CMC-selluloosa ja sen rakenteen kuvaus

Käyttäen raaka-aineena olkiselluloosaa, se modifioitiin eetteröimällä. Yksitekijä- ja rotaatiotestillä optimaalisiksi olosuhteiksi karboksimetyyliselluloosan valmistukseen määritettiin: eetteröintiaika 100 min, eetteröintilämpötila 70 °C.℃, NaOH-annos 3,2g ja monokloorietikkahappoannos 3,0g, maksimikorvausaste on 0,53.

Avainsanat: CMCselluloosa; monokloorietikkahappo; eetteröinti; muutos

Karboksimetyyliselluloosaon maailman eniten tuotettu ja myyty selluloosaeetteri. Sitä käytetään laajalti pesuaineissa, elintarvikkeissa, hammastahnassa, tekstiileissä, painatuksessa ja värjäyksessä, paperinvalmistuksessa, öljyteollisuudessa, kaivosteollisuudessa, lääketieteessä, keramiikassa, elektroniikkakomponenteissa, kumissa, maaleissa, torjunta-aineissa, kosmetiikassa, nahassa, muovissa ja öljynporauksessa jne. "teollisena mononatriumglutamaattina". Karboksimetyyliselluloosa on vesiliukoinen selluloosaeetterijohdannainen, joka saadaan modifioimalla kemiallisesti luonnollista selluloosaa. Selluloosa, karboksimetyyliselluloosan tuotannon pääraaka-aine, on yksi maan runsaimmista uusiutuvista luonnonvaroista, ja sen vuosituotanto on satoja miljardeja tonneja. kotimaani on suuri maatalousmaa ja yksi runsaimmista olkivaroista omistavista maista. Olki on aina ollut yksi maaseudun asukkaiden tärkeimmistä elävistä polttoaineista. Näitä resursseja ei ole rationaalisesti kehitetty pitkään aikaan, ja maa- ja metsätalousjätteistä, kuten oljesta, käytetään maailmassa alle 2 % vuodessa. Riisi on Heilongjiangin maakunnan tärkein taloudellinen viljelykasvi, jonka istutusala on yli 2 miljoonaa hm2, riisiä tuotetaan 14 miljoonaa tonnia ja olkia 11 miljoonaa tonnia. Viljelijät polttavat ne yleensä suoraan pellolla jätteenä, mikä ei ole vain valtavaa luonnonvarojen tuhlausta, vaan myös saastuttaa vakavasti ympäristöä. Siksi oljen resurssien hyödyntämisen toteuttaminen on maatalouden kestävän kehityksen strategian tarve.

1. Kokeellinen materiaali ja menetelmät

1.1 Koemateriaalit ja -laitteet

Olkiselluloosa, itse valmistettu laboratoriossa; JJ～1-tyyppinen sähkösekoitin, Jintan Guowang kokeellinen instrumenttitehdas; SHZW2C tyyppi RS—Tyhjiöpumppu, Shanghai Pengfu Electromechanical Co, Ltd; pHS-3C pH-mittari, Mettler-Toledo Co., Ltd.; DGG-9070A sähkölämmitys vakiolämpötilassa kuivausuuni, Peking North Lihui Test Instrument Equipment Co, Ltd; HITACHI-S ~ 3400N pyyhkäisyelektronimikroskooppi, Hitachi Instruments; etanoli; natriumhydroksidi; kloorietikkahappoa jne. (edellä mainitut reagenssit ovat analyyttisesti puhtaita).

1.2 Kokeellinen menetelmä

1.2.1 Karboksimetyyliselluloosan valmistus

(1) Karboksimetyyliselluloosan valmistusmenetelmä: Punnitse 2 g selluloosaa kolmikaulakolviin, lisää 2,8 g NaOH:ta, 20 ml 75-prosenttista etanoliliuosta ja liota alkalissa vakiolämpötilaisessa vesihauteessa 25 °C:ssa.°C 80 min. Sekoita sekoittimella, jotta se sekoittuu hyvin. Tämän prosessin aikana selluloosa reagoi alkalisen liuoksen kanssa muodostaen alkalista selluloosaa. Lisää eetteröintivaiheessa 10 ml 75 % etanoliliuosta ja 3 g kloorietikkahappoa edellä reagoituun kolmikaulakolviin, nosta lämpötila 65-70 asteeseen.° C. ja anna reagoida 60 minuuttia. Lisää alkalia toisen kerran ja lisää sitten 0,6 g NaOH:ta yllä olevaan reaktiopulloon lämpötilan pitämiseksi 70 °C:ssa°C, ja reaktioaika on 40 minuuttia, jolloin saadaan raaka Na—CMC (natriumkarboksimetyyliselluloosa).

Neutralointi ja pesu: lisää 1 mol·L-1 kloorivetyhapolla ja neutraloi reaktio huoneenlämpötilassa, kunnes pH on 7-8. Pese sitten kahdesti 50-prosenttisella etanolilla, pese kerran 95-prosenttisella etanolilla, suodata imulla ja kuivaa 80-90 °C:ssa.°C 2 tuntia.

