Abstrakt:Um die nicht abbaubare Polyvinylalkohol (PVA) zu ersetzen, wurde Hanfstiel-Cellulose-Ether-Hydroxypropyl-Methylcellulose aus landwirtschaftlichen Abfall-Hanfstangen hergestellt und mit spezifischer Stärke gemischt, um die Aufschlüsselung herzustellen. Polyester-Rocken-Mischgarn T/C65/35 14.7 Tex wurde dimensioniert und seine Größenleistung getestet. Der optimale Produktionsprozess von Hydroxypropylmethylcellulose war wie folgt: Der Massenanteil von Lauge betrug 35%; Das Kompressionsverhältnis von Alkali -Cellulose betrug 2,4; Das Flüssigkeitsvolumenverhältnis von Methan und Propylenoxid beträgt 7: 3; mit Isopropanol verdünnen; Der Reaktionsdruck beträgt 2. 0mpa. Die Größe, die durch Mischen von Hydroxypropylmethylcellulose und spezifischer Stärke hergestellt wird, hat einen niedrigeren Kabeljau und ist umweltfreundlicher, und alle Dimensionsindikatoren können die PVA -Größe ersetzen.
Schlüsselwörter:Hanfstiel; Hanfstiel -Celluloseether; Polyvinylalkohol; Zelluloseethergrößen
0.Vorwort
China ist eines der Länder mit relativ reichhaltigen Strohressourcen. Die Ernteproduktion beträgt mehr als 700 Millionen Tonnen, und die Nutzungsrate von Strohhalm beträgt jedes Jahr nur 3%. Eine große Menge an Strohressourcen wurde nicht verwendet. Stroh ist ein reichhaltiger natürlicher Lignocellulose -Rohstoff, der in Futtermittel, Düngemitteln, Cellulosederivaten und anderen Produkten verwendet werden kann.
Derzeit ist es zu einer der größten Umweltverschmutzungsquellen geworden, die Abwasserverschmutzung im Textilproduktionsprozess geworden zu sein. Der chemische Sauerstoffbedarf von PVA ist sehr hoch. Nachdem das von PVA im Druck- und Färben produzierte industrielle Abwasser in den Fluss eingeleitet wurde, wird es die Atmung von Wasserorganismen hemmen oder sogar zerstören. Darüber hinaus verschärft PVA die Freisetzung und Migration von Schwermetallen in Sedimenten in Gewässern und verursacht schwerwiegendere Umweltprobleme. Um Forschungen zum Ersetzen von PVA durch grüne Aufschlämmung durchzuführen, müssen Sie nicht nur die Anforderungen des Größenverfahrens erfüllen, sondern auch die Verschmutzung von Wasser und Luft während des Größenprozesses minimieren.
In dieser Studie wurde aus Hanfstiel-Cellulose-Ether-Hydroxypropyl-Methylcellulose (HPMC) aus landwirtschaftlichen Abfall-Hanfstangen hergestellt und sein Produktionsprozess diskutiert. Und mischen Sie Hydroxypropylmethylcellulose und spezifische Stärkegröße als Größe für die Größe, vergleichen Sie mit der PVA -Größe und diskutieren Sie die Größenleistung.
1. Experiment
1. 1 Materialien und Instrumente
Hanfstiel, Heilongjiang; POLYESTER-COTTON-Mischgarn T/C65/3514.7 Tex; selbst gemachter Hanfstiel-Cellulose-Ether-Hydroxypropyl-Methylcellulose; FS-101, modifizierter Stärke, PVA-1799, PVA-0588, Liaoning Zhongze-Gruppe Chaoyang Textile Co., Ltd.; Propanol, Premium -Note; Propylenoxid, Gletscher Essigsäure, Natriumhydroxid, Isopropanol, analytisch rein; Methylchlorid, Stickstoff mit hoher Purity.
GSH-3L-Reaktionskessel, JRA-6 Digital Display Magnetisches Rührwasserbad, DHG-9079A Elektrische Heizung Konstante Temperatur-Trocknungsofen, Ikarw-20-Overhead Mechanical Agitator, ESS-1000-Probengrößen-Maschine, YG 061/PC Electronic Einzelgarn-Messgerät, LFY-109b computergestütztes Abrieb-Abra-Abra-Abra-Abra-Abra-Abra-Abrieber-Trübchen.
