1 Giriş
Şu anda, hazırlanmasında kullanılan ana hammadde şudur:selüloz eterPamuktan bahsediyoruz ve üretimi azalırken fiyatı da yükseliyor;
Ayrıca, kloroasetik asit (son derece zehirli) ve etilen oksit (kanserojen) gibi yaygın olarak kullanılan eterleştirici maddeler de insan vücudu ve çevre için daha zararlıdır.
Bu bölümde, ikinci bölümde elde edilen ve nispi saflığı %90'ın üzerinde olan çam selülozu hammadde olarak kullanılırken, sodyum kloroasetat ve 2-kloroetanol ikame maddesi olarak kullanılmıştır.
Son derece toksik kloroasetik asidi eterleştirici madde olarak kullanan anyonikkarboksimetil selüloz (CMC)İyonik olmayan hidroksietil selüloz hazırlandı.
Selüloz (HEC) ve karışık hidroksietil karboksimetil selüloz (HECMC) olmak üzere üç selüloz eteri. Tek faktör
Üç selüloz eterinin hazırlama teknikleri, deneyler ve ortogonal deneyler yoluyla optimize edildi ve sentezlenen selüloz eterleri FT-IR, XRD, H-NMR vb. yöntemlerle karakterize edildi.
Selüloz eterifikasyonunun temelleri
Selüloz eterifikasyonunun prensibi iki kısma ayrılabilir. Birinci kısım alkalizasyon işlemidir, yani selülozun alkalizasyon reaksiyonu sırasında,
NaOH çözeltisinde eşit şekilde dağılmış çam selülozu, mekanik karıştırmanın etkisiyle ve suyun genleşmesiyle şiddetli bir şekilde şişer.
Çok miktarda NaOH molekülü çam selülozunun içine nüfuz etti ve glikoz yapısal biriminin halkasındaki hidroksil gruplarıyla reaksiyona girdi.
Eterifikasyon reaksiyonunun aktif merkezi olan alkali selülozu üretir.
İkinci kısım ise eterleştirme işlemidir; yani aktif merkezin sodyum kloroasetat veya 2-kloroetanol ile alkali koşullar altında reaksiyonu sonucu oluşan bileşiktir.
Aynı zamanda, eterleştirici madde sodyum kloroasetat ve 2-kloroetanol de alkali koşullar altında belirli bir miktarda su üretecektir.
Yan reaksiyonlar çözülerek sırasıyla sodyum glikolat ve etilen glikol üretilir.
2. Çam selülozunun konsantre alkali ile kristalden arındırma ön işlemi
Öncelikle, deiyonize su ile belirli bir konsantrasyonda NaOH çözeltisi hazırlayın. Ardından, belirli bir sıcaklıkta, 2 gram çam lifini ısıtın.
Vitamin, belirli bir hacimdeki NaOH çözeltisinde çözülür, bir süre karıştırılır ve daha sonra kullanıma hazır hale getirilmek üzere süzülür.
Enstrüman Modeli Üreticisi
Hassas pH Metre
Toplayıcı tipi sabit sıcaklıkta ısıtmalı manyetik karıştırıcı
Vakumlu kurutma fırını
Elektronik terazi
Su sirkülasyonlu çok amaçlı vakum pompası
Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektrometresi
X-ışını kırınım ölçer
Nükleer Manyetik Rezonans Spektrometresi
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Enstrüman Ekipmanları A.Ş.
Şanghay Jinghong Deneysel Ekipman Şirketi
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Bilim ve Eğitim Aletleri Şirketi
Amerikan Thermo Fisher Şirketi, Ltd.
Amerikan Termoelektrik İsviçre ARL Şirketi
İsviçre şirketi BRUKE
35
CMC'lerin hazırlanması
Hammadde olarak konsantre alkali dekristalizasyon ile ön işlemden geçirilmiş çam ağacı alkali selülozu, çözücü olarak etanol ve eterleştirme maddesi olarak sodyum kloroasetat kullanılmıştır.
