Eetteröintireaktio selluloosaeetterillä

Selluloosan eetteröintiaktiivisuutta tutkittiin vaivauskoneella ja sekoitusreaktorilla, ja hydroksietyyliselluloosa ja karboksimetyyliselluloosa valmistettiin vastaavasti kloorietanolilla ja monokloorietikkahapolla. Tulokset osoittivat, että selluloosan eetteröintireaktio suoritettiin sekoitusreaktorilla voimakkaan sekoituksen olosuhteissa. Selluloosalla on hyvä eetteröintireaktiivisuus, mikä on vaivausmenetelmää parempi eetteröintitehokkuuden parantamisessa ja tuotteen valonläpäisevyyden parantamisessa vesiliuoksessa.) Siksi reaktioprosessin sekoitusintensiteetin parantaminen on parempi tapa kehittää korvaava homogeeninen selluloosaeetteröinti tuotteita.

Avainsanat:eetteröintireaktio; Selluloosa;Hydroksietyyliselluloosa; Karboksimetyyliselluloosa

Jalostettujen puuvillan selluloosaeetterituotteiden kehittämisessä liuotinmenetelmää käytetään laajalti ja vaivauskonetta käytetään reaktiolaitteistona. Puuvillaselluloosa koostuu kuitenkin pääasiassa kidealueista, joissa molekyylit on järjestetty siististi ja tiiviisti. Kun vaivauskonetta käytetään reaktiolaitteistona, vaivauskoneen vaivausvarsi on hidas reaktion aikana, ja eetteröintiaineen vastus päästä eri selluloosakerroksiin on suuri ja nopeus on hidas, mikä johtaa pitkään reaktioaikaan, suureen sivuosaan. reaktiot ja substituenttiryhmien epätasainen jakautuminen selluloosan molekyyliketjuissa.

Yleensä selluloosan eetteröintireaktio on heterogeeninen reaktio ulkopuolella ja sisällä. Jos ulkoista dynaamista vaikutusta ei ole, eetteröintiainetta on vaikea päästä selluloosan kiteytysalueelle. Ja puhdistetun puuvillan esikäsittelyn kautta (kuten käyttämällä fysikaalisia menetelmiä puhdistetun puuvillan pinnan lisäämiseksi), samaan aikaan sekoittamalla reaktiolaitteiston reaktoria, käyttämällä nopeaa sekoittamista eetteröintireaktiota, päättelyn mukaan selluloosa voi turvota voimakkaasti, turvotus selluloosan amorfinen alue ja kiteytysalue pyrkivät olemaan yhdenmukaisia, parantamaan reaktioaktiivisuutta. Selluloosaeetterisubstituenttien homogeeninen jakautuminen heterogeenisessä eetteröintireaktiosysteemissä voidaan saavuttaa lisäämällä ulkoista sekoitustehoa. Joten maamme tuleva kehityssuunta on kehittää korkealaatuisia selluloosan eetteröintituotteita, joissa on sekoitettu reaktiokeitin reaktiolaitteistona.

1. Kokeellinen osa

1.1 Jalostettu puuvillaselluloosaraaka-aine testiin

Kokeessa käytettyjen erilaisten reaktiolaitteiden mukaan puuvillaselluloosan esikäsittelymenetelmät ovat erilaisia. Kun vaivauskonetta käytetään reaktiolaitteistona, myös esikäsittelymenetelmät ovat erilaisia. Kun vaivauskonetta käytetään reaktiolaitteistona, käytetyn puhdistetun puuvillaselluloosan kiteisyys on 43,9 % ja puhdistetun puuvillaselluloosan keskimääräinen pituus on 15-20 mm. Jalostetun puuvillaselluloosan kiteisyys on 32,3 % ja puhdistetun puuvillaselluloosan keskipituus on alle 1 mm, kun reaktiolaitteistona käytetään sekoitusreaktoria.

1.2 Karboksimetyyliselluloosan ja hydroksietyyliselluloosan kehittäminen

Karboksimetyyliselluloosan ja hydroksietyyliselluloosan valmistus voidaan suorittaa käyttämällä reaktiolaitteistona 2 litran vaivauslaitetta (keskimääräinen nopeus reaktion aikana 50 r/min) ja 2 litran sekoitusreaktoria reaktiolaitteistona (keskimääräinen nopeus reaktion aikana on 500 r/min).

