CMC zelulosa eta bere egituraren karakterizazioa

Lastozko zelulosa lehengai gisa erabiliz, eterifikazioaren bidez aldatu zen. Faktore bakarraren eta errotazioaren probaren bidez, karboximetil zelulosa prestatzeko baldintza optimoak hauek direla zehaztu zen: eterifikazio-denbora 100min, eterifikazio-tenperatura 70.℃, NaOH dosia 3,2 g eta azido monokloroacetic dosia 3,0 g, ordezkapen maximoa Gradua 0,53 da.

Gako-hitzak: CMCzelulosa; azido monokloroacetikoa; eterifikazioa; aldaketa

Karboximetil zelulosamunduan gehien ekoitzi eta saltzen den zelulosa-eter da. Oso ezaguna da detergentean, elikagaietan, hortzetako pasta, ehungintzan, inprimaketa eta tindaketa, papergintza, petrolioa, meatzaritza, medikuntza, zeramika, osagai elektronikoak, kautxua, pinturak, pestizidak, kosmetikoak, larrua, plastikoak eta petrolioa zulatzeko, etab. "Industrial monosodio glutamato" gisa. Karboximetil zelulosa uretan disolbagarria den zelulosa naturala kimikoki aldatuz lortzen den zelulosa eter deribatu bat da. Zelulosa, karboximetil zelulosa ekoizteko lehengai nagusia, lurreko baliabide berriztagarri natural ugarienetakoa da, urtero ehunka mila milioi tonako ekoizpenarekin. nire herrialdea nekazaritza-herrialde handia da eta lasto baliabide ugarienetako bat da. Lastoa beti izan da landa-etxeetako bizilagunen erregai nagusietako bat. Baliabide hauek aspalditik ez dira arrazionalki garatu, eta nekazaritza- eta baso-hondakinen % 2 baino gutxiago erabiltzen da munduan, hala nola lastoa, urtero. Arroza da Heilongjiang probintziako labore ekonomiko nagusia, 2 milioi hm2 baino gehiago landatzeko azalera du, 14 milioi tona arroz urteko ekoizpena eta 11 milioi tona lasto ditu. Nekazariek, oro har, soroan zuzenean erretzen dituzte hondakin gisa, eta horrek baliabide naturalen hondakin handia ez ezik, kutsadura larria ere eragiten du ingurumenean. Beraz, lastoaren baliabideen erabileraz jabetzea nekazaritzaren garapen iraunkorraren estrategiaren beharra da.

1. Material eta metodo esperimentalak

1.1 Material eta ekipamendu esperimentalak

Lastozko zelulosa, laborategian egina; JJ～1 motako nahasgailu elektrikoa, Jintan Guowang Experimental Instrument Factory; SHZW2C mota RS—Huts-ponpa bat, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.; pHS-3C pH-neurgailua, Mettler-Toledo Co., Ltd.; DGG-9070A berogailu elektrikoa tenperatura konstante lehortzeko labea, Beijing North Lihui Test Instrument Equipment Co., Ltd.; HITACHI-S ~ 3400N eskaneatzeko mikroskopio elektronikoa, Hitachi Instruments; etanola; sodio hidroxidoa; azido kloroacetikoa, etab. (aurreko erreaktiboak analitikoki puruak dira).

1.2 Metodo esperimentala

1.2.1 Karboximetil zelulosa prestatzea

(1) Karboximetil zelulosa prestatzeko metodoa: pisatu 2 g zelulosa hiru lepoko matraz batean, gehitu 2,8 g NaOH, 20 ml % 75eko etanol disoluzioa eta alkalitan busti tenperatura konstanteko ur-bainu batean 25 tenperaturan.°C 80 min. Nahastu nahasgailu batekin ondo konbinatzeko. Prozesu horretan, zelulosa disoluzio alkalinoarekin erreakzionatzen du zelulosa alkalinoa sortzeko. Eterifikazio-etapan, gehitu 10 ml% 75eko etanol-disoluzio eta 3 g azido kloroacetic goian erreakzionatutako hiru lepoko matrazean, igo tenperatura 65-70-ra.° C., eta erreakzionatu 60 minutuz. Gehitu alkalia bigarren aldiz, eta, ondoren, gehitu 0,6 g NaOH goiko erreakzio-matrazean tenperatura 70-tan mantentzeko.°C, eta erreakzio denbora 40min da Na gordina lortzeko—CMC (sodio karboximetilzelulosa).

