1 Introduzzjoni
Fil-preżent, il-materja prima ewlenija użata fil-preparazzjoni ta'etere taċ-ċellulożahuwa l-qoton, u l-produzzjoni tiegħu qed tonqos, u l-prezz qed jiżdied ukoll;
Barra minn hekk, aġenti eterifikanti użati b'mod komuni bħall-aċidu kloroaċetiku (tossiku ħafna) u l-ossidu tal-etilene (karċinoġeniku) huma wkoll aktar ta' ħsara għall-ġisem tal-bniedem u għall-ambjent. Ktieb
F'dan il-kapitlu, iċ-ċelluloża tal-arżnu b'purità relattiva ta' aktar minn 90% estratta fit-tieni kapitlu tintuża bħala l-materja prima, u l-kloroaċetat tas-sodju u t-2-kloroetanol jintużaw bħala sostituti.
L-użu ta' aċidu kloroaċetiku tossiku ħafna bħala aġent eterifikanti, anjonikukarbossimetil ċelluloża (CMC), ġew ippreparati idrossietilċellulożi mhux jonika.
Ċelluloża (HEC) u taħlita ta' idrossietil karbossimetil ċelluloża (HECMC) tliet eteri taċ-ċelluloża. fattur wieħed
It-tekniki ta' preparazzjoni ta' tliet eteri taċ-ċelluloża ġew ottimizzati permezz ta' esperimenti u esperimenti ortogonali, u l-eteri taċ-ċelluloża sintetizzati ġew ikkaratterizzati permezz ta' FT-IR, XRD, H-NMR, eċċ.
Il-prinċipji fundamentali tal-eterifikazzjoni taċ-ċelluloża
Il-prinċipju tal-eterifikazzjoni taċ-ċelluloża jista' jinqasam f'żewġ partijiet. L-ewwel parti hija l-proċess ta' alkalizzazzjoni, jiġifieri, matul ir-reazzjoni ta' alkalizzazzjoni taċ-ċelluloża,
Meta mxerrda b'mod uniformi f'soluzzjoni ta' NaOH, iċ-ċelluloża tal-arżnu tintefaħ b'mod vjolenti taħt l-azzjoni ta' taħwid mekkaniku, u bl-espansjoni tal-ilma
Ammont kbir ta' molekuli żgħar ta' NaOH ippenetraw fl-intern taċ-ċelluloża tal-arżnu, u rreaġixxew mal-gruppi idrossiliċi fuq iċ-ċirku tal-unità strutturali tal-glukożju,
Jiġġenera ċelluloża alkali, iċ-ċentru attiv tar-reazzjoni tal-eterifikazzjoni.
It-tieni parti hija l-proċess ta' eterifikazzjoni, jiġifieri, ir-reazzjoni bejn iċ-ċentru attiv u l-kloroaċetat tas-sodju jew it-2-kloroetanol taħt kundizzjonijiet alkalini, li tirriżulta fi
Fl-istess ħin, l-aġent eterifikanti tas-sodium chloroacetate u t-2-chloroethanol jipproduċu wkoll ċertu grad ta' ilma taħt kundizzjonijiet alkalini.
Ir-reazzjonijiet sekondarji jiġu riżolti biex jiġġeneraw sodium glycolate u ethylene glycol, rispettivament.
2 Pretrattament ta' dekristallizzazzjoni alkali kkonċentrata taċ-ċelluloża tal-arżnu
L-ewwel, ipprepara ċerta konċentrazzjoni ta' soluzzjoni ta' NaOH b'ilma dejonizzat. Imbagħad, f'ċerta temperatura, 2g ta' fibra tal-arżnu
Il-vitamina tinħall f'ċertu volum ta' soluzzjoni ta' NaOH, titħawwad għal perjodu ta' żmien, u mbagħad tiġi ffiltrata għall-użu.
