Veretheringsreaksie op sellulose-eter

Die veretheringsaktiwiteit van sellulose is onderskeidelik deur 'n kniemasjien en roerreaktor bestudeer, en hidroksieletielsellulose en karboksimetielsellulose is onderskeidelik deur chlooretanol en monochloorasynsuur berei. Die resultate het getoon dat die veretheringsreaksie van sellulose uitgevoer is deur 'n roerreaktor onder die toestand van hoë intensiteit roering. Sellulose het goeie veretheringsreaktiwiteit, wat beter is as die kniemetode om veretheringsdoeltreffendheid te verbeter en die ligtransmissie van die produk in waterige oplossing te verbeter.) Daarom is die verbetering van die roerintensiteit van die reaksieproses 'n beter manier om plaasvervangende homogene sellulose-verethering te ontwikkel produkte.

Sleutelwoorde:veretheringsreaksie; sellulose;Hydroxyethyl sellulose; Karboksimetiel sellulose

In die ontwikkeling van verfynde katoensellulose-eterprodukte word oplosmiddelmetode wyd gebruik en kniemasjien word as reaksietoerusting gebruik. Katoensellulose bestaan ​​egter hoofsaaklik uit kristalstreke waar molekules netjies en nou gerangskik is. Wanneer kniemasjien as reaksietoerusting gebruik word, is die kniearm van kniemasjien stadig tydens reaksie, en die weerstand van veretheringsmiddel om verskillende lae sellulose binne te gaan is groot en die spoed is stadig, wat lei tot lang reaksietyd, hoë verhouding van sy reaksies en ongelyke verspreiding van substituentgroepe op sellulose molekulêre kettings.

Gewoonlik is die veretheringsreaksie van sellulose 'n heterogene reaksie buite en binne. As daar geen eksterne dinamiese aksie is nie, is veretheringsmiddel moeilik om die kristallisasiesone van sellulose binne te gaan. En deur die voorbehandeling van verfynde katoen (soos die gebruik van fisiese metodes om die oppervlak van verfynde katoen te verhoog), terselfdertyd met roerreaktor vir reaksie toerusting, met behulp van vinnige roer veretheringsreaksie, volgens redenasie, kan sellulose sterk swel, die swelling van sellulose amorfe area en kristallisasie area is geneig om konsekwent te wees, verbeter die reaksie aktiwiteit. Die homogene verspreiding van sellulose-etersubstituente in heterogene veretheringsreaksiestelsel kan bereik word deur die eksterne roerkrag te verhoog. Dit sal dus die toekomstige ontwikkelingsrigting van ons land wees om hoë kwaliteit sellulose-veretheringsprodukte met geroerde tipe reaksieketel as reaksietoerusting te ontwikkel.

1. Eksperimentele deel

1.1 Verfynde katoensellulose grondstof vir toets

Volgens die verskillende reaksietoerusting wat in die eksperiment gebruik word, verskil die voorbehandelingsmetodes van katoensellulose. Wanneer die knieer as die reaksietoerusting gebruik word, is die voorbehandelingsmetodes ook anders. Wanneer die knieer as die reaksietoerusting gebruik word, is die kristalliniteit van die verfynde katoensellulose wat gebruik word 43,9%, en die gemiddelde lengte van die verfynde katoensellulose is 15 ~ 20 mm. Die kristalliniteit van verfynde katoensellulose is 32,3% en die gemiddelde lengte van verfynde katoensellulose is minder as 1 mm wanneer roerreaktor as reaksietoerusting gebruik word.

1.2 Ontwikkeling van karboksimetielsellulose en hidroksiedielsellulose

Die bereiding van karboksimetielsellulose en hidroksiedielsellulose kan uitgevoer word deur 2L knier as reaksietoerusting te gebruik (die gemiddelde spoed tydens reaksie is 50r/min) en 2L roerreaktor as reaksietoerusting (die gemiddelde spoed tydens reaksie is 500r/min).

Tydens die reaksie word alle grondstowwe uit die streng kwantitatiewe reaksie verkry. Die produk wat uit die reaksie verkry word, word gewas met w=95% etanol, en dan gedroog deur vakuum vir 24 uur onder die negatiewe druk van 60 ℃ en 0.005 mpa. Die voginhoud van die monster verkry is w=2.7%±0.3%, en die produkmonster vir ontleding word gewas totdat die asinhoud w < 0.2%.

Die voorbereidingstappe van kniemasjien as reaksietoerusting is soos volg:

Veretheringsreaksie → produkwas → droog → gerasperde granulasie → verpakking word in knieer uitgevoer.

Die voorbereidingstappe van roerreaktor as reaksietoerusting is soos volg:

Veretheringsreaksie → produkwas → droging en granulering → verpakking word in 'n geroerde reaktor uitgevoer.

Daar kan gesien word dat die knieer as reaksietoerusting gebruik word vir die voorbereiding van die eienskappe van lae reaksiedoeltreffendheid, droog- en maalgranulasie stap vir stap, en die kwaliteit van die produk sal aansienlik verminder word in die maalproses.

