1 Wprowadzenie
Obecnie głównym surowcem używanym do przygotowaniaeter celulozyjest bawełną, której produkcja maleje, a cena rośnie;
Co więcej, powszechnie stosowane środki eteryfikujące, takie jak kwas chlorooctowy (wysoce toksyczny) i tlenek etylenu (rakotwórczy), są również bardziej szkodliwe dla organizmu człowieka i środowiska.
W tym rozdziale jako surowiec wykorzystano celulozę sosnową o czystości względnej ponad 90%, wyekstrahowaną w rozdziale drugim, a jako zamienniki zastosowano chlorooctan sodu i 2-chloroetanol.
Stosując silnie toksyczny kwas chlorooctowy jako środek eteryfikujący, anionowykarboksymetyloceluloza (CMC), przygotowano niejonową hydroksyetylocelulozę.
Celuloza (HEC) i mieszana hydroksyetylokarboksymetyloceluloza (HECMC) trzy etery celulozy. pojedynczy czynnik
Techniki otrzymywania trzech eterów celulozy zoptymalizowano za pomocą eksperymentów i eksperymentów ortogonalnych, a zsyntetyzowane etery celulozy scharakteryzowano za pomocą FT-IR, XRD, H-NMR itp.
Podstawy eteryfikacji celulozy
Zasadę eteryfikacji celulozy można podzielić na dwie części. Pierwsza część to proces alkalizacji, czyli reakcja alkalizacji celulozy.
Równomiernie rozproszona w roztworze NaOH celuloza sosnowa pęcznieje gwałtownie pod wpływem mieszania mechanicznego i wraz z rozszerzaniem się wody
Duża ilość małych cząsteczek NaOH wniknęła do wnętrza celulozy sosnowej i zareagowała z grupami hydroksylowymi pierścienia jednostki strukturalnej glukozy,
Powstaje alkaliceluloza, będąca aktywnym centrum reakcji eteryfikacji.
Drugą częścią jest proces eteryfikacji, czyli reakcja pomiędzy centrum aktywnym a chlorooctanem sodu lub 2-chloroetanolem w środowisku alkalicznym, w wyniku której powstaje
Jednocześnie środek eteryfikujący chlorooctan sodu i 2-chloroetanol w warunkach alkalicznych wytwarzają również pewną ilość wody.
Reakcje uboczne są rozwiązywane w celu wytworzenia odpowiednio glikolanu sodu i glikolu etylenowego.
2. Dekrystalizacja celulozy sosnowej za pomocą koncentratu alkalicznego
Najpierw przygotuj roztwór NaOH o określonym stężeniu z wodą dejonizowaną. Następnie, w określonej temperaturze, dodaj 2 g włókna sosnowego.
Witaminę rozpuszcza się w określonej objętości roztworu NaOH, miesza przez pewien czas, a następnie filtruje w celu użycia.
Producent modelu instrumentu
Precyzyjny miernik pH
Mieszadło magnetyczne z podgrzewaniem o stałej temperaturze typu kolektorowego
Piec próżniowy do suszenia
Waga elektroniczna
Pompa próżniowa wielofunkcyjna z obiegiem wody
Spektrometr podczerwieni z transformacją Fouriera
Dyfraktometr rentgenowski
Spektrometr rezonansu magnetycznego jądrowego
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.
Amerykańska firma termoelektryczna Switzerland ARL
Szwajcarska firma BRUKER
35
Przygotowanie CMC
Wykorzystując celulozę alkaliczną z drewna sosnowego poddaną wstępnej obróbce metodą dekrystalizacji za pomocą skoncentrowanego alkaliu jako surowiec, stosując etanol jako rozpuszczalnik i stosując chlorooctan sodu jako eteryfikację
CMC o wyższym DS przygotowano poprzez dwukrotne dodanie alkalii i dwukrotne dodanie środka eteryfikującego. Dodać 2 g celulozy alkalicznej z drewna sosnowego do kolby czteroszyjnej, a następnie odpowiednią objętość rozpuszczalnika etanolowego i dobrze mieszać przez 30 minut.
Aby alkaliceluloza była całkowicie rozproszona, należy dodać odpowiednią ilość środka alkalicznego i chlorooctanu sodu, aby reakcja trwała przez określony czas w określonej temperaturze eteryfikacji.
Po pewnym czasie, ponowny dodatek środka alkalicznego i chlorooctanu sodu, a następnie eteryfikacja przez pewien czas. Po zakończeniu reakcji, ostudzić i schłodzić, a następnie
Zneutralizować odpowiednią ilością lodowatego kwasu octowego, następnie przefiltrować, umyć i wysuszyć.
Przygotowanie HEC
Wykorzystując jako surowiec celulozę alkaliczną z drewna sosnowego poddaną wstępnej obróbce za pomocą stężonej dekrystalizacji alkalicznej, etanol jako rozpuszczalnik i 2-chloroetanol jako eteryfikację
HEC o wyższym MS przygotowano poprzez dwukrotne dodanie alkalii i dwukrotne dodanie środka eteryfikującego. Dodać 2 g celulozy alkalicznej z drewna sosnowego do kolby czteroszyjnej, a następnie odpowiednią objętość etanolu o stężeniu 90% (ułamek objętościowy) i wymieszać.
