Sellüloza efirində eterləşmə reaksiyası

Sellülozanın efirləşmə aktivliyi müvafiq olaraq yoğurma maşını və qarışdırıcı reaktorda, müvafiq olaraq hidroksietilselüloz və karboksimetilselüloz isə xloroetanol və monoxloroasetik turşu ilə hazırlanmışdır. Nəticələr göstərdi ki, sellülozun efirləşmə reaksiyası yüksək intensivlikli çalkalama şəraitində qarışdırma reaktoru vasitəsilə həyata keçirilir. Sellüloza yaxşı eterləşmə reaktivliyinə malikdir, bu, sulu məhlulda efirləşmənin effektivliyini artırmaqda və məhsulun işıq ötürməsini artırmaqda yoğurucu metoddan daha yaxşıdır.) Buna görə də, reaksiya prosesinin qarışdırma intensivliyinin yaxşılaşdırılması homogen sellülozun əvəzedici eterizasiyasını inkişaf etdirmək üçün daha yaxşı bir yoldur. məhsullar.

Açar sözlər:eterləşmə reaksiyası; selüloz;Hidroksietilselüloz; Karboksimetil selüloz

Təmizlənmiş pambıq selüloz efir məhsullarının hazırlanmasında həlledici üsuldan geniş istifadə olunur və reaksiya avadanlığı kimi yoğurma maşını istifadə olunur. Bununla belə, pambıq sellülozu əsasən molekulların səliqəli və sıx şəkildə düzüldüyü kristal bölgələrdən ibarətdir. Yoğurma maşını reaksiya avadanlığı kimi istifadə edildikdə, yoğurma maşınının yoğurma qolu reaksiya zamanı yavaş olur və eterləşdirici maddənin müxtəlif selüloz təbəqələrinə daxil olmaq üçün müqaviməti böyükdür və sürət yavaşdır, nəticədə uzun reaksiya müddəti, yan hissənin yüksək nisbəti. reaksiyalar və sellüloza molekulyar zəncirlərində əvəzedici qrupların qeyri-bərabər paylanması.

Adətən sellülozun eterləşmə reaksiyası xaricdə və içəridə heterojen reaksiyadır. Xarici dinamik təsir olmadıqda, eterləşdirici maddə sellülozun kristallaşma zonasına daxil olmaq çətindir. Və təmizlənmiş pambığın ilkin təmizlənməsi (məsələn, təmizlənmiş pambığın səthini artırmaq üçün fiziki üsullardan istifadə etməklə), eyni zamanda reaksiya avadanlığı üçün qarışdırma reaktoru ilə, sürətli qarışdırıcı eterləşmə reaksiyasından istifadə edərək, əsaslandırmaya görə, sellüloza güclü şəkildə şişə bilər, şişkinlik. sellülozun amorf sahəsi və kristallaşma sahəsi ardıcıl olmağa meyllidir, reaksiya aktivliyini artırır. Heterojen eterləşmə reaksiya sistemində sellüloza efiri əvəzedicilərinin homojen paylanmasına xarici qarışdırma gücünü artırmaqla nail olmaq olar. Odur ki, reaksiya avadanlığı kimi qarışdırıcı tipli reaksiya qazanı olan yüksək keyfiyyətli sellülozun efirləşdirilməsi məhsullarının hazırlanması ölkəmizin gələcək inkişaf istiqaməti olacaqdır.

1. Eksperimental hissə

1.1 Sınaq üçün təmizlənmiş pambıq sellüloz xammalı

Təcrübədə istifadə edilən müxtəlif reaksiya avadanlıqlarına görə, pambıq sellülozasının ilkin emal üsulları müxtəlifdir. Yoğurucu reaksiya avadanlığı kimi istifadə edildikdə, ilkin müalicə üsulları da fərqlidir. Yoğurucudan reaksiya avadanlığı kimi istifadə edildikdə, istifadə olunan təmizlənmiş pambıq selülozunun kristallığı 43,9%, təmizlənmiş pambıq sellülozasının orta uzunluğu isə 15~20 mm-dir. Reaksiya avadanlığı kimi qarışdırıcı reaktordan istifadə edildikdə təmizlənmiş pambıq sellülozasının kristallığı 32,3%, təmizlənmiş pambıq sellülozasının orta uzunluğu 1 mm-dən azdır.

1.2 Karboksimetilselüloz və hidroksietilselülozun inkişafı

Karboksimetilselüloz və hidroksietilselülozun hazırlanması reaksiya avadanlığı kimi 2L yoğurucu (reaksiya zamanı orta sürət 50r/dəq) və reaksiya avadanlığı kimi 2L qarışdırıcı reaktor (reaksiya zamanı orta sürət 500r/dəq) istifadə edilməklə həyata keçirilə bilər.