1.2 Herstellung von Hydroxypropylmethylcellulose
1. 2. 1 Zubereitung von Alkalifasern
Teilen Sie den Hanfstiel, zerquetschen Sie ihn mit einem Pulverizer auf 20 meshes, geben Sie das Hanfstielpulver in 35% NaOH wässrige Lösung und einweichen Sie es 1 bei Raumtemperatur. 5 ~ 2. 0 h. Quetschen Sie die imprägnierte Alkalifaser so, dass das Massenverhältnis von Alkali, Cellulose und Wasser 1. 2: 1 beträgt. 2: 1.
1. 2. 2 Etherifizierungsreaktion
Werfen Sie die hergestellte Alkali -Cellulose in den Reaktionskocher, geben Sie 100 ml Isopropanol als Verdünnungsmittel hin, geben Sie flüssige 140 ml Methylchlorid und 60 ml Propylenoxid, vakuumisieren und unter Druck zu 2. 0 MPa, erhöhen Sie die Temperatur langsam 1-2 Stunden auf 45 ° C und reagieren Sie 1-2 Stunden bei 75 ° C, um Hydroxypropylmethylcellulose herzustellen.
1. 2. 3 Nachbearbeitung
Stellen Sie den pH -Wert des ätherischen Celluloseethers mit Gletscher Essigsäure auf 6 ein. 5 ~ 7. 5, dreimal mit Propanol gewaschen und in einem Ofen bei 85 ° C getrocknet.
1.3 Produktionsprozess von Hydroxypropylmethylcellulose
1. 3.. 1 Der Einfluss der Rotationsgeschwindigkeit auf die Herstellung von Celluloseether
Normalerweise ist die Ätherifizierungsreaktion eine heterogene Reaktion von innen nach innen. Wenn es keine externe Leistung gibt, ist es für das Etherifizierungsmittel schwierig, in die Kristallisation der Cellulose einzugeben. Daher ist es erforderlich, das Etherifizierungsmittel mit der Cellulose durch Rühren vollständig zu kombinieren. In dieser Studie wurde ein Hochdruckreaktor verwendet. Nach wiederholten Experimenten und Demonstrationen betrug die ausgewählte Rotationsgeschwindigkeit 240-350 R/min.
1. 3.. 2 Die Wirkung der Alkali -Konzentration auf die Herstellung von Celluloseether
Alkali kann die kompakte Struktur von Cellulose zerstören, um sie zu schwellen, und wenn die Schwellung der amorphen Region und der kristalline Region tendenziell konsistent ist, verläuft die Etherifizierung reibungslos. Im Produktionsprozess von Celluloseether hat die Menge an Alkali, die im Cellulosealkalisierungsprozess verwendet wird, einen großen Einfluss auf die Etherifizierungseffizienz von Etherifizierungsprodukten und den Substitutionsgrad von Gruppen. Im Herstellungsprozess von Hydroxypropyl -Methylcellulose steigt auch der Gehalt an Methoxylgruppen, wenn die Laugekonzentration zunimmt. Umgekehrt ist der Basengehalt größer, wenn die Laugekonzentration abnimmt, der Hydroxypropylmethylcellulose größer. Der Gehalt der Methoxygruppe ist direkt proportional zur Laugekonzentration; Der Gehalt an Hydroxypropyl ist umgekehrt proportional zur Laugekonzentration. Der Massenanteil von NaOH wurde nach wiederholten Tests als 35% ausgewählt.
1. 3.. 3 die Wirkung des Alkali -Cellulose -Pressverhältnisses auf die Herstellung von Celluloseether
Der Zweck des Drückens von Alkalifasern besteht darin, den Wassergehalt von Alkali -Cellulose zu kontrollieren. Wenn das Druckverhältnis zu klein ist, nimmt der Wassergehalt zu, die Laugekonzentration nimmt ab, die Etherifizierungsrate nimmt ab und das Etherifizierungsmittel wird hydrolysiert und Seitenreaktionen steigen. Die Etherifizierungseffizienz wird stark reduziert. Wenn das Pressverhältnis zu groß ist, nimmt der Wassergehalt ab, die Cellulose kann nicht geschwollen und keine Reaktivität aufweist, und das Etherifizierungsmittel kann nicht vollständig mit der Alkali -Cellulose kontaktieren, und die Reaktion ist ungleichmäßig. Nach vielen Tests und drückenden Vergleiche wurde festgestellt, dass das Massenverhältnis von Alkali, Wasser und Cellulose 1. 2: 1 betrug. 2: 1.
