Reazione di eterificazione nantu à l'etere di cellulosa

L'attività di eterificazione di a cellulosa hè stata studiata da l'impastatrice è u reattore di stirring rispettivamente, è l'hydroxyethyl cellulosa è a carboxymethyl cellulosa sò state preparate da chloroethanol è monochloroacetic acid rispettivament. I risultati anu dimustratu chì a reazzione di eterificazione di a cellulosa hè stata realizata da un reattore di agitazione sottu a cundizione di agitazione d'alta intensità. A cellulosa hà una bona reattività di eterificazione, chì hè megliu cà u metudu di impastatura per migliurà l'efficienza di l'eterificazione è rinfurzà a trasmissione di luce di u pruduttu in suluzione aquosa.) Per quessa, migliurà l'intensità di stirring di u prucessu di reazzione hè un modu megliu per sviluppà rimpiazzà l'eterificazione homogena di cellulosa. prudutti.

Parolle chjave:reazione di eterificazione; cellulosa;Idrossietil cellulosa; Carbossimetilcellulosa

In u sviluppu di prudutti di etere di cellulosa di cuttuni raffinati, u metudu di solvente hè largamente utilizatu è a macchina impastatrice hè aduprata cum'è equipaggiu di reazzione. In ogni casu, a cellulosa di cuttuni hè principalmente cumpostu di regioni di cristalli induve e molécule sò disposti bè è vicinu. Quandu a macchina impastatrice hè aduprata cum'è equipaggiu di reazione, u bracciu impastatore di a macchina impastatrice hè lentu durante a reazione, è a resistenza di l'agenti eterificante per entra in diverse strati di cellulosa hè grande è a velocità hè lenta, chì si traduce in un tempu di reazione longu, alta proporzione di latu. reazzioni è a distribuzione irregulare di i gruppi sustituenti nantu à e catene moleculari di cellulosa.

Di solitu, a reazione di eterificazione di a cellulosa hè una reazione heterogenea fora è dentru. Se ùn ci hè micca una azzione dinamica esterna, l'agentu eterificante hè difficiule per entra in a zona di cristallizazione di cellulosa. È à traversu u pretrattamentu di cuttuni raffinatu (cum'è l'usu di metudi fisichi per aumentà a superficia di u cuttuni raffinatu), à u stessu tempu cù un reattore di stirring per l'equipaggiu di reazzione, utilizendu una reazzione rapida di eterificazione di stirring, secondu u raghjunamentu, a cellulosa pò gonfiare forte, u gonfiore. di l'area amorfu di cellulosa è l'area di cristallizazione tende à esse coherente, migliurà l'attività di reazzione. A distribuzione omogenea di i sustituenti di l'etere di cellulosa in un sistema di reazzione di eterificazione heterogenea pò esse ottenuta aumentendu u putere di stirring esternu. Allora serà a direzzione futura di u sviluppu di u nostru paese per sviluppà i prudutti d'eterificazione di cellulosa d'alta qualità cù una caldaia di reazzione di tippu agitata cum'è equipaggiu di reazzione.

1. Parte sperimentale

1.1 Materia prima di cellulosa di cuttuni raffinata per a prova

Sicondu l'equipaggiu di reazione differente utilizatu in l'esperimentu, i metudi di pretrattamentu di cellulosa di cuttuni sò diffirenti. Quandu l'impastatrice hè aduprata cum'è l'equipaggiu di reazione, i metudi di pretrattamentu sò ancu diffirenti. Quandu l'impastatrice hè aduprata cum'è l'equipaggiu di reazione, a cristalinità di a cellulosa di cuttuni raffinata utilizata hè di 43,9%, è a durata media di a cellulosa di cuttuni raffinata hè di 15 ~ 20 mm. A cristalinità di a cellulosa di cuttuni raffinata hè di 32,3% è a durata media di a cellulosa di cuttuni raffinata hè menu di 1 mm quandu u reattore di stirring hè utilizatu com'è equipamentu di reazione.

1.2 Sviluppu di cellulosa carboxymethyl è hydroxyethyl cellulosa

A preparazione di carboxymethyl cellulosa è hydroxyethyl cellulosa pò esse realizatu usendu 2L impastatore cum'è equipaggiu di reazione (a velocità media durante a reazione hè 50r / min) è 2L agitatore cum'è equipamentu di reazione (a velocità media durante a reazione hè 500r / min).

