Hydroksietyyliselluloosaeetterin synteesi ja reologiset ominaisuudet

Itsevalmistetun alkalikatalyytin läsnä ollessa teollinen hydroksietyyli selluloosa saatettiin reagoimaan N-(2,3-epoksipropyyli)trimetyyliammoniumkloridin (GTA) kationisointireagenssin kanssa korkeasubstituutioisen kvaternaarisen ammoniumin valmistamiseksi kuivamenetelmällä Suolatyyppinen hydroksietyyliselluloosaeetteri (HEC). GTA:n ja hydroksietyyliselluloosan (HEC) suhteen, NaOH:n ja HEC:n suhteen, reaktiolämpötilan ja reaktioajan vaikutuksia reaktiotehokkuuteen tutkittiin yhtenäisellä koesuunnitelmalla ja optimoidut prosessiolosuhteet saatiin Monten avulla. Carlon simulaatio. Ja kationisen eetteröintireagenssin reaktiotehokkuus saavuttaa 95 % kokeellisen tarkastuksen avulla. Samalla keskusteltiin sen reologisista ominaisuuksista. Tulokset osoittivat, että ratkaisuHEC osoitti ei-newtonilaisen nesteen ominaisuuksia, ja sen näennäinen viskositeetti kasvoi liuoksen massapitoisuuden kasvaessa; tietyssä suolaliuoksen näennäinen viskositeettiHEC väheni lisätyn suolan pitoisuuden kasvaessa. Samalla leikkausnopeudella näennäinen viskositeettiHEC CaCl2-liuosjärjestelmässä on korkeampi kuinHEC NaCl-liuosjärjestelmässä.

Avainsanat:Hydroksietyyliselluloosaeetteri; kuiva prosessi; reologiset ominaisuudet

Selluloosalla on runsaasti lähteitä, biohajoavuus, biologinen yhteensopivuus ja helppo derivatisointi, ja se on tutkimuskohde monilla aloilla. Kationinen selluloosa on yksi tärkeimmistä selluloosajohdannaisten edustajista. Fragrance Industry Associationin CTFA:n rekisteröimien henkilösuojaimien kationisten polymeerien joukossa sen kulutus on ensimmäinen. Sitä voidaan käyttää laajasti hiustenhoitoaineiden hoitoaineissa, pehmennysaineissa, porausliuskeen hydraation estäjissä ja veren hyytymistä estävissä aineissa ja muilla aloilla.

Tällä hetkellä kvaternäärisen ammoniumkationisen hydroksietyyliselluloosaeetterin valmistusmenetelmä on liuotinmenetelmä, joka vaatii suuren määrän kalliita orgaanisia liuottimia, on kallis, vaarallinen ja saastuttaa ympäristöä. Liuotinmenetelmään verrattuna kuivalla menetelmällä on erinomaiset edut: yksinkertainen prosessi, korkea reaktiotehokkuus ja vähemmän ympäristön saastumista. Tässä artikkelissa kationinen selluloosaeetteri syntetisoitiin kuivamenetelmällä ja sen reologista käyttäytymistä tutkittiin.

1. Kokeellinen osa

1.1 Materiaalit ja reagenssit

Hydroksietyyliselluloosa (HEC-teollisuustuote, sen molekyylisubstituutioaste DS on 1,8-2,0); kationisointireagenssi N-(2,3-epoksipropyyli)trimetyyliammoniumkloridi (GTA), valmistettu epoksikloridista Propaani ja trimetyyliamiini valmistetaan itse tietyissä olosuhteissa; itse tehty alkalikatalyytti; etanoli ja jääetikka ovat analyyttisesti puhtaita; NaCl, KCl, CaCl2 ja AlCl3 ovat kemiallisesti puhtaita reagensseja.

1.2 Kvaternaarisen ammoniumkationisen selluloosan valmistus

Lisää 5 g hydroksietyyliselluloosaa ja sopiva määrä kotitekoista alkalikatalyyttiä lieriömäiseen terässylinteriin, joka on varustettu sekoittimella, ja sekoita 20 minuuttia huoneenlämpötilassa; lisää sitten tietty määrä GTA:ta, jatka sekoittamista 30 minuuttia huoneenlämpötilassa ja anna reagoida tietyssä lämpötilassa ja ajassa, jolloin saatiin kiinteä raakatuote, joka perustui olennaisesti . Raakatuote liotetaan etanoliliuoksessa, joka sisältää sopivan määrän etikkahappoa, suodatetaan, pestään ja tyhjökuivataan, jolloin saadaan jauhettua kvaternaarista ammoniumkationista selluloosaa.

1.3 Kvaternäärisen ammoniumin kationisen hydroksietyyliselluloosan typen massaosuuden määritys

Typen massaosuus näytteistä määritettiin Kjeldahlin menetelmällä.

