Eeterdamisreaktsioon tsellulooseetris

Tselluloosi eeterdamise aktiivsust uuriti vastavalt sõtkumismasina ja segamisreaktoriga ning hüdroksüetüültselluloosi ja karboksümetüültselluloosi valmistati vastavalt kloroetanooli ja monokloroäädikhappega. Tulemused näitasid, et tselluloosi eeterdamisreaktsioon viidi läbi segamisreaktoris tugeva segamise tingimustes. Tselluloosil on hea eeterdamisvõime, mis on parem kui sõtkumismeetod, parandades eeterdamise efektiivsust ja suurendades toote valguse läbilaskvust vesilahuses.) Seetõttu on reaktsiooniprotsessi segamise intensiivsuse parandamine parem viis asendava homogeense tselluloosi eeterdamise arendamiseks. tooteid.

Võtmesõnad:eeterdamisreaktsioon; tselluloos;Hüdroksüetüültselluloos; Karboksümetüültselluloos

Rafineeritud puuvilla tsellulooseetri toodete väljatöötamisel kasutatakse laialdaselt lahustimeetodit ja reaktsiooniseadmetena sõtkumismasinat. Puuvillatselluloos koosneb aga peamiselt kristallipiirkondadest, kus molekulid on korralikult ja tihedalt paigutatud. Kui sõtkumismasinat kasutatakse reaktsiooniseadmena, on sõtkumismasina sõtkumisvars reaktsiooni ajal aeglane ning eeterdava aine vastupidavus tselluloosi erinevatesse kihtidesse sisenemisel on suur ja kiirus aeglane, mille tulemuseks on pikk reaktsiooniaeg, suur külje osakaal. reaktsioonid ja asendusrühmade ebaühtlane jaotumine tselluloosi molekulaarsetel ahelatel.

Tavaliselt on tselluloosi eeterdamisreaktsioon heterogeenne reaktsioon väljast ja seest. Kui välist dünaamilist toimet ei toimu, on eeterdaval ainel raske tselluloosi kristallisatsioonitsooni siseneda. Ja läbi rafineeritud puuvilla eeltöötlemise (näiteks füüsikaliste meetodite kasutamine rafineeritud puuvilla pinna suurendamiseks), samaaegselt reaktsiooniseadmete segamisreaktoriga, kasutades kiiret segamist eeterdamisreaktsiooni, võib tselluloos vastavalt põhjendustele tugevalt paisuda, paisuda. tselluloosi amorfne ala ja kristallisatsioonipiirkond kipuvad olema ühtlased, parandades reaktsiooni aktiivsust. Tsellulooseetri asendajate homogeenset jaotumist heterogeenses eeterdamisreaktsioonisüsteemis saab saavutada välise segamisvõimsuse suurendamisega. Seega on meie riigi edasine arengusuund arendada kvaliteetseid tselluloosi eeterdamistooteid koos segamistüüpi reaktsioonikeetjaga reaktsiooniseadmetena.

1. Eksperimentaalne osa

1.1 Rafineeritud puuvillast tselluloosi tooraine testimiseks

Vastavalt katses kasutatud erinevatele reaktsiooniseadmetele on puuvillatselluloosi eeltöötlusmeetodid erinevad. Kui reaktsiooniseadmena kasutatakse sõtkujat, on ka eeltöötlusmeetodid erinevad. Kui reaktsiooniseadmena kasutatakse sõtkujat, on kasutatud rafineeritud puuvillatselluloosi kristallilisus 43,9% ja rafineeritud puuvillatselluloosi keskmine pikkus on 15–20 mm. Rafineeritud puuvillatselluloosi kristallilisus on 32,3% ja rafineeritud puuvilla tselluloosi keskmine pikkus on alla 1 mm, kui reaktsiooniseadmena kasutatakse segamisreaktorit.

1.2 Karboksümetüültselluloosi ja hüdroksüetüültselluloosi väljatöötamine

Karboksümetüültselluloosi ja hüdroksüetüültselluloosi valmistamiseks võib kasutada reaktsiooniseadmena 2L sõtkujat (keskmine kiirus reaktsiooni ajal on 50r/min) ja reaktsiooniseadmena 2L segamisreaktorit (keskmine kiirus reaktsiooni ajal 500r/min).