Mieszaj przez pewien czas, aż do całkowitego rozproszenia, następnie dodaj określoną ilość alkalii i powoli podgrzewaj, dodaj określoną objętość 2-
Chloroetanol, eteryfikowany w stałej temperaturze przez pewien czas, a następnie dodano pozostałą ilość wodorotlenku sodu i 2-chloroetanol, aby kontynuować eteryfikację przez pewien czas.
Po zakończeniu reakcji zneutralizować pewną ilością lodowatego kwasu octowego, a na koniec przefiltrować przez szklany filtr (G3), przemyć i wysuszyć.
Przygotowanie HEMCC
Wykorzystując HEC przygotowany zgodnie z pkt 3.2.3.4 jako surowiec, etanol jako środowisko reakcji i chlorooctan sodu jako środek eteryfikujący do przygotowania
HECMC. Proces wygląda następująco: należy pobrać określoną ilość HEC, wlać ją do kolby czteroszyjnej o pojemności 100 ml, a następnie dodać określoną ilość
90% etanolu, mieszaj mechanicznie przez pewien czas, aby całkowicie go rozproszyć, dodaj pewną ilość alkalii po podgrzaniu i powoli dodawaj
Chlorooctan sodu, eteryfikacja w stałej temperaturze kończy się po pewnym czasie. Po zakończeniu reakcji zobojętniamy ją lodowatym kwasem octowym, a następnie filtrujemy przez filtr szklany (G3).
Po filtracji ssącej, myciu i suszeniu.
Oczyszczanie eterów celulozy
W procesie wytwarzania eteru celulozy często powstają pewne produkty uboczne, głównie sól nieorganiczna chlorek sodu i inne
Zanieczyszczenia. Aby poprawić jakość eteru celulozowego, przeprowadzono proste oczyszczanie otrzymanego eteru celulozowego, ponieważ znajdują się one w wodzie.
Ponieważ rozpuszczalność jest różna, w eksperymencie wykorzystano pewną objętość frakcji uwodnionego etanolu do oczyszczenia trzech przygotowanych eterów celulozy.
zmiana.
Umieść próbkę eteru celulozowego przygotowaną zgodnie z określoną jakością w zlewce, dodaj określoną ilość etanolu 80% podgrzanego do temperatury 60–65°C i utrzymuj mieszanie mechaniczne w temperaturze 60–65°C na mieszadle magnetycznym o stałej temperaturze przez 10 minut. Pozostaw supernatant do wyschnięcia.
W czystej zlewce sprawdź obecność jonów chlorkowych za pomocą azotanu srebra. Jeśli pojawi się biały osad, przefiltruj go przez filtr szklany i oddziel ciało stałe.
Powtarzaj poprzednie kroki dla danej części ciała, aż do momentu, gdy po dodaniu 1 kropli roztworu AgNO3 w filtracie nie będzie już białego osadu, co oznacza, że oczyszczanie i mycie zostaną zakończone.
36
do (głównie w celu usunięcia produktu ubocznego reakcji, NaCl). Po filtracji próżniowej, wysuszeniu, schłodzeniu do temperatury pokojowej i zważeniu.
masa, g.
Metody badań i charakteryzacji eterów celulozy
Oznaczanie stopnia podstawienia (DS) i molowego stopnia podstawienia (MS)
Oznaczanie DS: Najpierw odważyć 0,2 g (z dokładnością do 0,1 mg) oczyszczonej i wysuszonej próbki eteru celulozy, rozpuścić w
80 ml wody destylowanej, mieszano w łaźni wodnej o stałej temperaturze 30℃~40℃ przez 10 minut. Następnie doprowadzono do żądanej temperatury roztworem kwasu siarkowego lub roztworem NaOH.
pH roztworu należy zwiększać do momentu, aż pH roztworu osiągnie wartość 8. Następnie w zlewce wyposażonej w elektrodę pH-metru należy użyć roztworu wzorcowego kwasu siarkowego.
W celu miareczkowania, w warunkach mieszania, obserwuj odczyt pehametru podczas miareczkowania, gdy wartość pH roztworu zostanie dostosowana do 3,74,
Miareczkowanie się kończy. Zanotuj objętość roztworu wzorcowego kwasu siarkowego użytego w tym momencie.
Generacja:
Suma liczby górnych protonów i grupy hydroksyetylowej
Stosunek liczby górnych protonów; I7 to masa grupy metylenowej w grupie hydroksyetylowej
Intensywność piku rezonansowego protonu; jest intensywnością piku rezonansowego protonu 5 grup metinowych i jednej grupy metylenowej na jednostce celulozy i glukozy
Suma.
Opisano metody badań charakterystyki w podczerwieni trzech eterów celulozy CMC, HEC i HEECMC
Prawo
3.2.4.3 Badanie XRD
Badanie charakterystyki metodą dyfrakcji rentgenowskiej trzech eterów celulozy CMC, HEC i HEECMC
opisana metoda badania.
