1. Introdución
Na actualidade, a principal materia prima utilizada na elaboración deéter de celulosaé algodón, e a súa produción está a diminuír, e o prezo tamén está a subir;
Ademais, os axentes eterificantes de uso común como o ácido cloroacético (altamente tóxico) e o óxido de etileno (canceríxeno) tamén son máis prexudiciais para o corpo humano e o medio ambiente.Libro
Neste capítulo utilízase como materia prima a celulosa de piñeiro cunha pureza relativa superior ao 90% extraída no segundo capítulo, e como substitutos empréganse o cloroacetato de sodio e o 2-cloroetanol.
Usando ácido cloroacético altamente tóxico como axente eterificante, preparáronse carboximetil celulosa aniónica (CMC), hidroxietil celulosa non iónica.
Celulosa (HEC) e hidroxietil carboximetil celulosa (HECMC) tres éteres de celulosa.único factor
Optimáronse as técnicas de preparación de tres éteres de celulosa mediante experimentos e experimentos ortogonais, e os éteres de celulosa sintetizados caracterizáronse por FT-IR, XRD, H-NMR, etc.
Fundamentos de eterificación de celulosa
O principio de eterificación da celulosa pódese dividir en dúas partes.A primeira parte é o proceso de alcalinización, é dicir, durante a reacción de alcalinización da celulosa,
A celulosa de piñeiro, dispersa uniformemente na solución de NaOH, incha violentamente baixo a acción da axitación mecánica e coa expansión da auga.
Unha gran cantidade de moléculas pequenas de NaOH penetraron no interior da celulosa de piñeiro e reaccionaron cos grupos hidroxilo do anel da unidade estrutural de glicosa.
Xera celulosa alcalina, o centro activo da reacción de eterificación.
A segunda parte é o proceso de eterificación, é dicir, a reacción entre o centro activo e o cloroacetato de sodio ou 2-cloroetanol en condicións alcalinas, que resulta en
Ao mesmo tempo, o axente eterificante cloroacetato de sodio e 2-cloroetanol tamén producirán un certo grao de auga en condicións alcalinas.
As reaccións secundarias resólvense para xerar glicolato sódico e etilenglicol, respectivamente.
2 Pretratamento de descristalización alcalina concentrada de celulosa de piñeiro
En primeiro lugar, prepare unha certa concentración de solución de NaOH con auga desionizada.Despois, a certa temperatura, 2g de fibra de piñeiro
A vitamina disólvese nun certo volume de solución de NaOH, revísase durante un período de tempo e, a continuación, fíltase para usar.
Fabricante de modelos de instrumentos
Medidor de pH de precisión
Axitador magnético de calefacción a temperatura constante tipo colector
Forno de secado ao baleiro
Balanza electrónica
Bomba de baleiro multiusos tipo auga circulante
Espectrómetro infravermello de transformada de Fourier
Difractómetro de raios X
Espectrómetro de resonancia magnética nuclear
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.
Compañía Americana Thermoelectric Switzerland ARL
Empresa suíza BRUKER
35
Elaboración de CMCs
Usando celulosa alcalina de madeira de piñeiro pretratada por descristalización alcalina concentrada como materia prima, usando etanol como disolvente e usando cloroacetato de sodio como eterificación
CMC con maior DS preparouse engadindo dúas veces álcali e dúas veces axente eterificante.Engade 2 g de celulosa alcalina de madeira de piñeiro no matraz de catro bocas, despois engade un certo volume de disolvente de etanol e mexa ben durante 30 minutos.
aproximadamente, para que a celulosa alcalina estea totalmente dispersa.A continuación, engade unha certa cantidade de axente alcalino e cloroacetato de sodio para reaccionar durante un período de tempo a unha determinada temperatura de eterificación.
Despois do tempo, unha segunda adición de axente alcalino e cloroacetato de sodio seguido de eterificación durante un período de tempo.Despois de que a reacción remate, arrefríe e arrefríe
Neutralizar cunha cantidade adecuada de ácido acético glacial, despois filtrar, lavar e secar.
Elaboración de HEC
Usando celulosa alcalina de madeira de piñeiro pretratada con descristalización alcalina concentrada como materia prima, etanol como disolvente e 2-cloroetanol como eterificación
O HEC con MS máis alto preparouse engadindo dúas veces álcali e dúas veces axente eterificante.Engade 2 g de celulosa alcalina de madeira de piñeiro nun matraz de catro bocas e engade un certo volume de etanol ao 90% (fracción en volume), mexa.
