Αντίδραση αιθεροποίησης σε αιθέρα κυτταρίνης

Η ενεργότητα αιθεροποίησης της κυτταρίνης μελετήθηκε με ζυμωτήριο και αναδευτήρα αντιστοίχως, και η υδροξυαιθυλοκυτταρίνη και η καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη παρασκευάστηκαν με χλωροαιθανόλη και μονοχλωροξικό οξύ αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αντίδραση αιθεροποίησης της κυτταρίνης διεξήχθη με ανάδευση αντιδραστήρα υπό τις συνθήκες υψηλής έντασης ανάδευσης. Η κυτταρίνη έχει καλή αντιδραστικότητα αιθεροποίησης, η οποία είναι καλύτερη από τη μέθοδο του ζυμωτηρίου στη βελτίωση της απόδοσης αιθεροποίησης και στην ενίσχυση της μετάδοσης φωτός του προϊόντος σε υδατικό διάλυμα.) Επομένως, η βελτίωση της έντασης ανάδευσης της διαδικασίας αντίδρασης είναι ένας καλύτερος τρόπος για την ανάπτυξη υποκατάστασης αιθεροποίησης ομογενούς κυτταρίνης προϊόντα.

Λέξεις κλειδιά:αντίδραση αιθεροποίησης; Κυτταρίνη;Υδροξυαιθυλοκυτταρίνη; Καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη

Στην ανάπτυξη προϊόντων ραφιναρισμένου αιθέρα κυτταρίνης βαμβακιού, χρησιμοποιείται ευρέως η μέθοδος διαλύτη και η μηχανή ζύμωσης χρησιμοποιείται ως εξοπλισμός αντίδρασης. Ωστόσο, η κυτταρίνη βαμβακιού αποτελείται κυρίως από κρυσταλλικές περιοχές όπου τα μόρια είναι διατεταγμένα τακτοποιημένα και στενά. Όταν η μηχανή ζύμωσης χρησιμοποιείται ως εξοπλισμός αντίδρασης, ο βραχίονας ζύμωσης της μηχανής ζύμωσης είναι αργός κατά τη διάρκεια της αντίδρασης και η αντίσταση του αιθεροποιητικού παράγοντα να εισέλθει σε διαφορετικά στρώματα κυτταρίνης είναι μεγάλη και η ταχύτητα είναι αργή, με αποτέλεσμα μεγάλο χρόνο αντίδρασης, υψηλή αναλογία πλευράς αντιδράσεις και ανομοιόμορφη κατανομή ομάδων υποκαταστατών σε μοριακές αλυσίδες κυτταρίνης.

Συνήθως η αντίδραση αιθεροποίησης της κυτταρίνης είναι μια ετερογενής αντίδραση έξω και μέσα. Εάν δεν υπάρχει εξωτερική δυναμική δράση, ο αιθεροποιητικός παράγοντας είναι δύσκολο να εισέλθει στη ζώνη κρυστάλλωσης της κυτταρίνης. Και μέσω της προεπεξεργασίας του εξευγενισμένου βαμβακιού (όπως η χρήση φυσικών μεθόδων για την αύξηση της επιφάνειας του εξευγενισμένου βαμβακιού), ταυτόχρονα με τον αντιδραστήρα ανάδευσης για εξοπλισμό αντίδρασης, χρησιμοποιώντας την αντίδραση αιθεροποίησης ταχείας ανάδευσης, σύμφωνα με το σκεπτικό, η κυτταρίνη μπορεί να διογκωθεί έντονα, η διόγκωση της άμορφης περιοχής κυτταρίνης και της περιοχής κρυστάλλωσης τείνει να είναι συνεπής, βελτιώνει τη δραστηριότητα αντίδρασης. Η ομοιογενής κατανομή των υποκαταστατών αιθέρα κυτταρίνης σε σύστημα αντίδρασης ετερογενούς αιθεροποίησης μπορεί να επιτευχθεί αυξάνοντας την εξωτερική ισχύ ανάδευσης. Έτσι, θα είναι η μελλοντική αναπτυξιακή κατεύθυνση της χώρας μας να αναπτύξει προϊόντα αιθεροποίησης κυτταρίνης υψηλής ποιότητας με βραστήρα αντίδρασης τύπου ανάδευσης ως εξοπλισμό αντίδρασης.