(2) Näytteen korvausasteen määritys: happamuusmittarin määritysmenetelmä: Punnitaan 0,2 g (0,1 mg:n tarkkuudella) puhdistettua ja kuivattua Na-CMC-näytettä, liuotetaan se 80 ml:aan tislattua vettä, sekoitetaan sähkömagneettisesti 10 minuuttia ja säädellään. se hapolla tai emäksellä Liuos nosti liuoksen pH:n arvoon 8. Titraa sitten testiliuos rikkihapon standardiliuoksella pH-mittarin elektrodilla varustetussa dekantterilasissa ja tarkkaile pH-mittarin näyttöä titrauksen aikana, kunnes pH on 3.74. Merkitse muistiin käytetyn rikkihapon standardiliuoksen tilavuus.

1.2.2 Yksitekijätestimenetelmä

(1) Alkalimäärän vaikutus karboksimetyyliselluloosan substituutioasteeseen: suorita alkalointi 25 °C:ssa℃, alkaliupotus 80 minuuttia, etanoliliuoksen pitoisuus on 75 %, säädä monokloorietikkahapporeagenssin määrää 3g, eetteröintilämpötila 65 ~ 70°C, eetteröintiaika oli 100 minuuttia ja natriumhydroksidin määrä muutettiin testiä varten.

(2) Etanoliliuoksen pitoisuuden vaikutus karboksimetyyliselluloosan substituutioasteeseen: kiinteän alkalin määrä on 3,2 g, emäksinen upotus vakiolämpötilaiseen vesihauteeseen 25 °C:ssa°C 80 min, etanoliliuoksen pitoisuus on 75 %, monokloorietikkahapporeagenssin määrä on säädetty 3 g:ksi, eetteröinti Lämpötila on 65-70°C, eetteröintiaika on 100 min ja etanoliliuoksen konsentraatiota muutetaan koetta varten.

(3) Monokloorietikkahapon määrän vaikutus karboksimetyyliselluloosan substituutioasteeseen: kiinnitä arvoon 25°C alkalointia varten, liota alkalissa 80 minuuttia, lisää 3,2 g natriumhydroksidia, jotta etanoliliuoksen pitoisuus on 75 %, eetteri. Lämpötila on 65-70 °C°C, eetteröintiaika on 100 min ja monokloorietikkahapon määrää muutetaan koetta varten.

(4) Eetteröintilämpötilan vaikutus karboksimetyyliselluloosan substituutioasteeseen: kiinnitä 25 °C:seen°C alkalointia varten, liota alkalissa 80 minuuttia, lisää 3,2 g natriumhydroksidia, jotta etanoliliuoksen pitoisuus on 75 %, eetteröintilämpötila Lämpötila on 65-70℃, eetteröintiaika on 100 minuuttia ja koe suoritetaan muuttamalla monokloorietikkahapon annosta.

(5) Eetteröintiajan vaikutus karboksimetyyliselluloosan substituutioasteeseen: kiinteä 25°C alkalointia varten, lisättiin 3,2 g natriumhydroksidia ja liotettiin alkalissa 80 minuuttia, jotta etanoliliuoksen pitoisuus oli 75 %, ja säädelty monokloori. Etikkahapporeagenssin annostus on 3 g, eetteröintilämpötila on 65-70°C, ja eetteröintiaika muutetaan koetta varten.

1.2.3 Testisuunnitelma ja karboksimetyyliselluloosan optimointi

Yksitekijäkokeen perusteella suunniteltiin nelinkertaisen regression ortogonaalinen rotaatio yhdistetty koe neljällä tekijällä ja viidellä tasolla. Neljä tekijää ovat eetteröintiaika, eetteröintilämpötila, NaOH:n määrä ja monokloorietikkahapon määrä. Tietojenkäsittelyssä käytetään tietojenkäsittelyyn SAS8.2-tilastoohjelmistoa, joka paljastaa kunkin vaikuttavan tekijän ja karboksimetyyliselluloosan substituutioasteen välisen suhteen. sisäinen laki.

1.2.4 SEM-analyysimenetelmä

Kuivattu jauhenäyte kiinnitettiin näyteasteeseen johtavalla liimalla, ja kultaa tyhjiösuihkutuksen jälkeen tarkkailtiin ja valokuvattiin Hitachi-S-3400N Hitachi-pyyhkäisyelektronimikroskoopilla.

2. Tulokset ja analyysi

2.1 Yksittäisen tekijän vaikutus karboksimetyyliselluloosan substituutioasteeseen

2.1.1 Alkalimäärän vaikutus karboksimetyyliselluloosan substituutioasteeseen

Kun NaOH 3,2 g lisättiin 2 g:aan selluloosaa, tuotteen substituutioaste oli korkein. NaOH:n määrä vähenee, mikä ei riitä muodostamaan alkalisen selluloosan ja eetteröintiaineen neutralointia, ja tuotteella on pieni substituutioaste ja alhainen viskositeetti. Päinvastoin, jos NaOH:n määrä on liian suuri, kloorietikkahapon hydrolyysin sivureaktiot lisääntyvät, eetteröintiaineen kulutus lisääntyy ja tuotteen viskositeetti myös pienenee.