Neutralizazioa eta garbiketa: gehitu 1 moL·L-1 azido klorhidrikoa, eta neutralizatu erreakzioa giro-tenperaturan pH=7~8 arte. Ondoren, garbitu bi aldiz %50eko etanolarekin, ondoren behin garbitu %95eko etanolarekin, iragazi xurgapenarekin eta lehortu 80-90 tenperaturan.°C 2 orduz.

(2) Laginaren ordezkapen-maila zehaztea: azidotasun-neurgailua zehazteko metodoa: Na-CMC lagin araztu eta lehorraren 0,2 g (zehatza 0,1 mg) pisatu, disolbatu 80 ml ur destilatutan, nahasi elektromagnetikoki 10 minutuz eta egokitu. azido edo alkalinoarekin Disoluzioak disoluzioaren pH-a 8ra eraman zuen. Ondoren, saiakuntzako disoluzioa azido sulfurikoko disoluzio estandar batekin titulatu pH-neurgailuko elektrodoz hornitutako edalontzi batean, eta behatu pH-neurgailuaren seinalea titulatzen ari den bitartean pH-a lortu arte. 3.74. Apuntatu erabilitako azido sulfurikoaren disoluzio estandarraren bolumena.

1.2.2 Faktore bakarreko proba-metodoa

(1) Alkali kopuruaren eragina karboximetil zelulosa ordezkatzeko mailan: egin alkalizazioa 25.℃, 80 minutuz alkalinoa murgiltzea, etanol-soluzioan kontzentrazioa % 75 da, kontrolatu azido monokloroacetic erreaktibo kopurua 3g, eterifikazio tenperatura 65 ~ 70 da.°C, eterifikazio-denbora 100 minutukoa izan zen eta sodio hidroxidoaren kantitatea aldatu zen probarako.

(2) Etanol-disoluzioaren kontzentrazioaren eragina karboximetil zelulosa ordezkatzeko mailan: alkalino finkoaren kopurua 3,2 g da, tenperatura konstanteko ur-bainu batean murgiltzea alkalinoa 25-tan.°C 80min, etanol-disoluzioaren kontzentrazioa% 75 da, azido monokloroacetic erreaktibo kopurua 3g-tan kontrolatzen da, eterifikazioa Tenperatura 65-70 da.°C, eterifikazio-denbora 100 minutukoa da, eta etanol-disoluzioaren kontzentrazioa esperimenturako aldatzen da.

(3) Azido monokloroacetikoaren kantitateak karboximetil zelulosa ordezkatzeko mailan duen eragina: 25ean finkatu.°C alkalizaziorako, 80 minutuz alkalitan beratzen, gehitu 3,2 g sodio hidroxido etanol-disoluzioaren kontzentrazioa % 75 izan dadin, eter Tenperatura 65 ~ 70 da.°C, eterifikazio-denbora 100 minutukoa da, eta azido monokloroacetikoaren kantitatea aldatzen da esperimenturako.

(4) Eterifikazio-tenperaturaren eragina karboximetil zelulosa ordezkatzeko mailan: finkatu 25.°C alkalizaziorako, 80 minutuz alkalitan beratzen, gehitu 3,2 g sodio hidroxido etanol-disoluzioaren kontzentrazioa % 75 izan dadin, eterifikazio-tenperatura Tenperatura 65 ~ 70 da.℃, eterifikazio-denbora 100min da, eta esperimentua azido monokloroacetikoaren dosia aldatuz egiten da.