1. Πειραματικό μέρος

1.1 Επεξεργασμένη πρώτη ύλη κυτταρίνης βαμβακιού για δοκιμή

Σύμφωνα με τον διαφορετικό εξοπλισμό αντίδρασης που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα, οι μέθοδοι προεπεξεργασίας της κυτταρίνης βαμβακιού είναι διαφορετικές. Όταν το ζυμωτήριο χρησιμοποιείται ως εξοπλισμός αντίδρασης, οι μέθοδοι προεπεξεργασίας είναι επίσης διαφορετικές. Όταν το ζυμωτήριο χρησιμοποιείται ως εξοπλισμός αντίδρασης, η κρυσταλλικότητα της εξευγενισμένης κυτταρίνης βαμβακιού που χρησιμοποιείται είναι 43,9%, και το μέσο μήκος της εξευγενισμένης κυτταρίνης βαμβακιού είναι 15~20 mm. Η κρυσταλλικότητα της εξευγενισμένης κυτταρίνης βαμβακιού είναι 32,3% και το μέσο μήκος της εξευγενισμένης κυτταρίνης βαμβακιού είναι μικρότερο από 1 mm όταν ο αντιδραστήρας ανάδευσης χρησιμοποιείται ως εξοπλισμός αντίδρασης.

1.2 Ανάπτυξη καρβοξυμεθυλοκυτταρίνης και υδροξυαιθυλοκυτταρίνης

Η παρασκευή καρβοξυμεθυλοκυτταρίνης και υδροξυαιθυλοκυτταρίνης μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας ζυμωτήρα 2L ως εξοπλισμό αντίδρασης (η μέση ταχύτητα κατά την αντίδραση είναι 50r/min) και αντιδραστήρα ανάδευσης 2L ως εξοπλισμό αντίδρασης (η μέση ταχύτητα κατά την αντίδραση είναι 500r/min).

Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, όλες οι πρώτες ύλες προέρχονται από την αυστηρή ποσοτική αντίδραση. Το προϊόν που λαμβάνεται από την αντίδραση πλένεται με κατά βάρος αιθανόλη 95% και στη συνέχεια ξηραίνεται υπό κενό για 24 ώρες υπό την αρνητική πίεση 60℃ και 0,005 mpa. Η περιεκτικότητα σε υγρασία του δείγματος που λήφθηκε είναι w=2,7%±0,3%, και το δείγμα προϊόντος για ανάλυση πλένεται έως ότου η περιεκτικότητα σε τέφρα w < 0,2%.

Τα βήματα προετοιμασίας της μηχανής ζύμωσης ως εξοπλισμού αντίδρασης είναι τα εξής:

Αντίδραση αιθεροποίησης → πλύσιμο προϊόντος → στέγνωμα → τριμμένη κοκκοποίηση → συσκευασία πραγματοποιείται σε ζυμωτήριο.

Τα στάδια προετοιμασίας του αντιδραστήρα ανάδευσης ως εξοπλισμού αντίδρασης είναι τα εξής:

Αντίδραση αιθεροποίησης → πλύσιμο προϊόντος → στέγνωμα και κοκκοποίηση → συσκευασία πραγματοποιείται σε αναδευόμενο αντιδραστήρα.

Μπορεί να φανεί ότι το ζυμωτήριο χρησιμοποιείται ως εξοπλισμός αντίδρασης για την προετοιμασία των χαρακτηριστικών χαμηλής απόδοσης αντίδρασης, ξήρανσης και λείανσης κοκκοποίησης βήμα προς βήμα και η ποιότητα του προϊόντος θα μειωθεί σημαντικά στη διαδικασία λείανσης.

