Bereiding van cellulose-ethers

1 Inleiding

Momenteel is de belangrijkste grondstof die gebruikt wordt bij de bereiding vancellulose-etherHet gaat om katoen, de productie ervan daalt en de prijs stijgt.

Bovendien zijn veelgebruikte veretheringsmiddelen zoals chloorazijnzuur (zeer giftig) en ethyleenoxide (kankerverwekkend) ook schadelijker voor het menselijk lichaam en het milieu.

In dit hoofdstuk wordt de dennencellulose met een relatieve zuiverheid van meer dan 90%, die in het tweede hoofdstuk is geëxtraheerd, als grondstof gebruikt, en worden natriumchloroacetaat en 2-chloorethanol als vervangingsmiddelen gebruikt.

Door gebruik te maken van het zeer giftige chloorazijnzuur als veretheringsmiddel, anionischcarboxymethylcellulose (CMC), niet-ionische hydroxyethylcellulose werd bereid.

Cellulose (HEC) en gemengde hydroxyethylcarboxymethylcellulose (HECMC), drie cellulose-ethers. één factor

De bereidingstechnieken van drie cellulose-ethers werden geoptimaliseerd door middel van experimenten en orthogonale experimenten, en de gesynthetiseerde cellulose-ethers werden gekarakteriseerd met behulp van FT-IR, XRD, H-NMR, enz.

Grondbeginselen van cellulose-etherificatie

Het principe van cellulose-etherificatie kan in twee delen worden verdeeld. Het eerste deel is het alkaliseringsproces, dat wil zeggen, tijdens de alkaliseringsreactie van cellulose,

Gelijkmatig verdeeld in een NaOH-oplossing zwelt dennencellulose heftig op onder mechanisch roeren en met de uitzetting van water.

Een grote hoeveelheid kleine NaOH-moleculen drong door tot in het binnenste van de dennencellulose en reageerde met de hydroxylgroepen op de ring van de glucose-structuureenheid.

Genereert alkalicellulose, het actieve centrum van de veretheringsreactie.

Het tweede deel is het etherificatieproces, dat wil zeggen de reactie tussen het actieve centrum en natriumchloroacetaat of 2-chloorethanol onder alkalische omstandigheden, wat resulteert in

Tegelijkertijd zullen de veretheringsmiddelen natriumchloroacetaat en 2-chloorethanol onder alkalische omstandigheden ook een zekere hoeveelheid water produceren.

De nevenreacties worden opgelost om respectievelijk natriumglycolaat en ethyleenglycol te genereren.

2. Voorbehandeling van dennenhoutcellulose met geconcentreerde alkalische decrystallisatie

Bereid eerst een NaOH-oplossing met een bepaalde concentratie met behulp van gedemineraliseerd water. Voeg vervolgens bij een bepaalde temperatuur 2 gram dennenvezel toe.

De vitamine wordt opgelost in een bepaalde hoeveelheid NaOH-oplossing, gedurende een bepaalde tijd geroerd en vervolgens gefilterd voor gebruik.

Instrumentmodel Fabrikant

Nauwkeurige pH-meter

Collector-type constante temperatuur verwarmingsmagnetische roerder

Vacuüm droogoven

Elektronische weegschaal

Multifunctionele vacuümpomp met watercirculatie

Fourier-transformatie-infraroodspectrometer

röntgendiffractometer

Kernmagnetische resonantiespectrometer

Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.

Hangzhou Huichuang Instrument Equipment Co., Ltd.

Shanghai Jinghong Experimental Equipment Co., Ltd.

METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.

Hangzhou David Science and Education Instrument Co., Ltd.

American Thermo Fisher Co., Ltd.

American Thermoelectric Switzerland ARL Company

Zwitsers bedrijf BRUKER

35

Voorbereiding van CMC's

Gebruikmakend van alkalische cellulose uit dennenhout, voorbehandeld door middel van geconcentreerde alkalische decrystallisatie als grondstof, met ethanol als oplosmiddel en natriumchloroacetaat als etherificatiemiddel.

CMC met een hogere DS werd bereid door tweemaal alkali en tweemaal een etherificatiemiddel toe te voegen. Voeg 2 g alkali-cellulose uit dennenhout toe aan een vierhalskolf, voeg vervolgens een bepaalde hoeveelheid ethanol toe en roer gedurende 30 minuten goed door.

zodanig dat de alkalicellulose volledig is gedispergeerd. Voeg vervolgens een bepaalde hoeveelheid alkalisch middel en natriumchloroacetaat toe en laat dit gedurende een bepaalde tijd bij een bepaalde veretheringstemperatuur reageren.

Na verloop van tijd een tweede toevoeging van alkalisch middel en natriumchloroacetaat, gevolgd door etherificatie gedurende een bepaalde tijd. Nadat de reactie is voltooid, afkoelen en vervolgens verder afkoelen.

Neutraliseer met een geschikte hoeveelheid ijsazijn, filter vervolgens met een zuigfilter, was en droog.

Voorbereiding van HEC's

Gebruikmakend van met geconcentreerde alkalische decrystallisatie voorbehandelde dennenhoutcellulose als grondstof, ethanol als oplosmiddel en 2-chloorethanol als etherificatiemiddel.