Mestura durante un período de tempo para que se disperse completamente, despois engade unha certa cantidade de álcali e quenta lentamente, engade un certo volume de 2-
O cloroetanol, eterificouse a temperatura constante durante un período de tempo, e despois engadiuse o hidróxido sódico restante e o 2-cloroetanol para continuar a eterificación durante un período de tempo.tratar
Despois de completar a reacción, neutralízase cunha certa cantidade de ácido acético glacial e, finalmente, filtra cun filtro de vidro (G3), lava e seca.
Preparación de HEMCC
Usando o HEC preparado en 3.2.3.4 como materia prima, etanol como medio de reacción e cloroacetato de sodio como axente eterificante para preparar
HECMC.O proceso específico é: tomar unha certa cantidade de HEC, poñela nun matraz de catro bocas de 100 ml e despois engadir unha certa cantidade de volume.
Etanol ao 90%, mexa mecánicamente durante un período de tempo para que se disperse completamente, engade unha certa cantidade de álcali despois do quecemento e engade lentamente
Cloroacetato de sodio, a eterificación a temperatura constante remata despois dun período de tempo.Despois de completar a reacción, neutralízaa con ácido acético glacial para neutralizala e, a continuación, use un filtro de vidro (G3).
Despois da filtración por succión, lavado e secado.
Purificación de éteres de celulosa
No proceso de preparación do éter de celulosa, a miúdo prodúcense algúns subprodutos, principalmente a sal inorgánica de cloruro de sodio e algúns outros.
impurezas.Co fin de mellorar a calidade do éter de celulosa, realizouse unha simple purificación do éter de celulosa obtido.porque están na auga
Hai diferentes solubilidades, polo que o experimento usa unha determinada fracción de volume de etanol hidratado para purificar os tres éteres de celulosa preparados.
cambiar.
Coloque a mostra de éter de celulosa preparada cunha certa calidade nun vaso de precipitados, engade unha certa cantidade de etanol ao 80% que foi prequentado a 60 ℃ ~ 65 ℃ e manteña a axitación mecánica a 60 ℃ ~ 65 ℃ nun axitador magnético de calefacción a temperatura constante. para 10 ℃.min.Leve o sobrenadante a secar
Nun vaso limpo, use nitrato de prata para comprobar os ións cloruro.Se hai un precipitado branco, fíltrase por un filtro de vidro e colle o sólido
Repita os pasos anteriores para a parte do corpo, ata que o filtrado despois de engadir 1 gota de solución de AgNO3 non teña precipitado branco, é dicir, se complete a purificación e o lavado.
36
en (principalmente para eliminar o subproduto da reacción NaCl).Despois de filtrar por succión, secar, arrefriar a temperatura ambiente e pesar.
masa, g.
Métodos de proba e caracterización de éteres de celulosa
Determinación do grao de substitución (DS) e do grao de substitución molar (MS)
Determinación do DS: en primeiro lugar, pésase 0,2 g (precisión de 0,1 mg) da mostra de éter de celulosa purificada e seca, disolva
80 ml de auga destilada, axitada nun baño de auga a temperatura constante a 30 ℃ ~ 40 ℃ durante 10 min.A continuación, axustar con solución de ácido sulfúrico ou solución de NaOH
pH da disolución ata que o pH da solución sexa 8. A continuación, nun vaso de precipitados equipado cun electrodo para medir pH, use unha solución estándar de ácido sulfúrico
Para valorar, en condicións de axitación, observe a lectura do medidor de pH durante a valoración, cando o valor de pH da solución se axuste a 3,74,
A titulación remata.Teña en conta o volume de solución estándar de ácido sulfúrico utilizado neste momento.
Xeración:
A suma dos números de protóns superiores e do grupo hidroxietilo
A relación do número de protóns superiores;I7 é a masa do grupo metileno no grupo hidroxietilo
Intensidade do pico de resonancia de protóns;é a intensidade do pico de resonancia de protóns de 5 grupos metino e un grupo metileno na unidade de glicosa de celulosa
Suma.
Os métodos de proba descritos para a proba de caracterización infravermella dos tres éteres de celulosa CMC, HEC e HEECMC
Dereito
3.2.4.3 Proba XRD
Análise de difracción de raios X Proba de caracterización de tres éteres de celulosa CMC, HEC e HEECMC
o método de proba descrito.
