CMC sellülozu və onun strukturunun xarakteristikası

Xammal kimi saman sellülozundan istifadə edilərək, efirləşdirmə yolu ilə modifikasiya edilmişdir. Tək faktor və fırlanma testi vasitəsilə karboksimetilselülozun hazırlanması üçün optimal şərtlər müəyyən edilmişdir: eterləşmə vaxtı 100 dəq, eterləşmə temperaturu 70℃, NaOH dozası 3,2 q və monoxloroasetik turşunun dozası 3,0 q, maksimum əvəzetmə Dərəcəsi 0,53-dür.

Açar sözlər: CMCsellüloza; monoxloroasetik turşu; efirləşmə; modifikasiya

Karboksimetil selülozdünyada ən çox istehsal edilən və satılan selüloz efiridir. Yuyucu, qida, diş pastası, tekstil, çap və boyama, kağız istehsalı, neft, mədənçilik, tibb, keramika, elektron komponentlər, rezin, boyalar, pestisidlər, kosmetika, dəri, plastik və neft qazma və s. "sənaye monosodium glutamat" kimi. Karboksimetil selüloz təbii sellülozun kimyəvi modifikasiyası nəticəsində əldə edilən suda həll olunan sellüloza efir törəməsidir. Karboksimetilselülozun istehsalı üçün əsas xammal olan sellüloza illik yüz milyardlarla ton istehsalla yer üzündə ən bol təbii bərpa olunan resurslardan biridir. mənim ölkəm böyük kənd təsərrüfatı ölkəsidir və ən çox saman ehtiyatlarına malik ölkələrdən biridir. Saman həmişə kənd sakinləri üçün əsas yaşayış yanacaqlarından biri olub. Bu sərvətlər uzun müddətdir ki, rasional şəkildə işlənmir və hər il dünyada saman kimi kənd təsərrüfatı və meşə təsərrüfatı tullantılarının 2%-dən az hissəsi istifadə olunur. 2 milyon hm2-dən çox əkin sahəsi, illik 14 milyon ton düyü və 11 milyon ton saman istehsalı ilə Heilongjiang əyalətində düyü əsas iqtisadi məhsuldur. Fermerlər ümumiyyətlə onları birbaşa tarlada tullantı kimi yandırırlar ki, bu da nəinki təbii sərvətlərin böyük israfı, həm də ətraf mühitin ciddi şəkildə çirklənməsinə səbəb olur. Buna görə də samandan istifadənin reallaşdırılması kənd təsərrüfatının davamlı inkişaf strategiyasının zəruriliyidir.

1. Eksperimental materiallar və üsullar

1.1 Eksperimental materiallar və avadanlıqlar

Laboratoriyada öz-özünə hazırlanmış saman sellülozu; JJ～1 tip elektrik qarışdırıcı, Jintan Guowang Eksperimental Alət Fabriki; SHZW2C növü RS—Vakuum nasosu, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.; pHS-3C pH metr, Mettler-Toledo Co., Ltd.; DGG-9070A elektrikli istilik sabit temperatur qurutma sobası, Pekin Şimali Lihui Test Aləti Avadanlıqları Co., Ltd.; HITACHI-S ~ 3400N skan edən elektron mikroskopu, Hitachi Instruments; etanol; natrium hidroksid; xlorosirkə turşusu və s. (yuxarıdakı reagentlər analitik cəhətdən təmizdir).

1.2 Eksperimental üsul

1.2.1 Karboksimetilselülozanın hazırlanması

(1) Karboksimetilselülozun hazırlanma üsulu: 2 q sellülozu üç boyunlu kolbaya çəkin, 2,8 q NaOH, 20 mL 75%-li etanol məhlulu əlavə edin və 25°C sabit temperaturda su banyosunda qələvi ilə isladın.°C 80 dəqiqə. Bir qarışdırıcı ilə yaxşıca qarışdırın. Bu proses zamanı sellüloza qələvi məhlul ilə reaksiyaya girərək qələvi sellüloza əmələ gətirir. Eterifikasiya mərhələsində yuxarıda reaksiya verən üçboyunlu kolbaya 10 mL 75%-li etanol məhlulu və 3 q xlorosirkə turşusu əlavə edin, temperaturu 65-70 dərəcəyə qaldırın.° C. və 60 dəqiqə reaksiya verin. İkinci dəfə qələvi əlavə edin, sonra temperaturu 70-də saxlamaq üçün yuxarıdakı reaksiya kolbasına 0,6 q NaOH əlavə edin.°C və xam Na əldə etmək üçün reaksiya müddəti 40 dəqiqədir—CMC (natrium karboksimetilselüloz).