Reaksiya zamanı bütün xammallar ciddi kəmiyyət reaksiyasından əldə edilir. Reaksiya nəticəsində alınan məhsul w=95% etanol ilə yuyulur və sonra 60°C və 0,005mpa mənfi təzyiq altında 24 saat vakuumda qurudulur. Alınan nümunənin rütubəti w=2,7%±0,3% təşkil edir və analiz üçün məhsul nümunəsi kül tərkibi w < 0,2% olana qədər yuyulur.

Reaksiya avadanlığı kimi yoğurma maşınının hazırlıq mərhələləri aşağıdakılardır:

Eterifikasiya reaksiyası → məhsulun yuyulması → qurudulması → sürtgəcdən keçirilmiş qranulyasiya → qablaşdırma yoğurucuda aparılır.

Reaksiya avadanlığı kimi qarışdırma reaktorunun hazırlıq mərhələləri aşağıdakılardır:

Eterifikasiya reaksiyası → məhsulun yuyulması → qurutma və qranulyasiya → qablaşdırma qarışdırılmış reaktorda aparılır.

Görünür ki, yoğurucu aşağı reaksiya səmərəliliyi, qurutma və üyüdülmə qranulyasiyasının mərhələli xüsusiyyətlərinin hazırlanması üçün reaksiya avadanlığı kimi istifadə olunur və üyüdülmə prosesində məhsulun keyfiyyəti çox aşağı düşəcəkdir.

Reaksiya avadanlığı kimi qarışdırılmış reaktor ilə hazırlıq prosesinin xüsusiyyətləri aşağıdakılardır: yüksək reaksiya səmərəliliyi, məhsulun qranulyasiyası qurutma və üyüdülmənin ənənəvi qranulyasiya prosesi metodunu qəbul etmir və qurutma və qranulyasiya prosesi eyni vaxtda aparılır. qurudulmamış məhsullar yuyulduqdan sonra qurudulur və qurutma və qranulyasiya prosesində məhsulun keyfiyyəti dəyişməz qalır.

1.3 X-şüalarının difraksiya analizi

Rentgen şüalarının difraksiya analizi Riqaku D/max-3A rentgen difraktometri, qrafit monoxromator, Θ Bucağı 8°~30°, CuKα şüası, boru təzyiqi və boru axını 30kV və 30mA ilə aparılmışdır.

1.4 İnfraqırmızı spektrin təhlili

İnfraqırmızı spektrin təhlili üçün Spectrum-2000PE FTIR infraqırmızı spektrometrdən istifadə edilmişdir. İnfraqırmızı spektr analizi üçün bütün nümunələrin çəkisi 0,0020 q idi. Bu nümunələr müvafiq olaraq 0,1600 q KBr ilə qarışdırılmış və sonra sıxılmış (qalınlığı < 0,8 mm) və təhlil edilmişdir.

1.5 Keçiriciliyin aşkarlanması

Keçiricilik 721 spektrofotometr tərəfindən aşkar edilmişdir. CMC məhlulu w=w1% 590nm dalğa uzunluğunda 1 sm kolorimetrik qaba qoyuldu.

1.6 Əvəzetmənin aşkarlanma dərəcəsi

Hidroksietilselülozun HEC əvəzetmə dərəcəsi standart kimyəvi analiz üsulu ilə ölçüldü. Prinsip ondan ibarətdir ki, HEC 123 ℃ temperaturda HI hidroiodat ilə parçalana bilər və HEC-nin əvəzlənmə dərəcəsi, parçalanmış etilen və etilen iyodidin ölçülməsi ilə bilinə bilər. Hidroksimetilselülozun əvəzlənmə dərəcəsi standart kimyəvi analiz üsulları ilə də yoxlanıla bilər.