(5) Eterifikazio denboraren eragina karboximetil zelulosa ordezkatzeko mailan: 25ean finkatuta.°C alkalizaziorako, 3,2 g sodio hidroxido gehitu eta 80 minutuz alkalitan busti etanol-disoluzioaren kontzentrazioa % 75 izan dadin, eta monokloro kontrolatua Azido azetikoaren erreaktiboaren dosia 3 g da, eterifikazio tenperatura 65 ~ 70 da.°C, eta eterifikazio-denbora aldatzen da esperimenturako.

1.2.3 Karboximetil zelulosaren proba-plana eta optimizazioa

Faktore bakarreko esperimentuan oinarrituta, lau faktore eta bost maila dituen biraketa ortogonaleko erregresio koadratiko bat diseinatu zen. Lau faktoreak eterifikazio-denbora, eterifikazio-tenperatura, NaOH-kopurua eta azido monokloroacetic-kopurua dira. Datuak prozesatzeko SAS8.2 software estatistikoa erabiltzen du datuak prozesatzeko, eta horrek eragiten duen faktore bakoitzaren eta karboximetil zelulosa ordezkatzeko mailaren arteko erlazioa erakusten du. barne legea.

1.2.4 SEM analisi metodoa

Hauts lehortutako lagina laginaren fasean finkatu zen kola eroalearekin, eta hutsean urrea ihinztatu ondoren, Hitachi-S-3400N Hitachi eskaneatzeko mikroskopio elektronikoan behatu eta argazkiak atera ziren.

2. Emaitzak eta azterketa

2.1 Faktore bakarraren eragina karboximetil zelulosa ordezkatzeko mailan

2.1.1 Alkali kantitateak karboximetil zelulosaren ordezkapen mailan duen eragina

2g zelulosari NaOH3.2g gehitu zitzaionean, produktuaren ordezkapen-maila altuena zen. NaOH kantitatea murrizten da, eta hori ez da nahikoa zelulosa alkalinoaren eta eterifikazio-agentearen neutralizazioa osatzeko, eta produktuak ordezkapen-maila txikia eta biskositate txikia ditu. Aitzitik, NaOH kantitatea gehiegizkoa bada, azido kloroacetikoaren hidrolisian albo-erreakzioak areagotu egingo dira, agente eterifikatzailearen kontsumoa handitu egingo da eta produktuaren biskositatea ere murriztuko da.

2.1.2 Etanol disoluzioaren kontzentrazioen eragina karboximetil zelulosa ordezkatzeko mailan

Etanol-disoluzioaren uraren zati bat zelulosatik kanpo erreakzio-medioan dago, eta beste zatia zelulosatik. Ur-edukia handiegia bada, CMC uretan puztuko da eterifikazioan gelatina sortuz, eta ondorioz erreakzio oso irregularra sortuko da; ur-edukia txikiegia bada, erreakzioa zaila izango da erreakzio-medio faltagatik. Oro har, % 80 etanola da disolbatzaile egokiena.

2.1.3 Azido monokloroacetikoaren dosiak karboximetil zelulosa ordezkatzeko mailan duen eragina

Azido monokloroacetikoaren eta sodio hidroxidoaren kantitatea teorikoki 1:2 da, baina erreakzioa CMC sortzeko noranzkora eramateko, ziurtatu erreakzio sisteman base aske egokia dagoela, karboximetilazioa leunki aurrera egin dezan. Hori dela eta, gehiegizko alkali metodoa hartzen da, hau da, azido eta alkali substantzien erlazio molarra 1:2,2 da.

