Reacción de eterificación en éter de celulosa

La actividad de eterificación de la celulosa se estudió mediante máquina de amasado y reactor de agitación respectivamente, y la hidroxietil celulosa y la carboximetilelulosa se prepararon por cloroetanol y ácido monocloroacético respectivamente. Los resultados mostraron que la reacción de eterificación de la celulosa se llevó a cabo mediante el reactor de agitación bajo la condición de agitación de alta intensidad. La celulosa tiene una buena reactividad de eterificación, que es mejor que el método de Knebitadora para mejorar la eficiencia de la eterificación y mejorar la transmisión de la luz del producto en solución acuosa). Por lo tanto, mejorar la intensidad de agitación del proceso de reacción es una mejor manera de desarrollar una sustitución de la eterificación de celulosa homogénea homogénea. productos.

Palabras clave:reacción de eterificación; Celulosa;Hidroxietilcelulosa; Carboboximetil cela

En el desarrollo de productos de éter de celulosa de algodón refinado, el método de solvente se usa ampliamente y la máquina de amasado se utiliza como equipo de reacción. Sin embargo, la celulosa de algodón se compone principalmente de regiones de cristal donde las moléculas están dispuestas de manera ordenada y de cerca. Cuando la máquina de amasado se usa como equipo de reacción, el brazo de amasado de la máquina de amasado es lenta durante la reacción, y la resistencia del agente de ethificación para ingresar a diferentes capas de celulosa es grande y la velocidad es lenta, lo que resulta en un tiempo de reacción largo, una alta proporción de lado de lado Reacciones y distribución desigual de grupos sustituyentes en cadenas moleculares de celulosa.

Por lo general, la reacción de eterificación de la celulosa es una reacción heterogénea fuera y interior. Si no hay una acción dinámica externa, el agente de éterificación es difícil de ingresar a la zona de cristalización de la celulosa. Y a través del pretratamiento de algodón refinado (como el uso de métodos físicos para aumentar la superficie del algodón refinado), al mismo tiempo con el reactor de agitación para equipos de reacción, utilizando una reacción de eterificación de agitación rápida, según el razonamiento, la celulosa puede hincharse fuertemente, la hinchazón, la hinchazón del área amorfa de celulosa y el área de cristalización tienden a ser consistentes, mejorar la actividad de reacción. La distribución homogénea de los sustituyentes de éter de celulosa en el sistema de reacción de eterificación heterogénea se puede lograr aumentando la potencia de agitación externa. Por lo tanto, será la dirección de desarrollo futura de nuestro país desarrollar productos de eterificación de celulosa de alta calidad con hervidor de reacción de tipo agitado como equipo de reacción.

1. Parte experimental

1.1 Materia prima de celulosa de algodón refinada para la prueba

Según los diferentes equipos de reacción utilizados en el experimento, los métodos de pretratamiento de la celulosa de algodón son diferentes. Cuando el amado se usa como equipo de reacción, los métodos de pretratamiento también son diferentes. Cuando el amado se usa como equipo de reacción, la cristalinidad de la celulosa de algodón refinada utilizada es del 43.9%, y la longitud promedio de la celulosa de algodón refinado es de 15 ~ 20 mm. La cristalinidad de la celulosa de algodón refinada es del 32.3% y la longitud promedio de la celulosa de algodón refinado es inferior a 1 mm cuando se usa el reactor de agitación como equipo de reacción.

1.2 Desarrollo de carboximetilcelulosa e hidroxietilcelulosa

La preparación de carboximetilcelulosa e hidroxietilcelulosa se puede llevar a cabo utilizando el amado de 2L como equipo de reacción (la velocidad promedio durante la reacción es de 50R/min) y el reactor de agitación 2L como equipo de reacción (la velocidad promedio durante la reacción es de 500R/min).

Durante la reacción, todas las materias primas se derivan de la reacción cuantitativa estricta. El producto obtenido de la reacción se lava con W = 95% de etanol, y luego se seca por vacío durante 24 h bajo la presión negativa de 60 ℃ y 0.005MPa. El contenido de humedad de la muestra obtenida es W = 2.7%± 0.3%, y la muestra del producto para el análisis se lava hasta que el contenido de cenizas W <0.2%.

Los pasos de preparación de la máquina de amasado como equipo de reacción son los siguientes:

Reacción de eterificación → Lavado de productos → Secado → Granulación rallada → Embalaje se lleva a cabo en el amado.

Los pasos de preparación del reactor de agitación como equipo de reacción son los siguientes:

Reacción de eterificación → Lavado de productos → Secado y granulación → Embalaje se lleva a cabo en un reactor agitado.

Se puede ver que el amado se usa como equipo de reacción para la preparación de las características de baja eficiencia de reacción, secado y granulación de molienda paso a paso, y la calidad del producto se reducirá considerablemente en el proceso de molienda.

