1 Introducere
În prezent, principala materie primă utilizată în preparareaeter de celulozăeste bumbacul, iar producția sa este în scădere, iar prețul este, de asemenea, în creștere;
Mai mult, agenții eterificatori utilizați în mod obișnuit, cum ar fi acidul cloracetic (foarte toxic) și oxidul de etilenă (cancerigen), sunt, de asemenea, mai dăunători pentru organismul uman și pentru mediu. Carte
În acest capitol, celuloza de pin cu o puritate relativă de peste 90%, extrasă în capitolul al doilea, este utilizată ca materie primă, iar cloracetatul de sodiu și 2-cloroetanolul sunt utilizați ca înlocuitori.
Utilizarea acidului cloracetic extrem de toxic ca agent eterificant, anioniccarboximetilceluloză (CMC), s-au preparat hidroxietilceluloză neionică.
Celuloză (HEC) și hidroxietil carboximetil celuloză mixtă (HECMC) trei eteri de celuloză. factor unic
Tehnicile de preparare a trei eteri de celuloză au fost optimizate prin intermediul experimentelor și experimentelor ortogonale, iar eterii de celuloză sintetizați au fost caracterizați prin FT-IR, XRD, 1H-RMN etc.
Fundamentele eterificării celulozei
Principiul eterificării celulozei poate fi împărțit în două părți. Prima parte este procesul de alcalinizare, adică în timpul reacției de alcalinizare a celulozei,
Dispersată uniform în soluție de NaOH, celuloza de pin se umflă violent sub acțiunea agitării mecanice și odată cu expansiunea apei.
O cantitate mare de molecule mici de NaOH a pătruns în interiorul celulozei de pin și a reacționat cu grupările hidroxil de pe inelul unității structurale de glucoză.
Generează celuloză alcalină, centrul activ al reacției de eterificare.
A doua parte este procesul de eterificare, adică reacția dintre centrul activ și cloracetatul de sodiu sau 2-cloroetanol în condiții alcaline, rezultând
În același timp, agentul eterificant cloroacetat de sodiu și 2-cloroetanolul vor produce, de asemenea, un anumit grad de apă în condiții alcaline.
Reacțiile secundare sunt rezolvate pentru a genera glicolat de sodiu și, respectiv, etilen glicol.
2 Pretratare concentrată prin decristalizare alcalină a celulozei de pin
Mai întâi, preparați o anumită concentrație de soluție de NaOH cu apă deionizată. Apoi, la o anumită temperatură, preparați 2 g de fibră de pin.
Vitamina este dizolvată într-un anumit volum de soluție de NaOH, agitată o perioadă de timp și apoi filtrată pentru utilizare.
Producător de modele de instrumente
pH-metru de precizie
Agitator magnetic cu încălzire la temperatură constantă tip colector
Cuptor de uscare în vid
Balanță electronică
Pompă de vid multifuncțională de tip circulant cu apă
Spectrometru cu infraroșu cu transformare Fourier
difractometru cu raze X
Spectrometru de rezonanță magnetică nucleară
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 Știință și Instrumente Educaționale Co., Ltd.
American Thermo Fisher Co., Ltd.
Compania American Thermoelectric Switzerland ARL
Compania elvețiană BRUKER
35
Prepararea CMC-urilor
Folosind ca materie primă celuloză alcalină din lemn de pin pretratată prin decristalizare alcalină concentrată, etanol ca solvent și cloracetat de sodiu ca eterificare.
CMC cu DS mai mare a fost preparat prin adăugarea de două ori a alcalinei și de două ori a agentului de eterificare. Adăugați 2 g de celuloză alcalină din lemn de pin în balonul cu patru gâturi, apoi adăugați un anumit volum de solvent etanolic și amestecați bine timp de 30 de minute.
aproximativ, astfel încât celuloza alcalină să fie complet dispersată. Apoi adăugați o anumită cantitate de agent alcalin și cloroacetat de sodiu pentru a reacționa o perioadă de timp la o anumită temperatură de eterificare
După un timp, se adaugă a doua oară agent alcalin și cloracetat de sodiu, urmată de eterificare pentru o perioadă de timp. După terminarea reacției, se răcește și se răcește, apoi
Se neutralizează cu o cantitate adecvată de acid acetic glacial, apoi se filtrează prin aspirare, se spală și se usucă.
Prepararea HEC-urilor
Folosind celuloză alcalină din lemn de pin pretratată cu decristalizare alcalină concentrată ca materie primă, etanol ca solvent și 2-cloroetanol ca eterificare.
