1 Úvod
V súčasnosti je hlavnou surovinou používanou pri prípraveéter celulózyje bavlna a jej produkcia klesá a cena tiež rastie;
Okrem toho, bežne používané éterifikačné činidlá, ako je kyselina chlóroctová (vysoko toxická) a etylénoxid (karcinogénny), sú tiež škodlivejšie pre ľudské telo a životné prostredie. Kniha
V tejto kapitole sa ako surovina používa borovicová celulóza s relatívnou čistotou viac ako 90 % extrahovaná v druhej kapitole a ako náhrady sa používajú chlóracetát sodný a 2-chlóretanol.
Použitie vysoko toxickej kyseliny chlóroctovej ako éterifikačného činidla, aniónovékarboxymetylcelulóza (CMC), bola pripravená neiónová hydroxyetylcelulóza.
Tri étery celulózy na báze celulózy (HEC) a zmesi hydroxyetylkarboxymetylcelulózy (HECMC). Jednofaktorový
Techniky prípravy troch éterov celulózy boli optimalizované pomocou experimentov a ortogonálnych experimentov a syntetizované étery celulózy boli charakterizované pomocou FT-IR, XRD, H-NMR atď.
Základy éterifikácie celulózy
Princíp éterifikácie celulózy možno rozdeliť na dve časti. Prvou časťou je proces alkalizácie, teda počas alkalizácie celulózy,
Celulóza borovice rovnomerne dispergovaná v roztoku NaOH prudko napučiava pôsobením mechanického miešania a expanziou vody.
Veľké množstvo malých molekúl NaOH preniklo do vnútra borovicovej celulózy a reagovalo s hydroxylovými skupinami na kruhu glukózovej štruktúrnej jednotky.
Generuje alkalickú celulózu, aktívne centrum éterifikačnej reakcie.
Druhou časťou je proces éterifikácie, teda reakcia medzi aktívnym centrom a chlóracetanom sodným alebo 2-chlóretanolom za alkalických podmienok, výsledkom čoho je
Súčasne éterifikačné činidlo chlóracetát sodný a 2-chlóretanol tiež produkujú určitý stupeň vody za alkalických podmienok.
Vedľajšie reakcie sa rozdelia za vzniku glykolátu sodného a etylénglykolu.
2 Predúprava borovicovej celulózy dekryštalizáciou koncentrovanou alkalickou látkou
Najprv si pripravte roztok NaOH určitej koncentrácie s deionizovanou vodou. Potom pri určitej teplote pridajte 2 g borovicového vlákna
Vitamín sa rozpustí v určitom objeme roztoku NaOH, mieša sa určitý čas a potom sa prefiltruje na použitie.
Výrobca modelu prístroja
Presný pH meter
Kolektorové magnetické miešadlo s konštantnou teplotou ohrevu
Vákuová sušiareň
Elektronická váha
Viacúčelové vákuové čerpadlo s obehovou vodou
Infračervený spektrometer s Fourierovou transformáciou
Röntgenový difraktometer
Nukleárny magnetický rezonančný spektrometer
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Instrument Equipment Co., Ltd.
Shanghai Jinghong Experimentálne vybavenie Co., Ltd.
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Veda a vzdelávacie nástroje Co., Ltd.
Spoločnosť American Thermo Fisher Co., Ltd.
Americká termoelektrická spoločnosť Switzerland ARL
Švajčiarska spoločnosť BRUKER
35
Príprava CMC
Použitie alkalickej celulózy z borovicového dreva predspracovanej dekryštalizáciou koncentrovaného alkália ako suroviny, použitie etanolu ako rozpúšťadla a použitie chlóracetanu sodného ako éterifikácie
CMC s vyšším obsahom sušiny sa pripravila dvojitým pridaním alkálie a dvojitým pridaním éterifikačného činidla. Do štvorhrdlovej banky sa pridali 2 g alkalickej celulózy z borovicového dreva, potom sa pridal určitý objem etanolového rozpúšťadla a dobre sa miešalo 30 minút.
približne, aby sa alkalická celulóza úplne dispergovala. Potom sa pridá určité množstvo alkalického činidla a chlóracetátu sodného a nechá sa reagovať určitý čas pri určitej éterifikačnej teplote.
Po čase sa pridá druhýkrát alkalické činidlo a chlóracetát sodný, po čom nasleduje éterifikácia počas určitého obdobia. Po skončení reakcie sa zmes ochladí a znova sa ochladí.
Neutralizujte vhodným množstvom ľadovej kyseliny octovej, potom odsajte, premyte a osušte.
Príprava HEC
Použitie alkalickej celulózy z borovicového dreva predspracovanej koncentrovanou alkalickou dekryštalizáciou ako suroviny, etanolu ako rozpúšťadla a 2-chlóretanolu ako éterifikačného materiálu
HEC s vyššou MS sa pripravila dvojitým pridaním alkálie a dvojitým éterifikačným činidlom. Do štvorhrdlovej banky sa pridali 2 g alkalickej celulózy z borovicového dreva a pridal sa určitý objem 90 % (objemový podiel) etanolu, miešalo sa.