2.1.2 Etanoliliuoksen pitoisuuden vaikutus karboksimetyyliselluloosan substituutioasteeseen

Osa etanoliliuoksessa olevasta vedestä on reaktioväliaineessa selluloosan ulkopuolella, ja toinen osa on selluloosassa. Jos vesipitoisuus on liian suuri, CMC turpoaa vedessä muodostaen hyytelöä eetteröimisen aikana, mikä johtaa erittäin epätasaiseen reaktioon; jos vesipitoisuus on liian pieni, reaktio on vaikea edetä reaktioväliaineen puutteen vuoksi. Yleensä 80 % etanoli on sopivin liuotin.

2.1.3 Monokloorietikkahapon annostuksen vaikutus karboksimetyyliselluloosan substituutioasteeseen

Monokloorietikkahapon ja natriumhydroksidin määrä on teoriassa 1:2, mutta reaktion siirtämiseksi CMC:n muodostumissuuntaan on varmistettava, että reaktiosysteemissä on sopiva vapaa emäs, jotta karboksimetylaatio voi edetä sujuvasti. Tästä syystä käytetään ylimääräisen alkalin menetelmää, eli happo- ja alkaliaineiden moolisuhde on 1:2,2.

2.1.4 Eetteröintilämpötilan vaikutus karboksimetyyliselluloosan substituutioasteeseen

Mitä korkeampi eetteröintilämpötila, sitä nopeampi reaktionopeus, mutta myös sivureaktiot kiihtyvät. Kemiallisen tasapainon näkökulmasta lämpötilan nousu on epäedullista CMC:n muodostumiselle, mutta jos lämpötila on liian alhainen, reaktionopeus on hidas ja eetteröintiaineen käyttöaste alhainen. Voidaan nähdä, että eetteröinnin optimilämpötila on 70 °C°C.

2.1.5 Eetteröintiajan vaikutus karboksimetyyliselluloosan substituutioasteeseen

Eetteröintiajan pidentyessä CMC:n substituutioaste kasvaa ja reaktionopeus kiihtyy, mutta tietyn ajan kuluttua sivureaktiot lisääntyvät ja substituutioaste pienenee. Kun eetteröintiaika on 100 min, substituutioaste on maksimi.

2.2 Ortogonaaliset testitulokset ja karboksimetyyliryhmien analyysi

Varianssianalyysitaulukosta nähdään, että ensisijaisessa kohdassa neljällä tekijällä eetteröintiaika, eetteröintilämpötila, NaOH:n määrä ja monokloorietikkahapon määrä vaikuttavat erittäin merkittävästi karboksimetyyliselluloosan substituutioasteeseen (p <0,01) . Vuorovaikutuskohdista eetteröitymisajan ja monokloorietikkahapon määrän vuorovaikutuskohteet sekä eetteröintilämpötilan ja monokloorietikkahapon määrän vuorovaikutuskohteet vaikuttivat erittäin merkittävästi karboksimetyyliselluloosan substituutioasteeseen (p<0,01). Eri tekijöiden vaikutusjärjestys karboksimetyyliselluloosan substituutioasteeseen oli: eetteröintilämpötila>monokloorietikkahapon määrä>eetteröintiaika>NaOH:n määrä.

Kvadraattisen regression ortogonaalisen rotaatioyhdistelmämallin testitulosten analysoinnin jälkeen voidaan määrittää, että optimaaliset prosessiolosuhteet karboksimetylaatiomodifikaatiolle ovat: eetteröintiaika 100 min, eetteröintilämpötila 70 °C.℃, NaOH-annos 3,2 g ja monokloorietikkahappo Annostus on 3,0 g ja maksimi substituutioaste on 0,53.

2.3 Mikroskooppinen suorituskyvyn karakterisointi

Selluloosan, karboksimetyyliselluloosan ja silloitettujen karboksimetyyliselluloosahiukkasten pintamorfologiaa tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. Selluloosa kasvaa nauhamaisena, jonka pinta on sileä; Karboksimetyyliselluloosan reuna on karkeampi kuin uutetun selluloosan, ja ontelorakenne kasvaa ja tilavuus kasvaa. Tämä johtuu siitä, että nippurakenne kasvaa karboksimetyyliselluloosan turpoamisen vuoksi.

3. Johtopäätös

3.1 Karboksimetyylieetteröidyn selluloosan valmistus Selluloosan substituutioasteeseen vaikuttavan neljän tekijän tärkeysjärjestys on: eetteröintilämpötila > monokloorietikkahapon annostus > eetteröintiaika > NaOH-annostus. Karboksimetylaatiomodifioinnin optimaaliset prosessiolosuhteet ovat eetteröintiaika 100 min, eetteröintilämpötila 70℃, NaOH-annos 3,2 g, monokloorietikkahappoannos 3,0 g ja maksimi substituutioaste 0,53.

3.2 Optimaaliset teknologiset olosuhteet karboksimetylaatiomodifikaatiolle ovat: eetteröintiaika 100 min, eetteröintilämpötila 70℃, NaOH-annos 3,2 g, monokloorietikkahappoannos 3,0 g, maksimi substituutioaste 0,53.