Etherification reaksje op cellulose ether

De etherifikaasjeaktiviteit fan cellulose waard studearre troch respektivelik kneadmasjine en roerreaktor, en hydroxyethylcellulose en carboxymethylcellulose waarden respektivelik makke troch chloroethanol en monochloroacetic acid. De resultaten die bliken dat de etherification reaksje fan cellulose waard útfierd troch stirring reaktor ûnder de betingst fan hege yntinsiteit agitation. Cellulose hat goede etherification reaktiviteit, dat is better as de kneader metoade yn it ferbetterjen fan etherification effisjinsje en it ferbetterjen fan de ljocht transmissie fan it produkt yn wetterige oplossing. produkten.

kaaiwurden:etherification reaksje; cellulose;Hydroxyethyl cellulose; Carboxymethyl cellulose

Yn 'e ûntwikkeling fan ferfine katoen cellulose ether produkten, solvent metoade wurdt in soad brûkt en kneading masine wurdt brûkt as reaksje apparatuer. Katoencellulose is lykwols benammen gearstald út kristalregio's wêr't molekulen kreas en nau wurde regele. Wannear't kneading masine wurdt brûkt as reaksje apparatuer, de kneading earm fan kneading masine is stadich tidens reaksje, en it ferset fan etherifying agint te fieren ferskillende lagen fan cellulose is grut en de snelheid is stadich, resultearret yn lange reaksje tiid, hege oanpart fan kant reaksjes en unjildich ferdieling fan substituent groepen op cellulose molekulêre keatlingen.

Gewoanlik is de etherifikaasjereaksje fan cellulose in heterogene reaksje fan bûten en binnen. As der gjin eksterne dynamyske aksje, etherifying agent is dreech om te fieren de crystallization sône fan cellulose. En troch de foarbehanneling fan ferfine katoen (lykas it brûken fan fysike metoaden te fergrutsjen it oerflak fan ferfine katoen), tagelyk mei stirring reactor foar reaksje apparatuer, mei help fan rapid stirring etherification reaksje, neffens redenearring, cellulose kin sterk swollen, de swolling fan cellulose amorf gebiet en crystallization gebiet tend to wêzen konsekwint, ferbetterjen de reaksje aktiviteit. De homogene ferdieling fan cellulose ether substituenten yn heterogene etherification reaksje systeem kin berikt wurde troch it fergrutsjen fan de eksterne stirring macht. Dat it sil de takomstige ûntwikkelingsrjochting fan ús lân wêze om cellulose-etherifikaasjeprodukten fan hege kwaliteit te ûntwikkeljen mei reageare type reaksjekettel as reaksjeapparatuer.

1. Eksperiminteel diel

1.1 Raffinearre katoen cellulose grûnstof foar test

Neffens de ferskillende reaksjeapparatuer brûkt yn it eksperimint, binne de metoaden foar foarbehanneling fan katoencellulose oars. As de kneader wurdt brûkt as de reaksje apparatuer, de foarbehanneling metoaden binne ek oars. As de kneader wurdt brûkt as de reaksje apparatuer, de crystallinity fan de raffinearre katoen cellulose brûkt is 43,9%, en de gemiddelde lingte fan de raffinearre katoen cellulose is 15 ~ 20mm. De kristalliniteit fan ferfine katoencellulose is 32,3% en de gemiddelde lingte fan ferfine katoencellulose is minder dan 1 mm as roerreaktor wurdt brûkt as reaksjeapparatuer.

1.2 Untwikkeling fan carboxymethylcellulose en hydroxyethylcellulose

De tarieding fan carboxymethyl cellulose en hydroxyethyl cellulose kin wurde útfierd troch it brûken fan 2L kneader as reaksje apparatuer (de gemiddelde snelheid by reaksje is 50r / min) en 2L stirring reactor as reaksje apparatuer (de gemiddelde snelheid tidens reaksje is 500r / min).

Tidens de reaksje wurde alle grûnstoffen ôflaat fan de strikte kwantitative reaksje. It produkt krigen fan 'e reaksje wurdt wosken mei w = 95% ethanol, en dan droege troch fakuüm foar 24h ûnder de negative druk fan 60 ℃ en 0.005 mpa. De fochtynhâld fan it krigen monster is w = 2,7% ± 0,3%, en it produktmonster foar analyse wurdt wosken oant de jiske ynhâld w <0,2%.

De tariedingstappen fan kneadmasjine as reaksjeapparatuer binne as folget:

Etherifikaasjereaksje → produktwaskjen → drogen → geraspte granulaasje → ferpakking wurdt útfierd yn kneader.

De tariedingstappen fan roerreaktor as reaksjeapparatuer binne as folget:

Etherifikaasjereaksje → produktwaskjen → drogen en granulaasje → ferpakking wurdt útfierd yn in roerreaktor.

