Syntéza a reologické vlastnosti etheru hydroxyethylcelulózy

V přítomnosti vlastnoručně vyrobeného alkalického katalyzátoru, průmyslového hydroxyethylu celulóza reagovala s N-(2,3-epoxypropyl)trimethylamoniumchloridem (GTA) kationizačním činidlem za účelem přípravy vysoce substitučního kvartérního amonia suchou metodou Solný typ ether hydroxyethylcelulózy (HEC). Účinky poměru GTA k hydroxyethylcelulóze (HEC), poměru NaOH k HEC, reakční teploty a reakční doby na účinnost reakce byly zkoumány pomocí jednotného experimentálního plánu a optimalizované podmínky procesu byly získány pomocí Monte Carlo simulace. A reakční účinnost kationtového etherifikačního činidla dosahuje experimentálním ověřením 95 %. Zároveň byly diskutovány jeho reologické vlastnosti. Výsledky ukázaly, že řešeníHEC vykazovala vlastnosti nenewtonské kapaliny a její zdánlivá viskozita se zvyšovala se zvyšováním hmotnostní koncentrace roztoku; v určité koncentraci solného roztoku, zdánlivá viskozitaHEC klesal se zvyšováním koncentrace přidané soli. Při stejné smykové rychlosti se zdánlivá viskozitaHEC v systému roztoku CaCl2 je vyšší než uHEC v roztoku NaCl.

klíčová slova:Hydroxyethylether celulózy; suchý proces; reologické vlastnosti

Celulóza má vlastnosti bohatých zdrojů, biologickou rozložitelnost, biokompatibilitu a snadnou derivatizaci a je aktivním bodem výzkumu v mnoha oblastech. Kationtová celulóza je jedním z nejvýznamnějších zástupců derivátů celulózy. Mezi kationtovými polymery pro produkty osobní ochrany registrovanými CTFA asociace Fragrance Industry Association je jeho spotřeba první. Může být široce používán jako přísady do kondicionérů na vlasy, změkčovadla, inhibitory hydratace vrtné břidlice a činidla proti srážení krve a další oblasti.

V současnosti je způsob přípravy kvartérního amoniového kationtového etheru hydroxyethylcelulózy rozpouštědlový způsob, který vyžaduje velké množství drahých organických rozpouštědel, je nákladný, nebezpečný a znečišťuje životní prostředí. Ve srovnání s rozpouštědlovou metodou má suchá metoda vynikající výhody jednoduchého procesu, vysoké reakční účinnosti a menšího znečištění životního prostředí. V tomto článku byl suchou metodou syntetizován kationtový ether celulózy a bylo studováno jeho reologické chování.

1. Experimentální část

1.1 Materiály a činidla

Hydroxyethylcelulóza (průmyslový produkt HEC, její stupeň molekulární substituce DS je 1,8~2,0); kationizační činidlo N-(2,3-epoxypropyl)trimethylamoniumchlorid (GTA), připravený z epoxychloridu Propan a trimethylamin se za určitých podmínek vyrábějí samy; vlastní alkalický katalyzátor; ethanol a ledová kyselina octová jsou analyticky čisté; NaCl, KCl, CaCl2 a AlCl3 jsou chemicky čistá činidla.

1.2 Příprava kvartérní amoniové kationtové celulózy

Do válcového ocelového válce vybaveného míchadlem se přidá 5 g hydroxyethylcelulózy a vhodné množství podomácku vyrobeného alkalického katalyzátoru a míchá se 20 minut při teplotě místnosti; poté přidejte určité množství GTA, pokračujte v míchání po dobu 30 minut při teplotě místnosti a reagujte při určité teplotě a čase, byl získán pevný surový produkt v podstatě na bázi. Surový produkt se namočí do ethanolového roztoku obsahujícího vhodné množství kyseliny octové, zfiltruje, promyje a suší ve vakuu, čímž se získá prášková kvartérní amoniová kationtová celulóza.

1.3 Stanovení hmotnostního podílu dusíku kvartérní amoniové kationtové hydroxyethylcelulózy

Hmotnostní podíl dusíku ve vzorcích byl stanoven Kjeldahlovou metodou.