2. Nəticələr və müzakirə

Burada iki növ reaksiya çaynikindən istifadə olunur: biri reaksiya avadanlığı kimi yoğurma maşını, digəri reaksiya avadanlığı kimi qarışdırıcı tipli reaksiya çaydanı, heterogen reaksiya sistemində, qələvi vəziyyətdə və spirtli suda həlledici sistemdə təmizlənmiş pambıq sellülozasının eterləşmə reaksiyası öyrənilir. Onların arasında reaksiya avadanlığı kimi yoğurma maşınının texnoloji xüsusiyyətləri bunlardır: Reaksiya zamanı yoğurma qolunun sürəti yavaş, reaksiya müddəti uzun, yan reaksiyaların nisbəti yüksək, efirləşdirici maddədən istifadə dərəcəsi azdır və eterləşmə reaksiyasında əvəzedici qrup paylanmasının vahidliyi zəifdir. Tədqiqat prosesi yalnız nisbətən dar reaksiya şərtləri ilə məhdudlaşdırıla bilər. Bundan əlavə, əsas reaksiya şərtlərinin (məsələn, vanna nisbəti, qələvi konsentrasiyası, yoğurma maşınının yoğurma qolunun sürəti) tənzimlənməsi və idarə oluna bilməsi çox zəifdir. Eterifikasiya reaksiyasının təxmini vahidliyinə nail olmaq və efirləşmə reaksiyası prosesinin kütlə ötürülməsini və nüfuzunu dərindən öyrənmək çətindir. Reaksiya avadanlığı kimi qarışdırıcı reaktorun proses xüsusiyyətləri bunlardır: reaksiyada sürətli qarışdırma sürəti, sürətli reaksiya sürəti, efirləşdirici maddədən yüksək istifadə dərəcəsi, efirləşdirici əvəzedicilərin vahid paylanması, tənzimlənən və idarə oluna bilən əsas reaksiya şəraiti.

Karboksimetilselüloz CMC müvafiq olaraq yoğurucu reaksiya avadanlığı və qarışdırıcı reaktor reaksiya avadanlığı ilə hazırlanmışdır. Yoğurucudan reaksiya avadanlığı kimi istifadə edildikdə, qarışdırma intensivliyi aşağı idi və orta fırlanma sürəti 50r/dəq idi. Qarışdıran reaktor reaksiya avadanlığı kimi istifadə edildikdə, qarışdırma intensivliyi yüksək idi və orta fırlanma sürəti 500r/dəq idi. Monoxloroasetik turşunun selüloz monosaxaridinə molar nisbəti 1:5:1 olduqda, reaksiya müddəti 68 ° C-də 1,5 saat idi. Xlorosirkə turşusunun efirləşdirici maddəsində CM-nin yaxşı keçiriciliyinə görə yoğurma maşını ilə alınmış CMC-nin işıq keçiriciliyi 98,02%, eterləşmə səmərəliliyi isə 72% olmuşdur. Qarışdıran reaktordan reaksiya avadanlığı kimi istifadə edildikdə, efirləşdirici maddənin keçiriciliyi daha yaxşı idi, CMC-nin keçiriciliyi 99,56%, efirləşmə reaksiyasının səmərəliliyi isə 81%-ə yüksəldi.

Hidroksietilselüloz HEC reaksiya avadanlığı kimi yoğurucu və qarışdırıcı reaktorla hazırlanmışdır. Yoğurucudan reaksiya avadanlığı kimi istifadə edildikdə, xloroetil spirti eterləşdirici agentin keçiriciliyi zəif olduqda və xloroetanolun sellüloza monosaxaridinə molar nisbəti 60°C temperaturda 4 saat ərzində 3:1 olduqda, efirləşdirici agentin reaksiya səmərəliliyi 47% və suda həllolma qabiliyyəti zəif idi. . Yalnız xloroetanolun sellüloza monosaxaridlərinə molyar nisbəti 6:1 olduqda, suda yaxşı həll olunan məhsullar əmələ gələ bilər. Qarışdıran reaktor reaksiya avadanlığı kimi istifadə edildikdə, xloroetil spirti eterləşdirmə agentinin keçiriciliyi 4 saat ərzində 68 ° C-də daha yaxşı oldu. Xloroetanolun sellüloza monosaxaridinə molyar nisbəti 3:1 olduqda, əldə edilən HEC daha yaxşı suda həllolma qabiliyyətinə malik idi və eterləşmə reaksiyasının səmərəliliyi 66%-ə yüksəldi.

Eterləşdirici agent xloroasetik turşunun reaksiya səmərəliliyi və reaksiya sürəti xloroetanoldan xeyli yüksəkdir və eterləşdirici reaksiya avadanlığı kimi qarışdırma reaktoru yoğurucu ilə müqayisədə açıq üstünlüklərə malikdir, bu da efirləşmə reaksiyasının səmərəliliyini xeyli artırır. CMC-nin yüksək keçiriciliyi dolayı yolla onu göstərir ki, eterləşmə reaksiya avadanlığı kimi qarışdırma reaktoru eterləşmə reaksiyasının homojenliyini yaxşılaşdıra bilər. Bunun səbəbi, sellüloza zəncirinin hər bir qlükoza qrupu halqasında üç hidroksil qrupuna malik olması və yalnız güclü şişkin və ya həll olunmuş vəziyyətdə efirləşdirici agent molekullarının bütün selüloz hidroksil cütləri əlçatan olmasıdır. Sellülozanın eterləşmə reaksiyası adətən xaricdən daxilə, xüsusən də sellülozun kristal bölgəsində heterojen reaksiyadır. Selülozanın kristal quruluşu xarici qüvvənin təsiri olmadan toxunulmaz qaldıqda, eterləşdirici maddənin heterogen reaksiyanın homojenliyinə təsir edərək kristal quruluşuna daxil olması çətinləşir. Buna görə də, təmizlənmiş pambığı əvvəlcədən müalicə etməklə (məsələn, təmizlənmiş pambığın xüsusi səthini artırmaq) təmizlənmiş pambığın reaktivliyini yaxşılaşdırmaq olar. Böyük vanna nisbətində (etanol / selüloz və ya izopropil spirt / selüloz və yüksək sürətli qarışdırma reaksiyası, əsaslandırmaya görə, selülozun kristallaşma zonasının sırası azalacaq, bu zaman selüloz güclü şəkildə şişə bilər ki, şişkinlik yarana bilər. amorf və kristal selüloz zonası ardıcıl olmağa meyllidir, Beləliklə, amorf bölgənin və kristal bölgənin reaktivliyi oxşardır.