3.2.4.4 Probas de RMN-H
O espectrómetro de RMN H de HEC foi medido polo espectrómetro de RMN H Avance400 producido por BRUKER.
Usando dimetilsulfóxido deuterado como disolvente, a solución foi probada por espectroscopia de RMN de hidróxeno líquido.A frecuencia da proba foi de 75,5 MHz.
Quente, a solución é de 0,5 ml.
3.3 Resultados e análise
3.3.1 Optimización do proceso de preparación de CMC
Usando a celulosa de piñeiro extraída no segundo capítulo como materia prima e utilizando cloroacetato de sodio como axente eterificante, adoptouse o método do experimento de factor único,
Optimizouse o proceso de preparación de CMC e establecéronse as variables iniciais do experimento como se mostra na táboa 3.3.O seguinte é o proceso de preparación de HEC
Na arte, a análise de varios factores.
Táboa 3.3 Valores iniciais dos factores
Factor Valor inicial
Temperatura de alcalinizamento do pretratamento/℃ 40
Tempo de alcalinización do pretratamento/h 1
Relación sólido-líquido de pretratamento/(g/mL) 1:25
Concentración de lejía pretratamento/% 40
38
Temperatura de eterificación da primeira etapa/℃ 45
Tempo de eterificación da primeira etapa/h 1
Temperatura de eterificación de la segunda etapa/℃ 70
Tempo de eterificación da segunda etapa/h 1
Dosificación base en fase de eterificación/g 2
Cantidade de axente eterificante en fase de eterificación/g 4.3
Relación sólido-líquido eterificado/(g/ml) 1:15
3.3.1.1 Influencia de varios factores no grao de substitución de CMC na fase de alcalinización do pretratamento
1. O efecto da temperatura de alcalinización do pretratamento sobre o grao de substitución de CMC
Para considerar o efecto da temperatura de alcalinización do pretratamento sobre o grao de substitución no CMC obtido, no caso de fixar outros factores como valores iniciais,
Nas condicións, o efecto da temperatura de alcalinización do pretratamento no grao de substitución de CMC é discutido e os resultados móstranse na Fig.
Pretratamento temperatura alcalinizante/℃
Efecto da temperatura de alcalinización do pretratamento no grao de substitución de CMC
Pódese ver que o grao de substitución de CMC aumenta co aumento da temperatura de alcalinización do pretratamento e a temperatura de alcalinización é de 30 °C.
Os graos de substitución anteriores diminúen co aumento da temperatura.Isto débese a que a temperatura de alcalinización é demasiado baixa e as moléculas son menos activas e non poden facelo
Destruír eficazmente a área cristalina da celulosa, o que dificulta a entrada do axente eterificador no interior da celulosa na fase de eterificación e o grao de reacción é relativamente alto.
baixo, resultando nun menor grao de substitución do produto.Non obstante, a temperatura de alcalinización non debe ser demasiado alta.A medida que aumenta a temperatura, baixo a acción da alta temperatura e un álcali forte,
A celulosa é propensa á degradación oxidativa e o grao de substitución do produto CMC diminúe.
2. Influencia do tempo de alcalinización do pretratamento no grao de substitución de CMC
Baixo a condición de que a temperatura de alcalinización do pretratamento sexa de 30 °C e outros factores sexan os valores iniciais, búscase o efecto do tempo de alcalinización do pretratamento na CMC.
O efecto da substitución.Grao de substitución
Tempo de alcalinización do pretratamento/h
Efecto do tempo de alcalinización do pretratamento no grao de substitución de CMC
O proceso de carga en si é relativamente rápido, pero a solución alcalina necesita un certo tempo de difusión na fibra.
Pódese ver que cando o tempo de alcalinización é de 0,5-1,5 h, o grao de substitución do produto aumenta co aumento do tempo de alcalinización.
O grao de substitución do produto obtido foi o maior cando o tempo era de 1,5 h, e o grao de substitución diminuíu co aumento do tempo despois de 1,5 h.Isto pode
Pode deberse a que ao comezo da alcalinización, coa prolongación do tempo de alcalinización, a infiltración de álcali na celulosa é máis suficiente, polo que a fibra
A estrutura principal é máis relaxada, aumentando o axente eterificante e o medio activo
Hora de publicación: 29-09-2022