2. Kuivasynteesiprosessin kokeellinen suunnittelu ja optimointi

Kokeen suunnittelussa käytettiin yhtenäistä suunnittelumenetelmää ja tutkittiin GTA:n ja hydroksietyyliselluloosan (HEC) suhteen, NaOH:n ja HEC:n suhteen, reaktiolämpötilan ja reaktioajan vaikutuksia reaktion tehokkuuteen.

3. Reologisten ominaisuuksien tutkimus

3.1 Keskittymisen ja pyörimisnopeuden vaikutus

Otetaan leikkausnopeuden vaikutus näennäiseen viskositeettiinHEC eri pitoisuuksilla Ds = 0,11 esimerkkinä, voidaan nähdä, että kun leikkausnopeus kasvaa asteittain arvosta 0,05 arvoon 0,5 s-1, näennäinen viskositeettiHEC liuos laskee, erityisesti 0,05 ~ 0,5 s-1 näennäinen viskositeetti putosi jyrkästi 160 MPa:sta·s - 40 MPa·s, leikkausharvennus, mikä osoittaa, ettäHEC vesiliuoksella oli ei-newtonilaisia ​​reologisia ominaisuuksia. Käytetty leikkausjännitys vähentää vuorovaikutusvoimaa dispergoituneen faasin hiukkasten välillä. Tietyissä olosuhteissa mitä suurempi voima, sitä suurempi näennäinen viskositeetti.

Se näkyy myös näennäisistä 3 % ja 4 % viskositeeteistaHEC vesiliuoksia, joiden massapitoisuus on vastaavasti 3 % ja 4 % eri leikkausnopeuksilla. Liuoksen näennäinen viskositeetti osoittaa, että sen viskositeettia lisäävä kyky kasvaa pitoisuuden myötä. Syynä on se, että kun pitoisuus kasvaa liuosjärjestelmässä, keskinäinen hylkiminen pääketjun molekyylien välillä.HEC ja molekyyliketjujen välillä kasvaa, ja näennäinen viskositeetti kasvaa.

3.2 Lisätyn suolan eri pitoisuuksien vaikutus

PitoisuusHEC Kiinnitettiin 3 %:iin ja suolan NaCl:n lisäämisen vaikutusta liuoksen viskositeettiominaisuuksiin tutkittiin eri leikkausnopeuksilla.

Tuloksista voidaan nähdä, että näennäinen viskositeetti pienenee lisätyn suolan pitoisuuden kasvaessa, mikä osoittaa ilmeisen polyelektrolyyttiilmiön. Tämä johtuu siitä, että osa suolaliuoksessa olevasta Na+:sta on sitoutunut anioniinHEC sivuketju. Mitä suurempi suolaliuoksen konsentraatio on, sitä suurempi on polyionin neutralointi- tai suojausaste vastaionin vaikutuksesta ja sähköstaattisen repulsion väheneminen, mikä johtaa polyionin varaustiheyden laskuun. polymeeriketju kutistuu ja käpristyy, ja näennäinen pitoisuus pienenee.

3.3 Eri lisättyjen suolojen vaikutus

Se voidaan nähdä kahden erilaisen lisätyn suolan, Nacl:n ja CaCl2:n, vaikutuksesta nesteen näennäiseen viskositeettiin.HEC liuos, jonka näennäinen viskositeetti pienenee lisätyn suolan lisäämisen myötä, ja samalla leikkausnopeudellaHEC liuos CaCl2-liuosjärjestelmässä Näennäinen viskositeetti on huomattavasti korkeampi kuinHEC liuos NaCl-liuosjärjestelmässä. Syynä on se, että kalsiumsuola on kaksiarvoinen ioni ja se on helpompi sitoutua polyelektrolyytin sivuketjun Cl-:iin. Kvaternaarisen ammoniumryhmän yhdistelmä päälläHEC Cl- on pienempi, ja suojaus on pienempi ja polymeeriketjun varaustiheys on suurempi, mikä johtaa Polymeeriketjun sähköstaattinen hylkiminen on suurempi ja polymeeriketju venyy, joten näennäinen viskositeetti on suurempi.

4. Johtopäätös

Erittäin substituoidun kationisen selluloosan kuivavalmistus on ihanteellinen valmistusmenetelmä, jolla on yksinkertainen toiminta, korkea reaktiotehokkuus ja vähemmän saastumista, ja sillä voidaan välttää korkea energiankulutus, ympäristön saastuminen ja liuottimien käytön aiheuttama myrkyllisyys.

Kationisen selluloosaeetterin liuoksella on ei-newtonilaisen nesteen ominaisuudet ja leikkausohenemisen ominaisuudet; kun liuoksen massapitoisuus kasvaa, sen näennäinen viskositeetti kasvaa; tietyssä suolaliuoksessa,HEC näennäinen viskositeetti kasvaa kasvaessa ja pienentyessä. Samalla leikkausnopeudella näennäinen viskositeettiHEC CaCl2-liuosjärjestelmässä on korkeampi kuinHEC NaCl-liuosjärjestelmässä.