Hüdroksüetüültsellulooseetri süntees ja reoloogilised omadused

Isetehtud leeliskatalüsaatori juuresolekul, tööstuslik hüdroksüetüül tselluloosil lasti reageerida N-(2,3-epoksüpropüül)trimetüülammooniumkloriidi (GTA) katioonimisreagendiga, et valmistada kõrge asendusastmega kvaternaarne ammoonium kuivmeetodil soolatüüpi hüdroksüetüültsellulooseeter (HEC). GTA ja hüdroksüetüültselluloosi (HEC) suhte, NaOH ja HEC suhte, reaktsioonitemperatuuri ja reaktsiooniaja mõju reaktsiooni efektiivsusele uuriti ühtse katseplaaniga ning optimeeritud protsessitingimused saadi Monte kaudu. Carlo simulatsioon. Ja katioonse eeterdamisreagendi reaktsiooni efektiivsus ulatub eksperimentaalse kontrolli kaudu 95% -ni. Samal ajal arutati selle reoloogilisi omadusi. Tulemused näitasid, et lahendusHEC näitas mitte-Newtoni vedeliku omadusi ja selle näiv viskoossus suurenes koos lahuse massikontsentratsiooni suurenemisega; teatud kontsentratsioonis soolalahuses näiv viskoossusHEC vähenes lisatud soola kontsentratsiooni suurenemisega. Sama nihkekiiruse korral on näiv viskoossusHEC CaCl2 lahuse süsteemis on kõrgem kui omaHEC NaCl lahuse süsteemis.

Võtmesõnad:Hüdroksüetüültselluloosi eeter; kuiv protsess; reoloogilised omadused

Tselluloosil on rikkalikud allikad, biolagunevus, biosobivus ja lihtne derivatiseerimine ning see on paljudes valdkondades uurimistöö koht. Katioonne tselluloos on tselluloosi derivaatide üks olulisemaid esindajaid. Fragrance Industry Associationi CTFA poolt registreeritud isikukaitsevahendite katioonsete polümeeride hulgas on selle tarbimine esimene. Seda saab laialdaselt kasutada juuksepalsamite konditsioneerimislisandites, pehmendajates, puurimiskivi hüdratsiooni inhibiitorites ja vere hüübimisvastastes ainetes ja muudes valdkondades.

Praegu on kvaternaarse ammooniumkatioonse hüdroksüetüültselluloosi eetri valmistamismeetod lahustimeetod, mis nõuab suures koguses kalleid orgaanilisi lahusteid, on kulukas, ebaturvaline ja keskkonda saastav. Võrreldes lahustimeetodiga on kuivmeetodil silmapaistvad eelised: lihtne protsess, kõrge reaktsioonitõhusus ja väiksem keskkonnareostus. Selles artiklis sünteesiti katioonne tsellulooseeter kuivmeetodil ja uuriti selle reoloogilist käitumist.

1. Eksperimentaalne osa

1.1 Materjalid ja reaktiivid

Hüdroksüetüültselluloos (HEC tööstustoode, selle molekulaarne asendusaste DS on 1,8 ~ 2,0); katiooniseerimisreaktiiv N-(2,3-epoksüpropüül)trimetüülammooniumkloriid (GTA), valmistatud epoksükloriidist Propaan ja trimetüülamiin valmistatakse teatud tingimustel ise; ise valmistatud leeliskatalüsaator; etanool ja jää-äädikhape on analüütiliselt puhtad; NaCl, KCl, CaCl2 ja AlCl3 on keemiliselt puhtad reaktiivid.

1.2 Kvaternaarse ammooniumi katioonse tselluloosi valmistamine

Lisage 5 g hüdroksüetüültselluloosi ja sobiv kogus omatehtud leeliskatalüsaatorit segajaga varustatud silindrilisse terassilindrisse ja segage 20 minutit toatemperatuuril; seejärel lisage teatud kogus GTA-d, jätkake segamist 30 minutit toatemperatuuril ja reageerige teatud temperatuuril ja aja jooksul, saadi tahke toorprodukt, mis põhiliselt põhineb . Toorprodukti leotatakse etanoolilahuses, mis sisaldab sobivat kogust äädikhapet, filtreeritakse, pestakse ja vaakumis kuivatatakse, et saada pulbriline kvaternaarne ammooniumkatioontselluloos.

1.3 Kvaternaarse ammooniumi katioonse hüdroksüetüültselluloosi lämmastiku massiosa määramine

Lämmastiku massiosa proovides määrati Kjeldahli meetodil.