Miešajte určitý čas, aby sa úplne dispergovalo, potom pridajte určité množstvo alkálie a pomaly zahrievajte, pridajte určitý objem 2-
Chlóretanol sa éterifikuje pri konštantnej teplote počas určitého časového obdobia a potom sa pridá zostávajúci hydroxid sodný a 2-chlóretanol, aby sa éterifikácia pokračovala počas určitého časového obdobia.
Po ukončení reakcie neutralizujte určitým množstvom ľadovej kyseliny octovej a nakoniec prefiltrujte cez sklenený filter (G3), premyte a osušte.
Príprava HEMCC
Použitím HEC pripraveného v 3.2.3.4 ako suroviny, etanolu ako reakčného média a chlóracetanu sodného ako éterifikačného činidla na prípravu
HECMC. Konkrétny postup je nasledovný: vezmite určité množstvo HEC, vložte ho do 100 ml štvorhrdlovej banky a potom pridajte určitý objem
90% etanol, mechanicky miešajte po určitú dobu, aby sa úplne dispergoval, po zahriatí pridajte určité množstvo alkálie a pomaly pridávajte
Chlóracetát sodný, éterifikácia pri konštantnej teplote sa po určitom čase ukončí. Po ukončení reakcie sa neutralizuje ľadovou kyselinou octovou a potom sa použije sklenený filter (G3).
Po odsávacej filtrácii, premytí a vysušení.
Čistenie éterov celulózy
Pri procese prípravy celulózového éteru často vznikajú niektoré vedľajšie produkty, najmä anorganická soľ chlorid sodný a niektoré ďalšie
nečistoty. Na zlepšenie kvality éteru celulózy sa vykonalo jednoduché čistenie získaného éteru celulózy, pretože sú vo vode
Existujú rôzne rozpustnosti, takže experiment používa určitý objemový podiel hydratovaného etanolu na čistenie pripravených troch éterov celulózy.
zmena.
Vzorku celulózového éteru pripraveného s určitou kvalitou vložte do kadičky, pridajte určité množstvo 80 % etanolu, ktorý bol predhriaty na 60 °C až 65 °C, a udržiavajte mechanické miešanie pri teplote 60 °C až 65 °C na magnetickom miešadle s konštantnou teplotou počas 10 °C. Supernatant nechajte vysušiť.
V čistej kadičke skontrolujte prítomnosť chloridových iónov pomocou dusičnanu strieborného. Ak sa vytvorí biela zrazenina, prefiltrujte ju cez sklenený filter a odoberte tuhú látku.
Predchádzajúce kroky opakujte s časťou tela, kým filtrát po pridaní 1 kvapky roztoku AgNO3 neobsahuje žiadnu bielu zrazeninu, to znamená, že čistenie a premytie sú ukončené.
36
do (hlavne na odstránenie vedľajšieho produktu reakcie NaCl). Po odsávacej filtrácii, vysušení, ochladení na izbovú teplotu a odvážení.
hmotnosť, g.
Metódy testovania a charakterizácie celulózových éterov
Stanovenie stupňa substitúcie (DS) a molárneho stupňa substitúcie (MS)
Stanovenie DS: Najprv odvážte 0,2 g (s presnosťou na 0,1 mg) vzorky čisteného a vysušeného éteru celulózy, rozpustite ju v
80 ml destilovanej vody, miešané vo vodnom kúpeli s konštantnou teplotou 30 ℃ ~ 40 ℃ počas 10 minút. Potom sa upraví roztokom kyseliny sírovej alebo roztokom NaOH.
pH roztoku, kým pH roztoku nedosiahne hodnotu 8. Potom v kadičke vybavenej pH metrickou elektródou použite štandardný roztok kyseliny sírovej
Pri titrácii za miešania sledujte údaj na pH metri počas titrácie, keď sa hodnota pH roztoku upraví na 3,74.
Titrácia sa končí. Zaznamenajte si objem štandardného roztoku kyseliny sírovej použitého v tomto čase.
Generácia:
Súčet horných protónových čísel a hydroxyetylovej skupiny
Pomer počtu horných protónov; I7 je hmotnosť metylénovej skupiny na hydroxyetylovej skupine
Intenzita píku protónovej rezonancie; je intenzita píku protónovej rezonancie 5 metínových skupín a jednej metylénovej skupiny na celulózovo-glukózovej jednotke
Súčet.
Testovacie metódy opísané pre infračervené charakterizačné testovanie troch éterov celulózy CMC, HEC a HEECMC
Právo
3.2.4.3 XRD test
Charakterizačný test troch celulózových éterov CMC, HEC a HEECMC pomocou röntgenovej difrakčnej analýzy
opísaná testovacia metóda.
