Etherifikační reakce na etheru celulózy

Eterifikační aktivita celulózy byla studována pomocí hnětacího stroje a míchacího reaktoru a hydroxyethylcelulóza a karboxymethylcelulóza byly připraveny pomocí chlorethanolu a kyseliny monochloroctové. Výsledky ukázaly, že etherifikační reakce celulózy byla prováděna míchacím reaktorem za podmínek vysoce intenzivního míchání. Celulóza má dobrou etherifikační reaktivitu, která je lepší než metoda hnětače, pokud jde o zlepšení účinnosti etherifikace a zvýšení propustnosti světla produktu ve vodném roztoku.) Zlepšení intenzity míchání reakčního procesu je tedy lepší způsob, jak vyvinout substituční homogenní etherifikaci celulózy. produkty.

klíčová slova:etherifikační reakce; Celulóza;Hydroxyethylcelulóza; Karboxymethylcelulóza

Při vývoji produktů rafinovaného éteru bavlny se široce používá rozpouštěcí metoda a jako reakční zařízení se používá hnětací stroj. Bavlněná celulóza se však skládá hlavně z krystalických oblastí, kde jsou molekuly uspořádány úhledně a těsně. Když se jako reakční zařízení používá hnětací stroj, hnětací rameno hnětacího stroje je během reakce pomalé a odpor etherifikačního činidla pro vstup do různých vrstev celulózy je velký a rychlost je pomalá, což má za následek dlouhou reakční dobu, vysoký podíl strany reakce a nerovnoměrná distribuce substitučních skupin na molekulových řetězcích celulózy.

Obvykle je etherifikační reakce celulózy heterogenní reakcí vně i uvnitř. Pokud nedochází k žádnému vnějšímu dynamickému působení, etherifikační činidlo se obtížně dostává do krystalizační zóny celulózy. A prostřednictvím předúpravy rafinované bavlny (jako je použití fyzikálních metod ke zvýšení povrchu rafinované bavlny), současně s míchacím reaktorem pro reakční zařízení, pomocí rychlého míchání etherifikační reakce, podle úvah může celulóza silně bobtnat, bobtnat amorfní plocha celulózy a plocha krystalizace mají tendenci být konzistentní, což zlepšuje reakční aktivitu. Homogenní distribuce substituentů etheru celulózy v heterogenním etherifikačním reakčním systému lze dosáhnout zvýšením síly vnějšího míchání. Budoucí vývojový směr naší země tedy bude vyvíjet vysoce kvalitní produkty etherifikace celulózy s míchaným reakčním kotlem jako reakčním zařízením.

1. Experimentální část

1.1 Surovina z rafinované bavlněné celulózy pro zkoušku

Podle různého reakčního vybavení použitého v experimentu se způsoby předúpravy bavlněné celulózy liší. Když se jako reakční zařízení použije hnětač, způsoby předběžného zpracování jsou také odlišné. Když se jako reakční zařízení použije hnětač, krystalinita použité rafinované bavlněné celulózy je 43,9 % a průměrná délka rafinované bavlněné celulózy je 15 až 20 mm. Krystalinita rafinované bavlněné celulózy je 32,3 % a průměrná délka rafinované bavlněné celulózy je menší než 1 mm, když se jako reakční zařízení použije míchací reaktor.

1.2 Vývoj karboxymethylcelulózy a hydroxyethylcelulózy

Příprava karboxymethylcelulózy a hydroxyethylcelulózy může být provedena pomocí 21 hnětače jako reakčního zařízení (průměrná rychlost během reakce je 50 ot./min) a 2l míchacího reaktoru jako reakčního zařízení (průměrná rychlost během reakce je 500 ot./min.).

Během reakce jsou všechny suroviny odvozeny z přísné kvantitativní reakce. Produkt získaný z reakce se promyje w=95% ethanolem a poté se suší ve vakuu po dobu 24 hodin za negativního tlaku 60 °C a 0,005 mpa. Obsah vlhkosti získaného vzorku je w = 2,7 % ± 0,3 % a vzorek produktu pro analýzu se promývá, dokud obsah popela w < 0,2 %.

Kroky přípravy hnětacího stroje jako reakčního zařízení jsou následující:

Eterifikační reakce → praní produktu → sušení → strouhaná granulace → balení se provádí v hnětači.

Kroky přípravy míchacího reaktoru jako reakčního zařízení jsou následující:

Etherifikační reakce → promývání produktu → sušení a granulace → balení se provádí v míchaném reaktoru.

Je vidět, že hnětač se používá jako reakční zařízení pro přípravu charakteristik nízké reakční účinnosti, sušení a mletí granulace krok za krokem a kvalita produktu se v procesu mletí výrazně sníží.