Manifattur tal-Mudell tal-Istrument
Miter tal-pH ta' preċiżjoni
Tip ta' kollettur li jħawwad manjetiku għat-tisħin f'temperatura kostanti
Forn tat-tnixxif bil-vakwu
Bilanċ elettroniku
Pompa tal-vakwu b'ħafna skopijiet tat-tip ta' ilma li jiċċirkola
Spettrometru Infrared tat-Trasformazzjoni ta' Fourier
Diffrattometru tar-raġġi-X
Spettrometru tar-Reżonanza Manjetika Nukleari
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Strument Tagħmir Co., Ltd.
Shanghai Jinghong Sperimentali Tagħmir Co., Ltd.
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Xjenza u Strument Edukazzjoni Co., Ltd.
American Thermo Fisher Co., Ltd.
Kumpanija Amerikana Termoelettrika Svizzera ARL
il-kumpanija Żvizzera BRUKER
35
Tħejjija tas-CMCs
Bl-użu ta' ċelluloża alkali tal-injam tal-arżnu ttrattata minn qabel b'dekristallizzazzjoni alkali kkonċentrata bħala materja prima, bl-użu tal-etanol bħala solvent u bl-użu tal-kloroaċetat tas-sodju bħala eterifikazzjoni
CMC b'DS ogħla ġie ppreparat billi żidna alkali darbtejn u aġent eterifikanti darbtejn. Żid 2g ta' ċelluloża alkali tal-injam tal-arżnu fil-flixkun b'erba' għenuq, imbagħad żid ċertu volum ta' solvent tal-etanol, u ħawwad sew għal 30 minuta.
madwar, sabiex iċ-ċelluloża alkali tkun imxerrda kompletament. Imbagħad żid ċertu ammont ta' aġent alkali u kloroaċetat tas-sodju biex jirreaġixxi għal perjodu ta' żmien f'ċerta temperatura ta' eterifikazzjoni
Wara ż-żmien, it-tieni żieda ta' aġent alkalin u kloroaċetat tas-sodju segwita minn eterifikazzjoni għal perjodu ta' żmien. Wara li r-reazzjoni tkun lesta, kessaħ u kessaħ, imbagħad
Newtralizza b'ammont xieraq ta' aċidu aċetiku glaċjali, imbagħad iġbed il-filtru bil-ġbid, aħsel u nixxef.
Tħejjija ta' HECs
Bl-użu ta' ċelluloża alkali tal-injam tal-arżnu ttrattata minn qabel b'dekristallizzazzjoni alkali kkonċentrata bħala materja prima, etanol bħala solvent u 2-kloroetanol bħala eterifikazzjoni
L-HEC b'MS ogħla ġie ppreparat billi żidna alkali darbtejn u aġent eterifikanti darbtejn. Żid 2g ta' ċelluloża alkali tal-injam tal-arżnu fi flask b'erba' għenuq, u żid ċertu volum ta' etanol ta' 90% (frazzjoni tal-volum), ħawwad.
Ħawwad għal perjodu ta' żmien biex tinfirex kompletament, imbagħad żid ċertu ammont ta' alkali, u saħħan bil-mod, żid ċertu volum ta' 2-
Kloroetanol, eterifikat f'temperatura kostanti għal perjodu ta' żmien, u mbagħad miżjud l-idrossidu tas-sodju li jifdal u t-2-kloroetanol biex tkompli l-eterifikazzjoni għal perjodu ta' żmien. trattament
Wara li titlesta r-reazzjoni, innewtralizza b'ċertu ammont ta' aċidu aċetiku glaċjali, u fl-aħħar iffiltra b'filtru tal-ħġieġ (G3), aħsel, u nixxef.