2.1.4 Eterifikazio-tenperaturaren eragina karboximetil zelulosa ordezkatzeko mailan

Zenbat eta eterifikazio-tenperatura handiagoa izan, orduan eta azkarragoa izango da erreakzio-abiadura, baina albo-erreakzioak ere bizkortu egiten dira. Oreka kimikoaren ikuspuntutik, tenperatura igotzea desegokia da CMC eratzeko, baina tenperatura baxuegia bada, erreakzio-abiadura motela da eta agente eterifikatzailearen erabilera-tasa baxua da. Eterifikaziorako tenperatura optimoa 70ekoa dela ikus daiteke°C.

2.1.5 Eterifikazio denboraren eragina karboximetil zelulosa ordezkatzeko mailan

Eterifikazio-denbora handitzean, CMC-ren ordezkapen-maila handitzen da eta erreakzio-abiadura bizkortu egiten da, baina denbora jakin baten ondoren, albo-erreakzioak handitzen dira eta ordezkapen-maila gutxitzen da. Eterifikazio-denbora 100 minutukoa denean, ordezkapen-maila maximoa da.

2.2 Proba ortogonalaren emaitzak eta karboximetil taldeen analisia

Bariantza-analisi-taulan ikus daiteke elementu nagusian, eterifikazio-denboraren, eterifikazio-tenperaturaren, NaOH kantitatearen eta azido monokloroacetic-aren kantitatearen lau faktoreek eragin handia dutela karboximetil zelulosa ordezkatzeko mailan (p. <0,01). Elkarreragin-elementuen artean, eterifikazio-denboraren eta azido monokloroacetikoaren kantitatearen interakzio-elementuek eta eterifikazio-tenperaturaren eta azido monokloroacetic-koaren interakzio-elementuek oso eragin handia izan zuten karboximetil zelulosa ordezkatzeko mailan (p<0,01). Karboximetil zelulosaren ordezkapen mailan hainbat faktoreren eragin-ordena honakoa izan zen: eterifikazio-tenperatura>azido monokloroacetikoaren kantitatea>eterifikazio-denbora>NaOH kantitatea.

Erregresio koadratikoko errotazio ortogonalaren konbinazio diseinuaren proben emaitzen analisiaren ondoren, karboximetilazioa aldatzeko prozesu-baldintza optimoak hauek direla zehaztu daiteke: eterifikazio-denbora 100min, eterifikazio-tenperatura 70.℃, NaOH dosia 3,2 g eta azido monokloroacetikoa Dosia 3,0 g da, eta ordezkapen-maila maximoa 0,53 da.

2.3 Errendimendu mikroskopikoaren karakterizazioa

Zelulosa, karboximetil zelulosa eta gurutzatutako karboximetil zelulosa partikulen gainazaleko morfologia mikroskopio elektronikoaren bidez aztertu da. Zelulosa gainazal leuneko zerrenda forman hazten da; karboximetil zelulosaren ertza erauzitako zelulosarena baino zakarragoa da, eta barrunbearen egitura handitzen da eta bolumena handiagoa da. Hau da sorta-egitura handiagoa egiten delako, karboximetil zelulosa hantura dela eta.

3. Ondorioa

3.1 Karboximetil eterifikatutako zelulosa prestatzea Zelulosaren ordezkapen mailan eragiten duten lau faktoreen garrantzia ordena: eterifikazio-tenperatura > azido monokloroacetikoaren dosia > eterifikazio-denbora > NaOH dosia. Karboximetilazioa aldatzeko prozesu-baldintza optimoak eterifikazio-denbora 100 min, eterifikazio-tenperatura 70 dira.℃, NaOH dosia 3,2 g, azido monokloroacetic dosia 3,0 g eta ordezkapen-gradu maximoa 0,53.

3.2 Karboximetilazioa aldatzeko baldintza teknologiko optimoak hauek dira: eterifikazio-denbora 100min, eterifikazio-tenperatura 70.℃, NaOH dosia 3.2g, azido monokloroacetic dosia 3.0g, ordezkapen-maila maximoa 0.53.