Síntesis y propiedades reológicas del éter de hidroxietilcelulosa.

En presencia de un catalizador alcalino de fabricación propia, hidroxietilo industrial. La celulosa se hizo reaccionar con reactivo de cationización de cloruro de N-(2,3-epoxipropil)trimetilamonio (GTA) para preparar amonio cuaternario de alta sustitución mediante el método seco. Éter de hidroxietilcelulosa tipo sal (HEC). Los efectos de la proporción de GTA a hidroxietilcelulosa (HEC), la proporción de NaOH a HEC, la temperatura de reacción y el tiempo de reacción sobre la eficiencia de la reacción se investigaron con un plan experimental uniforme, y las condiciones optimizadas del proceso se obtuvieron a través de Monte Simulación de Carlos. Y la eficiencia de la reacción del reactivo de eterificación catiónica alcanza el 95% mediante verificación experimental. Al mismo tiempo se discutieron sus propiedades reológicas. Los resultados mostraron que la solución deHEC mostró las características del fluido no newtoniano y su viscosidad aparente aumentó con el aumento de la concentración másica de la solución; en una cierta concentración de solución salina, la viscosidad aparente deHEC disminuyó con el aumento de la concentración de sal añadida. Bajo la misma velocidad de corte, la viscosidad aparente deHEC en el sistema de solución de CaCl2 es mayor que el deHEC en un sistema de solución de NaCl.

Palabras clave:Hidroxietiloéter de celulosa; proceso seco; propiedades reológicas

La celulosa tiene las características de fuentes ricas, biodegradabilidad, biocompatibilidad y fácil derivatización, y es un punto de investigación en muchos campos. La celulosa catiónica es uno de los representantes más importantes de los derivados de celulosa. Entre los polímeros catiónicos para productos de protección personal registrados por CTFA de Fragrance Industry Association, su consumo es el primero. Puede ser ampliamente utilizado en aditivos acondicionadores de acondicionadores de cabello, suavizantes, inhibidores de hidratación de esquisto de perforación y agentes anticoagulantes de la sangre y otros campos.

En la actualidad, el método de preparación de éter de hidroxietilcelulosa catiónico de amonio cuaternario es un método solvente que requiere una gran cantidad de solventes orgánicos costosos, es costoso, inseguro y contamina el medio ambiente. Comparado con el método solvente, el método seco tiene las ventajas sobresalientes de un proceso simple, alta eficiencia de reacción y menor contaminación ambiental. En este trabajo se sintetizó éter de celulosa catiónico por método seco y se estudió su comportamiento reológico.

1. Parte experimental

1.1 Materiales y reactivos

Hidroxietilcelulosa (producto industrial HEC, su grado de sustitución molecular DS es 1,8~2,0); reactivo de cationización Cloruro de N-(2,3-epoxipropil)trimetilamonio (GTA), preparado a partir de cloruro de epoxi. El propano y la trimetilamina se fabrican por sí mismos bajo ciertas condiciones; catalizador alcalino de fabricación propia; el etanol y el ácido acético glacial son analíticamente puros; NaCl, KCl, CaCl2 y AlCl3 son reactivos químicamente puros.

1.2 Preparación de celulosa catiónica de amonio cuaternario.

Agregue 5 g de hidroxietilcelulosa y una cantidad adecuada de catalizador alcalino casero en un cilindro cilíndrico de acero equipado con un agitador y agite durante 20 minutos a temperatura ambiente; luego se agrega una cierta cantidad de GTA, se continúa agitando durante 30 minutos a temperatura ambiente y se reacciona a una temperatura y tiempo determinados, se obtuvo un producto crudo sólido esencialmente basado en. El producto bruto se empapa en una solución de etanol que contiene una cantidad apropiada de ácido acético, se filtra, se lava y se seca al vacío para obtener celulosa catiónica de amonio cuaternario en polvo.

1.3 Determinación de la fracción de masa de nitrógeno de la hidroxietilcelulosa catiónica de amonio cuaternario

La fracción de masa de nitrógeno en las muestras se determinó mediante el método Kjeldahl.