1. 3. 4 Temperatureffekt auf die Herstellung von Celluloseether
Kontrollieren Sie bei der Herstellung von Hydroxypropylmethylcellulose zunächst die Temperatur bei 50 bis 60 ° C und halten Sie sie 2 Stunden lang bei einer konstanten Temperatur. Die Hydroxypropylierungsreaktion kann bei etwa 30 ° C durchgeführt werden, und die Hydroxypropylierungsreaktionsgeschwindigkeit steigt bei 50 ° C stark an; Steigern Sie die Temperatur langsam auf 75 ° C und steuern Sie die Temperatur 2 Stunden lang. Bei 50 ° C reagiert die Methylierungsreaktion kaum bei 60 ° C, die Reaktionsgeschwindigkeit und bei 75 ° C wird die Methylierungsreaktionsgeschwindigkeit stark beschleunigt.
Die Herstellung von Hydroxypropylmethylcellulose mit mehrstufiger Temperaturkontrolle kann nicht nur das Gleichgewicht zwischen Methoxyl- und Hydroxypropylgruppen steuern, sondern auch dazu beitragen, Seitenreaktionen und Nachbehandlung zu reduzieren und Produkte mit angemessener Struktur zu erhalten.
1. 3.. 5 Effekt des Ätherungsmittel -Dosierungsverhältnisses auf die Herstellung von Celluloseether
Da Hydroxypropyl-Methylcellulose ein typischer nichtionischer Mischether ist, werden die Methyl- und Hydroxypropylgruppen an verschiedenen Hydroxypropylmethylcellulose-Makromolekularketten in jeder Glukoseringposition substituiert. Andererseits weist das Verteilungsverhältnis von Methyl und Hydroxypropyl eine größere Dispersion und Zufälligkeit auf. Die Wasserlöslichkeit von HPMC hängt mit dem Gehalt der Methoxygruppe zusammen. Wenn der Gehalt der Methoxygruppe niedrig ist, kann er in starken Alkali gelöst werden. Mit zunehmendem Methoxylgehalt wird er empfindlicher gegenüber Wasserschwellungen. Je höher der Methoxygehalt, desto besser die Wasserlöslichkeit und sie kann in die Aufschlämmung formuliert werden.
Die Menge an Etherifikationsmittel Methylchlorid und Propylenoxid wirkt sich direkt auf den Gehalt an Methoxyl und Hydroxypropyl aus. Um Hydroxypropylmethylcellulose mit guter Wasserlöslichkeit herzustellen, wurde das Flüssigkeitsvolumenverhältnis von Methylchlorid und Propylenoxid als 7: 3 ausgewählt.
1.3.6 Der optimale Produktionsprozess von Hydroxypropylmethylcellulose
Die Reaktionsausrüstung ist ein Hochdruckreaktor; Die Drehzahl beträgt 240-350 R/min; Der Massenanteil von Lauge beträgt 35%; Das Kompressionsverhältnis von Alkali -Cellulose beträgt 2. 4; Hydroxypropoxylierung bei 50 ° C für 2 Stunden, Methoxylierung bei 75 ° C für 2 Stunden; Etherikationsmittel Methylchlorid und Propylenoxid -Flüssigkeitsvolumenverhältnis 7: 3; Vakuum; Druck 2. 0 MPA; Verdünnung ist Isopropanol.
2. Erkennung und Anwendung
2.1 SEM von Hanfcellulose und Alkali -Cellulose
Im Vergleich der unbehandelten Hanfcellulose und der mit 35% NaOH behandelten Hanfcellulose kann deutlich festgestellt werden, dass die alkalisierte Cellulose mehr Oberflächenrisse, größere Oberfläche, höhere Aktivität und einfachere Ätherifizierungsreaktion aufweist.
2.2 Bestimmung der Infrarotspektroskopie
Die Cellulose extrahierte nach der Behandlung und das Infrarotspektrum von HPMC aus Hanfstiel -Cellulose. Unter ihnen ist das starke und breite Absorptionsband bei 3295 cm -1 das Absorptionsband der HPMC -Assoziationshydroxylgruppe, das Absorptionsband bei 1250 ~ 1460 cm -1 ist das Absorptionsband von CH, CH2 und CH3 und das Absorptionsband bei 1600 cm -1 das Absorptionsband des Wassers im Polyer -Absorptionsband. Das Absorptionsband bei 1025 cm -1 ist das Absorptionsband von C -O -C im Polymer.
