Syntese og rheologiske egenskaber af hydroxyethylcelluloseether

I nærværelse af en selvfremstillet alkalikatalysator, industriel hydroxyethyl cellulose blev omsat med N-(2,3-epoxypropyl)trimethylammoniumchlorid (GTA) kationiseringsreagens til fremstilling af højsubstitueret kvaternær ammonium ved tør metode Salttype Hydroxyethylcelluloseether (HEC). Virkningerne af forholdet mellem GTA og hydroxyethylcellulose (HEC), forholdet mellem NaOH og HEC, reaktionstemperaturen og reaktionstiden på reaktionseffektiviteten blev undersøgt med en ensartet forsøgsplan, og de optimerede procesbetingelser blev opnået gennem Monte Carlo simulering. Og reaktionseffektiviteten af ​​det kationiske etherificeringsreagens når 95% gennem eksperimentel verifikation. Samtidig blev dets rheologiske egenskaber diskuteret. Resultaterne viste, at løsningen afHEC viste karakteristika for ikke-Newtonsk væske, og dens tilsyneladende viskositet steg med stigningen i opløsningsmassekoncentrationen; i en vis koncentration af saltopløsning, den tilsyneladende viskositet afHEC faldt med stigningen i den tilsatte saltkoncentration. Under samme forskydningshastighed kan den tilsyneladende viskositet afHEC i CaCl2-opløsningssystemet er højere end forHEC i NaCl-opløsningssystem.

Nøgleord:Hydroxyethylcellulose ether; tør proces; rheologiske egenskaber

Cellulose har karakteristika af rige kilder, bionedbrydelighed, biokompatibilitet og nem derivatisering og er et forskningshotspot på mange områder. Kationisk cellulose er en af ​​de vigtigste repræsentanter for cellulosederivater. Blandt de kationiske polymerer til personlige værnemidler, der er registreret af CTFA fra Fragrance Industry Association, er dets forbrug det første. Det kan bruges i vid udstrækning i hårbalsam-konditionerende tilsætningsstoffer, blødgøringsmidler, hydreringshæmmere til boreskifer og blodantikoagulationsmidler og andre områder.

På nuværende tidspunkt er fremstillingsmetoden for kvaternær ammoniumkationisk hydroxyethylcelluloseether en opløsningsmiddelmetode, som kræver en stor mængde dyre organiske opløsningsmidler, er dyr, usikker og forurener miljøet. Sammenlignet med opløsningsmiddelmetoden har den tørre metode de fremragende fordele ved simpel proces, høj reaktionseffektivitet og mindre miljøforurening. I dette papir blev kationisk celluloseether syntetiseret ved tør metode, og dens rheologiske opførsel blev undersøgt.

1. Eksperimentel del

1.1 Materialer og reagenser

Hydroxyethylcellulose (HEC industrielt produkt, dets molekylære substitutionsgrad DS er 1,8~2,0); kationiseringsreagens N-(2,3-epoxypropyl)trimethylammoniumchlorid (GTA), fremstillet af epoxychlorid Propan og trimethylamin er selvfremstillet under visse betingelser; selvfremstillede alkaliske katalysatorer; ethanol og iseddikesyre er analytisk rene; NaCl, KCl, CaCl2 og AlCl3 er kemisk rene reagenser.

1.2 Fremstilling af kvaternær ammoniumkationisk cellulose

Tilsæt 5 g hydroxyethylcellulose og en passende mængde hjemmelavet alkalikatalysator i en cylindrisk stålcylinder udstyret med en omrører, og omrør i 20 minutter ved stuetemperatur; tilsæt derefter en vis mængde GTA, fortsæt med at omrøre i 30 minutter ved stuetemperatur, og omsæt ved en bestemt temperatur og tid, hvorved der opnåedes et fast råprodukt i det væsentlige baseret på. Råproduktet gennemblødes i en ethanolopløsning indeholdende en passende mængde eddikesyre, filtreres, vaskes og vakuumtørres for at opnå pulveriseret kvaternær ammoniumkationisk cellulose.

1.3 Bestemmelse af nitrogenmassefraktion af kvaternær ammoniumkationisk hydroxyethylcellulose

Massefraktionen af ​​nitrogen i prøverne blev bestemt ved Kjeldahl-metoden.