Daha yüksek DS değerine sahip CMC, iki kez alkali ve iki kez eterleştirici madde eklenerek hazırlandı. Dört boyunlu bir balona 2 g çam ağacı alkali selülozu ekleyin, ardından belirli miktarda etanol çözücü ekleyin ve 30 dakika boyunca iyice karıştırın.
Alkali selüloz tamamen dağılıncaya kadar yaklaşık olarak bu işleme devam edilir. Daha sonra belirli bir miktarda alkali madde ve sodyum kloroasetat eklenerek belirli bir eterleştirme sıcaklığında belirli bir süre reaksiyon gerçekleştirilir.
Bir süre sonra, ikinci bir alkali madde ve sodyum kloroasetat ilavesi yapılır ve ardından bir süre eterleştirme işlemi gerçekleştirilir. Reaksiyon bittikten sonra, soğutulur ve ardından...
Uygun miktarda buzlu asetik asit ile nötralize edin, ardından vakumlu filtreden geçirin, yıkayın ve kurulayın.
HEC'lerin hazırlanması
Hammadde olarak konsantre alkali dekristalizasyon ile ön işlem görmüş çam ağacı alkali selülozu, çözücü olarak etanol ve eterleştirme maddesi olarak 2-kloroetanol kullanılmıştır.
Daha yüksek MS değerine sahip HEC, iki kez alkali ve iki kez eterleştirici madde eklenerek hazırlandı. Dört boyunlu bir balona 2 g çam ağacı alkali selülozu ekleyin ve belirli bir hacimde %90'lık (hacim oranı) etanol ekleyip karıştırın.
Tamamen dağılması için bir süre karıştırın, ardından belirli miktarda alkali ekleyin ve yavaşça ısıtın, belirli bir hacimde 2 ekleyin.
Kloroetanol, belirli bir süre boyunca sabit sıcaklıkta eterleştirildikten sonra, kalan sodyum hidroksit ve 2-kloroetanol eklenerek eterleştirme işlemine belirli bir süre daha devam edildi.
Reaksiyon tamamlandıktan sonra, belirli miktarda buzlu asetik asit ile nötralize edin ve son olarak cam filtre (G3) ile süzün, yıkayın ve kurutun.
HEMCC'nin hazırlanması
3.2.3.4'te hazırlanan HEC'yi hammadde, etanolü reaksiyon ortamı ve sodyum kloroasetatı eterleştirici madde olarak kullanarak hazırlamak
HECMC. Spesifik işlem şu şekildedir: Belirli bir miktarda HEC alınır, 100 mL'lik dört boyunlu bir balona konulur ve ardından belirli bir miktarda hacim eklenir.
%90 etanolü, tamamen dağılması için bir süre mekanik olarak karıştırın, ısıttıktan sonra belirli miktarda alkali ekleyin ve yavaşça ilave edin.
Sodyum kloroasetat, sabit sıcaklıkta eterleştirme işlemi bir süre sonra sona erer. Reaksiyon tamamlandıktan sonra, nötralize etmek için buzlu asetik asit ile nötralize edin, ardından cam filtre kullanın (G3).
Vakum filtrasyonundan sonra yıkama ve kurutma işlemleri yapılır.
Selüloz eterlerinin saflaştırılması
Selüloz eter üretim sürecinde, başlıca inorganik tuz sodyum klorür ve diğer bazı yan ürünler sıklıkla oluşmaktadır.
Safsızlıklar. Selüloz eterin kalitesini artırmak için, elde edilen selüloz etere basit bir saflaştırma işlemi uygulandı. Çünkü bunlar suda bulunuyor.
Çözünürlükleri farklı olduğundan, deneyde hazırlanan üç selüloz eterini saflaştırmak için belirli bir hacim oranında hidratlanmış etanol kullanılmıştır.
değiştirmek.
Belirli miktarda hazırlanmış selüloz eter örneğini bir behere koyun, 60 ℃ ~ 65 ℃'ye önceden ısıtılmış belirli miktarda %80'lik etanol ekleyin ve 60 ℃ ~ 65 ℃'de sabit sıcaklıkta ısıtmalı manyetik karıştırıcıda 10 ℃ dakika boyunca mekanik karıştırma yapın. Üstteki sıvıyı kurutmak için alın.