Τα χαρακτηριστικά της διαδικασίας παρασκευής με αναδευόμενο αντιδραστήρα ως εξοπλισμό αντίδρασης είναι τα εξής: υψηλή απόδοση αντίδρασης, η κοκκοποίηση προϊόντος δεν υιοθετεί την παραδοσιακή μέθοδο κοκκοποίησης ξήρανσης και λείανσης και η διαδικασία ξήρανσης και κοκκοποίησης εκτελούνται ταυτόχρονα με τα αξερά προϊόντα μετά το πλύσιμο και η ποιότητα του προϊόντος παραμένει αμετάβλητη στη διαδικασία ξήρανσης και κοκκοποίησης.

1.3 Ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ

Η ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ πραγματοποιήθηκε με περιθλασίμετρο ακτίνων Χ Rigaku D/max-3A, μονοχρωμάτη γραφίτη, Θ γωνία ήταν 8°~30°, ακτίνα CuKα, πίεση σωλήνα και ροή σωλήνα ήταν 30 kV και 30 mA.

1.4 Ανάλυση υπέρυθρου φάσματος

Το φασματόμετρο υπερύθρου Spectrum-2000PE FTIR χρησιμοποιήθηκε για ανάλυση υπέρυθρου φάσματος. Όλα τα δείγματα για ανάλυση υπέρυθρου φάσματος είχαν βάρος 0,0020 g. Αυτά τα δείγματα αναμίχθηκαν με 0,1600 g KBr, αντίστοιχα, και στη συνέχεια πιέστηκαν (με πάχος < 0,8 mm) και αναλύθηκαν.

1.5 Ανίχνευση μετάδοσης

Η διαπερατότητα ανιχνεύθηκε με φασματοφωτόμετρο 721. Το διάλυμα CMC w=w1% τοποθετήθηκε σε χρωματομετρικό δίσκο 1 cm σε μήκος κύματος 590 nm.

1.6 Βαθμός ανίχνευσης υποκατάστασης

Ο βαθμός υποκατάστασης HEC της υδροξυαιθυλοκυτταρίνης μετρήθηκε με τυπική μέθοδο χημικής ανάλυσης. Η αρχή είναι ότι το HEC μπορεί να αποσυντεθεί από υδροϊωδικό HI στους 123℃ και ο βαθμός υποκατάστασης του HEC μπορεί να γίνει γνωστός μετρώντας τις αποσυντιθέμενες ουσίες αιθυλένιο και αιθυλενοϊωδίδιο που παράγονται. Ο βαθμός υποκατάστασης της υδροξυμεθυλοκυτταρίνης μπορεί επίσης να ελεγχθεί με τυπικές μεθόδους χημικής ανάλυσης.

2. Αποτελέσματα και συζήτηση

Εδώ χρησιμοποιούνται δύο είδη βραστήρα αντίδρασης: η μία είναι μηχανή ζύμωσης ως εξοπλισμός αντίδρασης, η άλλη είναι βραστήρας αντίδρασης τύπου ανάδευσης ως εξοπλισμός αντίδρασης, σε ετερογενές σύστημα αντίδρασης, αλκαλική κατάσταση και σύστημα διαλυτών αλκοολούχου νερού, μελετάται η αντίδραση αιθεροποίησης εξευγενισμένης κυτταρίνης βαμβακιού. Μεταξύ αυτών, τα τεχνολογικά χαρακτηριστικά της μηχανής ζύμωσης ως εξοπλισμού αντίδρασης είναι: Στην αντίδραση, η ταχύτητα του βραχίονα ζύμωσης είναι αργή, ο χρόνος αντίδρασης είναι μεγάλος, η αναλογία των πλευρικών αντιδράσεων είναι υψηλή, ο ρυθμός χρήσης του αιθεροποιητικού παράγοντα είναι χαμηλός και Η ομοιομορφία της κατανομής της ομάδας υποκατάστασης στην αντίδραση αιθεροποίησης είναι κακή. Η ερευνητική διαδικασία μπορεί να περιοριστεί μόνο σε σχετικά στενές συνθήκες αντίδρασης. Επιπλέον, η προσαρμοστικότητα και η δυνατότητα ελέγχου των συνθηκών κύριας αντίδρασης (όπως η αναλογία λουτρού, η συγκέντρωση αλκαλίων, η ταχύτητα του βραχίονα ζύμωσης της μηχανής ζύμωσης) είναι πολύ κακές. Είναι δύσκολο να επιτευχθεί η κατά προσέγγιση ομοιομορφία της αντίδρασης αιθεροποίησης και να μελετηθεί σε βάθος η μεταφορά μάζας και η διείσδυση της διαδικασίας αντίδρασης αιθεροποίησης. Τα χαρακτηριστικά της διεργασίας του αντιδραστήρα ανάδευσης ως εξοπλισμού αντίδρασης είναι: γρήγορη ταχύτητα ανάδευσης στην αντίδραση, γρήγορη ταχύτητα αντίδρασης, υψηλός ρυθμός χρήσης του παράγοντα αιθεροποίησης, ομοιόμορφη κατανομή των υποκαταστατών αιθεροποίησης, ρυθμιζόμενες και ελεγχόμενες συνθήκες κύριας αντίδρασης.

