Síntesi i propietats reològiques de l'èter hidroxietil cel·lulosa

En presència d'un catalitzador alcalí d'elaboració pròpia, hidroxietil industrial La cel·lulosa es va fer reaccionar amb un reactiu de cationització de clorur de N-(2,3-epoxipropil)trimetilamoni (GTA) per preparar amoni quaternari d'alta substitució mitjançant el mètode sec Tipus de sal Èter hidroxietil cel·lulosa (HEC). Els efectes de la proporció de GTA a hidroxietil cel·lulosa (HEC), la proporció de NaOH a HEC, la temperatura de reacció i el temps de reacció sobre l'eficiència de la reacció es van investigar amb un pla experimental uniforme i les condicions del procés optimitzades es van obtenir mitjançant Monte Simulació de Carlo. I l'eficiència de la reacció del reactiu d'eterificació catiònic arriba al 95% mitjançant la verificació experimental. Paral·lelament, es van parlar de les seves propietats reològiques. Els resultats van mostrar que la solució deHEC va mostrar les característiques del fluid no newtonià, i la seva viscositat aparent va augmentar amb l'augment de la concentració de massa de la solució; en una certa concentració de solució salina, la viscositat aparent deHEC disminueix amb l'augment de la concentració de sal afegida. Amb la mateixa velocitat de cisalla, la viscositat aparent deHEC en el sistema de solució de CaCl2 és superior a la deHEC en un sistema de solució de NaCl.

Paraules clau:Hidroxietilèter de cel·lulosa; procés sec; propietats reològiques

La cel·lulosa té les característiques de fonts riques, biodegradabilitat, biocompatibilitat i fàcil derivatització, i és un punt d'investigació en molts camps. La cel·lulosa catiònica és un dels representants més importants dels derivats de la cel·lulosa. Entre els polímers catiònics per a productes de protecció personal registrats pel CTFA de Fragrance Industry Association, el seu consum és el primer. Es pot utilitzar àmpliament en additius condicionants de condicionadors de cabell, suavitzants, inhibidors d'hidratació d'esquist de perforació i agents anticoagulants de la sang i altres camps.

Actualment, el mètode de preparació de l'èter d'hidroxietilcel·lulosa catiònic d'amoni quaternari és un mètode de dissolvent, que requereix una gran quantitat de dissolvents orgànics cars, és costós, insegur i contamina el medi ambient. En comparació amb el mètode de dissolvent, el mètode sec té els avantatges destacables d'un procés senzill, una alta eficiència de reacció i una menor contaminació ambiental. En aquest article, es va sintetitzar èter catiònic de cel·lulosa per mètode sec i s'ha estudiat el seu comportament reològic.

1. Part experimental

1.1 Materials i reactius

Hidroxietil cel·lulosa (producte industrial HEC, el seu grau de substitució molecular DS és 1,8 ~ 2,0); reactiu de cationització Clorur de N-(2,3-epoxipropil)trimetilamoni (GTA), preparat a partir de clorur d'epoxi. El propà i la trimetilamina es fan ells mateixos sota determinades condicions; catalitzador alcalí fet a si mateix; l'etanol i l'àcid acètic glacial són analíticament purs; NaCl, KCl, CaCl2 i AlCl3 són reactius químicament purs.

1.2 Preparació de cel·lulosa catiònica d'amoni quaternari

Afegiu 5 g d'hidroxietilcel·lulosa i una quantitat adequada de catalitzador alcalí casolà en un cilindre cilíndric d'acer equipat amb un agitador i remeneu durant 20 minuts a temperatura ambient; A continuació, afegiu-hi una certa quantitat de GTA, continueu remenant durant 30 minuts a temperatura ambient i reaccioneu a una temperatura i un temps determinats, es va obtenir un producte brut sòlid essencialment basat. El producte brut es remulla en una solució d'etanol que conté una quantitat adequada d'àcid acètic, es filtra, es renta i s'asseca al buit per obtenir cel·lulosa catiònica d'amoni quaternari en pols.

1.3 Determinació de la fracció en massa de nitrogen de la hidroxietilcel·lulosa catiònica d'amoni quaternari

La fracció de massa de nitrogen a les mostres es va determinar mitjançant el mètode Kjeldahl.