Duranti a reazzione, tutte e materie prime sò derivate da a reazione quantitativa stretta. U pruduttu ottenutu da a reazzione hè lavatu cù w = 95% etanol, è poi seccu da u vacuum per 24 ore sottu a pressione negativa di 60 ℃ è 0.005mpa. U cuntenutu di umidità di a mostra ottenuta hè w = 2,7% ± 0,3%, è a mostra di produttu per l'analisi hè lavata finu à u cuntenutu di cendra w <0,2%.

I passi di preparazione di a macchina impastatrice cum'è equipaggiu di reazione sò i seguenti:

Reazione di eterificazione → lavatu di u produttu → asciugatura → granulazione grattugiata → imballaggio hè realizatu in impastatrice.

I passi di preparazione di un reattore di agitazione cum'è equipaggiu di reazione sò i seguenti:

Reazione di eterificazione → lavatu di u produttu → seccu è granulazione → imballaggio hè realizatu in un reactor agitatu.

Pò esse vistu chì l'impastatrice hè aduprata com'è equipamentu di reazzione per a preparazione di e caratteristiche di a bassa efficienza di reazione, l'asciugatura è a granulazione di granulazione passu à passu, è a qualità di u pruduttu serà assai ridutta in u prucessu di macinazione.

E caratteristiche di u prucessu di preparazione cù un reattore agitatu cum'è equipaggiu di reazzione sò i seguenti: alta efficienza di reazione, a granulazione di u produttu ùn aduttà micca u metudu tradiziunale di prucessu di granulazione di siccazione è macinazione, è u prucessu di siccazione è granulazione sò realizati à u stessu tempu cù i prudutti senza seccu dopu à lavà, è a qualità di u produttu resta invariata in u prucessu di secca è di granulazione.

1.3 Analisi di diffrazione di raghji X

L'analisi di diffrazione di raghji X hè stata realizata da Rigaku D/max-3A diffrattometru di raghji X, monocromatore di grafite, Θ Angle era 8 ° ~ 30 °, raggi CuKα, pressione di tubu è flussu di tubu eranu 30kV è 30mA.

1.4 Analisi di spettru infrared

Spectrum-2000PE FTIR spettrometru infrared hè stata utilizata per l'analisi di spettru infrared. Tutti i campioni per l'analisi di spettru infrared anu un pesu di 0,0020 g. Questi campioni sò stati mischiati cù 0.1600g KBr, rispettivamente, è poi pressati (cun ​​un grossu di <0.8mm) è analizati.

1.5 Deteczione di trasmissione

A trasmittanza hè stata rilevata da u spettrofotometru 721. A soluzione CMC w=w1% hè stata messa in una piastra colorimetrica di 1 cm à una lunghezza d'onda di 590 nm.

1.6 Grau di deteczione di sustituzione

U gradu di sustituzione HEC di hydroxyethyl cellulosa hè stata misurata da u metudu standard di analisi chimica. U principiu hè chì HEC pò esse scompostu da HI hydroiodate à 123 ℃, è u gradu di sustituzione di HEC pò esse cunnisciutu da a misurazione di i sustanzi decomposti etilene è ioduru di etilene pruduciutu. U gradu di sustituzione di l'idrossimetilcellulosa pò ancu esse pruvatu da i metudi standard di analisi chimica.

