Synthèse et propriétés rhéologiques de l'éther d'hydroxyéthylcellulose

En présence d'un catalyseur alcalin fabriqué maison, de l'hydroxyéthyle industriel la cellulose a réagi avec un réactif de cationisation chlorure de N-(2,3-époxypropyl)triméthylammonium (GTA) pour préparer de l'ammonium quaternaire à substitution élevée par méthode sèche. Type de sel Éther d'hydroxyéthylcellulose (HEC). Les effets du rapport GTA/hydroxyéthylcellulose (HEC), du rapport NaOH/HEC, de la température de réaction et du temps de réaction sur l'efficacité de la réaction ont été étudiés à l'aide d'un plan expérimental uniforme et les conditions de procédé optimisées ont été obtenues grâce à Monte. Simulation de Carlo. Et l'efficacité de la réaction du réactif d'éthérification cationique atteint 95 % grâce à une vérification expérimentale. Parallèlement, ses propriétés rhéologiques ont été discutées. Les résultats ont montré que la solution deHEC a montré les caractéristiques d'un fluide non newtonien et sa viscosité apparente a augmenté avec l'augmentation de la concentration massique de la solution ; dans une certaine concentration de solution saline, la viscosité apparente deHEC diminue avec l’augmentation de la concentration en sel ajouté. Sous le même taux de cisaillement, la viscosité apparente deHEC dans le système de solution CaCl2 est supérieure à celle deHEC dans le système de solution NaCl.

Mots clés :Hydroxyéthyleéther de cellulose; procédé sec; propriétés rhéologiques

La cellulose présente les caractéristiques de sources riches, de biodégradabilité, de biocompatibilité et de dérivatisation facile, et constitue un point chaud de recherche dans de nombreux domaines. La cellulose cationique est l'un des représentants les plus importants des dérivés cellulosiques. Parmi les polymères cationiques pour produits de protection individuelle enregistrés par le CTFA de la Fragrance Industry Association, sa consommation est la première. Il peut être largement utilisé dans les additifs de conditionnement des conditionneurs capillaires, les adoucissants, les inhibiteurs d'hydratation du schiste de forage et les agents anticoagulants sanguins et dans d'autres domaines.

À l'heure actuelle, la méthode de préparation de l'éther d'hydroxyéthylcellulose cationique d'ammonium quaternaire est une méthode par solvant, qui nécessite une grande quantité de solvants organiques coûteux, est coûteuse, dangereuse et pollue l'environnement. Par rapport à la méthode au solvant, la méthode sèche présente les avantages exceptionnels d’un processus simple, d’une efficacité de réaction élevée et d’une pollution moindre de l’environnement. Dans cet article, l’éther de cellulose cationique a été synthétisé par voie sèche et son comportement rhéologique a été étudié.

1. Partie expérimentale

1.1 Matériels et réactifs

Hydroxyéthylcellulose (produit industriel HEC, son degré de substitution moléculaire DS est de 1,8 à 2,0) ; le réactif de cationisation, le chlorure de N-(2,3-époxypropyl)triméthylammonium (GTA), préparé à partir de chlorure d'époxy, le propane et la triméthylamine est fabriqué soi-même sous certaines conditions ; catalyseur alcalin fait maison; l'éthanol et l'acide acétique glacial sont analytiquement purs ; NaCl, KCl, CaCl2 et AlCl3 sont des réactifs chimiquement purs.

1.2 Préparation de cellulose cationique d'ammonium quaternaire

Ajoutez 5 g d'hydroxyéthylcellulose et une quantité appropriée de catalyseur alcalin fait maison dans un cylindre cylindrique en acier équipé d'un agitateur et remuez pendant 20 minutes à température ambiante ; puis ajoutez une certaine quantité de GTA, continuez à agiter pendant 30 minutes à température ambiante et réagissez à une certaine température et pendant un certain temps, un produit brut solide essentiellement basé sur a été obtenu. Le produit brut est trempé dans une solution d'éthanol contenant une quantité appropriée d'acide acétique, filtré, lavé et séché sous vide pour obtenir une poudre de cellulose cationique d'ammonium quaternaire.

1.3 Détermination de la fraction massique d'azote de l'hydroxyéthylcellulose cationique ammonium quaternaire

La fraction massique d'azote dans les échantillons a été déterminée par la méthode Kjeldahl.