Die kenmerke van die voorbereidingsproses met geroerde reaktor as reaksietoerusting is soos volg: hoë reaksiedoeltreffendheid, die produkgranulering aanvaar nie die tradisionele granuleringsprosesmetode van droog en maal nie, en die droog- en granuleringsproses word op dieselfde tyd uitgevoer met die ongedroogde produkte na was, en die produkkwaliteit bly onveranderd in die droog- en granuleringsproses.

1.3 X-straaldiffraksie-analise

X-straaldiffraksie-analise is uitgevoer deur Rigaku D/max-3A X-straaldiffraktometer, grafiet monochromator, Θ Hoek was 8°~30°, CuKα straal, buisdruk en buisvloei was 30kV en 30mA.

1.4 Infrarooispektrumanalise

Spectrum-2000PE FTIR infrarooi spektrometer is gebruik vir infrarooi spektrum analise. Al die monsters vir infrarooispektrumanalise het 'n gewig van 0,0020g gehad. Hierdie monsters is onderskeidelik met 0.1600g KBr gemeng en dan gedruk (met 'n dikte van < 0.8mm) en ontleed.

1.5 Transmissiebespeuring

Die deurlaatbaarheid is deur 721 spektrofotometer opgespoor. CMC oplossing w=w1% is in 'n 1cm kolorimetriese skottel by 590nm golflengte geplaas.

1.6 Graad van substitusie-opsporing

Die HEC substitusie graad van hidroksieletiel sellulose is gemeet deur standaard chemiese analise metode. Die beginsel is dat HEC ontbind kan word deur HI hidrojodaat by 123 ℃, en die graad van substitusie van HEC kan bekend word deur die ontbinde stowwe etileen en etileenjodied wat geproduseer word, te meet. Die graad van substitusie van hidroksimielsellulose kan ook getoets word deur standaard chemiese analise metodes.

2. Resultate en bespreking

Twee soorte reaksieketels word hier gebruik: een is kniemasjien as reaksietoerusting, die ander is roertipe reaksieketel as reaksietoerusting, in heterogene reaksiestelsel, alkaliese toestand en alkoholiese wateroplosmiddelstelsel, word veretheringsreaksie van verfynde katoensellulose bestudeer. Onder hulle is die tegnologiese kenmerke van kniemasjien as reaksietoerusting: In die reaksie is die kniearm se spoed stadig, die reaksietyd is lank, die proporsie newereaksies is hoog, die benuttingstempo van veretheringsmiddel is laag, en die eenvormigheid van substituerende groepverspreiding in eteriseringsreaksie is swak. Die navorsingsproses kan slegs beperk word tot relatief nou reaksietoestande. Boonop is die verstelbaarheid en beheerbaarheid van hoofreaksietoestande (soos badverhouding, alkalikonsentrasie, kniearm se spoed van kniemasjien) baie swak. Dit is moeilik om die benaderde eenvormigheid van veretheringsreaksie te bereik en om die massa-oordrag en penetrasie van veretheringsreaksieproses in diepte te bestudeer. Die proseskenmerke van roerreaktor as reaksietoerusting is: vinnige roerspoed in reaksie, vinnige reaksiespoed, hoë benuttingstempo van eteriseermiddel, eenvormige verspreiding van eteriserende substituente, verstelbare en beheerbare hoofreaksietoestande.

Karboksimetielsellulose CMC is berei deur onderskeidelik kniereaksietoerusting en roerreaktorreaksietoerusting. Wanneer die knieer as die reaksietoerusting gebruik is, was die roerintensiteit laag en die gemiddelde rotasiespoed was 50r/min. Wanneer die roerreaktor as die reaksietoerusting gebruik is, was die roerintensiteit hoog en die gemiddelde rotasiespoed was 500r/min. Wanneer die molêre verhouding van monochloorasynsuur tot sellulose monosakkaried 1:5:1 was, was die reaksietyd 1,5 uur by 68℃. Die ligoordrag van CMC verkry deur kniemasjien was 98.02% en die veretheringsdoeltreffendheid was 72% as gevolg van die goeie deurlaatbaarheid van CM in chloorasynsuur veretheringsmiddel. Wanneer die roerreaktor as die reaksietoerusting gebruik is, was die deurlaatbaarheid van die veretheringsmiddel beter, die transmissie van CMC was 99,56%, en die eteriseringsreaksiedoeltreffendheid is tot 81% verhoog.

Hydroxyethyl sellulose HEC is voorberei met 'n knieer en roerreaktor as reaksietoerusting. Wanneer knier as reaksietoerusting gebruik is, was die reaksiedoeltreffendheid van eteriseermiddel 47% en wateroplosbaarheid was swak wanneer die deurlaatbaarheid van chlooretielalkohol veretheringsmiddel swak was en die molêre verhouding van chlooretanol tot sellulose monosakkaried 3:1 by 60 ℃ vir 4 uur was. . Slegs wanneer die molverhouding van chlooretanol tot sellulose monosakkariede 6:1 is, kan die produkte met goeie wateroplosbaarheid gevorm word. Toe die roerreaktor as die reaksietoerusting gebruik is, het die deurlaatbaarheid van chlooretielalkohol-veretheringsmiddel beter geword by 68℃ vir 4 uur. Wanneer die molêre verhouding van chlooretanol tot sellulose monosakkaried 3:1 was, het die gevolglike HEC 'n beter wateroplosbaarheid gehad, en die veretheringsreaksie doeltreffendheid is verhoog tot 66%.

