Reakcija eterifikacije na celuloznom etru

Eterifikaciona aktivnost celuloze proučavana je mašinom za gnječenje i reaktorom za mešanje, a hidroksietil celuloza i karboksimetil celuloza su pripremljene pomoću hloroetanola i monohloroctene kiseline. Rezultati su pokazali da je reakcija eterifikacije celuloze izvedena reaktorom za miješanje pod uvjetom miješanja visokog intenziteta. Celuloza ima dobru reaktivnost eterifikacije, koja je bolja od metode gnječenja u poboljšanju efikasnosti eterifikacije i poboljšanju prijenosa svjetlosti proizvoda u vodenom rastvoru.) Stoga je poboljšanje intenziteta miješanja u procesu reakcije bolji način da se razvije zamjenska homogena eterifikacija celuloze. proizvodi.

Ključne riječi:reakcija eterifikacije; Celuloza;Hidroksietil celuloza; Karboksimetil celuloza

U razvoju proizvoda od rafiniranog pamučnog celuloznog etera, metoda otapala se široko koristi, a mašina za gnječenje se koristi kao reakciona oprema. Međutim, pamučna celuloza se uglavnom sastoji od kristalnih područja u kojima su molekuli raspoređeni uredno i blisko. Kada se mašina za gnječenje koristi kao reakciona oprema, ruka mašine za gnječenje je spora tokom reakcije, a otpor eterifikacionog agensa da uđe u različite slojeve celuloze je velik i brzina je spora, što rezultira dugim vremenom reakcije, visokim udjelom strane. reakcije i neravnomjerna raspodjela supstituentskih grupa na molekulskim lancima celuloze.

Obično je reakcija eterifikacije celuloze heterogena reakcija izvana i iznutra. Ako nema vanjskog dinamičkog djelovanja, eterifikator teško ulazi u zonu kristalizacije celuloze. I kroz prethodnu obradu rafiniranog pamuka (kao što je korištenje fizičkih metoda za povećanje površine rafiniranog pamuka), u isto vrijeme sa reaktorom za miješanje za reakcionu opremu, koristeći brzo miješanje reakcije eterifikacije, prema obrazloženju, celuloza može snažno bubriti, bubreti amorfne površine celuloze i područja kristalizacije imaju tendenciju da budu konzistentne, poboljšavaju reakcijsku aktivnost. Homogena distribucija supstituenata etera celuloze u sistemu heterogene reakcije eterifikacije može se postići povećanjem snage eksternog mešanja. Dakle, budući razvojni pravac naše zemlje biće razvoj visokokvalitetnih proizvoda za eterifikaciju celuloze sa reakcionim kotlom sa mešanjem kao opremom za reakciju.

1. Eksperimentalni dio

1.1 Rafinirana pamučna celulozna sirovina za ispitivanje

Prema različitoj reakcijskoj opremi korištenoj u eksperimentu, metode predobrade pamučne celuloze su različite. Kada se gnječilica koristi kao reakciona oprema, metode predtretmana su također različite. Kada se mijesilica koristi kao reakciona oprema, kristalnost rafinirane pamučne celuloze je 43,9%, a prosječna dužina rafinirane pamučne celuloze je 15~20 mm. Kristaliničnost rafinirane pamučne celuloze je 32,3%, a prosječna dužina rafinirane pamučne celuloze je manja od 1 mm kada se reaktor za miješanje koristi kao reakciona oprema.

1.2 Razvoj karboksimetil celuloze i hidroksietil celuloze

Priprema karboksimetil celuloze i hidroksietil celuloze može se izvesti upotrebom 2L gnječilice kao reakcione opreme (srednja brzina reakcije je 50r/min) i reaktora za mešanje od 2L kao reakcione opreme (srednja brzina reakcije je 500r/min).

Tokom reakcije, sve sirovine su izvedene iz stroge kvantitativne reakcije. Proizvod dobijen reakcijom se ispere sa w=95% etanolom, a zatim suši u vakuumu 24h pod negativnim pritiskom od 60℃ i 0,005mpa. Sadržaj vlage dobijenog uzorka je w=2,7%±0,3%, a uzorak proizvoda za analizu se pere do sadržaja pepela w < 0,2%.

Koraci pripreme mašine za gnječenje kao opreme za reakciju su sljedeći:

Reakcija eterifikacije → pranje proizvoda → sušenje → rendana granulacija → pakovanje se vrši u gnječilici.

Koraci pripreme reaktora za miješanje kao reakcione opreme su sljedeći:

Reakcija eterifikacije → pranje proizvoda → sušenje i granulacija → pakovanje se vrši u reaktoru sa mešanjem.

Vidi se da se gnječilica koristi kao reakciona oprema za pripremu karakteristika niske efikasnosti reakcije, sušenje i mlevenje granulacije korak po korak, a kvalitet proizvoda će biti znatno smanjen u procesu mlevenja.