Charakteristiky procesu přípravy s míchaným reaktorem jako reakčním zařízením jsou následující: vysoká reakční účinnost, granulace produktu nepřijímá tradiční způsob granulačního procesu sušení a mletí a proces sušení a granulace se provádí současně s nevysušené produkty po praní a kvalita produktu zůstává nezměněna v procesu sušení a granulace.

1.3 Rentgenová difrakční analýza

Rentgenová difrakční analýza byla provedena pomocí rentgenového difraktometru Rigaku D/max-3A, grafitového monochromátoru, úhel 0 byl 8°~30°, záření CuKa, tlak v trubici a průtok trubice byly 30 kV a 30 mA.

1.4 Infračervená spektrální analýza

Pro analýzu infračerveného spektra byl použit infračervený spektrometr Spectrum-2000PE FTIR. Všechny vzorky pro infračervenou spektrální analýzu měly hmotnost 0,0020 g. Tyto vzorky byly smíchány s 0,1600 g KBr a poté slisovány (s tloušťkou < 0,8 mm) a analyzovány.

1.5 Detekce propustnosti

Propustnost byla detekována spektrofotometrem 721. Roztok CMC w=w1% byl vložen do 1 cm kolorimetrické misky při vlnové délce 590 nm.

1.6 Stupeň detekce substituce

Stupeň substituce HEC hydroxyethylcelulózy byl měřen standardní metodou chemické analýzy. Princip spočívá v tom, že HEC může být rozložen HI hydrojodátem při 123 °C a stupeň substituce HEC může být znám měřením rozložených látek vyrobených ethylenu a ethylenjodidu. Stupeň substituce hydroxymethylcelulózy lze také testovat standardními metodami chemické analýzy.

2. Výsledky a diskuse

Zde se používají dva druhy reakčních kotlů: jeden je hnětací stroj jako reakční zařízení, druhý je reakční kotel míchacího typu jako reakční zařízení, v heterogenním reakčním systému, alkalickém stavu a systému alkoholové vody se studuje etherifikační reakce rafinované bavlněné celulózy. Mezi technologické vlastnosti hnětacího stroje jako reakčního zařízení patří: Při reakci je rychlost hnětacího ramene pomalá, reakční doba dlouhá, podíl vedlejších reakcí vysoký, míra využití etherifikačního činidla nízká a rovnoměrnost distribuce substitučních skupin v etherizační reakci je špatná. Výzkumný proces lze omezit pouze na relativně úzké reakční podmínky. Kromě toho je velmi špatná nastavitelnost a ovladatelnost hlavních reakčních podmínek (jako je poměr lázně, koncentrace alkálie, rychlost hnětacího ramene hnětacího stroje). Je obtížné dosáhnout přibližné jednotnosti etherifikační reakce a do hloubky studovat přenos hmoty a pronikání etherifikačního reakčního procesu. Procesní vlastnosti míchacího reaktoru jako reakčního zařízení jsou: rychlá rychlost míchání v reakci, rychlá reakční rychlost, vysoká míra využití etherizačního činidla, rovnoměrná distribuce etherizačních substituentů, nastavitelné a kontrolovatelné hlavní reakční podmínky.

Karboxymethylcelulóza CMC byla připravena pomocí hnětacího reakčního zařízení a míchacího reaktorového reakčního zařízení. Když byl jako reakční zařízení použit hnětač, intenzita míchání byla nízká a průměrná rychlost otáčení byla 50 ot./min. Když byl jako reakční zařízení použit míchací reaktor, intenzita míchání byla vysoká a průměrná rychlost otáčení byla 500 ot./min. Když byl molární poměr kyseliny monochloroctové k monosacharidu celulózy 1:5:1, reakční doba byla 1,5 hodiny při 68 °C. Propustnost světla CMC získaná hnětacím strojem byla 98,02 % a účinnost etherifikace byla 72 % díky dobré permeabilitě CM v etherifikačním činidle kyseliny chloroctové. Když byl jako reakční zařízení použit míchací reaktor, propustnost etherifikačního činidla byla lepší, propustnost CMC byla 99,56 % a účinnost etherizační reakce se zvýšila na 81 %.

Hydroxyethylcelulóza HEC byla připravena pomocí hnětače a míchacího reaktoru jako reakčního zařízení. Když byl jako reakční zařízení použit hnětač, reakční účinnost etherizačního činidla byla 47 % a rozpustnost ve vodě byla špatná, když byla propustnost chlorethylalkoholového etherizačního činidla špatná a molární poměr chlorethanolu k monosacharidu celulózy byl 3:1 při 60 °C po dobu 4 hodin. . Pouze když je molární poměr chlorethanolu k monosacharidům celulózy 6:1, mohou vznikat produkty s dobrou rozpustností ve vodě. Když byl jako reakční zařízení použit míchací reaktor, propustnost chlorethylalkoholového etherifikačního činidla se zlepšila při 68 °C po dobu 4 hodin. Když byl molární poměr chlorethanolu k monosacharidu celulózy 3:1, výsledná HEC měla lepší rozpustnost ve vodě a účinnost etherifikační reakce se zvýšila na 66 %.