2. Risultati è discussione

Dui tipi di bollitore di reazzione sò usati quì: unu hè una macchina impastatrice cum'è equipaggiu di reazione, l'altru hè un bollitore di reazzione di tippu di stirring cum'è equipamentu di reazione, in un sistema di reazione eterogeneu, cundizione alcalina è sistema di solvente d'acqua alcolica, a reazione di eterificazione di cellulosa di cuttuni raffinata hè studiata. Frà elli, e caratteristiche tecnologiche di a macchina impastatrice cum'è equipaggiu di reazione sò: In a reazione, a velocità di u bracciu di impastatura hè lenta, u tempu di reazione hè longu, a proporzione di reazzioni laterali hè alta, u tassu d'utilizazione di l'agente eterificante hè bassu, è l'uniformità di a distribuzione di u gruppu di rimpiazzamentu in a reazione di eterizazione hè scarsa. U prucessu di ricerca pò esse limitatu solu à e cundizioni di reazione relativamente strette. Inoltre, l'ajustability è a cuntrullabilità di e cundizioni di reazzione principali (cum'è u rapportu di bagnu, a cuncentrazione d'alkali, a velocità di u bracciu impastu di a macchina impastatrice) sò assai poveri. Hè difficiuli di ottene l'uniformità apprussimativa di a reazione di eterificazione è di studià u trasferimentu di massa è a penetrazione di u prucessu di reazzione di eterificazione in prufundità. E caratteristiche di u prucessu di u reattore di agitazione cum'è l'equipaggiu di reazione sò: velocità di agitazione rapida in a reazione, velocità di reazione veloce, alta rata d'utilizazione di agenti eterizanti, distribuzione uniforme di sustituenti eterizzanti, cundizioni di reazione principali regulabili è cuntrullabili.

Carboxymethyl cellulosa CMC hè stata preparata da l'equipaggiu di reazzione impastatrice è l'equipaggiu di reazione di u reattore di agitazione rispettivamente. Quandu l'impastatrice hè stata utilizata cum'è l'equipaggiu di reazione, l'intensità di stirring era bassu è a velocità di rotazione media era 50r / min. Quandu u reattore di stirring hè stata utilizata cum'è l'equipaggiu di reazzione, l'intensità di agitazione era alta è a velocità di rotazione media era 500r / min. Quandu u rapportu molare di l'acidu monocloroaceticu à u monosaccharide di cellulosa era 1: 5: 1, u tempu di reazione era 1,5 h à 68 ℃. A trasmittanza di luce di CMC ottenuta da a macchina impastatrice hè stata di 98,02% è l'efficienza di l'eterificazione hè stata di 72% per via di a bona permeabilità di CM in l'agente eterificante di l'acidu chloroacetic. Quandu u reattore di stirring hè stata utilizata cum'è l'equipaggiu di reazzione, a permeabilità di l'agente eterificante era megliu, a transmittance di CMC era 99,56%, è l'efficienza di reazione eterizing hè stata aumentata à 81%.

L'idrossietilcellulosa HEC hè stata preparata cù un impastatore è un reattore di agitazione cum'è equipaggiu di reazione. Quandu l'impastatrice hè stata aduprata cum'è equipaggiu di reazione, l'efficienza di reazione di l'agente eterizante era di 47% è a solubilità in acqua era povera quandu a permeabilità di l'agente eterizzante di l'alcool chloroethyl era povera è u rapportu molare di cloroetanol à monosaccharide di cellulosa era 3: 1 à 60 ℃ per 4 ore. . Solu quandu u rapportu molare di chloroethanol à cellulosa monosaccharides hè 6: 1, ponu esse furmatu i prudutti cù una bona solubilità in acqua. Quandu u reattore di agitazione hè stata utilizata cum'è l'equipaggiu di reazzione, a permeabilità di l'agente di eterificazione di l'alcolu chloroethyl hè diventata megliu à 68 ℃ per 4 ore. Quandu u rapportu molare di chloroethanol à cellulosa monosaccharide era 3: 1, l'HEC resultanti hà avutu una megliu solubilità in acqua, è l'efficienza di a reazione di eterificazione hè stata aumentata à 66%.