2. Diseño experimental y optimización del proceso de síntesis seca.

Se utilizó el método de diseño uniforme para diseñar el experimento y se investigaron los efectos de la proporción de GTA a hidroxietilcelulosa (HEC), la proporción de NaOH a HEC, la temperatura de reacción y el tiempo de reacción sobre la eficiencia de la reacción.

3. Investigación sobre propiedades reológicas

3.1 Influencia de la concentración y la velocidad de rotación.

Tomando el efecto de la velocidad de corte sobre la viscosidad aparente deHEC a diferentes concentraciones Ds=0,11 como ejemplo, se puede ver que a medida que la velocidad de corte aumenta gradualmente de 0,05 a 0,5 s-1, la viscosidad aparente deHEC la solución disminuye, especialmente a 0,05 ~0,5 s-1, la viscosidad aparente cayó bruscamente desde 160 MPa·sa 40MPa·s, adelgazamiento por cizallamiento, lo que indica que elHEC La solución acuosa exhibió propiedades reológicas no newtonianas. El efecto del esfuerzo cortante aplicado es reducir la fuerza de interacción entre las partículas de la fase dispersa. Bajo ciertas condiciones, cuanto mayor es la fuerza, mayor es la viscosidad aparente.

También se puede ver en las viscosidades aparentes del 3% y 4%.HEC soluciones acuosas cuya concentración másica es respectivamente 3% y 4% a diferentes velocidades de cizallamiento. La viscosidad aparente de la solución indica que su capacidad para aumentar la viscosidad aumenta con la concentración. La razón es que a medida que aumenta la concentración en el sistema de solución, la repulsión mutua entre las moléculas de la cadena principal deHEC y entre las cadenas moleculares aumenta, y aumenta la viscosidad aparente.

3.2 Efecto de diferentes concentraciones de sal añadida

la concentración deHEC se fijó al 3% y se investigó el efecto de agregar sal NaCl sobre las propiedades de viscosidad de la solución a diferentes velocidades de corte.

Puede verse a partir de los resultados que la viscosidad aparente disminuye con el aumento de la concentración de sal añadida, mostrando un fenómeno polielectrolítico obvio. Esto se debe a que parte del Na+ en la solución salina está unida al anión delHEC cadena lateral. Cuanto mayor es la concentración de la solución salina, mayor es el grado de neutralización o blindaje del poliión por el contraión y la reducción de la repulsión electrostática, lo que resulta en una disminución de la densidad de carga del poliión. , la cadena de polímero se contrae y se curva, y la concentración aparente disminuye.

3.3 Efecto de diferentes sales añadidas sobre

Puede verse por la influencia de dos sales añadidas diferentes, Nacl y CaCl2, sobre la viscosidad aparente delHEC solución que la viscosidad aparente disminuye con la adición de la sal añadida, y a la misma velocidad de corte, la viscosidad aparente de laHEC solución en el sistema de solución CaCl2 La viscosidad aparente es significativamente mayor que la deHEC solución en un sistema de solución de NaCl. La razón es que la sal de calcio es un ion divalente y es más fácil unirse al Cl- de la cadena lateral del polielectrolito. La combinación del grupo amonio cuaternario enHEC con Cl- se reduce, el blindaje es menor y la densidad de carga de la cadena del polímero es mayor, lo que resulta en La repulsión electrostática en la cadena del polímero es mayor y la cadena del polímero se estira, por lo que la viscosidad aparente es mayor.

4. Conclusión

La preparación en seco de celulosa catiónica altamente sustituida es un método de preparación ideal con operación simple, alta eficiencia de reacción y menos contaminación, y puede evitar un alto consumo de energía, contaminación ambiental y toxicidad causada por el uso de solventes.

La solución de éter de celulosa catiónico presenta las características de un fluido no newtoniano y tiene las características de adelgazamiento por cizallamiento; a medida que aumenta la concentración másica de la solución, aumenta su viscosidad aparente; en una determinada concentración de solución salina,HEC La viscosidad aparente aumenta con el aumento y la disminución. Bajo la misma velocidad de corte, la viscosidad aparente deHEC en el sistema de solución de CaCl2 es mayor que el deHEC en un sistema de solución de NaCl.