1 Вступ
Наразі основною сировиною, що використовується у виробництвіефір целюлозице бавовна, і її виробництво скорочується, а ціна також зростає;
Більше того, такі поширені етерифікуючі агенти, як хлороцтова кислота (високотоксична) та етиленоксид (канцероген), також є більш шкідливими для організму людини та навколишнього середовища. Книга
У цьому розділі як сировина використовується соснова целюлоза з відносною чистотою понад 90%, видобута у другому розділі, а як замінники використовуються хлорацетат натрію та 2-хлоретанол.
Використання високотоксичної хлороцтової кислоти як етерифікуючого агента, аніонногокарбоксиметилцелюлоза (КМЦ), неіонну гідроксиетилцелюлозу було приготовано.
Целюлоза (HEC) та змішана гідроксиетилкарбоксиметилцелюлоза (HECMC) три ефіри целюлози. Один фактор
Методи отримання трьох ефірів целюлози були оптимізовані за допомогою експериментів та ортогональних експериментів, а синтезовані ефіри целюлози були охарактеризовані за допомогою ІЧ-спектроскопії з перетворенням Фур'є, рентгенівської дифракції, ЯМР 1H тощо.
Основи етерифікації целюлози
Принцип етерифікації целюлози можна розділити на дві частини. Перша частина – це процес лужнення, тобто під час реакції лужнення целюлози,
Рівномірно диспергована в розчині NaOH, соснова целюлоза сильно набухає під дією механічного перемішування та розширення води.
Велика кількість малих молекул NaOH проникла всередину целюлози сосни та прореагувала з гідроксильними групами на кільці структурної одиниці глюкози,
Генерує лужну целюлозу, активний центр реакції етерифікації.
Друга частина – це процес етерифікації, тобто реакція між активним центром і хлорацетатом натрію або 2-хлоретанолом у лужних умовах, в результаті чого
Водночас, етерифікуючий агент хлорацетат натрію та 2-хлоретанол також утворюють певну кількість води в лужних умовах.
Побічні реакції розділяються з утворенням гліколяту натрію та етиленгліколю відповідно.
2 Попередня обробка соснової целюлози концентрованою лугом для декристалізації
Спочатку приготуйте розчин NaOH певної концентрації з деіонізованою водою. Потім за певної температури додайте 2 г соснового волокна
Вітамін розчиняють у певному об'ємі розчину NaOH, перемішують протягом певного часу, а потім фільтрують для використання.
Виробник моделі інструменту
Точний pH-метр
Колекторна магнітна мішалка з постійною температурою нагрівання
Вакуумна сушильна піч
Електронний баланс
Багатоцільовий вакуумний насос циркулюючого водяного типу
Інфрачервоний спектрометр з перетворенням Фур'є
Рентгенівський дифрактометр
Ядерно-магнітно-резонансний спектрометр
Ханчжоу Аолілун Інструмент Ко., Лтд.
Ханчжоу Хуейчуан Інструментальне Обладнання Лтд.
Шанхайська компанія з експериментального обладнання Jinghong, ТОВ
METTLER TOLEDO Instruments (Шанхай) Co., Ltd.
Ханчжоу Девід, науково-освітній інструментарій, ТОВ
Американська компанія Thermo Fisher Co., Ltd.
Американська термоелектрична швейцарська компанія ARL
Швейцарська компанія BRUKER
35
Підготовка КМЦ
Використання лужної целюлози з соснової деревини, попередньо обробленої декристалізацією концентрованого лугу, як сировини, використання етанолу як розчинника та використання хлорацетату натрію як етерифікації
КМЦ з вищим вмістом сухої речовини готували шляхом подвійного додавання лугу та подвійного етерифікуючого агента. Додайте 2 г лужної целюлози з соснової деревини в чотиригорлу колбу, потім додайте певний об'єм етанолу та добре перемішуйте протягом 30 хвилин.
приблизно, щоб лужна целюлоза повністю диспергувалася. Потім додають певну кількість лужного агента та хлорацетату натрію для реакції протягом певного періоду часу за певної температури етерифікації
Через певний час додають лужний агент та хлорацетат натрію, а потім проводять етерифікацію протягом певного часу. Після завершення реакції охолоджують, потім знову охолоджують.
Нейтралізуйте відповідною кількістю крижаної оцтової кислоти, потім відфільтруйте через вакуум-фільтр, промийте та висушіть.