HEC-ul cu MS mai mare a fost preparat prin adăugarea de două ori a alcalinei și a agentului de eterificare de două ori. Se adaugă 2 g de celuloză alcalină din lemn de pin într-un balon cu patru gâturi și se adaugă un anumit volum de etanol 90% (fracție volumică), se amestecă.
Amestecați o perioadă de timp pentru a dispersa complet, apoi adăugați o anumită cantitate de alcali și încălziți încet, adăugați un anumit volum de 2-
Cloroetanol, eterificat la temperatură constantă pentru o perioadă de timp, apoi adăugat hidroxidul de sodiu și 2-cloroetanolul rămase pentru a continua eterificarea pentru o perioadă de timp. tratare
După finalizarea reacției, se neutralizează cu o anumită cantitate de acid acetic glacial și, în final, se filtrează cu un filtru de sticlă (G3), se spală și se usucă.
Pregătirea HEMCC
Folosind HEC preparat în 3.2.3.4 ca materie primă, etanol ca mediu de reacție și cloracetat de sodiu ca agent de eterificare pentru a prepara
HECMC. Procesul specific este: se ia o anumită cantitate de HEC, se pune într-un balon cu patru gâturi de 100 ml și apoi se adaugă o anumită cantitate de volum
90% etanol, se agită mecanic o perioadă de timp pentru a-l dispersa complet, se adaugă o anumită cantitate de alcali după încălzire și se adaugă lent
Cloroacetat de sodiu, eterificarea la temperatură constantă se termină după o perioadă de timp. După finalizarea reacției, se neutralizează cu acid acetic glacial, apoi se folosește un filtru de sticlă (G3).
După filtrare prin aspirație, spălare și uscare.
Purificarea eterilor de celuloză
În procesul de preparare a eterului de celuloză, se obțin adesea unele produse secundare, în principal sarea anorganică clorură de sodiu și alte...
impurități. Pentru a îmbunătăți calitatea eterului de celuloză, s-a efectuat o purificare simplă a eterului de celuloză obținut, deoarece acestea se află în apă
Există solubilități diferite, așa că experimentul utilizează o anumită fracție volumetrică de etanol hidratat pentru a purifica cei trei eteri de celuloză preparați.
schimba.
Se pune proba de eter de celuloză preparată cu o anumită calitate într-un pahar de laborator, se adaugă o anumită cantitate de etanol 80% preîncălzit la 60 ℃ ~ 65 ℃ și se menține agitarea mecanică la 60 ℃ ~ 65 ℃ pe un agitator magnetic cu încălzire la temperatură constantă timp de 10 ℃. Se usucă supernatantul.
Într-un pahar curat, folosiți nitrat de argint pentru a verifica prezența ionilor de clorură. Dacă există un precipitat alb, filtrați-l printr-un filtru de sticlă și luați solidul.
Repetați pașii anteriori pentru partea corpului, până când filtratul, după adăugarea unei picături de soluție de AgNO3, nu prezintă precipitat alb, adică purificarea și spălarea sunt finalizate.
36
în (în principal pentru a îndepărta produsul secundar de reacție NaCl). După filtrare prin sucțiune, uscare, răcire la temperatura camerei și cântărire.
masă, g.
Metode de testare și caracterizare pentru eterii de celuloză
Determinarea gradului de substituție (DS) și a gradului molar de substituție (MS)
Determinarea DS: Mai întâi, se cântăresc 0,2 g (cu o precizie de 0,1 mg) din proba de eter de celuloză purificată și uscată, se dizolvă în
80 ml de apă distilată, se agită într-o baie de apă la temperatură constantă la 30°C~40°C timp de 10 minute. Apoi se ajustează cu soluție de acid sulfuric sau soluție de NaOH.
pH-ul soluției până când pH-ul soluției este 8. Apoi, într-un pahar echipat cu un electrod pH-metru, utilizați o soluție standard de acid sulfuric
Pentru a titra, sub agitare, observați valoarea pH-metrului în timpul titrării, când valoarea pH-ului soluției este ajustată la 3,74,
Titrarea se termină. Notați volumul de soluție standard de acid sulfuric utilizat în acest moment.
Generaţie:
Suma numerelor de protoni superiori și a grupării hidroxietil
Raportul dintre numărul de protoni superiori; I7 este masa grupării metilenice de pe gruparea hidroxietil
Intensitatea vârfului de rezonanță protonică; este intensitatea vârfului de rezonanță protonică a 5 grupări metinice și a unei grupări metilicene de pe unitatea de glucoză a celulozei
Sumă.
Metodele de testare descrise pentru testarea caracterizării în infraroșu a celor trei eteri de celuloză CMC, HEC și HEECMC
Drept
3.2.4.3 Testul XRD
Test de caracterizare a analizei difracției de raze X a trei eteri de celuloză: CMC, HEC și HEECMC
metoda de testare descrisă.
