Synthese und rheologische Eigenschaften von Hydroxyethylcelluloseether

In Gegenwart eines selbst hergestellten Alkalikatalysators, industriellem Hydroxyethyl Cellulose wurde mit dem Kationisierungsreagens N-(2,3-Epoxypropyl)trimethylammoniumchlorid (GTA) umgesetzt, um hochsubstituiertes quartäres Ammonium durch Trockenmethode herzustellen. Salztyp Hydroxyethylcelluloseether (HEC). Die Auswirkungen des Verhältnisses von GTA zu Hydroxyethylcellulose (HEC), des Verhältnisses von NaOH zu HEC, der Reaktionstemperatur und der Reaktionszeit auf die Reaktionseffizienz wurden mit einem einheitlichen Versuchsplan untersucht und die optimierten Prozessbedingungen durch Monte ermittelt Carlo-Simulation. Und die Reaktionseffizienz des kationischen Veretherungsreagenzes erreicht durch experimentelle Überprüfung 95 %. Gleichzeitig wurden seine rheologischen Eigenschaften diskutiert. Die Ergebnisse zeigten, dass die Lösung vonHEC zeigte die Eigenschaften einer nicht-Newtonschen Flüssigkeit und ihre scheinbare Viskosität nahm mit zunehmender Massenkonzentration der Lösung zu; in einer bestimmten Konzentration einer Salzlösung die scheinbare Viskosität vonHEC nahm mit zunehmender zugesetzter Salzkonzentration ab. Unter der gleichen Schergeschwindigkeit ist die scheinbare Viskosität vonHEC im CaCl2-Lösungssystem ist höher als das vonHEC im NaCl-Lösungssystem.

Schlüsselwörter:HydroxyethylCelluloseether; Trockenverfahren; rheologische Eigenschaften

Cellulose zeichnet sich durch reichhaltige Quellen, biologische Abbaubarkeit, Biokompatibilität und einfache Derivatisierung aus und ist in vielen Bereichen ein Forschungsschwerpunkt. Kationische Cellulose ist einer der wichtigsten Vertreter der Cellulosederivate. Unter den kationischen Polymeren für persönliche Schutzprodukte, die von der CTFA der Fragrance Industry Association registriert wurden, ist ihr Verbrauch der erste. Es kann häufig in Haarspülungszusätzen, Weichmachern, Bohrschiefer-Hydratationshemmern und Blutgerinnungsmitteln sowie in anderen Bereichen eingesetzt werden.

Gegenwärtig ist die Herstellungsmethode für kationischen Hydroxyethylcelluloseether mit quaternärem Ammonium eine Lösungsmittelmethode, die eine große Menge teurer organischer Lösungsmittel erfordert, kostspielig, unsicher und umweltschädlich ist. Im Vergleich zur Lösungsmittelmethode bietet die Trockenmethode die herausragenden Vorteile eines einfachen Prozesses, einer hohen Reaktionseffizienz und einer geringeren Umweltverschmutzung. In dieser Arbeit wurde kationischer Celluloseether im Trockenverfahren synthetisiert und sein rheologisches Verhalten untersucht.

1. Experimenteller Teil

1.1 Materialien und Reagenzien

Hydroxyethylcellulose (HEC-Industrieprodukt, sein molekularer Substitutionsgrad DS beträgt 1,8–2,0); Kationisierungsreagenz N-(2,3-Epoxypropyl)trimethylammoniumchlorid (GTA), hergestellt aus Epoxidchlorid Propan und Trimethylamin werden unter bestimmten Bedingungen selbst hergestellt; selbst hergestellter Alkalikatalysator; Ethanol und Eisessig sind analytisch rein; NaCl, KCl, CaCl2 und AlCl3 sind chemisch reine Reagenzien.

1.2 Herstellung von kationischer quartärer Ammoniumcellulose

Geben Sie 5 g Hydroxyethylcellulose und eine entsprechende Menge hausgemachten Alkalikatalysators in einen zylindrischen Stahlzylinder mit Rührer und rühren Sie 20 Minuten lang bei Raumtemperatur. Geben Sie dann eine bestimmte Menge GTA hinzu, rühren Sie 30 Minuten lang bei Raumtemperatur weiter und reagieren Sie bei einer bestimmten Temperatur und Zeit. Es wurde im Wesentlichen ein festes Rohprodukt erhalten. Das Rohprodukt wird in einer Ethanollösung mit einer geeigneten Menge Essigsäure eingeweicht, filtriert, gewaschen und vakuumgetrocknet, um pulverförmige kationische quartäre Ammoniumcellulose zu erhalten.

1.3 Bestimmung des Stickstoffmassenanteils von kationischer Hydroxyethylcellulose mit quaternärem Ammonium

Der Massenanteil an Stickstoff in den Proben wurde nach der Kjeldahl-Methode bestimmt.

2. Experimentelles Design und Optimierung des Trockensyntheseprozesses

Zur Gestaltung des Experiments wurde die einheitliche Designmethode verwendet und die Auswirkungen des Verhältnisses von GTA zu Hydroxyethylcellulose (HEC), des Verhältnisses von NaOH zu HEC, der Reaktionstemperatur und der Reaktionszeit auf die Reaktionseffizienz untersucht.