Reakční účinnost a reakční rychlost etherizačního činidla kyseliny chloroctové jsou mnohem vyšší než u chlorethanolu a míchací reaktor jako etherizační reakční zařízení má zjevné výhody oproti hnětači, který značně zlepšuje účinnost etherizační reakce. Vysoká propustnost CMC také nepřímo ukazuje, že míchací reaktor jako etherizační reakční zařízení může zlepšit homogenitu etherizační reakce. Je tomu tak proto, že celulózový řetězec má tři hydroxylové skupiny na každém kruhu glukózové skupiny a pouze v silně nabobtnalém nebo rozpuštěném stavu jsou dostupné všechny celulózové hydroxylové páry molekul etherifikačního činidla. Eterifikační reakce celulózy je obvykle heterogenní reakcí z vnějšku dovnitř, zejména v krystalické oblasti celulózy. Když krystalická struktura celulózy zůstává nedotčena bez vlivu vnější síly, etherifikační činidlo se obtížně dostává do krystalické struktury, což ovlivňuje homogenitu heterogenní reakce. Proto předúpravou rafinované bavlny (jako je zvýšení specifického povrchu rafinované bavlny) lze zlepšit reaktivitu rafinované bavlny. Ve velkém poměru lázně (ethanol/celulóza nebo isopropylalkohol/celulóza a reakce vysokorychlostního míchání se podle zdůvodnění zmenší řád krystalizační zóny celulózy, v této době může celulóza silně bobtnat, takže bobtnání Oblast amorfní a krystalické celulózy má tendenci být konzistentní. Reaktivita amorfní oblasti a krystalické oblasti je tedy podobná.

Pomocí infračervené spektrální analýzy a rentgenové difrakční analýzy může být proces etherifikační reakce celulózy pochopen živěji, když se jako etherifikační reakční zařízení použije míchací reaktor.

Zde byla analyzována infračervená spektra a rentgenová difrakční spektra. Etherifikační reakce CMC a HEC byla prováděna v míchaném reaktoru za reakčních podmínek popsaných výše.

Analýza infračerveného spektra ukazuje, že etherační reakce CMC a HEC se pravidelně mění s prodlužováním reakční doby, stupeň substituce je různý.

Prostřednictvím analýzy rentgenového difrakčního vzoru má krystalinita CMC a HEC tendenci k nule s prodloužením reakční doby, což naznačuje, že proces dekrystalizace byl v zásadě realizován ve fázi alkalizace a ve fázi ohřevu před etherifikační reakcí rafinované bavlny. . Proto karboxymethylová a hydroxyethylová etherifikační reaktivita rafinované bavlny již není omezena především krystalinitou rafinované bavlny. Souvisí to s propustností etherifikačního činidla. Je možné ukázat, že etherifikační reakce CMC a HEC se provádí s míchacím reaktorem jako reakčním zařízením. Při vysokorychlostním míchání je prospěšné pro proces dekrystalizace rafinované bavlny v alkalizační fázi a ve fázi zahřívání před etherifikační reakcí a pomáhá etherifikačnímu činidlu pronikat do celulózy, aby se zlepšila účinnost etherifikační reakce a rovnoměrnost substituce. .

Na závěr tato studie zdůrazňuje vliv míchací síly a dalších faktorů na účinnost reakce během reakčního procesu. Proto je návrh této studie založen na následujících důvodech: V heterogenním etheračním reakčním systému je použití velkého poměru lázně a vysoké intenzity míchání atd. základními podmínkami pro přípravu přibližně homogenního etheru celulózy se skupinou substituentů. rozdělení; Ve specifickém heterogenním etheračním reakčním systému lze připravit vysoce výkonný ether celulózy s přibližně rovnoměrnou distribucí substituentů použitím míchacího reaktoru jako reakčního zařízení, což ukazuje, že vodný roztok etheru celulózy má vysokou propustnost, což má velký význam pro rozšíření vlastností. a funkce etheru celulózy. Hnětací stroj se používá jako reakční zařízení pro studium etherifikační reakce rafinované bavlny. Vzhledem k nízké intenzitě míchání není dobré pro penetraci etherifikačního činidla a má některé nevýhody, jako je vysoký podíl vedlejších reakcí a špatná rovnoměrnost distribuce etherifikačních substituentů.