Reaktion aikana kaikki raaka-aineet johdetaan tiukasta kvantitatiivisesta reaktiosta. Reaktiosta saatu tuote pestään 95-prosenttisella etanolilla ja kuivataan sitten tyhjiössä 24 tuntia alipaineessa 60 °C ja 0,005 mpa. Saadun näytteen kosteuspitoisuus on w=2,7 %±0,3 % ja analysoitavaa tuotenäytettä pestään, kunnes tuhkapitoisuus w < 0,2 %.

Vaivauskoneen valmistusvaiheet reaktiolaitteistona ovat seuraavat:

Eetteröintireaktio → tuotteen pesu → kuivaus → raastettu rakeistus → pakkaus suoritetaan vaivaimessa.

Sekoitusreaktorin valmistusvaiheet reaktiolaitteistona ovat seuraavat:

Eetteröintireaktio → tuotteen pesu → kuivaus ja rakeistus → pakkaus suoritetaan sekoitusreaktorissa.

Voidaan nähdä, että vaivauskonetta käytetään reaktiolaitteistona alhaisen reaktiotehokkuuden, kuivauksen ja jauhamisen ominaisuuksien valmistamiseksi vaihe vaiheelta, ja tuotteen laatu heikkenee suuresti jauhatusprosessissa.

Valmistusprosessin, jossa on sekoitettu reaktori reaktiolaitteistona, ominaisuudet ovat seuraavat: korkea reaktiotehokkuus, tuotteen rakeistamisessa ei käytetä perinteistä rakeistusmenetelmää kuivaus- ja jauhatusmenetelmässä, ja kuivaus- ja rakeistusprosessi suoritetaan samanaikaisesti kuivaamattomat tuotteet pesun jälkeen ja tuotteen laatu säilyy ennallaan kuivaus- ja rakeistusprosessissa.

1.3 Röntgendiffraktioanalyysi

Röntgendiffraktioanalyysi suoritettiin Rigaku D/max-3A röntgendiffraktometrillä, grafiittimonokromaattorilla, Θ-kulma oli 8°-30°, CuKa-säde, putken paine ja putken virtaus olivat 30 kV ja 30 mA.

1.4 Infrapunaspektrianalyysi

Infrapunaspektrianalyysiin käytettiin Spectrum-2000PE FTIR-infrapunaspektrometriä. Kaikkien näytteiden infrapunaspektrianalyysiä varten paino oli 0,0020 g. Nämä näytteet sekoitettiin 0,1600 g:aan KBr:a, vastaavasti, ja sitten puristettiin (paksuus < 0,8 mm) ja analysoitiin.

1.5 Transmittanssin tunnistus

Läpäisykyky havaittiin 721-spektrofotometrillä. CMC-liuos w = w1 % laitettiin 1 cm:n kolorimetriseen maljaan aallonpituudella 590 nm.

1.6 Korvaushavaitsemisaste

Hydroksietyyliselluloosan HEC-substituutioaste mitattiin tavanomaisella kemiallisella analyysimenetelmällä. Periaatteena on, että HEC voidaan hajottaa HI-hydrojodaatilla lämpötilassa 123 ℃, ja HEC:n substituutioaste voidaan tietää mittaamalla syntyneet hajotetut eteeni ja eteenijodidi. Hydroksimetyyliselluloosan substituutioastetta voidaan testata myös tavanomaisilla kemiallisilla analyysimenetelmillä.