Reaktsiooni käigus saadakse kõik toorained rangest kvantitatiivsest reaktsioonist. Reaktsioonisaadust pestakse w = 95% etanooliga ja kuivatatakse seejärel vaakumis 24 tundi alarõhul 60 ℃ ja 0,005 MPa. Saadud proovi niiskusesisaldus on w=2,7%±0,3% ja analüüsimiseks mõeldud tooteproovi pestakse kuni tuhasisalduseni w < 0,2%.

Sõtkumismasina kui reaktsiooniseadme ettevalmistamise etapid on järgmised:

Eeterdamisreaktsioon → toote pesemine → kuivatamine → riivitud granuleerimine → pakendamine toimub sõtkumismasinas.

Segamisreaktori kui reaktsiooniseadme ettevalmistamise etapid on järgmised:

Eeterdamisreaktsioon → toote pesemine → kuivatamine ja granuleerimine → pakendamine toimub segamisreaktoris.

On näha, et sõtkumismasinat kasutatakse reaktsiooniseadmena madala reaktsioonitõhususe, kuivatamise ja jahvatusgranuleerimise omaduste ettevalmistamiseks samm-sammult ning toote kvaliteet väheneb jahvatusprotsessis oluliselt.

Reaktsiooniseadmena segatava reaktoriga valmistamisprotsessi omadused on järgmised: kõrge reaktsiooni efektiivsus, toote granuleerimisel ei kasutata traditsioonilist granuleerimisprotsessi kuivatamise ja jahvatamise meetodit ning kuivatamise ja granuleerimise protsess viiakse läbi samal ajal kuivatamata tooted pärast pesemist ning toote kvaliteet jääb kuivatus- ja granuleerimisprotsessis muutumatuks.

1.3 Röntgendifraktsioonianalüüs

Röntgendifraktsioonianalüüs viidi läbi Rigaku D/max-3A röntgendifraktomeetriga, grafiitmonokromaatoriga, Θ nurk oli 8°~30°, CuKα kiir, toru rõhk ja toru vool olid 30kV ja 30mA.

1.4 Infrapunaspektri analüüs

Infrapunaspektri analüüsiks kasutati Spectrum-2000PE FTIR infrapunaspektromeetrit. Kõik infrapunaspektri analüüsiks mõeldud proovid kaalusid 0,0020 g. Need proovid segati vastavalt 0,1600 g KBr-ga ning seejärel pressiti (paksusega <0,8 mm) ja analüüsiti.

1.5 Läbilaskvuse tuvastamine

Läbilaskvus tuvastati 721 spektrofotomeetriga. CMC lahus w = w1% pandi 1 cm kolorimeetrilisse tassi lainepikkusel 590 nm.

1.6 Asenduse tuvastamise aste

Hüdroksüetüültselluloosi HEC asendusastet mõõdeti standardse keemilise analüüsi meetodiga. Põhimõte seisneb selles, et HEC-d saab lagundada HI hüdrojodaadiga temperatuuril 123 ℃ ja HEC-i asendusastet saab teada, mõõtes toodetud lagunenud etüleeni ja etüleenjodiidi. Hüdroksümetüültselluloosi asendusastet saab testida ka standardsete keemilise analüüsi meetoditega.