2. Eksperimentelt design og optimering af tør synteseproces

Den ensartede designmetode blev brugt til at designe eksperimentet, og virkningerne af forholdet mellem GTA og hydroxyethylcellulose (HEC), forholdet mellem NaOH og HEC, reaktionstemperaturen og reaktionstiden på reaktionseffektiviteten blev undersøgt.

3. Forskning i rheologiske egenskaber

3.1 Indflydelse af koncentration og rotationshastighed

Tager virkningen af ​​forskydningshastigheden på den tilsyneladende viskositet afHEC ved forskellige koncentrationer Ds=0,11 som et eksempel, kan det ses, at når forskydningshastigheden gradvist stiger fra 0,05 til 0,5 s-1, vil den tilsyneladende viskositet afHEC opløsning falder, især ved 0,05 ~0,5s-1 faldt tilsyneladende viskositet kraftigt fra 160 MPa·s til 40 MPa·s, forskydning udtynding, hvilket indikerer, atHEC vandig opløsning udviste ikke-newtonske rheologiske egenskaber. Virkningen af ​​den påførte forskydningsspænding er at reducere vekselvirkningskraften mellem partiklerne i den dispergerede fase. Under visse betingelser, jo større kraften er, jo større er den tilsyneladende viskositet.

Det kan også ses på de tilsyneladende viskositeter på 3% og 4%HEC vandige opløsninger, at massekoncentrationen er henholdsvis 3 % og 4 % ved forskellige forskydningshastigheder. Opløsningens tilsyneladende viskositet indikerer, at dens viskositetsforøgende evne stiger med koncentrationen. Årsagen er, at efterhånden som koncentrationen stiger i opløsningssystemet, vil den gensidige frastødning mellem molekylerne i hovedkæden afHEC og mellem molekylekæderne stiger, og den tilsyneladende viskositet stiger.

3.2 Effekt af forskellige koncentrationer af tilsat salt

Koncentrationen afHEC blev fastsat til 3 %, og virkningen af ​​tilsætning af salt NaCl på opløsningens viskositetsegenskaber blev undersøgt ved forskellige forskydningshastigheder.

Det kan ses af resultaterne, at den tilsyneladende viskositet falder med stigningen af ​​den tilsatte saltkoncentration, hvilket viser tydeligt polyelektrolytfænomen. Dette skyldes, at en del af Na+ i saltopløsningen er bundet til anionen afHEC sidekæde. Jo større koncentrationen af ​​saltopløsningen er, desto større grad af neutralisering eller afskærmning af polyionen af ​​modionen og reduktionen af ​​den elektrostatiske frastødning, hvilket resulterer i et fald i ladningstætheden af ​​polyionen. , polymerkæden krymper og krøller, og den tilsyneladende koncentration falder.

3.3 Effekt af forskellige tilsatte salte på

Det kan ses ud fra indflydelsen af ​​to forskellige tilsatte salte, Nacl og CaCl2, på den tilsyneladende viskositet afHEC opløsning, at den tilsyneladende viskositet falder med tilsætning af det tilsatte salt, og ved samme forskydningshastighed falder den tilsyneladende viskositet afHEC opløsning i CaCl2-opløsningssystemet. Den tilsyneladende viskositet er væsentligt højere end forHEC opløsning i NaCl-opløsningssystem. Årsagen er, at calciumsalt er en divalent ion, og det er lettere at binde på Cl- i polyelektrolytsidekæden. Kombinationen af ​​den kvaternære ammoniumgruppe påHEC med Cl- reduceres, og afskærmningen er mindre, og ladningstætheden af ​​polymerkæden er højere, hvilket resulterer i Den elektrostatiske frastødning på polymerkæden er større, og polymerkæden strækkes, så den tilsyneladende viskositet er højere.

4. Konklusion

Tørpræparation af stærkt substitueret kationisk cellulose er en ideel fremstillingsmetode med enkel betjening, høj reaktionseffektivitet og mindre forurening og kan undgå højt energiforbrug, miljøforurening og toksicitet forårsaget af brug af opløsningsmidler.

Opløsningen af ​​kationisk celluloseether fremviser egenskaberne af ikke-newtonsk væske og har karakteristikaene af forskydningsfortynding; efterhånden som opløsningsmassekoncentrationen stiger, stiger dens tilsyneladende viskositet; i en vis koncentration af saltopløsning,HEC tilsyneladende viskositet stiger med stigning og fald. Under samme forskydningshastighed kan den tilsyneladende viskositet afHEC i CaCl2-opløsningssystemet er højere end forHEC i NaCl-opløsningssystem.