It kin sjoen wurde dat de kneader wurdt brûkt as reaksje apparatuer foar de tarieding fan de skaaimerken fan lege reaksje effisjinsje, drogen en grinding granulation stap foar stap, en de kwaliteit fan it produkt sil gâns fermindere yn it slypjen proses.

De skaaimerken fan it tariedingsproses mei roerreaktor as reaksjeapparatuer binne as folget: hege reaksje-effisjinsje, de produktgranulaasje nimt de tradisjonele metoade foar it drogen en slypjen fan it granulaasjeproses net oan, en it drogen en granulaasjeproses wurde tagelyk útfierd mei de undried produkten nei wassen, en de produkt kwaliteit bliuwt ûnferoare yn it drogen en granulation proses.

1.3 X-ray diffraksje analyze

X-ray diffraksje analyze waard útfierd troch Rigaku D / max-3A X-ray diffractometer, grafyt monochromator, Θ Angle wie 8 ° ~ 30 °, CuKα ray, tube druk en tube flow wiene 30kV en 30mA.

1.4 Ynfraread spektrum analyze

Spectrum-2000PE FTIR ynfraread spektrometer waard brûkt foar ynfraread spektrum analyze. Alle samples foar ynfrareadspektrumanalyse hienen in gewicht fan 0.0020g. Dizze samples waarden respektivelik mongen mei 0.1600g KBr, en dan yndrukt (mei in dikte fan <0.8mm) en analysearre.

1.5 Transmittance detection

De transmittânsje waard ûntdutsen troch 721 spektrofotometer. CMC oplossing w = w1% waard pleatst yn in 1cm kolorimetryske skûtel by 590nm golflingte.

1.6 Mjitte fan ferfanging deteksje

De HEC-substitúsjegraad fan hydroxyethylcellulose waard mjitten troch standert gemyske analysemetoade. It prinsipe is dat HEC kin wurde ûntbûn troch HI hydroiodate by 123 ℃, en de graad fan substitúsje fan HEC kin bekend wurde troch it mjitten fan de ûntbûne stoffen produsearre ethylene en ethylene iodide. De graad fan ferfanging fan hydroxymethylcellulose kin ek wurde hifke troch standert gemyske analysemetoaden.

2. Resultaten en diskusje

Twa soarten reaksje tsjettel wurde hjir brûkt: ien is kneading masine as reaksje apparatuer, de oare is stirring type reaksje tsjettel as reaksje apparatuer, yn heterogene reaksje systeem, alkaline steat en alkoholysk wetter solvent systeem, etherification reaksje fan ferfine katoen cellulose wurdt studearre. Under harren binne de technologyske skaaimerken fan kneadmasjine as reaksjeapparatuer: Yn 'e reaksje is de snelheid fan' e kneadarm stadich, de reaksjetiid is lang, it oanpart fan side-reaksjes is heech, it gebrûksnivo fan etherifying agent is leech, en de uniformiteit fan substituting groep ferdieling yn etherizing reaksje is min. It ûndersyksproses kin allinich beheind wurde ta relatyf smelle reaksjebetingsten. Derneist binne de oanpasberens en kontrolearberens fan haadreaksjebetingsten (lykas badferhâlding, alkalikonsintraasje, snelheid fan kneadingarm fan kneadmasine) tige min. It is lestich om de ûngefear uniformiteit fan etherification reaksje te berikken en de massa oerdracht en penetraasje fan etherification reaksje proses yn djipte te studearjen. De prosesfunksjes fan roerreaktor as reaksjeapparatuer binne: snelle roersnelheid yn reaksje, snelle reaksjesnelheid, hege benuttingssnelheid fan etherisearjende agint, unifoarme ferdieling fan etherisearjende substituenten, ferstelbere en kontrolearbere haadreaksjebetingsten.

Carboxymethyl cellulose CMC waard taret troch respektivelik kneader reaksje apparatuer en roerreaktor reaksje apparatuer. Doe't de kneader waard brûkt as de reaksje apparatuer, de stirring yntinsiteit wie leech en de gemiddelde rotaasje snelheid wie 50r / min. Doe't de stirring reaktor waard brûkt as de reaksje apparatuer, de stirring yntinsiteit wie heech en de gemiddelde rotaasje snelheid wie 500r / min. Doe't de molêre ferhâlding fan monochloroacetic acid oan cellulose monosaccharide wie 1: 5: 1, de reaksje tiid wie 1.5h by 68 ℃. De ljocht transmittance fan CMC krigen troch kneading masine wie 98,02% en de etherification effisjinsje wie 72% fanwege de goede permeability fan CM yn chloroacetic acid etherifying agent. Doe't de roerreaktor waard brûkt as de reaksje apparatuer, de permeabiliteit fan de etherifying agent wie better, de transmittance fan CMC wie 99,56%, en de etherizing reaksje effisjinsje waard ferhege nei 81%.