3.2.4.4 Testovanie H-NMR
H NMR spektrometer HEC bol meraný pomocou H NMR spektrometra Avance400 od spoločnosti BRUKER.
Roztok bol testovaný pomocou deuterovaného dimetylsulfoxidu ako rozpúšťadla pomocou NMR spektroskopie s kvapalným vodíkom. Testovacia frekvencia bola 75,5 MHz.
Teplý, roztok má objem 0,5 ml.
3.3 Výsledky a analýza
3.3.1 Optimalizácia procesu prípravy CMC
Použitím borovicovej celulózy extrahovanej v druhej kapitole ako suroviny a použitím chlóracetanu sodného ako éterifikačného činidla bola použitá metóda jednofaktorového experimentu.
Proces prípravy CMC bol optimalizovaný a počiatočné premenné experimentu boli nastavené tak, ako je uvedené v tabuľke 3.3. Nasleduje proces prípravy HEC.
V umení analýza rôznych faktorov.
Tabuľka 3.3 Počiatočné hodnoty faktorov
Faktor Počiatočná hodnota
Teplota alkalizácie pred úpravou/℃ 40
Čas alkalizácie pred úpravou/h 1
Pomer tuhej látky a kvapaliny pred úpravou/(g/ml) 1:25
Koncentrácia lúhu pred úpravou/% 40
38
Teplota éterifikácie v prvom stupni/℃ 45
Čas éterifikácie prvého stupňa/h 1
Teplota éterifikácie v druhom stupni/℃ 70
Čas éterifikácie druhého stupňa/h 1
Základná dávka v éterifikačnej fáze/g 2
Množstvo éterifikačného činidla v éterifikačnom stupni/g 4,3
Pomer éterifikovanej tuhej látky a kvapaliny/(g/ml) 1:15
3.3.1.1 Vplyv rôznych faktorov na stupeň substitúcie CMC v predúpravnej alkalizácii
1. Vplyv teploty alkalizácie pred úpravou na stupeň substitúcie CMC
Aby sa zvážil vplyv teploty predbežnej alkalizácie na stupeň substitúcie v získanej CMC, v prípade stanovenia iných faktorov ako počiatočných hodnôt,
Za týchto podmienok je diskutovaný vplyv teploty alkalizácie pred úpravou na stupeň substitúcie CMC a výsledky sú znázornené na obr.
Teplota alkalizácie pred úpravou/℃
Vplyv alkalizujúcej teploty pred úpravou na stupeň substitúcie CMC
Je vidieť, že stupeň substitúcie CMC sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou alkalizácie pred úpravou a teplota alkalizácie je 30 °C.
Vyššie uvedené stupne substitúcie klesajú so zvyšujúcou sa teplotou. Je to preto, že alkalizujúca teplota je príliš nízka a molekuly sú menej aktívne a nie sú schopné...
Účinne ničí kryštalickú oblasť celulózy, čo sťažuje éterifikačnému činidlu vstup do vnútra celulózy v éterifikačnej fáze a stupeň reakcie je relatívne vysoký.
nízka, čo vedie k nižšiemu stupňu substitúcie produktu. Alkalizačná teplota by však nemala byť príliš vysoká. S rastúcou teplotou, pôsobením vysokej teploty a silných zásad,
Celulóza je náchylná na oxidačnú degradáciu a stupeň substitúcie produktu CMC sa znižuje.
2. Vplyv času alkalizácie pred úpravou na stupeň substitúcie CMC
Za podmienky, že teplota alkalizácie pred úpravou je 30 °C a ostatné faktory sú počiatočné hodnoty, sa diskutuje o vplyve času alkalizácie pred úpravou na CMC.
Účinok substitúcie. Stupeň substitúcie
Čas alkalizácie pred úpravou/h
Vplyv času alkalizácie pred úpravou naCMCstupeň substitúcie
Samotný proces zväčšovania objemu je relatívne rýchly, ale alkalický roztok potrebuje určitý čas difúzie vo vlákne.
Je vidieť, že keď je čas alkalizácie 0,5 – 1,5 hodiny, stupeň substitúcie produktu sa zvyšuje so zvyšujúcim sa časom alkalizácie.
Stupeň substitúcie získaného produktu bol najvyšší, keď čas bol 1,5 hodiny, a stupeň substitúcie sa s predlžujúcim sa časom po 1,5 hodine znižoval. To môže
Môže to byť preto, že na začiatku alkalizácie, s predlžovaním času alkalizácie, je infiltrácia alkálie do celulózy dostatočnejšia, takže vlákno
Primárna štruktúra je uvoľnenejšia, čo zvyšuje éterifikačné činidlo a aktívne médium
Čas uverejnenia: 26. apríla 2024