Η καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη CMC παρασκευάστηκε με εξοπλισμό αντίδρασης ζυμωτηρίου και εξοπλισμό αντίδρασης αντιδραστήρα ανάδευσης αντίστοιχα. Όταν το ζυμωτήριο χρησιμοποιήθηκε ως εξοπλισμός αντίδρασης, η ένταση ανάδευσης ήταν χαμηλή και η μέση ταχύτητα περιστροφής ήταν 50 r/min. Όταν ο αντιδραστήρας ανάδευσης χρησιμοποιήθηκε ως εξοπλισμός αντίδρασης, η ένταση ανάδευσης ήταν υψηλή και η μέση ταχύτητα περιστροφής ήταν 500 r/min. Όταν η μοριακή αναλογία μονοχλωροξικού οξέος προς μονοσακχαρίτη κυτταρίνης ήταν 1:5:1, ο χρόνος αντίδρασης ήταν 1,5 ώρα στους 68℃. Η διαπερατότητα φωτός του CMC που ελήφθη με τη μηχανή ζύμωσης ήταν 98,02% και η απόδοση αιθεροποίησης ήταν 72% λόγω της καλής διαπερατότητας του CM σε αιθεροποιητικό παράγοντα χλωροοξικού οξέος. Όταν ο αντιδραστήρας ανάδευσης χρησιμοποιήθηκε ως εξοπλισμός αντίδρασης, η διαπερατότητα του παράγοντα αιθεροποίησης ήταν καλύτερη, η διαπερατότητα του CMC ήταν 99,56%, και η απόδοση της αντίδρασης αιθεροποίησης αυξήθηκε στο 81%.

Η υδροξυαιθυλοκυτταρίνη HEC παρασκευάστηκε με ζυμωτήρα και αντιδραστήρα ανάδευσης ως εξοπλισμό αντίδρασης. Όταν το ζυμωτήριο χρησιμοποιήθηκε ως εξοπλισμός αντίδρασης, η αποτελεσματικότητα αντίδρασης του παράγοντα αιθεροποίησης ήταν 47% και η υδατοδιαλυτότητα ήταν κακή όταν η διαπερατότητα του παράγοντα αιθεροποίησης χλωροαιθυλικής αλκοόλης ήταν κακή και η μοριακή αναλογία χλωροαιθανόλης προς μονοσακχαρίτη κυτταρίνης ήταν 3:1 στους 60℃ για 4 ώρες . Μόνο όταν η μοριακή αναλογία χλωροαιθανόλης προς μονοσακχαρίτες κυτταρίνης είναι 6:1, μπορούν να σχηματιστούν τα προϊόντα με καλή υδατοδιαλυτότητα. Όταν ο αντιδραστήρας ανάδευσης χρησιμοποιήθηκε ως εξοπλισμός αντίδρασης, η διαπερατότητα του παράγοντα αιθεροποίησης χλωροαιθυλικής αλκοόλης έγινε καλύτερη στους 68℃ για 4 ώρες. Όταν η μοριακή αναλογία χλωροαιθανόλης προς μονοσακχαρίτη κυτταρίνης ήταν 3:1, η προκύπτουσα HEC είχε καλύτερη υδατοδιαλυτότητα και η απόδοση της αντίδρασης αιθεροποίησης αυξήθηκε στο 66%.

