा सीएमसीच्या प्रतिस्थापन प्रमाणावर होणारा परिणाम

इतर घटक प्रारंभिक मूल्ये म्हणून निश्चित केल्यास, प्राप्त झालेल्या सीएमसीमधील प्रतिस्थापनाच्या प्रमाणावर पूर्व-उपचार अल्कलीकरण तापमानाचा होणारा परिणाम विचारात घेण्यासाठी,

या परिस्थितीत, पूर्व-उपचार अल्कलीकरण तापमानाचा सीएमसी प्रतिस्थापन प्रमाणावर होणाऱ्या परिणामाची चर्चा केली आहे आणि त्याचे परिणाम आकृतीमध्ये दाखवले आहेत.

पूर्व-उपचार अल्कलीकरण तापमान/℃

पूर्व-उपचार अल्कलीकरण तापमानाचा सीएमसी प्रतिस्थापन प्रमाणावर होणारा परिणाम

हे दिसून येते की पूर्व-उपचार अल्कलीकरण तापमान वाढल्याने सीएमसीच्या प्रतिस्थापनाची पातळी वाढते आणि अल्कलीकरण तापमान 30 °C आहे.

तापमान वाढल्याने वरील प्रतिस्थापनाची पातळी कमी होते. याचे कारण असे की, अल्कलीकरणाचे तापमान खूप कमी असते आणि रेणू कमी सक्रिय होऊन असमर्थ ठरतात.

सेल्युलोजचा स्फटिकमय भाग प्रभावीपणे नष्ट होतो, ज्यामुळे इथरीकरण टप्प्यात इथरीकरण करणाऱ्या घटकाला सेल्युलोजच्या आत प्रवेश करणे कठीण होते आणि अभिक्रियेची पातळी तुलनेने जास्त असते.

कमी असल्यामुळे, उत्पादनाच्या प्रतिस्थापनाची पातळी कमी होते. तथापि, अल्कलीकरणाचे तापमान खूप जास्त नसावे. तापमान वाढल्याने, उच्च तापमान आणि तीव्र अल्कलीच्या क्रियेमुळे,

सेल्युलोज ऑक्सिडेटिव्ह ऱ्हासाला बळी पडतो आणि उत्पादन सीएमसीच्या प्रतिस्थापनाची पातळी कमी होते.

२. पूर्व-उपचार अल्कलीकरण वेळेचा सीएमसी प्रतिस्थापन प्रमाणावर होणारा प्रभाव

पूर्व-उपचार अल्कलीकरण तापमान 30 °C आहे आणि इतर घटक प्रारंभिक मूल्ये आहेत या स्थितीत, CMC वर पूर्व-उपचार अल्कलीकरण वेळेच्या परिणामाची चर्चा केली आहे.

प्रतिस्थापनाचा परिणाम. प्रतिस्थापनाची पातळी

पूर्व-उपचार अल्कलीकरण वेळ/तास

पूर्व-उपचार अल्कलीकरण वेळेचा परिणामसीएमसीबदली पदवी

आकार वाढण्याची प्रक्रिया स्वतःच तुलनेने जलद असते, परंतु अल्कली द्रावणाला तंतूमध्ये पसरण्यासाठी विशिष्ट वेळेची आवश्यकता असते.

हे दिसून येते की जेव्हा अल्कलीकरणाचा वेळ 0.5-1.5 तास असतो, तेव्हा अल्कलीकरणाचा वेळ वाढल्याने उत्पादनाच्या प्रतिस्थापनाची पातळी वाढते.

जेव्हा वेळ १.५ तास होता, तेव्हा मिळालेल्या उत्पादनातील प्रतिस्थापनाची पातळी सर्वाधिक होती आणि १.५ तासानंतर वेळ वाढल्याने प्रतिस्थापनाची पातळी कमी झाली. हे

याचे कारण असे असू शकते की अल्कलीकरणाच्या सुरुवातीला, अल्कलीकरणाचा कालावधी वाढल्याने, सेल्युलोजमध्ये अल्कलीचा प्रवेश अधिक पुरेसा होतो, ज्यामुळे तंतू

मूळ रचना अधिक शिथिल होते, ज्यामुळे इथरिफायिंग एजंट आणि सक्रिय माध्यमात वाढ होते.