Karakteristike procesa pripreme sa reaktorom sa mešanjem kao reaktorskom opremom su sledeće: visoka efikasnost reakcije, granulacija proizvoda ne usvaja tradicionalni metod granulacionog procesa sušenja i mlevenja, a proces sušenja i granulacije se provode istovremeno sa neosušeni proizvodi nakon pranja, a kvaliteta proizvoda ostaje nepromijenjena u procesu sušenja i granulacije.

1.3 Analiza difrakcije rendgenskih zraka

Analiza difrakcije rendgenskih zraka izvršena je rendgenskim difraktometrom Rigaku D/max-3A, grafitnim monohromatorom, Θ ugao je bio 8°~30°, CuKα zrak, pritisak u cijevi i protok u cijevi su bili 30kV i 30mA.

1.4 Analiza infracrvenog spektra

Spectrum-2000PE FTIR infracrveni spektrometar je korišten za analizu infracrvenog spektra. Svi uzorci za analizu infracrvenog spektra imali su težinu od 0,0020g. Ovi uzorci su pomešani sa 0,1600 g KBr, respektivno, a zatim presovani (debljine < 0,8 mm) i analizirani.

1.5 Detekcija transmisije

Transmitans je detektovan spektrofotometrom 721. CMC rastvor w=w1% stavljen je u kolorimetrijsku posudu od 1 cm na talasnoj dužini od 590 nm.

1.6 Stepen detekcije zamjene

Stepen HEC supstitucije hidroksietil celuloze mjeren je standardnom metodom hemijske analize. Princip je da se HEC može razgraditi pomoću HI hidrojodata na 123℃, a stepen supstitucije HEC može se znati mjerenjem razloženih supstanci proizvedenih etilena i etilen jodida. Stepen supstitucije hidroksimetil celuloze takođe se može ispitati standardnim metodama hemijske analize.

2. Rezultati i diskusija

Ovdje se koriste dvije vrste reakcionih kotlova: jedna je mašina za gnječenje kao reakciona oprema, druga reakciona kotla za miješanje kao reakciona oprema, u heterogenom reakcionom sistemu, alkalno stanje i alkoholno-vodeni sistem rastvarača, proučava se reakcija eterifikacije rafinirane pamučne celuloze. Među njima, tehnološke karakteristike mašine za gnječenje kao reakcione opreme su: U reakciji, brzina ruke za gnječenje je mala, vrijeme reakcije je dugo, udio nuspojava je visok, stopa iskorištenja eterifikatora je niska i uniformnost distribucije supstitucionih grupa u reakciji eterizacije je loša. Proces istraživanja može biti ograničen samo na relativno uske reakcione uslove. Osim toga, podesivost i mogućnost kontrole glavnih uvjeta reakcije (kao što su omjer kupke, koncentracija alkalija, brzina ruke za gnječenje mašine za gnječenje) su veoma loši. Teško je postići približnu uniformnost reakcije eterifikacije i dublje proučavati prijenos mase i prodiranje procesa reakcije eterifikacije. Procesne karakteristike reaktora za mešanje kao reakcione opreme su: velika brzina mešanja u reakciji, velika brzina reakcije, visoka stopa iskorišćenja agensa za eterizaciju, ujednačena distribucija eterizirajućih supstituenata, podesivi i kontrolisani glavni uslovi reakcije.

CMC karboksimetil celuloze pripremljen je reakcijskom opremom za gnječenje i reakcijskom opremom reaktora za miješanje. Kada je mješalica korišćena kao reakciona oprema, intenzitet miješanja je bio nizak, a prosječna brzina rotacije bila je 50 o/min. Kada je reaktor za mešanje korišćen kao reakciona oprema, intenzitet mešanja je bio visok, a prosečna brzina rotacije bila je 500 o/min. Kada je molarni omjer monohloroctene kiseline i celuloznog monosaharida bio 1:5:1, vrijeme reakcije je bilo 1,5 h na 68 ℃. Propustljivost svetlosti CMC dobijenog mašinom za gnječenje iznosila je 98,02%, a efikasnost eterifikacije je bila 72% zbog dobre permeabilnosti CM u agensu za eterifikaciju hlorsirćetne kiseline. Kada je reaktor za mešanje korišćen kao reakciona oprema, permeabilnost agensa za eterifikaciju je bila bolja, transmitantnost CMC je bila 99,56%, a efikasnost reakcije eterizacije je povećana na 81%.

Hidroksietil celuloza HEC pripremljena je sa reaktorom za gnječenje i miješanjem kao opremom za reakciju. Kada je mješalica korišćena kao reakciona oprema, efikasnost reakcije agensa za eterizaciju je bila 47% i rastvorljivost u vodi je bila loša kada je permeabilnost agensa za eterizaciju hloroetil alkohola bila loša i molarni odnos hloroetanola i celuloznog monosaharida bio je 3:1 na 60℃ tokom 4 sata. . Tek kada je molarni odnos hloroetanola i celuloznih monosaharida 6:1, mogu se formirati proizvodi sa dobrom rastvorljivošću u vodi. Kada je reaktor za mešanje korišćen kao reakciona oprema, permeabilnost agensa za eterifikaciju hloretil alkohola je postala bolja na 68℃ tokom 4h. Kada je molarni odnos hloroetanola i celuloznog monosaharida bio 3:1, rezultirajući HEC je imao bolju rastvorljivost u vodi, a efikasnost reakcije eterifikacije je povećana na 66%.