Tħejjija tal-HEMCC
Bl-użu tal-HEC ippreparat f'3.2.3.4 bħala l-materja prima, l-etanol bħala l-mezz ta' reazzjoni, u s-sodium chloroacetate bħala l-aġent eterifikanti biex tipprepara
HECMC. Il-proċess speċifiku huwa: ħu ċertu ammont ta' HEC, poġġih fi flask ta' 100 mL b'erba' għenuq, u mbagħad żid ċertu ammont ta' volum
90% etanol, ħawwad mekkanikament għal perjodu ta' żmien biex ikun imxerred kompletament, żid ċertu ammont ta' alkali wara t-tisħin, u żid bil-mod
Kloroaċetat tas-sodju, l-eterifikazzjoni f'temperatura kostanti tintemm wara perjodu ta' żmien. Wara li titlesta r-reazzjoni, innewtralizzaha bl-aċidu aċetiku glaċjali biex tinnewtralizzaha, imbagħad uża filtru tal-ħġieġ (G3)
Wara l-filtrazzjoni bil-ġbid, il-ħasil u t-tnixxif.
Purifikazzjoni tal-eteri taċ-ċelluloża
Fil-proċess ta' preparazzjoni tal-etere taċ-ċelluloża, ħafna drabi jiġu prodotti xi prodotti sekondarji, prinċipalment il-melħ inorganiku tal-klorur tas-sodju u xi prodotti oħra
impuritajiet. Sabiex tittejjeb il-kwalità tal-etere taċ-ċelluloża, twettqet purifikazzjoni sempliċi fuq l-etere taċ-ċelluloża miksub. għax jinsabu fl-ilma
Hemm solubilità differenti, għalhekk l-esperiment juża ċerta frazzjoni ta' volum ta' etanol idratat biex jippurifika t-tliet eteri taċ-ċelluloża ppreparati.
bidla.
Poġġi l-kampjun tal-etere taċ-ċelluloża ppreparat b'ċerta kwalità f'beaker, żid ċertu ammont ta' 80% etanol li jkun ġie msaħħan minn qabel għal 60 ℃ ~ 65 ℃, u żomm tħawwad mekkaniku f'temperatura kostanti ta' 60 ℃ ~ 65 ℃ għal 10 ℃. Ħalli s-supernatant jinxef.
F'beaker nadif, uża n-nitrat tal-fidda biex tiċċekkja għal joni tal-klorur. Jekk ikun hemm preċipitat abjad, iffiltrah minn ġo filtru tal-ħġieġ u ħu s-solidu
Irrepeti l-passi preċedenti għall-parti tal-ġisem, sakemm il-filtrat wara li żżid qatra waħda ta' soluzzjoni ta' AgNO3 ma jkollux preċipitat abjad, jiġifieri, il-purifikazzjoni u l-ħasil ikunu tlestew.
36
fi (prinċipalment biex jitneħħa l-prodott sekondarju tar-reazzjoni NaCl). Wara filtrazzjoni bil-ġbid, tnixxif, tkessiħ sat-temperatura tal-kamra u użin.
massa, g.
Metodi ta' Test u Karatterizzazzjoni għall-Eteri taċ-Ċelluloża
Determinazzjoni tal-Grad ta' Sostituzzjoni (DS) u l-Grad Molari ta' Sostituzzjoni (MS)
Determinazzjoni tad-DS: L-ewwel, iżen 0.2 g (eżattezza sa 0.1 mg) tal-kampjun tal-etere taċ-ċelluloża purifikat u mnixxef, dewwebha fi
80mL ta' ilma distillat, imħawwad f'banju tal-ilma b'temperatura kostanti f'30℃~40℃ għal 10 minuti. Imbagħad aġġusta b'soluzzjoni ta' aċidu sulfuriku jew soluzzjoni ta' NaOH.
pH tas-soluzzjoni sakemm il-pH tas-soluzzjoni jkun 8. Imbagħad f'beaker mgħammar b'elettrodu tal-pH meter, uża soluzzjoni standard ta' aċidu sulfuriku
Biex tittra, taħt kundizzjonijiet ta' tħawwid, osserva l-qari tal-pH meter waqt it-titrazzjoni, meta l-valur tal-pH tas-soluzzjoni jkun aġġustat għal 3.74,
It-titrazzjoni tintemm. Innota l-volum tas-soluzzjoni standard tal-aċidu sulfuriku użata f'dan il-ħin.