De HEC met een hogere MS werd bereid door tweemaal alkali en tweemaal een etherificatiemiddel toe te voegen. Voeg 2 g alkali-cellulose van dennenhout toe aan een vierhalskolf en voeg een bepaald volume 90% (volumefractie) ethanol toe, roer

Roer gedurende een bepaalde tijd totdat alles volledig is opgelost, voeg dan een bepaalde hoeveelheid alkali toe en verwarm het langzaam, voeg vervolgens een bepaald volume 2- toe.

Chloroethanol werd gedurende een bepaalde tijd bij constante temperatuur geëtherificeerd, waarna de resterende natriumhydroxide en 2-chloroethanol werden toegevoegd om de etherificatie gedurende een bepaalde tijd voort te zetten.

Nadat de reactie is voltooid, neutraliseer je met een bepaalde hoeveelheid ijsazijn en filtreer je tenslotte met een glazen filter (G3), was je het en droog je het.

Bereiding van HEMCC

Gebruikmakend van de in 3.2.3.4 bereide HEC als grondstof, ethanol als reactiemedium en natriumchloroacetaat als veretheringsmiddel om te bereiden

HECMC. Het specifieke proces is als volgt: neem een ​​bepaalde hoeveelheid HEC, doe deze in een vierhalskolf van 100 ml en voeg vervolgens een bepaald volume toe.

90% ethanol, mechanisch roeren gedurende een bepaalde tijd totdat het volledig is opgelost, een bepaalde hoeveelheid alkali toevoegen na verhitting, en langzaam toevoegen

Natriumchloroacetaat, de etherificatie bij constante temperatuur eindigt na een bepaalde tijd. Nadat de reactie is voltooid, neutraliseer deze met ijsazijn en gebruik vervolgens een glasfilter (G3).

Na afzuigfiltratie, wassen en drogen.

Zuivering van cellulose-ethers

Bij de bereiding van cellulose-ether ontstaan ​​vaak enkele bijproducten, voornamelijk het anorganische zout natriumchloride en enkele andere stoffen.

onzuiverheden. Om de kwaliteit van cellulose-ether te verbeteren, werd een eenvoudige zuivering uitgevoerd op de verkregen cellulose-ether. omdat ze in water aanwezig zijn

Omdat de oplosbaarheid verschilt, wordt in het experiment een bepaalde volumefractie gehydrateerde ethanol gebruikt om de bereide drie cellulose-ethers te zuiveren.

wijziging.

Plaats het cellulose-ethermonster van een bepaalde kwaliteit in een bekerglas, voeg een bepaalde hoeveelheid 80% ethanol toe die is voorverwarmd tot 60 ℃ ~ 65 ℃ en blijf mechanisch roeren bij 60 ℃ ~ 65 ℃ met een magnetische roerder met constante temperatuur gedurende 10 ℃. Neem de bovenstaande vloeistof af om te laten drogen.

Gebruik in een schone beker zilvernitraat om te controleren op chloride-ionen. Als er een wit neerslag ontstaat, filtreer dit dan door een glazen filter en neem de vaste stof af.

Herhaal de voorgaande stappen voor het lichaamsdeel, totdat er na toevoeging van 1 druppel AgNO3-oplossing geen wit neerslag meer in het filtraat zit. Dat wil zeggen dat de zuivering en het wassen voltooid zijn.

36

(voornamelijk om het reactiebijproduct NaCl te verwijderen). Na zuigfiltratie, drogen, afkoelen tot kamertemperatuur en wegen.

massa, g.

Test- en karakteriseringsmethoden voor cellulose-ethers

Bepaling van de substitutiegraad (DS) en de molaire substitutiegraad (MS)

Bepaling van DS: Weeg eerst 0,2 g (nauwkeurig tot 0,1 mg) van het gezuiverde en gedroogde cellulose-ethermonster af en los dit op in

80 ml gedestilleerd water, gedurende 10 minuten geroerd in een waterbad met constante temperatuur van 30℃~40℃. Vervolgens op smaak brengen met een zwavelzuuroplossing of een NaOH-oplossing.

Verhoog de pH van de oplossing totdat deze 8 is. Gebruik vervolgens in een bekerglas met een pH-meterelektrode een standaardoplossing van zwavelzuur.

Om te titreren, onder roeren, moet de pH-meter tijdens het titreren worden afgelezen. Wanneer de pH-waarde van de oplossing is ingesteld op 3,74,

De titratie is voltooid. Noteer het volume van de gebruikte standaardoplossing zwavelzuur.

Generatie:

De som van de bovenste protonnummers en de hydroxyethylgroep

De verhouding van het aantal bovenste protonen; I7 is de massa van de methyleengroep op de hydroxyethylgroep

Intensiteit van de protonresonantiepiek; is de intensiteit van de protonresonantiepiek van 5 methinegroepen en één methyleengroep op de celluloseglucose-eenheid

Som.

De beschreven testmethoden voor de infraroodkarakterisering van de drie cellulose-ethers CMC, HEC en HEECMC worden hieronder beschreven.