2. Tulokset ja keskustelu

Tässä käytetään kahdenlaisia ​​​​reaktiokeittimiä: yksi on vaivauskone reaktiolaitteistona, toinen on sekoitustyyppinen reaktiokattila reaktiolaitteistona, heterogeenisessä reaktiojärjestelmässä, alkalisessa tilassa ja alkoholipitoisessa vesiliuotinjärjestelmässä, tutkitaan puhdistetun puuvillaselluloosan eetteröintireaktiota. Niiden joukossa vaivauskoneen tekniset ominaisuudet reaktiolaitteistona ovat: Reaktiossa vaivausvarren nopeus on hidas, reaktioaika on pitkä, sivureaktioiden osuus on korkea, eetteröintiaineen käyttöaste on alhainen ja substituoivien ryhmien jakautumisen tasaisuus eetteröintireaktiossa on huono. Tutkimusprosessi voidaan rajoittaa vain suhteellisen kapeisiin reaktio-olosuhteisiin. Lisäksi pääreaktio-olosuhteiden säädettävyys ja säädettävyys (kuten kylpysuhde, alkalipitoisuus, vaivauskoneen vaivausvarren nopeus) ovat erittäin huonoja. Eetteröintireaktion likimääräisen yhtenäisyyden saavuttaminen ja eetteröintireaktion massansiirron ja tunkeutumisen syvällinen tutkiminen on vaikeaa. Sekoitusreaktorin prosessiominaisuudet reaktiolaitteistona ovat: nopea sekoitusnopeus reaktiossa, nopea reaktionopeus, korkea eetteröintiaineen käyttöaste, eetteröivien substituenttien tasainen jakautuminen, säädettävät ja säädettävät pääreaktio-olosuhteet.

Karboksimetyyliselluloosa CMC valmistettiin vaivausreaktiolaitteistolla ja sekoitusreaktorireaktiolaitteistolla, vastaavasti. Kun vaivauskonetta käytettiin reaktiolaitteistona, sekoitusintensiteetti oli alhainen ja keskimääräinen pyörimisnopeus oli 50 r/min. Kun sekoitusreaktoria käytettiin reaktiolaitteistona, sekoitusintensiteetti oli korkea ja keskimääräinen pyörimisnopeus oli 500 r/min. Kun monokloorietikkahapon ja selluloosan monosakkaridin moolisuhde oli 1:5:1, reaktioaika oli 1,5 tuntia 68 °C:ssa. Vaivauskoneella saadun CMC:n valonläpäisykyky oli 98,02 % ja eetteröintitehokkuus 72 % johtuen CM:n hyvästä läpäisevyydestä kloorietikkahapon eetteröintiaineessa. Kun reaktiolaitteistona käytettiin sekoitusreaktoria, eetteröintiaineen läpäisevyys oli parempi, CMC:n läpäisykyky oli 99,56 % ja eetteröintireaktion tehokkuus nostettiin 81 prosenttiin.

Hydroksietyyliselluloosa HEC valmistettiin vaivauskoneella ja sekoitusreaktorilla reaktiolaitteistona. Kun vaivauskonetta käytettiin reaktiolaitteistona, eetteröintiaineen reaktiotehokkuus oli 47 % ja vesiliukoisuus huono, kun kloorietyylialkoholin eetteröintiaineen läpäisevyys oli huono ja kloorietanolin moolisuhde selluloosamonosakkaridiin oli 3:1 60 ℃:ssa 4 tunnin ajan. . Vain kun kloorietanolin ja selluloosan monosakkaridien moolisuhde on 6:1, voidaan muodostaa tuotteita, joilla on hyvä vesiliukoisuus. Kun sekoitusreaktoria käytettiin reaktiolaitteistona, kloorietyylialkoholin eetteröintiaineen läpäisevyys parani 68 °C:ssa 4 tunnin ajan. Kun kloorietanolin ja selluloosan monosakkaridin moolisuhde oli 3:1, tuloksena saadulla HEC:llä oli parempi vesiliukoisuus ja eetteröintireaktion tehokkuus nostettiin 66 %:iin.