Neytrallaşdırma və yuyulma: 1 moL əlavə edin·L-1 xlorid turşusu və pH=7~8 qədər otaq temperaturunda reaksiyanı neytrallaşdırın. Sonra 50% etanol ilə iki dəfə yuyun, sonra bir dəfə 95% etanol ilə yuyun, sorma ilə süzün və 80-90 dərəcə qurudun.°C 2 saat.

(2) Nümunə əvəzetmə dərəcəsinin təyini: turşuluq ölçən cihazın təyini üsulu: Təmizlənmiş və qurudulmuş Na-CMC nümunəsindən 0,2 q (0,1 mq-a qədər dəqiq) çəkin, 80 ml distillə edilmiş suda həll edin, 10 dəqiqə elektromaqnitlə qarışdırın və tənzimləyin. onu turşu və ya qələvi ilə məhlul məhlulun pH-nı 8-ə çatdırdı. Sonra sınaq məhlulunu pH ölçən elektrodla təchiz olunmuş stəkanda sulfat turşusu standart məhlulu ilə titrləyin və pH olana qədər titr edərkən pH metrin göstəricisinə baxın. 3.74. İstifadə olunan sulfat turşusunun standart məhlulunun həcmini qeyd edin.

1.2.2 Tək faktorlu test üsulu

(1) Qələvi miqdarının karboksimetilselülozun əvəzlənmə dərəcəsinə təsiri: 25-də qələviləşdirmə aparın.℃, 80 dəqiqə qələvi daldırma, etanol məhlulunda konsentrasiya 75%, monoxloroasetik turşu reagentinin miqdarına nəzarət 3q, eterləşmə temperaturu 65 ~70°C, eterləşmə müddəti 100 dəqiqə idi və natrium hidroksid miqdarı test üçün dəyişdirildi.

(2) Etanol məhlulunun konsentrasiyasının karboksimetil selülozun əvəzlənmə dərəcəsinə təsiri: sabit qələvi miqdarı 3,2 q, qələvi 25 dərəcə temperaturda su banyosuna batırılır.°C 80 dəqiqə, etanol məhlulunun konsentrasiyası 75%, monoxlorosirkə turşusu reagentinin miqdarı 3 q-da nəzarət edilir, eterləşmə Temperatur 65-70°C, eterləşmə vaxtı 100 dəqiqədir və etanol məhlulunun konsentrasiyası təcrübə üçün dəyişdirilir.

(3) Monoxloroasetik turşunun miqdarının karboksimetilselülozun əvəzlənmə dərəcəsinə təsiri: 25-də sabitləyin.°Qələviləşmə üçün C, qələvidə 80 dəqiqə isladın, etanol məhlulunun konsentrasiyasını 75% etmək üçün 3,2 q natrium hidroksid əlavə edin, eter Temperatur 65 ~ 70°C, eterləşmə müddəti 100 dəqiqədir və monoxloroasetik turşunun miqdarı təcrübə üçün dəyişdirilir.

(4) Eterifikasiya temperaturunun karboksimetilselülozun əvəzlənmə dərəcəsinə təsiri: 25-də fiksasiya°alkalizasiya üçün C, qələvidə 80 dəqiqə isladın, etanol məhlulunun konsentrasiyasını 75% etmək üçün 3,2 q natrium hidroksid əlavə edin, eterləşmə temperaturu Temperatur 65 ~ 70℃, eterləşmə müddəti 100 dəqiqədir və monoxlorosirkə turşusunun dozası dəyişdirilərək təcrübə aparılır.