Wet

3.2.4.3 XRD-test

Karakteriseringstest van drie cellulose-ethers CMC, HEC en HEECMC met behulp van röntgendiffractieanalyse.

de beschreven testmethode.

3.2.4.4 Testen van H-NMR

De H NMR-spectrometer van HEC werd gemeten met een Avance400 H NMR-spectrometer, geproduceerd door BRUKER.

Met behulp van gedeutereerd dimethylsulfoxide als oplosmiddel werd de oplossing getest met vloeibare waterstof-NMR-spectroscopie. De testfrequentie bedroeg 75,5 MHz.

De oplossing is warm en bevat 0,5 ml.

3.3 Resultaten en analyse

3.3.1 Optimalisatie van het CMC-bereidingsproces

Met de in het tweede hoofdstuk geëxtraheerde dennencellulose als grondstof en natriumchloroacetaat als veretheringsmiddel werd de methode van een experiment met één factor toegepast.

Het bereidingsproces van CMC werd geoptimaliseerd en de beginvariabelen van het experiment werden ingesteld zoals weergegeven in tabel 3.3. Hieronder volgt het bereidingsproces van HEC.

In de kunst gaat het om de analyse van verschillende factoren.

Tabel 3.3 Initiële factorwaarden

Factor Beginwaarde

Voorbehandeling alkaliserende temperatuur/℃ 40

Voorbehandeling alkaliserende tijd/uur 1

Voorbehandeling vaste stof-vloeistofverhouding (g/ml) 1:25

Voorbehandeling loogconcentratie/% 40

38

De temperatuur van de eerste etherificatiestap/℃ 45

Etherificatietijd eerste fase/uur 1

Etherificatietemperatuur tweede fase/℃ 70

Etherificatietijd tweede fase/uur 1

Basisdosering in de etherificatiestap/g 2

Hoeveelheid etherificatiemiddel in de etherificatiestap/g 4,3

Verhouding geëtherificeerde vaste stof-vloeistof (g/ml): 1:15

3.3.1.1 Invloed van diverse factoren op de CMC-substitutiegraad in de alkaliseringsfase van de voorbehandeling

1. Het effect van de alkaliseringstemperatuur van de voorbehandeling op de substitutiegraad van CMC

Om het effect van de alkaliseringstemperatuur van de voorbehandeling op de substitutiegraad in de verkregen CMC te onderzoeken, waarbij andere factoren als beginwaarden worden vastgelegd,

Onder deze omstandigheden wordt het effect van de alkaliseringstemperatuur van de voorbehandeling op de substitutiegraad van CMC besproken, en de resultaten worden weergegeven in Fig.

Voorbehandeling alkaliserende temperatuur/℃

Effect van de alkaliserende voorbehandelingstemperatuur op de substitutiegraad van CMC

Het is te zien dat de mate van substitutie van CMC toeneemt met de stijging van de alkaliseringstemperatuur tijdens de voorbehandeling, waarbij de alkaliseringstemperatuur 30 °C bedraagt.

De bovengenoemde substitutiegraad neemt af met toenemende temperatuur. Dit komt doordat de alkaliserende temperatuur te laag is, waardoor de moleculen minder actief zijn en niet in staat zijn om te reageren.

Het vernietigt effectief het kristallijne gebied van cellulose, waardoor het voor het veretheringsmiddel moeilijk wordt om tijdens de veretheringsfase het binnenste van de cellulose binnen te dringen, en de reactiegraad relatief hoog is.

laag, wat resulteert in een lagere mate van productvervanging. De alkaliseringstemperatuur mag echter niet te hoog zijn. Naarmate de temperatuur stijgt, onder invloed van hoge temperatuur en sterke alkali,

Cellulose is gevoelig voor oxidatieve afbraak, waardoor de substitutiegraad van het product CMC afneemt.

2. Invloed van de alkaliseringstijd van de voorbehandeling op de CMC-substitutiegraad

Onder de voorwaarde dat de voorbehandelingstemperatuur voor alkalisering 30 °C is en de overige factoren de beginwaarden hebben, wordt het effect van de voorbehandelingstijd voor alkalisering op de CMC besproken.

Het effect van substitutie. Substitutiegraad

Voorbehandeling alkaliserende tijd/uur

Effect van de alkaliseringstijd van de voorbehandeling opCMCsubstitutiegraad

Het opvulproces zelf verloopt relatief snel, maar de alkalische oplossing heeft een bepaalde diffusietijd in de vezel nodig.

Het is te zien dat wanneer de alkaliseringstijd 0,5-1,5 uur bedraagt, de substitutiegraad van het product toeneemt met de toename van de alkaliseringstijd.

De mate van substitutie van het verkregen product was het hoogst na 1,5 uur, en de mate van substitutie nam af naarmate de tijd na 1,5 uur toenam. Dit kan

Dit kan komen doordat aan het begin van de alkalisering, naarmate de alkaliseringstijd langer wordt, de infiltratie van alkali in de cellulose voldoende is, waardoor de vezel

De primaire structuur is meer ontspannen, waardoor het etherificatiemiddel en het actieve medium toenemen.