Temiz bir beherde, klorür iyonlarını kontrol etmek için gümüş nitrat kullanın. Beyaz bir çökelti oluşursa, cam bir filtreden süzün ve katı maddeyi alın.
Vücut parçası için önceki adımları, 1 damla AgNO3 çözeltisi ekledikten sonra süzüntüde beyaz çökelti kalmayana kadar tekrarlayın; yani arıtma ve yıkama işlemi tamamlanmış olur.
36
(Esas olarak reaksiyon yan ürünü NaCl'yi uzaklaştırmak için) içine alınır. Vakumlu filtrasyondan sonra kurutulur, oda sıcaklığına soğutulur ve tartılır.
kütle, g.
Selüloz Eterleri için Test ve Karakterizasyon Yöntemleri
Yerine Geçme Derecesinin (DS) ve Molar Yerine Geçme Derecesinin (MS) Belirlenmesi
DS tayini: İlk olarak, saflaştırılmış ve kurutulmuş selüloz eter örneğinden 0,2 g (0,1 mg'a kadar hassas) tartın ve çözün.
80 ml damıtılmış su, 30℃~40℃ sıcaklıkta sabit bir su banyosunda 10 dakika karıştırılır. Daha sonra sülfürik asit çözeltisi veya NaOH çözeltisi ile ayarlanır.
Çözeltinin pH'ı 8 olana kadar pH değerini ayarlayın. Daha sonra, pH metre elektrotu takılı bir beherde standart sülfürik asit çözeltisi kullanın.
Titrasyon işlemi sırasında, karıştırma koşulları altında, çözeltinin pH değeri 3,74'e ayarlandığında pH metre okumasını gözlemleyin.
Titrasyon sona erdi. Bu aşamada kullanılan sülfürik asit standart çözeltisinin hacmini not edin.
Nesil:
Üst proton sayılarının ve hidroksietil grubunun toplamı
Üst proton sayısının oranı; I7, hidroksietil grubundaki metilen grubunun kütlesidir.
Proton rezonans pikinin yoğunluğu; selüloz glikoz ünitesindeki 5 metin grubu ve bir metilen grubunun proton rezonans pikinin yoğunluğudur.
Toplam.
Üç selüloz eter olan CMC, HEC ve HEECMC'nin kızılötesi karakterizasyon testleri için açıklanan test yöntemleri.
Kanun
3.2.4.3 XRD testi
Üç Selüloz Eterinin (CMC, HEC ve HEECMC) X-ışını Kırınım Analizi ile Karakterizasyon Testi
Açıklanan test yöntemi.
3.2.4.4 H-NMR Testi
HEC'nin 1H NMR spektrometresi, BRUKER tarafından üretilen Avance400 1H NMR spektrometresi ile ölçülmüştür.
Çözücü olarak döteryumlanmış dimetil sülfoksit kullanılarak, çözelti sıvı hidrojen NMR spektroskopisi ile test edildi. Test frekansı 75,5 MHz idi.
Çözelti ılık halde 0,5 mL'dir.
3.3 Sonuçlar ve Analiz
3.3.1 CMC hazırlama sürecinin optimizasyonu
İkinci bölümde elde edilen çam selülozu hammadde olarak ve sodyum kloroasetat eterleştirici madde olarak kullanılarak, tek faktörlü deney yöntemi benimsenmiştir.
CMC'nin hazırlama süreci optimize edildi ve deneyin başlangıç değişkenleri Tablo 3.3'te gösterildiği gibi ayarlandı. Aşağıda HEC hazırlama süreci yer almaktadır.
Sanatta, çeşitli faktörlerin analizi.