2. Kuivsünteesi protsessi eksperimentaalne kavandamine ja optimeerimine

Katse kavandamisel kasutati ühtset disainimeetodit ning uuriti GTA ja hüdroksüetüültselluloosi (HEC) suhte, NaOH ja HEC suhte, reaktsiooni temperatuuri ja reaktsiooniaja mõju reaktsiooni efektiivsusele.

3. Reoloogiliste omaduste uurimine

3.1 Kontsentratsiooni ja pöörlemiskiiruse mõju

Võttes arvesse nihkekiiruse mõju näivale viskoossuseleHEC erinevatel kontsentratsioonidel Ds=0,11 näitena on näha, et kui nihkekiirus suureneb järk-järgult 0,05-lt 0,5 s-1-le, siis näiv viskoossusHEC lahus väheneb, eriti 0,05 ~ 0,5 s-1 juures, näiv viskoossus langes järsult 160 MPa-lt·s kuni 40 MPa·s, nihke hõrenemine, mis näitab, etHEC vesilahusel olid mitte-Newtoni reoloogilised omadused. Rakendatava nihkepinge mõjuks on hajutatud faasi osakeste vastastikuse mõju vähendamine. Teatud tingimustel, mida suurem on jõud, seda suurem on näiv viskoossus.

Seda võib näha ka näivast viskoossusest 3% ja 4%.HEC vesilahused, mille massikontsentratsioon on erinevatel nihkekiirustel vastavalt 3% ja 4%. Lahuse näiv viskoossus näitab, et selle viskoossust suurendav võime suureneb koos kontsentratsiooniga. Põhjus on selles, et kontsentratsiooni kasvades lahusesüsteemis tekib põhiahela molekulide vastastikune tõrjumine.HEC ja molekulaarsete ahelate vahel suureneb ning näiv viskoossus suureneb.

3.2 Lisatud soola erinevate kontsentratsioonide mõju

KontsentratsioonHEC fikseeriti 3% ja soola NaCl lisamise mõju lahuse viskoossusomadustele uuriti erinevatel nihkekiirustel.

Tulemustest on näha, et näiv viskoossus väheneb lisatud soola kontsentratsiooni suurenedes, mis näitab ilmset polüelektrolüüdi nähtust. Selle põhjuseks on asjaolu, et osa soolalahuses olevast Na+ on seotud anioonigaHEC külgmine kett. Mida suurem on soolalahuse kontsentratsioon, seda suurem on polüiooni neutraliseerimise või varjestuse aste vastasiooni poolt ning elektrostaatilise tõukejõu vähenemine, mille tulemuseks on polüiooni laengutiheduse vähenemine. polümeeri ahel kahaneb ja kõverdub ning näiv kontsentratsioon väheneb.

3.3 Erinevate lisatud soolade mõju

Seda võib näha kahe erineva lisatud soola, Nacl ja CaCl2 mõjust lahuse näivale viskoossusele.HEC lahus, mille näivviskoossus väheneb lisatud soola lisamisel ja sama nihkekiiruse korral väheneb näivviskoossus.HEC lahus CaCl2 lahusesüsteemis Näivviskoossus on oluliselt kõrgem kuiHEC lahus NaCl lahuse süsteemis. Põhjus on selles, et kaltsiumisool on kahevalentne ioon ja seda on kergem siduda polüelektrolüüdi kõrvalahela Cl-ga. Kvaternaarse ammooniumi rühma kombinatsioon onHEC Cl-ga on vähenenud ja varjestus on väiksem ning polümeeri ahela laengutihedus on suurem, mille tulemuseks on polümeeri ahela elektrostaatiline tõukejõud ja polümeeri ahel on venitatud, seega on näiv viskoossus suurem.

4. Järeldus

Kõrgelt asendatud katioonse tselluloosi kuivvalmistamine on ideaalne valmistamismeetod, millel on lihtne toimimine, kõrge reaktsiooni efektiivsus ja vähem saastet ning see võib vältida suurt energiatarbimist, keskkonnareostust ja lahustite kasutamisest põhjustatud toksilisust.

Katioonse tsellulooseetri lahusel on mitte-Newtoni vedeliku omadused ja sellel on nihkehõrenemise omadused; kui lahuse massikontsentratsioon suureneb, suureneb selle näiv viskoossus; teatud kontsentratsioonis soolalahuses,HEC näiv viskoossus suureneb suurenemise ja vähenemisega. Sama nihkekiiruse korral on näiv viskoossusHEC CaCl2 lahuse süsteemis on kõrgem kui omaHEC NaCl lahuse süsteemis.