Las características del proceso de preparación con reactor agitado como equipo de reacción son las siguientes: alta eficiencia de reacción, la granulación del producto no adopta el método tradicional del proceso de granulación de secado y molienda, y el proceso de secado y granulación se lleva a cabo al mismo tiempo con Los productos no acumulados después del lavado, y la calidad del producto permanece sin cambios en el proceso de secado y granulación.

1.3 Análisis de difracción de rayos X

El análisis de difracción de rayos X se realizó mediante difractómetro de rayos X Rigaku D/MAX-3A, monocromador de grafito, el ángulo θ fue 8 ° ~ 30 °, Cukα, la presión del tubo y el flujo de tubo fueron 30 kV y 30 mA.

1.4 Análisis de espectro infrarrojo

El espectrómetro infrarrojo Spectrum-2000PE FTIR se usó para el análisis del espectro infrarrojo. Todas las muestras para el análisis del espectro infrarrojo tenían un peso de 0.0020 g. Estas muestras se mezclaron con 0.1600G KBR, respectivamente, y luego se presionaron (con un grosor de <0.8 mm) y se analizaron.

1.5 Detección de transmitancia

La transmitancia fue detectada por el espectrofotómetro 721. La solución CMC W = W1% se puso en un plato colorimétrico de 1 cm a una longitud de onda de 590 nm.

1.6 Grado de detección de sustitución

El grado de sustitución de HEC de hidroxietilcelulosa se midió mediante el método de análisis químico estándar. El principio es que HEC puede descomponerse con HI Hydroiodate a 123 ℃, y el grado de sustitución de HEC puede conocerse midiendo las sustancias descompuestas de etileno y yoduro de etileno producido. El grado de sustitución de la hidroximetilcelulosa también se puede probar mediante métodos de análisis químico estándar.

2. Resultados y discusión

Aquí se usan dos tipos de hervidor de reacción: uno es la máquina de amasado como equipo de reacción, el otro es la reacción de tetle de tipo revocación como equipo de reacción, en el sistema de reacción heterogénea, la condición alcalina y el sistema de solventes de agua alcohólicos, se estudia la reacción de la célula de algodón refinado. Entre ellos, las características tecnológicas de la máquina de amasado como el equipo de reacción son: en la reacción, la velocidad del brazo de amasado es lenta, el tiempo de reacción es largo, la proporción de reacciones laterales es alta, la velocidad de utilización del agente de eterificación es baja y el La uniformidad de sustituir la distribución del grupo en la reacción de éterización es pobre. El proceso de investigación solo puede limitarse a condiciones de reacción relativamente estrechas. Además, la capacidad de ajuste y la capacidad de control de las principales condiciones de reacción (como la relación de baño, la concentración de álcali, la velocidad del brazo de la máquina de amasado del brazo) son muy pobres. Es difícil lograr la uniformidad aproximada de la reacción de eterificación y estudiar la transferencia de masa y la penetración del proceso de reacción de eterificación en profundidad. Las características del proceso del reactor de agitación como equipo de reacción son: velocidad de agitación rápida en reacción, velocidad de reacción rápida, alta tasa de utilización del agente de eterización, distribución uniforme de sustituyentes de eterización, condiciones de reacción principales ajustables y controlables.

La CMC de carboximetilcelulosa se preparó mediante equipos de reacción de amada y el equipo de reacción del reactor de agitación, respectivamente. Cuando se usó el amado como el equipo de reacción, la intensidad de agitación fue baja y la velocidad de rotación promedio fue de 50R/min. Cuando se usó el reactor de agitación como equipo de reacción, la intensidad de agitación fue alta y la velocidad de rotación promedio fue de 500R/min. Cuando la relación molar de ácido monocloroacético a monosacárido de celulosa fue de 1: 5: 1, el tiempo de reacción fue de 1,5 h a 68 ℃. La transmitancia de luz de CMC obtenida por la máquina de amasado fue del 98.02% y la eficiencia de eterificación fue del 72% debido a la buena permeabilidad de CM en el agente eterificante de ácido cloroacético. Cuando se usó el reactor de agitación como equipo de reacción, la permeabilidad del agente eterificante fue mejor, la transmitancia de CMC fue del 99,56%y la eficiencia de la reacción de eterización se incrementó al 81%.

La HEC de hidroxietilcelulosa se preparó con el amada y el reactor de agitación como equipo de reacción. Cuando se usó Kinderer como equipo de reacción, la eficiencia de reacción del agente eterizante fue del 47% y la solubilidad de agua era pobre cuando la permeabilidad del agente de etétización de alcohol cloroetilo era pobre y la relación molar de cloroetanol a monosacárido de celulosa era 3: 1 a 60 ℃ por 4H para 4H. . Solo cuando la relación molar de cloroetanol a monosacáridos de celulosa es de 6: 1, se pueden formar los productos con buena solubilidad en agua. Cuando se usó el reactor de agitación como equipo de reacción, la permeabilidad del agente de eterificación de alcohol cloroetilo mejoró a 68 ℃ durante 4 h. Cuando la relación molar de cloroetanol a monosacárido de celulosa fue de 3: 1, el HEC resultante tenía una mejor solubilidad de agua, y la eficiencia de la reacción de eterificación se incrementó al 66%.