Eetteröintiaineen kloorietikkahapon reaktiotehokkuus ja reaktionopeus ovat paljon korkeammat kuin kloorietanolin, ja sekoitusreaktorilla eetteröintireaktiolaitteistona on ilmeisiä etuja vaivaimeen verrattuna, mikä parantaa huomattavasti eetteröintireaktion tehokkuutta. CMC:n korkea läpäisevyys osoittaa myös epäsuorasti, että sekoitusreaktori eetteröintireaktiolaitteistona voi parantaa eetteröintireaktion homogeenisuutta. Tämä johtuu siitä, että selluloosaketjussa on kolme hydroksyyliryhmää kussakin glukoosiryhmän renkaassa, ja vain voimakkaasti turvonneessa tai liuenneessa tilassa kaikki eetteröintiainemolekyylien selluloosahydroksyyliparit ovat saatavilla. Selluloosan eetteröintireaktio on yleensä heterogeeninen reaktio ulkoa sisälle, erityisesti selluloosan kiteisellä alueella. Kun selluloosan kiderakenne pysyy ehjänä ilman ulkoisen voiman vaikutusta, eetteröintiainetta on vaikea päästä kiderakenteeseen, mikä vaikuttaa heterogeenisen reaktion homogeenisuuteen. Siksi puhdistetun puuvillan esikäsittelyllä (kuten lisäämällä puhdistetun puuvillan ominaispintaa) voidaan parantaa puhdistetun puuvillan reaktiivisuutta. Suuressa kylpysuhteessa (etanoli/selluloosa tai isopropyylialkoholi/selluloosa ja nopea sekoitusreaktio perustelun mukaan selluloosan kiteytysvyöhykkeen järjestys pienenee, tällä hetkellä selluloosa voi turvota voimakkaasti, niin että turpoaminen Amorfisen ja kiteisen selluloosaalueen reaktiivisuus on siis samanlainen.

Infrapunaspektrianalyysin ja röntgendiffraktioanalyysin avulla selluloosan eetteröintireaktioprosessi voidaan ymmärtää paremmin, kun sekoitusreaktoria käytetään eetteröintireaktiolaitteistona.

Tässä analysoitiin infrapunaspektrit ja röntgendiffraktiospektrit. CMC:n ja HEC:n eetteröintireaktio suoritettiin sekoitusreaktorissa edellä kuvatuissa reaktio-olosuhteissa.

Infrapunaspektrianalyysi osoittaa, että CMC:n ja HEC:n eetteröintireaktio muuttuu säännöllisesti reaktioajan pidentyessä, substituutioaste on erilainen.

Röntgendiffraktiokuvion analyysin avulla CMC:n ja HEC:n kiteisyys pyrkii nollaan reaktioajan pidentyessä, mikä osoittaa, että kiteytysprosessi on periaatteessa toteutettu alkalointivaiheessa ja kuumennusvaiheessa ennen puhdistetun puuvillan eetteröintireaktiota. . Siksi puhdistetun puuvillan karboksimetyyli- ja hydroksietyylieetteröintireaktiivisuutta ei enää pääasiassa rajoita puhdistetun puuvillan kiteisyys. Se liittyy eetteröivän aineen läpäisevyyteen. Voidaan osoittaa, että CMC:n ja HEC:n eetteröintireaktio suoritetaan sekoitusreaktorilla reaktiolaitteistona. Nopeassa sekoittamisessa se on hyödyllinen puhdistetun puuvillan kiteytysprosessissa alkalointivaiheessa ja kuumennusvaiheessa ennen eetteröintireaktiota, ja auttaa eetteröintiainetta tunkeutumaan selluloosaan eetteröintireaktion tehokkuuden ja substituution tasaisuuden parantamiseksi. .

Yhteenvetona voidaan todeta, että tämä tutkimus korostaa sekoitustehon ja muiden tekijöiden vaikutusta reaktiotehokkuuteen reaktioprosessin aikana. Siksi tämän tutkimuksen ehdotus perustuu seuraaviin syihin: Heterogeenisessä eetteröintireaktiojärjestelmässä suuren kylpysuhteen ja suuren sekoitusintensiteetin jne. käyttö on perusedellytyksiä suunnilleen homogeenisen selluloosaeetterin valmistukseen substituenttiryhmällä. jakelu; Tietyssä heterogeenisessä eetteröintireaktiojärjestelmässä korkean suorituskyvyn selluloosaeetteriä, jossa substituentit jakautuvat suunnilleen tasaisesti, voidaan valmistaa käyttämällä sekoitusreaktoria reaktiolaitteistona, mikä osoittaa, että selluloosaeetterin vesiliuoksella on korkea läpäisykyky, jolla on suuri merkitys ominaisuuksien laajentamiselle. ja selluloosaeetterin toiminnot. Vaivauskonetta käytetään reaktiolaitteistona puhdistetun puuvillan eetteröintireaktion tutkimiseen. Alhaisen sekoitusintensiteetin vuoksi se ei ole hyvä eetteröintiaineen tunkeutumiselle, ja sillä on joitain haittoja, kuten suuri sivureaktioiden osuus ja eetteröintisubstituenttien huono jakautumisen tasaisuus.