2. Disseny experimental i optimització del procés de síntesi en sec

Es va utilitzar el mètode de disseny uniforme per dissenyar l'experiment i es van investigar els efectes de la proporció de GTA a hidroxietilcel·lulosa (HEC), la relació de NaOH a HEC, la temperatura de reacció i el temps de reacció sobre l'eficiència de la reacció.

3. Recerca sobre propietats reològiques

3.1 Influència de la concentració i la velocitat de rotació

Prenent l'efecte de la velocitat de cisalla sobre la viscositat aparent deHEC a diferents concentracions Ds=0,11 com a exemple, es pot veure que a mesura que la velocitat de cisalla augmenta gradualment de 0,05 a 0,5 s-1, la viscositat aparent deHEC la solució disminueix, especialment a 0,05 ~ 0,5s-1, la viscositat aparent va baixar bruscament des de 160MPa·s a 40 MPa·s, aprimament per cisalla, que indica que elHEC la solució aquosa presentava propietats reològiques no newtonianes. L'efecte de l'esforç de cisalla aplicat és reduir la força d'interacció entre les partícules de la fase dispersa. En determinades condicions, com més gran sigui la força, més gran serà la viscositat aparent.

També es pot veure a partir de les viscositats aparents del 3% i el 4%HEC solucions aquoses que la concentració en massa sigui respectivament del 3% i del 4% a diferents velocitats de cisalla. La viscositat aparent de la solució indica que la seva capacitat per augmentar la viscositat augmenta amb la concentració. La raó és que a mesura que augmenta la concentració en el sistema de solució, la repulsió mútua entre les molècules de la cadena principal deHEC i entre les cadenes moleculars augmenta, i augmenta la viscositat aparent.

3.2 Efecte de diferents concentracions de sal afegida

La concentració deHEC es va fixar al 3% i es va investigar l'efecte d'afegir sal NaCl sobre les propietats de viscositat de la solució a diferents velocitats de cisalla.

A partir dels resultats es pot veure que la viscositat aparent disminueix amb l'augment de la concentració de sal afegida, mostrant un fenomen polielectròlit evident. Això es deu al fet que part del Na+ de la solució salina està lligada a l'anió delHEC cadena lateral. Com més gran sigui la concentració de la solució salina, més gran serà el grau de neutralització o blindatge del poliió pel contraió, i la reducció de la repulsió electrostàtica, resultant en una disminució de la densitat de càrrega del poliió. , la cadena del polímer es redueix i s'enrotlla, i la concentració aparent disminueix.

3.3 Efecte de diferents sals afegides sobre

Es pot veure per la influència de dues sals afegides diferents, Nacl i CaCl2, en la viscositat aparent delHEC solució que la viscositat aparent disminueix amb l'addició de la sal afegida i, a la mateixa velocitat de cisalla, la viscositat aparent de laHEC solució en el sistema de solució de CaCl2 La viscositat aparent és significativament superior a la deHEC solució en un sistema de solució de NaCl. La raó és que la sal de calci és un ió divalent i és més fàcil unir-se al Cl- de la cadena lateral del polielectròlit. La combinació del grup d'amoni quaternariHEC amb Cl- es redueix i el blindatge és menor i la densitat de càrrega de la cadena de polímer és més alta, donant lloc a que la repulsió electrostàtica de la cadena de polímer és més gran i la cadena de polímer s'estira, de manera que la viscositat aparent és més alta.

4. Conclusió

La preparació en sec de cel·lulosa catiònica altament substituïda és un mètode de preparació ideal amb un funcionament senzill, una alta eficiència de reacció i menys contaminació, i pot evitar un alt consum d'energia, la contaminació ambiental i la toxicitat causada per l'ús de dissolvents.

La dissolució d'èter catiònic de cel·lulosa presenta les característiques del fluid no newtonià i té les característiques de l'aprimament per cisalla; a mesura que augmenta la concentració de massa de la solució, augmenta la seva viscositat aparent; en una certa concentració de solució salina,HEC la viscositat aparent augmenta amb l'augment i la disminució. Amb la mateixa velocitat de cisalla, la viscositat aparent deHEC en el sistema de solució de CaCl2 és superior a la deHEC en un sistema de solució de NaCl.