L'efficienza di reazione è a velocità di reazione di l'acidu chloroacetic agenti eterizing sò assai più altu ch'è quellu di chloroethanol, è u reattore stirring cum'è equipamentu di reazione eterizing hà vantaghji evidenti sopra l'impastatrice, chì migliurà assai l'efficienza di reazione eterizing. L'alta trasmittività di CMC indica ancu indirettamente chì u reattore di stirring cum'è equipamentu di reazione eterizing pò migliurà l'homogeneità di a reazione eterizing. Questu hè chì a catena di cellulosa hà trè gruppi idrossilici nantu à ogni anellu di u gruppu di glucose, è solu in un statu forte gonfiatu o dissolutu sò tutti i coppie di cellulosa hydroxyl di molécule d'agenti eterificanti accessibili. A reazione di eterificazione di a cellulosa hè generalmente una reazione heterogenea da l'esternu à l'internu, in particulare in a regione cristallina di a cellulosa. Quandu a struttura cristallina di a cellulosa ferma intacta senza l'effettu di a forza esterna, l'agente eterificante hè difficiule di entra in a struttura cristallina, affettendu l'homogeneità di a reazzione heterogenea. Per quessa, pretrattendu u cuttuni raffinatu (cum'è l'aumentu di a superficia specifica di u cuttuni raffinatu), a reattività di u cuttuni raffinatu pò esse migliuratu. In u grande rapportu di bagnu (etanol / cellulosa o alcolu isopropilico / cellulosa è a reazione di agitazione d'alta veloce, sicondu u ragiunamentu, l'ordine di a zona di cristallizazione di cellulosa serà ridutta, in questu tempu a cellulosa pò swell fortemente, in modu chì u gonfiore). di a zona di cellulosa amorfu è cristallina tende à esse cunsistenti, Cusì, a reattività di a regione amorfu è a regione cristallina hè simile.

Per mezu di l'analisi di spettru infrarossu è l'analisi di diffrazione di raghji X, u prucessu di reazzione di eterificazione di a cellulosa pò esse capitu più vividly quandu u reattore di agitazione hè adupratu cum'è equipamentu di reazzione di eterificazione.

Quì, spettri infrarossi è spettri di diffrazione di raghji X sò stati analizati. A reazione di eterificazione di CMC è HEC hè stata realizata in un reactor agitatu in e cundizioni di reazione descritte sopra.

L'analisi di spettru infrared mostra chì a reazione di etherazione di CMC è HEC cambia regularmente cù l'estensione di u tempu di reazione, u gradu di sustituzzioni hè diversu.

Attraversu l'analisi di u mudellu di diffrazione di raghji X, a cristalinità di CMC è HEC tende à zero cù l'estensione di u tempu di reazione, chì indica chì u prucessu di decristalizazione hè stata realizatu in u stadiu di l'alcalinizazione è a fase di riscaldamentu prima di a reazione di eterificazione di u cuttuni raffinatu. . Dunque, a reattività di eterificazione carboxymethyl è hydroxyethyl di u cuttuni raffinatu ùn hè più limitata principalmente da a cristallinità di u cuttuni raffinatu. Hè ligata à a permeabilità di l'agente eterificante. Pò esse dimustratu chì a reazione di eterificazione di CMC è HEC hè realizatu cù un reactore di stirring cum'è equipamentu di reazione. Sottu agitazione d'alta velocità, hè benefica à u prucessu di decristalizazione di u cuttuni raffinatu in a fase di alcalizazione è a tappa di riscaldamentu prima di a reazione di eterificazione, è aiuta l'agente di eterificazione per permeate in a cellulosa, per migliurà l'efficienza di a reazione di eterificazione è l'uniformità di sustituzzioni. .

In cunclusioni, stu studiu enfatiza l'influenza di a putenza di stirring è altri fattori nantu à l'efficienza di reazione durante u prucessu di reazione. Per quessa, a pruposta di stu studiu hè basatu annantu à i seguenti motivi: In u sistema di reazzione di l'eterazione eterogenea, l'usu di un grande rapportu di bagnu è una alta intensità di stirring, etc., hè e cundizioni basi per a preparazione di etere di cellulosa apprussimatamente homogene cù un gruppu sustituenti. distribuzione; In un sistema di reazzione di eterazione eterogeneu specificu, l'etere di cellulosa d'altu rendimentu cù una distribuzione apprussimatamente uniforme di sustituenti pò esse preparatu utilizendu un reattore di agitazione cum'è equipaggiu di reazione, chì mostra chì a suluzione acquosa di etere di cellulosa hà una trasmittanza elevata, chì hè di grande significatu per espansione e proprietà. e funzioni di l'etere di cellulosa. A macchina impastatrice hè aduprata cum'è equipaggiu di reazione per studià a reazione di eterificazione di u cuttuni raffinatu. A causa di a bassa intensità di stirring, ùn hè micca bonu per a penetrazione di l'agente di eterificazione, è hà qualchì disadvantages, cum'è una proporzione alta di reazzioni laterali è una uniformità di distribuzione povira di sustituenti di eterificazione.