(5) Eterifikasiya vaxtının karboksimetilselülozun əvəzlənmə dərəcəsinə təsiri: 25-də sabitlənmişdir.°Alkalizasiya üçün C, 3,2 q natrium hidroksid əlavə edildi və etanol məhlulunun konsentrasiyasını 75% etmək üçün qələvidə 80 dəqiqə isladın və idarə olunan monoxlor Sirkə turşusu reagentinin dozası 3 q, eterləşmə temperaturu 65 ~ 70°C və eterləşmə vaxtı təcrübə üçün dəyişdirilir.

1.2.3 Karboksimetilselülozun sınaq planı və optimallaşdırılması

Tək faktorlu eksperiment əsasında dörd amil və beş səviyyəli kvadratik reqressiya ortoqonal fırlanma birləşmiş təcrübə tərtib edilmişdir. Dörd amil efirləşmə vaxtı, efirləşmə temperaturu, NaOH miqdarı və monoxloroasetik turşunun miqdarıdır. Məlumatların işlənməsi məlumatların işlənməsi üçün SAS8.2 statistik proqram təminatından istifadə edir ki, bu da hər bir təsiredici amil və karboksimetilselülozun əvəzlənmə dərəcəsi arasında əlaqəni aşkar edir. daxili qanun.

1.2.4 SEM analiz metodu

Qurudulmuş toz nümunəsi keçirici yapışqan ilə nümunə səhnəsində bərkidilmiş və qızılı vakuumla səpdikdən sonra Hitachi-S-3400N Hitachi skan edən elektron mikroskopu altında müşahidə edilmiş və fotoşəkili çəkilmişdir.

2. Nəticələr və təhlillər

2.1 Karboksimetilselülozanın əvəzlənmə dərəcəsinə tək faktorun təsiri

2.1.1 Qələvi miqdarının karboksimetilselülozun əvəzlənmə dərəcəsinə təsiri.

2 q sellülozaya NaOH3.2g əlavə edildikdə məhsulun əvəzetmə dərəcəsi ən yüksək olmuşdur. NaOH miqdarı azalır, bu, qələvi selülozun və eterləşdirmə agentinin neytrallaşdırılmasını meydana gətirmək üçün kifayət deyil və məhsulun kiçik bir əvəzetmə dərəcəsi və aşağı özlülük var. Əksinə, NaOH-un miqdarı çox olarsa, xlorosirkə turşusunun hidrolizi zamanı yan reaksiyalar artar, efirləşdirici maddənin sərfi artar, məhsulun özlülüyü də azalar.

2.1.2 Etanol məhlulunun konsentrasiyasının karboksimetilselülozun əvəzlənmə dərəcəsinə təsiri.

Etanol məhlulunda suyun bir hissəsi selülozdan kənar reaksiya mühitində, digər hissəsi isə sellülozada mövcuddur. Suyun tərkibi çox böyükdürsə, CMC eterləşmə zamanı jele əmələ gətirmək üçün suda şişəcək və nəticədə çox qeyri-bərabər reaksiya yaranacaq; suyun tərkibi çox kiçik olarsa, reaksiya mühitinin olmaması səbəbindən reaksiyanı davam etdirmək çətin olacaq. Ümumiyyətlə, 80% etanol ən uyğun həlledicidir.

2.1.3 Monoxlorosirkə turşusunun dozasının karboksimetilselülozun əvəzlənmə dərəcəsinə təsiri

Monoxloroasetik turşunun və natrium hidroksidinin miqdarı nəzəri olaraq 1:2-dir, lakin reaksiyanı CMC əmələ gətirən istiqamətə aparmaq üçün reaksiya sistemində uyğun sərbəst əsasın olmasını təmin edin ki, karboksimetilləşmə rəvan davam etsin. Bu səbəbdən artıq qələvi metodu qəbul edilir, yəni turşu və qələvi maddələrin molyar nisbəti 1:2,2-dir.

2.1.4 Eterifikasiya temperaturunun karboksimetilselülozun əvəzlənmə dərəcəsinə təsiri

Eterifikasiya temperaturu nə qədər yüksək olarsa, reaksiya sürəti bir o qədər tez olur, lakin yan reaksiyalar da sürətlənir. Kimyəvi tarazlıq nöqteyi-nəzərindən, temperaturun yüksəlməsi CMC-nin əmələ gəlməsi üçün əlverişsizdir, lakin temperatur çox aşağı olarsa, reaksiya sürəti yavaş olur və eterləşdirici maddənin istifadə dərəcəsi aşağıdır. Görünür ki, eterləşmə üçün optimal temperatur 70-dir°C.