3.2.4.4 Testarea RMN-ului 1H
Spectrometrul RMN 1H al HEC a fost măsurat cu ajutorul spectrometrului RMN 1H Avance400 produs de BRUKER.
Folosind dimetilsulfoxid deuterat ca solvent, soluția a fost testată prin spectroscopie RMN cu hidrogen lichid. Frecvența de testare a fost de 75,5 MHz.
Caldă, soluția este de 0,5 ml.
3.3 Rezultate și analiză
3.3.1 Optimizarea procesului de preparare a CMC
Folosind celuloza de pin extrasă în capitolul al doilea ca materie primă și cloroacetat de sodiu ca agent eterificant, a fost adoptată metoda experimentului cu un singur factor.
Procesul de preparare a CMC a fost optimizat, iar variabilele inițiale ale experimentului au fost stabilite așa cum se arată în Tabelul 3.3. În continuare este prezentat procesul de preparare a HEC.
În artă, analiza diferiților factori.
Tabelul 3.3 Valorile inițiale ale factorilor
Valoare inițială a factorului
Temperatura de alcalinizare pretratare/℃ 40
Timp de alcalinizare pretratare/h 1
Raport solid-lichid pretratare/(g/mL) 1:25
Concentrația de sodă pretratare/% 40
38
Temperatura de eterificare din prima etapă/℃ 45
Timp de eterificare în prima etapă/h 1
Temperatura de eterificare a celei de-a doua etape/℃ 70
Timp/h de eterificare a doua etapă
Dozaj de bază în etapa de eterificare/g²
Cantitatea de agent eterificant în etapa de eterificare/g 4,3
Raport solid-lichid eterificat/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Influența diferiților factori asupra gradului de substituție a CMC în etapa de alcalinizare pretratare
1. Efectul temperaturii de alcalinizare pretratare asupra gradului de substituție al CMC
Pentru a lua în considerare efectul temperaturii de alcalinizare pretratare asupra gradului de substituție în CMC obținut, în cazul fixării altor factori ca valori inițiale,
În aceste condiții, este discutat efectul temperaturii de alcalinizare pretratare asupra gradului de substituție a CMC, iar rezultatele sunt prezentate în Fig.
Temperatura de alcalinizare pretratare/℃
Efectul temperaturii de alcalinizare pretratare asupra gradului de substituție CMC
Se poate observa că gradul de substituție al CMC crește odată cu creșterea temperaturii de alcalinizare pretratare, iar temperatura de alcalinizare este de 30 °C.
Gradele de substituție menționate mai sus scad odată cu creșterea temperaturii. Acest lucru se datorează faptului că temperatura de alcalinizare este prea scăzută, iar moleculele sunt mai puțin active și incapabile să
Distruge eficient zona cristalină a celulozei, ceea ce îngreunează pătrunderea agentului eterificant în interiorul celulozei în etapa de eterificare, iar gradul de reacție este relativ ridicat.
scăzut, rezultând un grad mai mic de substituție a produsului. Cu toate acestea, temperatura de alcalinizare nu trebuie să fie prea ridicată. Pe măsură ce temperatura crește, sub acțiunea temperaturii ridicate și a alcalinilor puternici,
Celuloza este predispusă la degradare oxidativă, iar gradul de substituție al produsului CMC scade.
2. Influența timpului de alcalinizare pretratare asupra gradului de substituție a CMC
În condițiile în care temperatura de alcalinizare pretratare este de 30 °C și alți factori reprezintă valorile inițiale, se discută efectul timpului de alcalinizare pretratare asupra CMC.
Efectul substituției. Gradul de substituție
Timp de alcalinizare pretratare/h
Efectul timpului de alcalinizare pretratament asupraCMCgrad de substituție
Procesul de volumizare în sine este relativ rapid, dar soluția alcalină necesită un anumit timp de difuzie în fibră.
Se poate observa că atunci când timpul de alcalinizare este de 0,5-1,5 ore, gradul de substituție al produsului crește odată cu creșterea timpului de alcalinizare.
Gradul de substituție al produsului obținut a fost cel mai mare când timpul a fost de 1,5 ore, iar gradul de substituție a scăzut odată cu creșterea timpului după 1,5 ore. Acest lucru poate
Se poate datora faptului că la începutul alcalinizării, odată cu prelungirea timpului de alcalinizare, infiltrarea alcalinilor în celuloză este mai suficientă, astfel încât fibra...
Structura primă este mai relaxată, crescând agentul eterificant și mediul activ.
Data publicării: 26 aprilie 2024