Η αποτελεσματικότητα αντίδρασης και η ταχύτητα αντίδρασης του παράγοντα αιθεροποίησης χλωροοξικού οξέος είναι πολύ υψηλότερες από εκείνες της χλωροαιθανόλης και ο αντιδραστήρας ανάδευσης ως εξοπλισμός αντίδρασης αιθεροποίησης έχει προφανή πλεονεκτήματα έναντι του ζυμωτηρίου, το οποίο βελτιώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα της αντίδρασης αιθεροποίησης. Η υψηλή μεταδοτικότητα του CMC δείχνει επίσης έμμεσα ότι ο αντιδραστήρας ανάδευσης ως εξοπλισμός αντίδρασης αιθεροποίησης μπορεί να βελτιώσει την ομοιογένεια της αντίδρασης αιθεροποίησης. Αυτό συμβαίνει επειδή η αλυσίδα κυτταρίνης έχει τρεις ομάδες υδροξυλίου σε κάθε δακτύλιο ομάδας γλυκόζης και μόνο σε έντονα διογκωμένη ή διαλυμένη κατάσταση είναι προσβάσιμα όλα τα ζεύγη υδροξυλίου κυτταρίνης των μορίων αιθεροποιητικού παράγοντα. Η αντίδραση αιθεροποίησης της κυτταρίνης είναι συνήθως μια ετερογενής αντίδραση από το εξωτερικό προς το εσωτερικό, ειδικά στην κρυσταλλική περιοχή της κυτταρίνης. Όταν η κρυσταλλική δομή της κυτταρίνης παραμένει ανέπαφη χωρίς την επίδραση εξωτερικής δύναμης, ο αιθεροποιητικός παράγοντας είναι δύσκολο να εισέλθει στην κρυσταλλική δομή, επηρεάζοντας την ομοιογένεια της ετερογενούς αντίδρασης. Επομένως, με προεπεξεργασία του εξευγενισμένου βαμβακιού (όπως αύξηση της ειδικής επιφάνειας του εξευγενισμένου βαμβακιού), μπορεί να βελτιωθεί η αντιδραστικότητα του εξευγενισμένου βαμβακιού. Στη μεγάλη αναλογία λουτρού (αιθανόλη/κυτταρίνη ή ισοπροπυλική αλκοόλη/κυτταρίνη και αντίδραση ανάδευσης υψηλής ταχύτητας, σύμφωνα με το σκεπτικό, η σειρά της ζώνης κρυστάλλωσης κυτταρίνης θα μειωθεί, αυτή τη στιγμή η κυτταρίνη μπορεί να διογκωθεί έντονα, έτσι ώστε η διόγκωση της ζώνης άμορφης και κρυσταλλικής κυτταρίνης τείνει να είναι συνεπής, Έτσι, η αντιδραστικότητα της άμορφης περιοχής και της κρυσταλλικής περιοχής είναι παρόμοια.

Μέσω της ανάλυσης υπέρυθρου φάσματος και της ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ, η διαδικασία αντίδρασης αιθεροποίησης της κυτταρίνης μπορεί να γίνει κατανοητή πιο ζωντανά όταν ο αντιδραστήρας ανάδευσης χρησιμοποιείται ως εξοπλισμός αντίδρασης αιθεροποίησης.

Εδώ αναλύθηκαν τα υπέρυθρα φάσματα και τα φάσματα περίθλασης ακτίνων Χ. Η αντίδραση αιθεροποίησης CMC και HEC διεξήχθη σε αναδευόμενο αντιδραστήρα υπό τις συνθήκες αντίδρασης που περιγράφηκαν παραπάνω.