2. Tulemused ja arutelu

Siin kasutatakse kahte tüüpi reaktsioonikeetjat: üks on reaktsiooniseadmena sõtkumismasin, teine ​​​​reaktsiooniseadmena segamistüüpi reaktsioonikann, heterogeenses reaktsioonisüsteemis, leeliselises olekus ja alkohoolses vees lahustisüsteemis, uuritakse rafineeritud puuvillatselluloosi eeterdamisreaktsiooni. Nende hulgas on sõtkumismasina kui reaktsiooniseadme tehnoloogilised omadused järgmised: Reaktsioonis on sõtkumiskäe kiirus aeglane, reaktsiooniaeg on pikk, kõrvalreaktsioonide osakaal on kõrge, eeterdava aine kasutusmäär on madal ja asendusrühmade jaotuse ühtlus eeterdamisreaktsioonis on halb. Uurimisprotsessi saab piirata ainult suhteliselt kitsaste reaktsioonitingimustega. Lisaks on peamiste reaktsioonitingimuste (nagu vanni suhe, leelise kontsentratsioon, sõtkumismasina sõtkumiskäe kiirus) reguleeritavus ja juhitavus väga halb. Raske on saavutada eeterdamisreaktsiooni ligikaudset ühtlust ning uurida eeterdamisreaktsiooni protsessi massiülekannet ja läbitungimist. Segamisreaktori kui reaktsiooniseadme protsessi omadused on järgmised: kiire segamiskiirus reaktsioonis, kiire reaktsioonikiirus, eeterdava aine kõrge kasutusmäär, eeterdavate asendajate ühtlane jaotus, reguleeritavad ja juhitavad peamised reaktsioonitingimused.

Karboksümetüültselluloos CMC valmistati vastavalt sõtkumisreaktsiooniseadmete ja segamisreaktori reaktsiooniseadmetega. Kui reaktsiooniseadmena kasutati sõtkujat, oli segamise intensiivsus madal ja keskmine pöörlemiskiirus 50 r/min. Kui reaktsiooniseadmena kasutati segamisreaktorit, oli segamise intensiivsus kõrge ja keskmine pöörlemiskiirus 500 p/min. Kui monokloroäädikhappe ja tselluloosi monosahhariidi molaarsuhe oli 1:5:1, oli reaktsiooniaeg 68 ℃ juures 1,5 tundi. Sõtkumismasinaga saadud CMC valguse läbilaskvus oli 98,02% ja eeterdamise efektiivsus 72% tänu CM heale läbilaskvusele kloroäädikhappe eeterdavas aines. Kui reaktsiooniseadmena kasutati segamisreaktorit, oli eeterdava aine läbilaskvus parem, CMC läbilaskvus oli 99,56% ja eeterdamisreaktsiooni efektiivsus tõusis 81%-ni.

Hüdroksüetüültselluloosi HEC valmistati reaktsiooniseadmena sõtkumis- ja segamisreaktoriga. Kui reaktsiooniseadmena kasutati sõtkujat, oli eeterdava aine reaktsiooni efektiivsus 47% ja vees lahustuvus halb, kui kloroetüülalkoholi eeterdava aine läbilaskvus oli halb ning kloroetanooli ja tselluloosi monosahhariidi molaarsuhe oli 3:1 temperatuuril 60 ℃ 4 tundi. . Ainult siis, kui kloroetanooli ja tselluloosi monosahhariidide molaarsuhe on 6:1, võivad tekkida hea vees lahustuvusega tooted. Kui reaktsiooniseadmena kasutati segamisreaktorit, paranes kloroetüülalkoholi eeterdamisaine läbilaskvus temperatuuril 68 ℃ 4 tunni jooksul. Kui kloroetanooli ja tselluloosi monosahhariidi molaarsuhe oli 3:1, oli saadud HEC vees parem lahustuvus ja eeterdamisreaktsiooni efektiivsust suurendati 66% -ni.