Ġenerazzjoni:
Is-somma tan-numri tal-protoni ta' fuq u l-grupp idrossietiliku
Il-proporzjon tan-numru ta' protoni ta' fuq; I7 hija l-massa tal-grupp tal-metilin fuq il-grupp idrossietil
Intensità tal-quċċata tar-reżonanza tal-proton; hija l-intensità tal-quċċata tar-reżonanza tal-proton ta' 5 gruppi metini u grupp metilin wieħed fuq l-unità tal-glukożju taċ-ċelluloża
Somma.
Il-metodi tat-test deskritti għall-ittestjar tal-karatterizzazzjoni bl-infra-aħmar tat-tliet eteri taċ-ċelluloża CMC, HEC u HEECMC
Liġi
3.2.4.3 Test tad-XRD
Test tal-Karatterizzazzjoni tal-Analiżi tad-Diffrazzjoni bir-Raġġi-X ta' Tliet Eteri taċ-Ċelluloża CMC, HEC u HEECMC
il-metodu tat-test deskritt.
3.2.4.4 Ittestjar tal-H-NMR
L-ispettrometru H NMR tal-HEC tkejjel bl-ispettrometru Avance400 H NMR prodott minn BRUKER.
Bl-użu ta' dimetil sulfossidu dewterat bħala solvent, is-soluzzjoni ġiet ittestjata permezz ta' spettroskopija NMR tal-idroġenu likwidu. Il-frekwenza tat-test kienet ta' 75.5MHz.
Saħħan, is-soluzzjoni hija 0.5mL.
3.3 Riżultati u Analiżi
3.3.1 Ottimizzazzjoni tal-proċess ta' preparazzjoni tas-CMC
Bl-użu taċ-ċelluloża tal-arżnu estratta fit-tieni kapitlu bħala l-materja prima, u bl-użu tal-kloroaċetat tas-sodju bħala l-aġent eterifikanti, ġie adottat il-metodu ta' esperiment b'fattur wieħed,
Il-proċess ta' preparazzjoni tas-CMC ġie ottimizzat, u l-varjabbli inizjali tal-esperiment ġew stabbiliti kif muri fit-Tabella 3.3. Dan li ġej huwa l-proċess ta' preparazzjoni tal-HEC
Fl-arti, l-analiżi ta' diversi fatturi.
Tabella 3.3 Valuri tal-Fatturi Inizjali
Fattur Valur inizjali
Temperatura alkalinizzanti ta' qabel it-trattament/℃ 40
Ħin ta' alkalizzazzjoni ta' qabel it-trattament/siegħa 1
Proporzjon solidu-likwidu ta' qabel it-trattament/(g/mL) 1:25
Konċentrazzjoni tal-lisċiva ta' qabel it-trattament/% 40
38
L-ewwel stadju tat-temperatura tal-eterifikazzjoni/℃ 45
Ħin/siegħa tal-eterifikazzjoni tal-ewwel stadju 1
It-tieni stadju tat-temperatura tal-eterifikazzjoni/℃ 70
Ħin/siegħa tat-tieni stadju tal-eterifikazzjoni 1
Dożaġġ bażi fl-istadju tal-eterifikazzjoni/g 2
Ammont ta' aġent eterifikanti fl-istadju tal-eterifikazzjoni/g 4.3
Proporzjon solidu-likwidu eterifikat/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Influwenza ta' diversi fatturi fuq il-grad ta' sostituzzjoni tas-CMC fl-istadju ta' alkalizzazzjoni ta' qabel it-trattament
1. L-effett tat-temperatura tal-alkalizzazzjoni tat-trattament minn qabel fuq il-grad ta' sostituzzjoni tas-CMC
Sabiex jiġi kkunsidrat l-effett tat-temperatura tal-alkalizzazzjoni ta' qabel it-trattament fuq il-grad ta' sostituzzjoni fis-CMC miksub, fil-każ li jiġu ffissati fatturi oħra bħala valuri inizjali,
Taħt il-kundizzjonijiet, l-effett tat-temperatura tal-alkalizzazzjoni ta' qabel it-trattament fuq il-grad ta' sostituzzjoni tas-CMC huwa diskuss, u r-riżultati huma murija fil-Fig.