3. Forschung zu rheologischen Eigenschaften

3.1 Einfluss von Konzentration und Drehzahl

Die Auswirkung der Schergeschwindigkeit auf die scheinbare Viskosität vonHEC Bei unterschiedlichen Konzentrationen von Ds = 0,11 als Beispiel ist ersichtlich, dass mit zunehmender Schergeschwindigkeit von 0,05 auf 0,5 s-1 die scheinbare Viskosität von zunimmtHEC Die Lösung nimmt ab, insbesondere bei 0,05 ~ 0,5 s-1. Die scheinbare Viskosität ist von 160 MPa stark abgefallen·s bis 40 MPa·s, Scherverdünnung, was darauf hinweist, dass dieHEC Die wässrige Lösung zeigte nicht-Newtonsche rheologische Eigenschaften. Die Wirkung der angelegten Scherspannung besteht darin, die Wechselwirkungskraft zwischen den Partikeln der dispergierten Phase zu verringern. Unter bestimmten Bedingungen ist die scheinbare Viskosität umso größer, je größer die Kraft ist.

Dies lässt sich auch an den scheinbaren Viskositäten von 3 % und 4 % erkennen.HEC wässrige Lösungen, deren Massenkonzentration bei unterschiedlichen Schergeschwindigkeiten 3 % bzw. 4 % beträgt. Die scheinbare Viskosität der Lösung zeigt an, dass ihre Fähigkeit zur Viskositätserhöhung mit der Konzentration zunimmt. Der Grund dafür ist, dass mit zunehmender Konzentration im Lösungssystem die gegenseitige Abstoßung zwischen den Molekülen der Hauptkette zunimmtHEC und zwischen den Molekülketten nimmt zu und die scheinbare Viskosität nimmt zu.

3.2 Wirkung unterschiedlicher Salzzugabekonzentrationen

Die Konzentration vonHEC wurde auf 3 % festgelegt und die Auswirkung der Zugabe von NaCl-Salz auf die Viskositätseigenschaften der Lösung wurde bei verschiedenen Schergeschwindigkeiten untersucht.

Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, dass die scheinbare Viskosität mit zunehmender Konzentration des zugesetzten Salzes abnimmt, was ein offensichtliches Polyelektrolytphänomen zeigt. Dies liegt daran, dass ein Teil des Na+ in der Salzlösung an das Anion des gebunden istHEC Seitenkette. Je höher die Konzentration der Salzlösung, desto stärker ist der Grad der Neutralisierung oder Abschirmung des Polyions durch das Gegenion und die Verringerung der elektrostatischen Abstoßung, was zu einer Verringerung der Ladungsdichte des Polyions führt. , die Polymerkette schrumpft und kräuselt sich und die scheinbare Konzentration nimmt ab.

3.3 Wirkung verschiedener zugesetzter Salze auf

Dies lässt sich anhand des Einflusses zweier unterschiedlicher zugesetzter Salze, Nacl und CaCl2, auf die scheinbare Viskosität der Substanz erkennenHEC Lösung, dass die scheinbare Viskosität mit der Zugabe des zugesetzten Salzes abnimmt und bei gleicher Schergeschwindigkeit die scheinbare Viskosität der Lösung abnimmtHEC Lösung im CaCl2-Lösungssystem Die scheinbare Viskosität ist deutlich höher als die vonHEC Lösung im NaCl-Lösungssystem. Der Grund dafür ist, dass Calciumsalz ein zweiwertiges Ion ist und sich leichter an das Cl- der Polyelektrolyt-Seitenkette binden lässt. Die Kombination der quartären Ammoniumgruppe aufHEC mit Cl- wird reduziert, und die Abschirmung ist geringer und die Ladungsdichte der Polymerkette ist höher, was dazu führt, dass die elektrostatische Abstoßung an der Polymerkette größer ist und die Polymerkette gedehnt wird, sodass die scheinbare Viskosität höher ist.

4. Fazit

Die Trockenherstellung hochsubstituierter kationischer Cellulose ist eine ideale Herstellungsmethode mit einfacher Bedienung, hoher Reaktionseffizienz und geringerer Umweltverschmutzung und kann hohen Energieverbrauch, Umweltverschmutzung und Toxizität durch die Verwendung von Lösungsmitteln vermeiden.

Die Lösung aus kationischem Celluloseether weist die Eigenschaften einer nicht-Newtonschen Flüssigkeit auf und weist die Eigenschaften einer Scherverdünnung auf; wenn die Massenkonzentration der Lösung zunimmt, nimmt ihre scheinbare Viskosität zu; in einer bestimmten Konzentration einer Salzlösung,HEC Die scheinbare Viskosität nimmt mit der Zunahme und Abnahme zu. Unter der gleichen Schergeschwindigkeit ist die scheinbare Viskosität vonHEC im CaCl2-Lösungssystem ist höher als das vonHEC im NaCl-Lösungssystem.