Tablo 3.3 Başlangıç Faktör Değerleri
Faktörün başlangıç değeri
Ön işlem alkalileştirme sıcaklığı/℃ 40
Ön işlem alkalileştirme süresi/saat 1
Ön işlem katı-sıvı oranı/(g/mL) 1:25
Ön işlem kostik konsantrasyonu/% 40
38
Birinci aşama eterleştirme sıcaklığı/℃ 45
Birinci aşama eterifikasyon süresi/saat 1
İkinci aşama eterleştirme sıcaklığı/℃ 70
İkinci aşama eterifikasyon süresi/saat 1
Eterifikasyon aşamasındaki baz dozajı/g 2
Eterleştirme aşamasındaki eterleştirici madde miktarı/g 4,3
Eterlenmiş katı-sıvı oranı/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Ön işlem alkalizasyon aşamasında çeşitli faktörlerin CMC ikame derecesi üzerindeki etkisi
1. Ön işlem alkalizasyon sıcaklığının CMC'nin ikame derecesi üzerindeki etkisi
Diğer faktörler başlangıç değerleri olarak sabit tutulduğunda, ön işlem alkalizasyon sıcaklığının elde edilen CMC'deki ikame derecesi üzerindeki etkisini değerlendirmek için,
Bu koşullar altında, ön işlem alkalizasyon sıcaklığının CMC ikame derecesi üzerindeki etkisi tartışılmış ve sonuçlar Şekil'de gösterilmiştir.
Ön işlem alkalileştirme sıcaklığı/℃
Ön işlem alkalileştirme sıcaklığının CMC ikame derecesi üzerindeki etkisi
Görüldüğü üzere, ön işlem alkalileştirme sıcaklığının artmasıyla CMC'nin ikame derecesi de artmaktadır ve alkalileştirme sıcaklığı 30 °C'dir.
Yukarıdaki ikame dereceleri, sıcaklık artışıyla birlikte azalır. Bunun nedeni, alkalileştirme sıcaklığının çok düşük olması ve moleküllerin daha az aktif olması ve bu nedenle reaksiyona girememesidir.
Selülozun kristal yapısını etkili bir şekilde tahrip ederek, eterleştirme aşamasında eterleştirici maddenin selülozun içine girmesini zorlaştırır ve reaksiyon derecesi nispeten yüksektir.
Düşük olması, ürün ikamesinin daha düşük derecede olmasına neden olur. Ancak, alkalileştirme sıcaklığı çok yüksek olmamalıdır. Sıcaklık arttıkça, yüksek sıcaklık ve güçlü alkali etkisi altında,
Selüloz oksidatif bozunmaya yatkındır ve ürünün CMC'sinin ikame derecesi azalır.
2. Ön işlem alkalileştirme süresinin CMC ikame derecesi üzerindeki etkisi
Ön işlem alkalizasyon sıcaklığının 30 °C ve diğer faktörlerin başlangıç değerleri olduğu koşul altında, ön işlem alkalizasyon süresinin CMC üzerindeki etkisi tartışılmıştır.
Yer değiştirmenin etkisi. Yer değiştirme derecesi
Ön işlem alkalileştirme süresi/saat
Ön işlem alkalileştirme süresinin etkisiCMCikame derecesi
Hacim kazandırma işlemi kendi başına nispeten hızlıdır, ancak alkali çözeltinin lif içinde belirli bir yayılma süresine ihtiyacı vardır.
Alkalizasyon süresinin 0,5-1,5 saat olduğu durumlarda, ürünün ikame derecesinin alkalizasyon süresinin artmasıyla birlikte arttığı görülmektedir.
Elde edilen ürünün ikame derecesi, 1,5 saatlik süre sonunda en yüksek seviyedeydi ve 1,5 saatten sonra süre arttıkça ikame derecesi azaldı. Bu durum şu şekilde açıklanabilir:
Bunun nedeni, alkalizasyonun başlangıcında, alkalizasyon süresinin uzamasıyla birlikte alkali maddelerin selüloza daha yeterli oranda nüfuz etmesi ve böylece liflerin daha iyi şekil alması olabilir.
Ana yapı daha gevşektir, eterleştirici madde ve aktif ortam miktarı artar.
Yayın tarihi: 26 Nisan 2024