Efikasnost reakcije i brzina reakcije agensa za eterizaciju hloroctene kiseline su mnogo veće od one kod hloroetanola, a reaktor za mešanje kao oprema za reakciju eterizacije ima očigledne prednosti u odnosu na mešalicu, što značajno poboljšava efikasnost reakcije eterizacije. Visoka transmitivnost CMC-a također indirektno ukazuje da reaktor za miješanje kao oprema za reakciju eterizacije može poboljšati homogenost reakcije eterizacije. To je zato što lanac celuloze ima tri hidroksilne grupe na svakom prstenu glukozne grupe, a samo u jako nabubrenom ili otopljenom stanju su dostupni svi hidroksilni parovi celuloze molekula eterifikatora. Reakcija eterifikacije celuloze je obično heterogena reakcija izvana prema unutra, posebno u kristalnoj regiji celuloze. Kada kristalna struktura celuloze ostane netaknuta bez uticaja vanjske sile, eterifikator teško ulazi u kristalnu strukturu, što utiče na homogenost heterogene reakcije. Stoga, predobradom rafiniranog pamuka (kao što je povećanje specifične površine rafiniranog pamuka), može se poboljšati reaktivnost rafiniranog pamuka. U velikom omjeru kupke (etanol/celuloza ili izopropil alkohol/celuloza i reakcija miješanja velikom brzinom, prema obrazloženju, redoslijed zone kristalizacije celuloze će se smanjiti, u ovom trenutku celuloza može snažno nabubriti, tako da bubrenje amorfne i kristalne celulozne zone imaju tendenciju da budu konzistentne, tako da je reaktivnost amorfnog i kristalnog regiona slična.

Pomoću analize infracrvenog spektra i analize difrakcije rendgenskih zraka, proces reakcije eterifikacije celuloze može se bolje razumjeti kada se reaktor za miješanje koristi kao oprema za reakciju eterifikacije.

Ovdje su analizirani infracrveni spektri i spektri difrakcije rendgenskih zraka. Reakcija eterifikacije CMC i HEC izvedena je u reaktoru s miješanjem pod gore opisanim uvjetima reakcije.

Analiza infracrvenog spektra pokazuje da se reakcija eteracije CMC i HEC redovno mijenja s produžavanjem vremena reakcije, a stepen supstitucije je različit.

Analizom uzorka rendgenske difrakcije kristalnost CMC i HEC teži nuli s produžavanjem vremena reakcije, što ukazuje da je proces dekristalizacije u osnovi realizovan u fazi alkalizacije i fazi zagrijavanja prije reakcije eterifikacije rafiniranog pamuka. . Stoga, reaktivnost karboksimetil i hidroksietil eterifikacije rafiniranog pamuka više nije uglavnom ograničena kristalnošću rafiniranog pamuka. Vezano je za propusnost agensa za eterifikaciju. Može se pokazati da se reakcija eterifikacije CMC i HEC provodi uz reaktor za miješanje kao reakcijsku opremu. Pod velikom brzinom miješanja, korisno je za proces dekristalizacije rafiniranog pamuka u fazi alkalizacije i fazi zagrijavanja prije reakcije eterifikacije, i pomaže eterifikacionom sredstvu da prodre u celulozu, kako bi se poboljšala efikasnost reakcije eterifikacije i ujednačenost supstitucije. .

U zaključku, ova studija naglašava uticaj snage mešanja i drugih faktora na efikasnost reakcije tokom procesa reakcije. Stoga se prijedlog ove studije zasniva na sljedećim razlozima: U sistemu heterogene reakcije eteracije, korištenje velikog omjera kupke i visokog intenziteta miješanja itd., osnovni je uvjet za pripremu približno homogenog etra celuloze sa supstituentskom grupom. distribucija; U specifičnom sistemu heterogene reakcije eteracije, celulozni etar visokih performansi sa približno ravnomernom distribucijom supstituenata može se pripremiti korišćenjem reaktora za mešanje kao reakcione opreme, što pokazuje da vodeni rastvor celuloznog etera ima visoku propusnost, što je od velikog značaja za proširenje svojstava. i funkcije celuloznog etera. Mašina za gnječenje se koristi kao reakciona oprema za proučavanje reakcije eterifikacije rafiniranog pamuka. Zbog niskog intenziteta miješanja nije dobar za prodiranje agensa za eterifikaciju, a ima i neke nedostatke kao što su visok udio nuspojava i loša ujednačenost distribucije supstituenata za eterifikaciju.