Temperatura tal-alkalizzazzjoni ta' qabel it-trattament/℃
Effett tat-temperatura tal-alkalinizzazzjoni ta' qabel it-trattament fuq il-grad ta' sostituzzjoni tas-CMC
Jista' jidher li l-grad ta' sostituzzjoni tas-CMC jiżdied biż-żieda tat-temperatura tal-alkalizzazzjoni tal-pretrattament, u t-temperatura tal-alkalizzazzjoni hija ta' 30 °C.
Il-gradi ta' sostituzzjoni msemmija hawn fuq jonqsu biż-żieda fit-temperatura. Dan għaliex it-temperatura tal-alkalinizzazzjoni hija baxxa wisq, u l-molekuli huma inqas attivi u ma jistgħux
Jeqred b'mod effettiv iż-żona kristallina taċ-ċelluloża, li tagħmilha diffiċli għall-aġent eterifikanti biex jidħol fl-intern taċ-ċelluloża fl-istadju tal-eterifikazzjoni, u l-grad ta' reazzjoni huwa relattivament għoli.
baxx, li jirriżulta fi grad aktar baxx ta' sostituzzjoni tal-prodott. Madankollu, it-temperatura tal-alkalinizzazzjoni m'għandhiex tkun għolja wisq. Hekk kif tiżdied it-temperatura, taħt l-azzjoni ta' temperatura għolja u alkali qawwi,
Iċ-ċelluloża hija suxxettibbli għal degradazzjoni ossidattiva, u l-grad ta' sostituzzjoni tal-prodott CMC jonqos.
2. L-influwenza tal-ħin tal-alkalinizzazzjoni ta' qabel it-trattament fuq il-grad ta' sostituzzjoni tas-CMC
Taħt il-kundizzjoni li t-temperatura tal-alkalizzazzjoni ta' qabel it-trattament hija ta' 30 °C u fatturi oħra huma l-valuri inizjali, jiġi diskuss l-effett tal-ħin tal-alkalizzazzjoni ta' qabel it-trattament fuq is-CMC.
L-effett tas-sostituzzjoni. Grad ta' sostituzzjoni
Ħin ta' alkalizzazzjoni minn qabel it-trattament/siegħa
Effett tal-ħin tal-alkalinizzazzjoni ta' qabel it-trattament fuqCMCgrad ta' sostituzzjoni
Il-proċess ta' bulking innifsu huwa relattivament mgħaġġel, iżda s-soluzzjoni alkali teħtieġ ċertu ħin ta' diffużjoni fil-fibra.
Jista' jidher li meta l-ħin tal-alkalizzazzjoni jkun 0.5-1.5 siegħa, il-grad ta' sostituzzjoni tal-prodott jiżdied biż-żieda tal-ħin tal-alkalizzazzjoni.
Il-grad ta' sostituzzjoni tal-prodott miksub kien l-ogħla meta l-ħin kien ta' 1.5 siegħa, u l-grad ta' sostituzzjoni naqas biż-żieda tal-ħin wara 1.5 siegħa. Dan jista'
Jista' jkun minħabba li fil-bidu tal-alkalizzazzjoni, bit-titwil tal-ħin tal-alkalizzazzjoni, l-infiltrazzjoni tal-alkali fiċ-ċelluloża hija aktar suffiċjenti, sabiex il-fibra
L-istruttura ewlenija hija aktar rilassata, u żżid l-aġent eterifikanti u l-mezz attiv
Ħin tal-posta: 26 ta' April 2024