İnfraqırmızı spektr analizi və rentgen difraksiya analizi vasitəsi ilə eterləşmə reaksiya avadanlığı kimi qarışdırıcı reaktordan istifadə edildikdə sellülozun eterləşmə reaksiya prosesini daha aydın başa düşmək olar.

Burada infraqırmızı spektrlər və rentgen şüalarının difraksiya spektrləri təhlil edilmişdir. CMC və HEC-nin eterləşmə reaksiyası yuxarıda təsvir edilən reaksiya şəraitində qarışdırılmış reaktorda aparılmışdır.

İnfraqırmızı spektrin təhlili göstərir ki, CMC və HEC-nin efirləşmə reaksiyası reaksiya vaxtının uzadılması ilə müntəzəm olaraq dəyişir, əvəzetmə dərəcəsi fərqlidir.

X-şüalarının difraksiya nümunəsinin təhlili vasitəsilə CMC və HEC-in kristallığı reaksiya vaxtının uzadılması ilə sıfıra enir, bu, kristallaşma prosesinin əsasən qələviləşmə mərhələsində və təmizlənmiş pambığın eterləşmə reaksiyasından əvvəl qızdırma mərhələsində həyata keçirildiyini göstərir. . Buna görə də, təmizlənmiş pambığın karboksimetil və hidroksietil eterləşmə reaktivliyi artıq əsasən təmizlənmiş pambığın kristallığı ilə məhdudlaşdırılmır. Bu, efirləşdirici maddənin keçiriciliyi ilə əlaqədardır. Göstərilə bilər ki, CMC və HEC-nin eterləşmə reaksiyası reaksiya avadanlığı kimi qarışdırıcı reaktorla aparılır. Yüksək sürətli qarışdırma altında təmizlənmiş pambığın qələviləşmə mərhələsində və eterləşmə reaksiyasından əvvəl qızdırma mərhələsində kristallaşma prosesinə faydalıdır və eterləşmə reaksiyasının səmərəliliyini və əvəzetmə vahidliyini yaxşılaşdırmaq üçün eterləşdirmə agentinin sellülozaya nüfuz etməsinə kömək edir. .

Nəticə olaraq, bu tədqiqat reaksiya prosesi zamanı qarışdırma gücünün və digər amillərin reaksiyanın səmərəliliyinə təsirini vurğulayır. Buna görə də, bu tədqiqatın təklifi aşağıdakı səbəblərə əsaslanır: Heterogen efirləşmə reaksiya sistemində əvəzedici qrup ilə təxminən bircinsli sellüloza efirinin hazırlanması üçün böyük vanna nisbəti və yüksək qarışdırma intensivliyi və s.-dən istifadə əsas şərtdir. paylanma; Spesifik heterojen efirləşmə reaksiya sistemində, reaksiya avadanlığı kimi qarışdırıcı reaktordan istifadə etməklə əvəzedicilərin təxminən vahid paylanmasına malik yüksək performanslı sellüloza efiri hazırlana bilər ki, bu da sellüloza efirinin sulu məhlulunun yüksək keçiriciliyə malik olduğunu göstərir ki, bu da xassələrini genişləndirmək üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir. və sellüloza efirinin funksiyaları. Yoğurma maşını təmizlənmiş pambığın eterləşmə reaksiyasını öyrənmək üçün reaksiya avadanlığı kimi istifadə olunur. Aşağı qarışdırma intensivliyinə görə, eterləşdirmə agentinin nüfuzu üçün yaxşı deyil və yan reaksiyaların yüksək nisbəti və eterləşmə əvəzedicilərinin zəif paylanma vahidliyi kimi bəzi çatışmazlıqlara malikdir.