Die reaksiedoeltreffendheid en reaksiespoed van die eteriseringsmiddel chloorasynsuur is baie hoër as dié van chlooratanol, en die roerreaktor as eteriseringsreaksietoerusting het ooglopende voordele bo die knieer, wat die eteriseringsreaksiedoeltreffendheid aansienlik verbeter. Die hoë deurlaatbaarheid van CMC dui ook indirek daarop dat die roerreaktor as eteriseringsreaksietoerusting die homogeniteit van veretheringsreaksie kan verbeter. Dit is omdat die selluloseketting drie hidroksielgroepe op elke glukosegroepring het, en slegs in 'n sterk geswelde of opgeloste toestand is al die sellulosehidroksielpare van veretheringsmiddelmolekules toeganklik. Die veretheringsreaksie van sellulose is gewoonlik 'n heterogene reaksie van buite na binne, veral in die kristallyne gebied van sellulose. Wanneer die kristalstruktuur van sellulose ongeskonde bly sonder die effek van eksterne krag, is veretheringsmiddel moeilik om die kristallyne struktuur binne te gaan, wat die homogeniteit van die heterogene reaksie beïnvloed. Deur dus die verfynde katoen voor te behandel (soos die verhoging van die spesifieke oppervlak van die verfynde katoen), kan die reaktiwiteit van die verfynde katoen verbeter word. In die groot badverhouding (etanol/sellulose of isopropylalkohol/sellulose en hoëspoed-roerreaksie, volgens die redenasie, sal die volgorde van die sellulosekristallisasiesone verminder word, op hierdie tydstip kan die sellulose sterk swel, sodat die swelling van die amorfe en kristallyne sellulose sone is geneig om konsekwent te wees, Dus, die reaktiwiteit van amorfe gebied en kristallyne gebied is soortgelyk.

Deur middel van infrarooi spektrum analise en X-straaldiffraksie analise kan die veretheringsreaksieproses van sellulose beter verstaan ​​word wanneer roerreaktor as veretheringsreaksietoerusting gebruik word.

Hier is infrarooi spektra en X-straaldiffraksie spektra ontleed. Die veretheringsreaksie van CMC en HEC is uitgevoer in 'n geroerde reaktor onder die reaksietoestande hierbo beskryf.

Die infrarooi spektrum analise toon dat die etereringsreaksie van CMC en HEC gereeld verander met die verlenging van reaksietyd, die graad van substitusie is anders.

Deur die ontleding van X-straaldiffraksiepatroon neig die kristalliniteit van CMC en HEC na nul met die verlenging van reaksietyd, wat aandui dat die dekristallisasieproses basies gerealiseer is in die alkalisasiestadium en die verhittingstadium voor die veretheringsreaksie van verfynde katoen . Daarom word die karboksimetiel- en hidroksiedetiel-vereteringsreaktiwiteit van verfynde katoen nie meer hoofsaaklik deur die kristalliniteit van verfynde katoen beperk nie. Dit hou verband met die deurlaatbaarheid van veretheringsmiddel. Dit kan aangetoon word dat die veretheringsreaksie van CMC en HEC met roerreaktor as reaksietoerusting uitgevoer word. Onder hoëspoedroer is dit voordelig vir die dekristallisasieproses van die verfynde katoen in die alkaliseringsstadium en die verhittingstadium voor veretheringsreaksie, en help die veretheringsmiddel om in die sellulose deur te dring, om sodoende die veretheringsreaksiedoeltreffendheid en substitusie-uniformiteit te verbeter .

Ten slotte beklemtoon hierdie studie die invloed van roerkrag en ander faktore op die reaksiedoeltreffendheid tydens die reaksieproses. Daarom is die voorstel van hierdie studie gebaseer op die volgende redes: In die heterogene etereringsreaksiestelsel is die gebruik van groot badverhouding en hoë roerintensiteit, ens., die basiese voorwaardes vir die bereiding van ongeveer homogene sellulose-eter met substituentgroep verspreiding; In 'n spesifieke heterogene etereringsreaksiestelsel kan hoë werkverrigting sellulose-eter met ongeveer eenvormige verspreiding van substituente berei word deur roerreaktor as reaksietoerusting te gebruik, wat toon dat sellulose-eter waterige oplossing 'n hoë deurlaatbaarheid het, wat van groot belang is om die eienskappe uit te brei. en funksies van sellulose-eter. Die kniemasjien word as reaksietoerusting gebruik om veretheringsreaksie van verfynde katoen te bestudeer. As gevolg van die lae roerintensiteit, is dit nie goed vir die penetrasie van veretheringsmiddel nie, en het dit 'n paar nadele soos hoë proporsie newereaksies en swak verspreidingsuniformiteit van veretheringssubstituente.