2.3 Viskositätsbestimmung
Nehmen Sie die vorbereitete Cannabis -Stiel -Cellulose -Ether -Probe und geben Sie sie zu einem Becher, um eine 2% wässrige Lösung vorzubereiten, gründlich umrühren, die Viskosität und Viskositätsstabilität mit einem Visometer messen und die durchschnittliche Viskosität für dreimal messen. Die Viskosität der hergestellten Cannabis -Stiel -Cellulose -Ether -Probe betrug 11. 8 MPA · s.
2.4 Größenanwendung
2.4.1 Aufschlämmungskonfiguration
Die Aufschlämmung wurde in 1000 ml einer Aufschlämmung mit einem Massenanteil von 3,5%vorbereitet, gleichmäßig mit einem Mixer gerührt und dann in ein Wasserbad gelegt und 1 h auf 95 ° C erhitzt. Beachten Sie gleichzeitig, dass der Zellstoffkochbehälter gut versiegelt werden sollte, um zu verhindern, dass die Konzentration der Aufschlämmung aufgrund der Wasserverdunstung zunimmt.
2.4.2 Aufschlämmungsformulierung pH, Mischbarkeit und Kabeljau
Mischen Sie Hydroxypropyl -Methylcellulose und spezifische Stärkegröße, um die Aufschlämmung (1#~ 4#) vorzubereiten, und vergleichen Sie sie mit der PVA -Formel -Aufschlämmung (0#), um den pH -Wert, die Mischbarkeit und die CSB zu analysieren. Das Mischgarn mit Polyester-Rocken-Mischung T/C65/3514.7 Tex wurde auf der ESS1000-Probengrößenmaschine und seine Größenleistung analysiert.
Es ist ersichtlich, dass der hausgemachte Hanfstiel-Celluloseether und die spezifische Stärkegröße 3 # die optimale Formulierung der Größen sind: 25% Hanfstiel-Cellulose-Ether, 65% modifizierter Stärke und 10% FS-101.
Alle Größendaten sind vergleichbar mit den Größendaten der PVA -Größe, was darauf hinweist, dass die gemischte Größe von Hydroxypropylmethylcellulose und spezifischer Stärke eine gute Größe aufweist. sein pH ist näher an neutral; Hydroxypropylmethylcellulose und spezifische Stärke Der CSB (17459,2 mg/l) der spezifischen gemischten Stärkegröße war signifikant niedriger als die der PVA -Größe (26448,0 mg/l), und die Umweltschutzleistung war gut.
3. Schlussfolgerung
Der optimale Produktionsprozess zur Herstellung von Hanfstiel-Cellulose-Ether-Hydroxypropyl-Methylcellulose zur Größe ist wie folgt: Ein Hochdruckreaktor mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 240-350 r/min, eine Massebruch von Lauge von 35%und ein Kompressionsverhältnis von Alkali-Zell-Zell-Zell-2-Prop-Temperatur-Temperatur, die Methyylierungstemperatur, die Methyylierungstemperatur ist 75 ℃-Verhältnis von Alkali-Zellzellen 2,4. IS 50 ℃, jeweils 2 Stunden lang gehalten, das Flüssigkeitsvolumenverhältnis von Methylchlorid und Propylenoxid beträgt 7: 3, Vakuum, der Reaktionsdruck beträgt 2,0 MPa, Isopropanol ist das Verdünnungsmittel.
Hanfstiel -Celluloseether wurde verwendet, um die PVA -Größe für die Größe zu ersetzen, und das optimale Größenverhältnis betrug: 25% Hanfstiel -Cellulose -Ether, 65% modifizierte Stärke und 10% FS -101. Der pH -Wert der Aufschlämmung beträgt 6,5 und der Kabeljau (17459,2 mg/l) ist signifikant niedriger als die der PVA -Aufschlämmung (26448,0 mg/l) und zeigt eine gute Umweltleistung.
Hanfstiel-Celluloseether wurde zur Größe anstelle von PVA-Größe zur Größe des Polyester-Wickel-Mischgarns T/C 65/3514.7Tex verwendet. Der Größenindex ist äquivalent. Der neue Hanfstiel -Celluloseether und die modifizierte gemischte Größe der Stärke können die PVA -Größe ersetzen.
Postzeit: Februar-2023