2.1.5 Eterifikasiya vaxtının karboksimetilselülozun əvəzlənmə dərəcəsinə təsiri

Eterifikasiya vaxtının artması ilə CMC-nin əvəzlənmə dərəcəsi artır və reaksiya sürəti sürətlənir, lakin müəyyən müddətdən sonra yan reaksiyalar artır və əvəzetmə dərəcəsi azalır. Eterifikasiya müddəti 100 dəqiqə olduqda, əvəzetmə dərəcəsi maksimumdur.

2.2 Ortoqonal sınaq nəticələri və karboksimetil qruplarının təhlili

Dispersiya təhlili cədvəlindən görünür ki, ilkin bənddə efirləşmə vaxtının dörd amili, efirləşmə temperaturu, NaOH miqdarı və monoxlorosirkə turşusunun miqdarı karboksimetilselülozun əvəzlənmə dərəcəsinə çox əhəmiyyətli təsir göstərir (p). <0,01). Qarşılıqlı təsir elementləri arasında eterləşmə vaxtının və monoxlorosirkə turşusunun miqdarının qarşılıqlı təsir bəndləri, eterləşmə temperaturunun və monoxlorosirkə turşusunun miqdarının qarşılıqlı təsir maddələri karboksimetilselülozun əvəzlənmə dərəcəsinə çox əhəmiyyətli təsir göstərmişdir (p<0,01). Karboksimetilselülozun əvəzlənmə dərəcəsinə müxtəlif amillərin təsir qaydası belə idi: eterləşmə temperaturu>monoxloroasetik turşunun miqdarı>efirləşmə vaxtı>NaOH miqdarı.

Kvadrat reqressiyanın ortoqonal fırlanma kombinasiyası dizaynının sınaq nəticələrinin təhlilindən sonra müəyyən etmək olar ki, karboksimetilləşmənin modifikasiyası üçün optimal proses şərtləri aşağıdakılardır: eterləşmə vaxtı 100 dəq, eterləşmə temperaturu 70.℃, NaOH dozası 3,2 q və monoxloroasetik turşunun dozası 3,0 q, əvəzetmənin maksimal dərəcəsi isə 0,53-dür.

2.3 Mikroskopik performans xarakteristikası

Sellüloza, karboksimetilselüloz və çarpaz bağlı karboksimetilselüloz hissəciklərinin səthi morfologiyası skan edilmiş elektron mikroskop vasitəsilə tədqiq edilmişdir. Selüloz hamar səthə malik zolaq şəklində böyüyür; karboksimetilselülozun kənarı çıxarılan sellülozadan daha kobuddur və boşluq strukturu artır və həcmi daha böyük olur. Bunun səbəbi, karboksimetil selülozun şişməsi səbəbindən bağlama quruluşunun daha böyük olmasıdır.

3. Nəticə

3.1 Karboksimetil efirləşdirilmiş sellülozanın hazırlanması Sellülozanın əvəzlənmə dərəcəsinə təsir edən dörd amilin əhəmiyyət sırası belədir: eterləşmə temperaturu > monoxlorosirkə turşusunun dozası > efirləşmə vaxtı > NaOH dozası. Karboksimetilləşmə modifikasiyasının optimal proses şərtləri eterləşmə vaxtı 100 dəqiqə, efirləşmə temperaturu 70-dir.℃, NaOH dozası 3,2 q, monoxloroasetik turşunun dozası 3,0 q və maksimum əvəzetmə dərəcəsi 0,53.

3.2 Karboksimetilləşmənin modifikasiyasının optimal texnoloji şərtləri bunlardır: efirləşmə vaxtı 100 dəq, efirləşmə temperaturu 70℃, NaOH dozası 3,2 q, monoxloroasetik turşunun dozası 3,0 q, maksimum əvəzetmə dərəcəsi 0,53.