Підготовка високоефективних емісійних комісаріатів (HEC)
Використання лужної целюлози з соснової деревини, попередньо обробленої концентрованою лугом для декристалізації, як сировини, етанолу як розчинника та 2-хлоретанолу як етерифікаційного матеріалу
ГЕК з вищою мас-спектрометрією готували шляхом подвійного додавання лугу та подвійного етерифікуючого агента. Додайте 2 г лужної целюлози з соснової деревини в чотиригорлу колбу та додайте певний об'єм 90% (об'ємна частка) етанолу, перемішайте.
Перемішуйте протягом певного часу до повного розчинення, потім додайте певну кількість лугу та повільно нагрівайте, додайте певний об'єм 2-
Хлоретанол етеріфікують при постійній температурі протягом певного періоду часу, а потім додають решту гідроксиду натрію та 2-хлоретанолу для продовження етерифікації протягом певного періоду часу.
Після завершення реакції нейтралізуйте певною кількістю крижаної оцтової кислоти, а потім профільтруйте через скляний фільтр (G3), промийте та висушіть.
Підготовка HEMCC
Використовуючи ГЕК, приготований у 3.2.3.4, як сировину, етанол як реакційне середовище та хлорацетат натрію як етерифікуючий агент для приготування
ГЕКМС. Конкретний процес такий: взяти певну кількість ГЕК, помістити її в чотиригорлу колбу об'ємом 100 мл, а потім додати певний об'єм
90% етанол, механічно перемішуйте протягом певного часу, щоб повністю диспергувати його, додайте певну кількість лугу після нагрівання та повільно додайте
Хлорацетат натрію, етерифікація за постійної температури закінчується через певний проміжок часу. Після завершення реакції нейтралізуйте його крижаною оцтовою кислотою, а потім використовуйте скляний фільтр (G3).
Після фільтрації під тиском, промивання та сушіння.
Очищення ефірів целюлози
У процесі отримання целюлозного ефіру часто утворюються деякі побічні продукти, головним чином неорганічна сіль хлорид натрію та деякі інші
домішки. Для покращення якості целюлозного ефіру було проведено просте очищення отриманого целюлозного ефіру, оскільки вони знаходяться у воді
Існують різні розчинності, тому в експерименті використовується певна об'ємна частка гідратованого етанолу для очищення отриманих трьох ефірів целюлози.
зміна.
Помістіть підготовлений зразок целюлозного ефіру певної якості в мензурку, додайте певну кількість 80% етанолу, попередньо нагрітого до 60 ℃ ~ 65 ℃, та підтримуйте механічне перемішування при 60 ℃ ~ 65 ℃ на магнітній мішалці з постійною температурою нагрівання протягом 10 ℃. Висушіть супернатант.
У чистому стакані перевірте наявність іонів хлориду за допомогою нітрату срібла. Якщо утворився білий осад, відфільтруйте його через скляний фільтр і відберіть тверду речовину.
Повторюйте попередні кроки для частини тіла, доки у фільтраті після додавання 1 краплі розчину AgNO3 не зникне білий осад, тобто очищення та промивання не будуть завершені.
36
в (головним чином для видалення побічного продукту реакції NaCl). Після фільтрації під тиском, сушіння, охолодження до кімнатної температури та зважування.
маса, г.
Методи випробувань та характеристики целюлозних ефірів
Визначення ступеня заміщення (DS) та молярного ступеня заміщення (MS)
Визначення DS: Спочатку зважте 0,2 г (з точністю до 0,1 мг) очищеного та висушеного зразка ефіру целюлози, розчиніть його в
80 мл дистильованої води, перемішувати на водяній бані постійної температури при 30℃~40℃ протягом 10 хвилин. Потім довести об'єм розчином сірчаної кислоти або розчином NaOH.
Змішуйте pH розчину, доки pH розчину не досягне 8. Потім у склянці, оснащеній pH-метром, використовуйте стандартний розчин сірчаної кислоти.
Для титрування, перемішуючи, слідкуйте за показаннями pH-метра під час титрування, коли значення pH розчину доведено до 3,74.
Титрування завершено. Запишіть об'єм стандартного розчину сірчаної кислоти, використаного на цьому етапі.
Покоління:
Сума верхніх протонних чисел та гідроксиетильної групи
Співвідношення кількості верхніх протонів; I7 – маса метиленової групи на гідроксиетиловій групі
Інтенсивність піку протонного резонансу; це інтенсивність піку протонного резонансу 5 метинових груп та однієї метиленової групи на глюкозному блоці целюлози
Сума.