Η ανάλυση του υπέρυθρου φάσματος δείχνει ότι η αντίδραση αιθέρας των CMC και HEC αλλάζει τακτικά με την επέκταση του χρόνου αντίδρασης, ο βαθμός υποκατάστασης είναι διαφορετικός.

Μέσω της ανάλυσης του σχεδίου περίθλασης ακτίνων Χ, η κρυσταλλικότητα των CMC και HEC τείνει στο μηδέν με την επέκταση του χρόνου αντίδρασης, υποδεικνύοντας ότι η διαδικασία αποκρυστάλλωσης έχει ουσιαστικά πραγματοποιηθεί στο στάδιο της αλκαλοποίησης και στο στάδιο θέρμανσης πριν από την αντίδραση αιθεροποίησης του εξευγενισμένου βαμβακιού. . Επομένως, η αντιδραστικότητα αιθεροποίησης καρβοξυμεθυλίου και υδροξυαιθυλίου του εξευγενισμένου βαμβακιού δεν περιορίζεται πλέον κυρίως από την κρυσταλλικότητα του εξευγενισμένου βαμβακιού. Σχετίζεται με τη διαπερατότητα του αιθεροποιητικού παράγοντα. Μπορεί να αποδειχθεί ότι η αντίδραση αιθεροποίησης των CMC και HEC πραγματοποιείται με αντιδραστήρα ανάδευσης ως εξοπλισμό αντίδρασης. Υπό ανάδευση υψηλής ταχύτητας, είναι ευεργετικό για τη διαδικασία αποκρυστάλλωσης του εξευγενισμένου βαμβακιού στο στάδιο αλκαλοποίησης και το στάδιο θέρμανσης πριν από την αντίδραση αιθεροποίησης, και βοηθά τον παράγοντα αιθεροποίησης να διεισδύσει στην κυτταρίνη, έτσι ώστε να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα της αντίδρασης αιθεροποίησης και η ομοιομορφία υποκατάστασης .

Συμπερασματικά, αυτή η μελέτη δίνει έμφαση στην επίδραση της ισχύος ανάδευσης και άλλων παραγόντων στην αποτελεσματικότητα της αντίδρασης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αντίδρασης. Επομένως, η πρόταση αυτής της μελέτης βασίζεται στους εξής λόγους: Στο σύστημα αντίδρασης ετερογενούς αιθέρας, η χρήση μεγάλης αναλογίας λουτρού και υψηλής έντασης ανάδευσης κ.λπ., είναι οι βασικές προϋποθέσεις για την παρασκευή περίπου ομοιογενούς αιθέρα κυτταρίνης με ομάδα υποκαταστάτη. διανομή; Σε ένα ειδικό σύστημα αντίδρασης ετερογενούς αιθέρας, αιθέρας κυτταρίνης υψηλής απόδοσης με περίπου ομοιόμορφη κατανομή υποκαταστατών μπορεί να παρασκευαστεί χρησιμοποιώντας αντιδραστήρα ανάδευσης ως εξοπλισμό αντίδρασης, που δείχνει ότι το υδατικό διάλυμα αιθέρα κυτταρίνης έχει υψηλή διαπερατότητα, η οποία είναι μεγάλης σημασίας για την επέκταση των ιδιοτήτων και λειτουργίες αιθέρα κυτταρίνης. Η μηχανή ζύμωσης χρησιμοποιείται ως εξοπλισμός αντίδρασης για τη μελέτη της αντίδρασης αιθεροποίησης του εξευγενισμένου βαμβακιού. Λόγω της χαμηλής έντασης ανάδευσης, δεν είναι καλό για τη διείσδυση του παράγοντα αιθεροποίησης και έχει ορισμένα μειονεκτήματα όπως υψηλή αναλογία πλευρικών αντιδράσεων και κακή ομοιομορφία κατανομής των υποκαταστατών αιθεροποίησης.