La eficiencia de reacción y la velocidad de reacción del agente eterizante del ácido cloroacético son mucho más altas que la del cloroetanol, y el reactor de agitación como equipo de reacción eterizante tiene ventajas obvias sobre el amedor, lo que mejora en gran medida la eficiencia de la reacción de etéting. La alta transmitividad de CMC también indirecta indirectamente que el reactor de agitación como equipo de reacción de eterización puede mejorar la homogeneidad de la reacción de eterización. Esto se debe a que la cadena de celulosa tiene tres grupos hidroxilo en cada anillo del grupo de glucosa, y solo en un estado fuertemente hinchado o disuelto son accesibles todos los pares de celulosa hidroxilo de las moléculas de agentes de eterificación. La reacción de eterificación de la celulosa suele ser una reacción heterogénea desde el exterior al interior, especialmente en la región cristalina de la celulosa. Cuando la estructura cristalina de la celulosa permanece intacta sin el efecto de la fuerza externa, el agente eterificante es difícil de ingresar a la estructura cristalina, lo que afecta la homogeneidad de la reacción heterogénea. Por lo tanto, al pretrar el algodón refinado (como aumentar la superficie específica del algodón refinado), se puede mejorar la reactividad del algodón refinado. En la relación de baño grande (etanol/celulosa o alcohol isopropílico/celulosa y reacción de agitación de alta velocidad, según el razonamiento, el orden de la zona de cristalización de la celulosa se reducirá, en este momento la celulosa puede hincharse fuertemente, de modo que la hinchazón de la zona de celulosa amorfa y cristalina tiende a ser consistente, por lo tanto, la reactividad de la región amorfa y la región cristalina es similar.

Mediante el análisis del espectro infrarrojo y el análisis de difracción de rayos X, el proceso de reacción de eterificación de la celulosa puede entenderse de manera más vívida cuando el reactor de agitación se usa como equipo de reacción de eterificación.

Aquí, se analizaron los espectros infrarrojos y los espectros de difracción de rayos X. La reacción de eterificación de CMC y HEC se realizó en un reactor agitado en las condiciones de reacción descritas anteriormente.

El análisis del espectro infrarrojo muestra que la reacción de ethatación de CMC y HEC cambia regularmente con la extensión del tiempo de reacción, el grado de sustitución es diferente.

Mediante el análisis del patrón de difracción de rayos X, la cristalinidad de CMC y HEC tiende a cero con la extensión del tiempo de reacción, lo que indica que el proceso de descralización se ha realizado básicamente en la etapa de alcalización y la etapa de calentamiento antes de la reacción de eterificación de algodón refinado . Por lo tanto, la reactividad de carboximetilo e hidroxietil eterificación del algodón refinado ya no está restringida principalmente por la cristalinidad del algodón refinado. Está relacionado con la permeabilidad de Etherifying Agent. Se puede demostrar que la reacción de eterificación de CMC y HEC se lleva a cabo con reactor de agitación como equipo de reacción. Bajo agitación de alta velocidad, es beneficioso para el proceso de descristalización del algodón refinado en la etapa de alcalización y la etapa de calentamiento antes de la reacción de eterificación, y ayuda al agente de eterificación a impregnar en la celulosa, a fin de mejorar la eficiencia de la reacción de eterificación y la uniformidad de la sustitución .

En conclusión, este estudio enfatiza la influencia de la potencia de agitación y otros factores en la eficiencia de reacción durante el proceso de reacción. Por lo tanto, la propuesta de este estudio se basa en las siguientes razones: en el sistema de reacción de ethetación heterogénea, el uso de una relación de baño grande e intensidad de agitación alta, etc., son las condiciones básicas para la preparación de éter de celulosa aproximadamente homogénea con grupo sustituyente distribución; En un sistema específico de reacción de ethetación heterogénea, el éter de celulosa de alto rendimiento con una distribución aproximadamente uniforme de sustituyentes se puede preparar utilizando un reactor de agitación como equipo de reacción, lo que muestra que la solución acuosa de celulosa Ether tiene una alta transmitancia, lo que es de gran importancia para expandir las propiedades de las propiedades y funciones de éter de celulosa. La máquina de amasado se usa como equipo de reacción para estudiar la reacción de eterificación del algodón refinado. Debido a la baja intensidad de agitación, no es bueno para la penetración del agente de eterificación, y tiene algunas desventajas, como la alta proporción de reacciones laterales y una pobre uniformidad de distribución de los sustituyentes de eterificación.