Методи випробувань, описані для інфрачервоного характеристичного випробування трьох ефірів целюлози: CMC, HEC та HEECMC
Право
3.2.4.3 Рентгенівський дифрактограмний аналіз
Рентгеноструктурний аналіз для характеристики трьох ефірів целюлози: CMC, HEC та HEECMC
описаний метод випробування.
3.2.4.4 Тестування H-ЯМР
Спектрометр ЯМР 1H для HEC вимірювали за допомогою спектрометра ЯМР 1H Avance400 виробництва BRUKER.
Використовуючи дейтерований диметилсульфоксид як розчинник, розчин було протестовано за допомогою ЯМР-спектроскопії рідкого водню. Частота випробування становила 75,5 МГц.
Теплий, розчин має об'єм 0,5 мл.
3.3 Результати та аналіз
3.3.1 Оптимізація процесу приготування КМЦ
Використовуючи соснову целюлозу, екстраговану у другому розділі, як сировину, та хлорацетат натрію як етерифікуючий агент, було застосовано метод однофакторного експерименту,
Процес приготування КМЦ був оптимізований, а початкові змінні експерименту були встановлені, як показано в таблиці 3.3. Нижче наведено процес приготування ГЕК.
У мистецтві аналіз різних факторів.
Таблиця 3.3 Початкові значення коефіцієнтів
Початкове значення фактора
Температура попередньої обробки лужним способом/℃ 40
Час попередньої обробки лужним розчином/год 1
Співвідношення твердої та рідкої речовини попередньої обробки/(г/мл) 1:25
Концентрація лугу перед обробкою/% 40
38
Температура етерифікації першого етапу/℃ 45
Час етерифікації першого ступеня/год 1
Температура етерифікації другого етапу/℃ 70
Час етерифікації другого етапу/год 1
Базова доза на стадії етерифікації/г 2
Кількість етерифікуючого агента на стадії етерифікації/г 4,3
Співвідношення етерифікованої твердої та рідкої речовини (г/мл) 1:15
3.3.1.1 Вплив різних факторів на ступінь заміщення КМЦ на стадії попереднього підлужування
1. Вплив температури попередньої обробки підлужуванням на ступінь заміщення КМЦ
Для того, щоб врахувати вплив температури попередньої обробки підлужуванням на ступінь заміщення в отриманій КМЦ, у випадку фіксації інших факторів як початкових значень,
За цих умов обговорюється вплив температури попередньої обробки лужністю на ступінь заміщення КМЦ, а результати показано на рис.
Температура лужнення попередньої обробки/℃
Вплив температури попередньої обробки лужненням на ступінь заміщення КМЦ
Видно, що ступінь заміщення КМЦ зростає зі збільшенням температури попереднього підлужування, а температура підлужування становить 30 °C.
Вищезазначені ступені заміщення зменшуються зі збільшенням температури. Це пояснюється тим, що температура лужнення занадто низька, і молекули менш активні та не здатні
Ефективно руйнують кристалічну область целюлози, що ускладнює проникнення етерифікуючого агента всередину целюлози на стадії етерифікації, а ступінь реакції є відносно високим.
низький, що призводить до меншого ступеня заміщення продукту. Однак температура лужнення не повинна бути занадто високою. Зі збільшенням температури під дією високої температури та сильного лугу,
Целюлоза схильна до окислювальної деградації, і ступінь заміщення продукту КМЦ зменшується.
2. Вплив часу попередньої лужності на ступінь заміщення КМЦ
За умови, що температура попередньої обробки підлужування становить 30 °C, а інші фактори є початковими значеннями, обговорюється вплив часу попередньої обробки підлужування на КМЦ.
Ефект заміщення. Ступінь заміщення
Час лужнення перед обробкою/год
Вплив часу попередньої лужності наКМЦступінь заміщення
Сам процес наповнення є відносно швидким, але лужному розчину потрібен певний час дифузії у волокні.
Можна побачити, що коли час підлужування становить 0,5-1,5 години, ступінь заміщення продукту зростає зі збільшенням часу підлужування.
Ступінь заміщення отриманого продукту був найвищим, коли час становив 1,5 години, а ступінь заміщення зменшувався зі збільшенням часу після 1,5 години. Це може
Можливо, це пов'язано з тим, що на початку лужнення, зі збільшенням часу лужнення, інфільтрація лугу в целюлозу є більш достатньою, так що волокно
Первинна структура більш розслаблена, що збільшує кількість етерифікуючого агента та активного середовища
Час публікації: 26 квітня 2024 р.