2. Experimentální návrh a optimalizace procesu suché syntézy

Pro návrh experimentu byla použita metoda jednotného návrhu a byly zkoumány vlivy poměru GTA k hydroxyethylcelulóze (HEC), poměru NaOH k HEC, reakční teploty a reakční doby na účinnost reakce.

3. Výzkum reologických vlastností

3.1 Vliv koncentrace a rychlosti otáčení

Vezmeme-li vliv smykové rychlosti na zdánlivou viskozituHEC při různých koncentracích Ds=0,11 jako příklad lze vidět, že jak se smyková rychlost postupně zvyšuje z 0,05 na 0,5 s-1, zdánlivá viskozitaHEC roztok klesá, zejména při 0,05 ~ 0,5 s-1 zdánlivá viskozita prudce klesla ze 160 MPa·s až 40 MPa·s, smykové ztenčení, což naznačuje, žeHEC vodný roztok vykazoval nenewtonské reologické vlastnosti. Účinkem aplikovaného smykového napětí je snížení interakční síly mezi částicemi dispergované fáze. Za určitých podmínek platí, že čím větší síla, tím větší zdánlivá viskozita.

Je to také vidět ze zdánlivých viskozit 3 % a 4 %HEC vodné roztoky, přičemž hmotnostní koncentrace je 3 % a 4 % při různých smykových rychlostech. Zdánlivá viskozita roztoku ukazuje, že jeho schopnost zvyšovat viskozitu se zvyšuje s koncentrací. Důvodem je, že s rostoucí koncentrací v systému roztoku dochází k vzájemnému odpuzování mezi molekulami hlavního řetězceHEC a mezi molekulárními řetězci se zvyšuje a zdánlivá viskozita se zvyšuje.

3.2 Vliv různých koncentrací přidané soli

KoncentraceHEC byl fixován na 3 % a byl zkoumán účinek přidání soli NaCl na viskozitní vlastnosti roztoku při různých smykových rychlostech.

Z výsledků je vidět, že zdánlivá viskozita klesá s rostoucí koncentrací přidané soli, což ukazuje zjevný polyelektrolytový fenomén. Část Na+ v solném roztoku je totiž vázána na aniontHEC postranní řetězec. Čím vyšší je koncentrace solného roztoku, tím větší je stupeň neutralizace nebo stínění polyiontu protiiontem a snížení elektrostatického odpuzování, což vede ke snížení hustoty náboje polyiontu. polymerní řetězec se smršťuje a kroutí a zdánlivá koncentrace klesá.

3.3 Vliv různých přidaných solí na

Je to patrné z vlivu dvou různých přidaných solí, Nacl a CaCl2, na zdánlivou viskozituHEC roztoku, že zdánlivá viskozita klesá s přidáním přidané soli a při stejné smykové rychlosti zdánlivá viskozitaHEC roztok v systému roztoků CaCl2 Zdánlivá viskozita je výrazně vyšší než uHEC roztok v systému roztoku NaCl. Důvodem je, že vápenatá sůl je dvojmocný iont a snáze se váže na Cl- postranního řetězce polyelektrolytu. Kombinace kvartérní amoniové skupiny naHEC s Cl- je snížena a stínění je menší a hustota náboje polymerního řetězce je vyšší, což má za následek Elektrostatické odpuzování na polymerním řetězci je větší a polymerní řetězec je natažen, takže zdánlivá viskozita je vyšší.

4. Závěr

Suchá příprava vysoce substituované kationtové celulózy je ideální způsob přípravy s jednoduchou obsluhou, vysokou účinností reakce a menším znečištěním a může se vyhnout vysoké spotřebě energie, znečištění životního prostředí a toxicitě způsobené použitím rozpouštědel.

Roztok kationtového etheru celulózy má vlastnosti nenewtonské kapaliny a má vlastnosti smykového ztenčování; jak se hmotnostní koncentrace roztoku zvyšuje, jeho zdánlivá viskozita se zvyšuje; v určité koncentraci solného roztoku,HEC zdánlivá viskozita se zvyšuje se zvyšováním a snižováním. Při stejné smykové rychlosti se zdánlivá viskozitaHEC v systému roztoku CaCl2 je vyšší než uHEC v roztoku NaCl.