3.2.4.4 Badanie spektroskopii 1H-NMR
Pomiary spektrometrem H NMR HEC wykonano przy użyciu spektrometru Avance400 H NMR wyprodukowanego przez firmę BRUKER.
Roztwór zbadano metodą spektroskopii NMR ciekłego wodoru, wykorzystując deuterowany dimetylosulfotlenek jako rozpuszczalnik. Częstotliwość pomiaru wynosiła 75,5 MHz.
Ciepło, roztwór ma objętość 0,5 ml.
3.3 Wyniki i analiza
3.3.1 Optymalizacja procesu przygotowania CMC
Wykorzystując celulozę sosnową wyekstrahowaną w rozdziale drugim jako surowiec i stosując chlorooctan sodu jako środek eteryfikujący, przyjęto metodę eksperymentu jednoczynnikowego,
Zoptymalizowano proces przygotowania CMC, a początkowe zmienne eksperymentu ustawiono zgodnie z tabelą 3.3. Poniżej przedstawiono proces przygotowania HEC.
W sztuce analiza różnych czynników.
Tabela 3.3 Wartości początkowe czynników
Współczynnik Wartość początkowa
Temperatura alkalizacji wstępnej obróbki/℃ 40
Czas alkalizacji wstępnej obróbki/h 1
Stosunek fazy stałej do cieczy wstępnej (g/ml) 1:25
Stężenie ługu wstępnego/% 40
38
Temperatura pierwszego etapu eteryfikacji/℃ 45
Czas eteryfikacji pierwszego stopnia/h 1
Temperatura drugiego etapu eteryfikacji/℃ 70
Czas eteryfikacji drugiego etapu/h 1
Dawka bazowa w etapie eteryfikacji/g 2
Ilość środka eteryfikującego w etapie eteryfikacji/g 4,3
Stosunek eteryfikowanego ciała stałego do cieczy/(g/ml) 1:15
3.3.1.1 Wpływ różnych czynników na stopień substytucji CMC na etapie alkalizacji wstępnej
1. Wpływ temperatury alkalizacji wstępnej na stopień podstawienia CMC
Aby uwzględnić wpływ temperatury alkalizacji wstępnej na stopień podstawienia w otrzymanym CMC, w przypadku ustalenia innych czynników jako wartości początkowych,
W tym kontekście omówiono wpływ temperatury alkalizacji wstępnej na stopień podstawienia CMC, a wyniki przedstawiono na rys.
Temperatura alkalizacji wstępnej obróbki/℃
Wpływ temperatury alkalizacji wstępnej obróbki na stopień podstawienia CMC
Można zauważyć, że stopień podstawienia CMC wzrasta wraz ze wzrostem temperatury alkalizacji wstępnej, która wynosi 30 °C.
Powyższe stopnie podstawienia maleją wraz ze wzrostem temperatury. Dzieje się tak, ponieważ temperatura alkalizacji jest zbyt niska, a cząsteczki są mniej aktywne i nie mogą...
Skutecznie niszczą krystaliczną powierzchnię celulozy, co utrudnia czynnikowi eteryfikującemu przedostanie się do wnętrza celulozy na etapie eteryfikacji, a stopień reakcji jest stosunkowo wysoki.
Niska, co skutkuje niższym stopniem substytucji produktu. Temperatura alkalizacji nie powinna być jednak zbyt wysoka. Wraz ze wzrostem temperatury, pod wpływem wysokiej temperatury i silnej zasady,
Celuloza jest podatna na degradację oksydacyjną, co powoduje zmniejszenie stopnia podstawienia CMC w produkcie.
2. Wpływ czasu alkalizacji wstępnej obróbki na stopień podstawienia CMC
Przy założeniu, że temperatura alkalizacji wstępnej obróbki wynosi 30 °C, a pozostałe czynniki są wartościami początkowymi, omawiany jest wpływ czasu alkalizacji wstępnej obróbki na CMC.
Efekt substytucji. Stopień substytucji
Czas alkalizacji wstępnej obróbki/h
Wpływ czasu alkalizacji wstępnej naCMCstopień substytucji
Sam proces pęcznienia jest stosunkowo szybki, ale roztwór alkaliczny wymaga pewnego czasu dyfuzji we włóknie.
Można zauważyć, że gdy czas alkalizacji wynosi 0,5–1,5 godziny, stopień podstawienia produktu wzrasta wraz ze wzrostem czasu alkalizacji.
Stopień podstawienia otrzymanego produktu był najwyższy, gdy czas wynosił 1,5 godziny, a stopień podstawienia malał wraz ze wzrostem czasu po 1,5 godzinie. Może to
Może to wynikać z faktu, że na początku alkalizacji, wraz z wydłużeniem czasu alkalizacji, przenikanie alkaliów do celulozy jest bardziej wystarczające, dzięki czemu włókno
Główna struktura jest bardziej rozluźniona, co zwiększa ilość środka eteryfikującego i ośrodka aktywnego
Czas publikacji: 26-04-2024