Eeterdava aine kloroäädikhappe reaktsiooni efektiivsus ja kiirus on palju suuremad kui kloroetanoolil ning segamisreaktoril kui eeterdava reaktsiooniseadmel on sõtkumisseadme ees ilmsed eelised, mis parandab oluliselt eeterdamisreaktsiooni efektiivsust. CMC kõrge läbilaskvus näitab kaudselt ka seda, et segamisreaktor kui eeterdamise reaktsiooniseade võib parandada eeterdamisreaktsiooni homogeensust. Selle põhjuseks on asjaolu, et tselluloosi ahelas on igas glükoosirühma ringis kolm hüdroksüülrühma ja ainult tugevalt paisunud või lahustunud olekus on kõik eetritega aine molekulide tselluloosi hüdroksüülpaarid kättesaadavad. Tselluloosi eeterdamisreaktsioon on tavaliselt heterogeenne reaktsioon väljastpoolt sissepoole, eriti tselluloosi kristallilises piirkonnas. Kui tselluloosi kristallstruktuur jääb puutumatuks ilma välise jõu mõjuta, on eeterdaval ainel raske kristallistruktuuri siseneda, mis mõjutab heterogeense reaktsiooni homogeensust. Seetõttu saab rafineeritud puuvilla eeltöötlemisega (näiteks rafineeritud puuvilla eripinna suurendamisega) parandada rafineeritud puuvilla reaktsioonivõimet. Suure vanni vahekorras (etanool/tselluloos või isopropüülalkohol/tselluloos ja kiire segamisreaktsioon, vastavalt põhjendusele väheneb tselluloosi kristalliseerumistsooni järjekord, sel ajal võib tselluloos tugevalt paisuda, nii et paisub. amorfse ja kristallilise tselluloosi tsooni osa kipub olema ühtlane, seega on amorfse piirkonna ja kristalse piirkonna reaktsioonivõime sarnane.

Infrapunaspektri analüüsi ja röntgendifraktsioonianalüüsi abil saab tselluloosi eeterdamisreaktsiooni protsessi selgemalt mõista, kui eeterdamisreaktsiooni seadmetena kasutatakse segamisreaktorit.

Siin analüüsiti infrapuna- ja röntgendifraktsioonispektreid. CMC ja HEC eeterdamisreaktsioon viidi läbi segatavas reaktoris ülalkirjeldatud reaktsioonitingimustel.

Infrapunaspektri analüüs näitab, et CMC ja HEC eeterdamisreaktsioon muutub regulaarselt koos reaktsiooniaja pikenemisega, asendusaste on erinev.

Röntgendifraktsioonimustri analüüsimisel kipub CMC ja HEC kristallilisus reaktsiooniaja pikenemisega nullini, mis näitab, et dekristalliseerimisprotsess on põhimõtteliselt realiseeritud leelistamisetapis ja kuumutamisetapis enne rafineeritud puuvilla eeterdamisreaktsiooni. . Seetõttu ei piira rafineeritud puuvilla karboksümetüül- ja hüdroksüetüüleeterdamisvõimet enam peamiselt rafineeritud puuvilla kristallilisus. See on seotud eeterdava aine läbilaskvusega. Võib näidata, et CMC ja HEC eeterdamisreaktsioon viiakse läbi reaktsiooniseadmena segamisreaktoriga. Kiirel segamisel on see kasulik rafineeritud puuvilla dekristalliseerimisprotsessis leelistamisfaasis ja kuumutamisetapis enne eeterdamisreaktsiooni ning aitab eeterdaval ainel imbuda tselluloosi, et parandada eeterdamisreaktsiooni tõhusust ja asenduste ühtlust. .

Kokkuvõttes rõhutab see uuring segamisjõu ja muude tegurite mõju reaktsiooni efektiivsusele reaktsiooniprotsessi ajal. Seetõttu põhineb käesoleva uuringu ettepanek järgmistel põhjustel: Heterogeenses eeterdamisreaktsioonisüsteemis on ligikaudu homogeense asendusrühmaga tsellulooseetri valmistamise põhitingimused suure vannisuhte ja suure segamise intensiivsusega jne. levitamine; Spetsiifilises heterogeenses eetrimisreaktsioonisüsteemis saab valmistada suure jõudlusega tsellulooseetrit ligikaudu ühtlase asendajate jaotusega, kasutades reaktsiooniseadmena segamisreaktorit, mis näitab, et tsellulooseetri vesilahusel on kõrge läbilaskvus, mis on omaduste laiendamisel väga oluline. ja tsellulooseetri funktsioonid. Sõtkumismasinat kasutatakse reaktsiooniseadmetena rafineeritud puuvilla eeterdamisreaktsiooni uurimiseks. Madala segamise intensiivsuse tõttu ei ole see hea eeterdamisaine läbitungimiseks ja sellel on mõned puudused, näiteks suur kõrvalreaktsioonide osakaal ja eeterdamisasendajate halb jaotus.