2. Conception expérimentale et optimisation du processus de synthèse sèche

La méthode de conception uniforme a été utilisée pour concevoir l'expérience et les effets du rapport GTA sur hydroxyéthylcellulose (HEC), du rapport NaOH sur HEC, de la température de réaction et du temps de réaction sur l'efficacité de la réaction ont été étudiés.

3. Recherche sur les propriétés rhéologiques

3.1 Influence de la concentration et de la vitesse de rotation

Prendre l'effet du taux de cisaillement sur la viscosité apparente deHEC à différentes concentrations Ds=0,11 à titre d'exemple, on constate qu'à mesure que le taux de cisaillement augmente progressivement de 0,05 à 0,5 s-1, la viscosité apparente deHEC la solution diminue, en particulier à 0,05 ~ 0,5 s-1, la viscosité apparente a fortement chuté à partir de 160 MPa·s à 40MPa·s, amincissement par cisaillement, indiquant que leHEC la solution aqueuse présentait des propriétés rhéologiques non newtoniennes. L'effet de la contrainte de cisaillement appliquée est de réduire la force d'interaction entre les particules de la phase dispersée. Dans certaines conditions, plus la force est grande, plus la viscosité apparente est grande.

Cela se voit également aux viscosités apparentes de 3% et 4%HEC solutions aqueuses dont la concentration massique est respectivement de 3% et 4% à différents taux de cisaillement. La viscosité apparente de la solution indique que sa capacité à augmenter la viscosité augmente avec la concentration. La raison en est que, à mesure que la concentration augmente dans le système de solution, la répulsion mutuelle entre les molécules de la chaîne principale deHEC et entre les chaînes moléculaires augmente, et la viscosité apparente augmente.

3.2 Effet de différentes concentrations de sel ajouté

La concentration deHEC a été fixé à 3 % et l'effet de l'ajout de sel NaCl sur les propriétés de viscosité de la solution a été étudié à différents taux de cisaillement.

Il ressort des résultats que la viscosité apparente diminue avec l'augmentation de la concentration en sel ajouté, montrant un phénomène polyélectrolytique évident. En effet, une partie du Na+ dans la solution saline est liée à l'anion duHEC chaîne latérale. Plus la concentration de la solution saline est élevée, plus le degré de neutralisation ou de blindage du polyion par le contre-ion et la réduction de la répulsion électrostatique sont importants, ce qui entraîne une diminution de la densité de charge du polyion. , la chaîne polymère rétrécit et s'enroule et la concentration apparente diminue.

3.3 Effet des différents sels ajoutés sur

Cela ressort de l'influence de deux sels ajoutés différents, Nacl et CaCl2, sur la viscosité apparente duHEC solution dont la viscosité apparente diminue avec l'ajout du sel ajouté, et au même taux de cisaillement, la viscosité apparente duHEC solution dans le système de solution CaCl2 La viscosité apparente est nettement supérieure à celle deHEC solution dans le système de solution NaCl. La raison en est que le sel de calcium est un ion divalent et qu’il est plus facile de se lier au Cl- de la chaîne latérale du polyélectrolyte. La combinaison du groupe ammonium quaternaire surHEC avec Cl- est réduit, le blindage est moindre et la densité de charge de la chaîne polymère est plus élevée, ce qui entraîne une répulsion électrostatique sur la chaîne polymère plus grande et la chaîne polymère est étirée, de sorte que la viscosité apparente est plus élevée.

4. Conclusion

La préparation sèche de cellulose cationique hautement substituée est une méthode de préparation idéale avec une opération simple, une efficacité de réaction élevée et moins de pollution, et peut éviter une consommation d'énergie élevée, une pollution de l'environnement et une toxicité causée par l'utilisation de solvants.

La solution d'éther de cellulose cationique présente les caractéristiques d'un fluide non newtonien et présente les caractéristiques de fluidification par cisaillement ; à mesure que la concentration massique de la solution augmente, sa viscosité apparente augmente ; dans une certaine concentration de solution saline,HEC la viscosité apparente augmente avec l'augmentation et la diminution. Sous le même taux de cisaillement, la viscosité apparente deHEC dans le système de solution CaCl2 est supérieure à celle deHEC dans le système de solution NaCl.