Hydroxyethyl cellulose HEC waard taret mei kneader en roerreaktor as reaksje apparatuer. Doe't kneader waard brûkt as reaksje apparatuer, de reaksje effisjinsje fan etherizing agent wie 47% en wetteroplosberheid wie min doe't de permeabiliteit fan chloroethyl alkohol etherizing agent wie min en de molêre ferhâlding fan chloroethanol oan cellulose monosaccharide wie 3: 1 by 60 ℃ foar 4h . Allinich as de molêre ferhâlding fan chloroethanol oan cellulose monosaccharides 6: 1 is, kinne de produkten mei goede wetteroplosberens foarmje. Doe't de roerreaktor waard brûkt as de reaksje apparatuer, de permeabiliteit fan chloroethyl alkohol etherification agent waard better by 68 ℃ foar 4h. Doe't de molêre ferhâlding fan chloroethanol oan cellulose monosaccharide wie 3: 1, de resultearjende HEC hie in bettere wetteroplosberheid, en de etherification reaksje effisjinsje waard ferhege nei 66%.

De reaksje effisjinsje en reaksje snelheid fan de etherizing agent chloroacetic acid binne folle heger as dy fan chloroethanol, en de stirring reactor as etherizing reaksje apparatuer hat foar de hân lizzende foardielen boppe de kneader, dat gâns ferbetteret de etherizing reaksje effisjinsje. De hege transmittiviteit fan CMC jout ek yndirekt oan dat de roerreaktor as etherisearjende reaksjeapparatuer de homogeniteit fan etherisearjende reaksje kin ferbetterje. Dit is om't de celluloseketen trije hydroxylgroepen hat op elke glukoazegroepring, en allinich yn in sterk swollen of oploste steat binne alle cellulosehydroxylpearen fan etherifisearjende molekulen tagonklik. De etherifikaasjereaksje fan cellulose is meastentiids in heterogene reaksje fan bûten nei binnen, benammen yn it kristallijne gebiet fan cellulose. Wannear't de kristalstruktuer fan cellulose yntakt bliuwt sûnder it effekt fan eksterne krêft, is etherifying agent dreech om de kristallijne struktuer yn te gean, wat de homogeniteit fan 'e heterogene reaksje beynfloedet. Dêrom, troch it foarbehanneljen fan it ferfine katoen (lykas it fergrutsjen fan it spesifike oerflak fan it ferfine katoen), kin de reaktiviteit fan it ferfine katoen ferbettere wurde. Yn de grutte bad ratio (ethanol / cellulose of isopropyl alkohol / cellulose en hege-snelheid stirring reaksje, neffens de redenearring, sil de folchoarder fan de cellulose crystallization sône wurde fermindere, op dit stuit kin de cellulose sterk swollen, sadat de swolling fan de amorphous en crystalline cellulose sône tend to wêzen konsekwint, Sa, de reaktiviteit fan amorphous regio en crystalline regio is fergelykber.

Troch middel fan ynfrareadspektrumanalyse en röntgendiffraksjeanalyse kin it etherifikaasjereaksjeproses fan cellulose libbender wurde begrepen as roerreaktor wurdt brûkt as etherifikaasjereaksjeapparatuer.

Hjir waarden ynfrareadspektra en röntgendiffraksjespektra analysearre. De etherifikaasjereaksje fan CMC en HEC waard útfierd yn in roerreaktor ûnder de hjirboppe beskreaune reaksjebetingsten.

De ynfraread spektrum analyze lit sjen dat de etheration reaksje fan CMC en HEC feroaret regelmjittich mei de útwreiding fan reaksje tiid, de graad fan substitúsje is oars.

Troch de analyze fan X-ray diffraksje patroan, de crystallinity fan CMC en HEC tend to nul mei de ferlinging fan reaksje tiid, wat oanjout dat it decrystallization proses is yn prinsipe realisearre yn de alkalisation poadium en de ferwaarming poadium foar de etherification reaksje fan ferfine katoen . Dêrom is de carboxymethyl en hydroxyethyl etherification reaktiviteit fan raffinearre katoen net mear benammen beheind troch de crystallinity fan raffinearre katoen. It is besibbe oan de permeabiliteit fan etherifying agent. It kin oantoand wurde dat de etherifikaasjereaksje fan CMC en HEC wurdt útfierd mei roerreaktor as reaksjeapparatuer. Under hege snelheid stirring, it is foardielich foar de decrystallization proses fan it ferfine katoen yn de alkalisation poadium en de ferwaarming poadium foar etherification reaksje, en helpt de etherification agint te permeate yn de cellulose, sa as te ferbetterjen de etherification reaksje effisjinsje en substitúsje uniformiteit .

Ta beslút beklammet dizze stúdzje de ynfloed fan roerkrêft en oare faktoaren op 'e reaksje-effisjinsje tidens it reaksjeproses. Dêrom is it foarstel fan dizze stúdzje basearre op de folgjende redenen: Yn it heterogene etheraasjereaksjesysteem is it gebrûk fan grutte badferhâlding en hege roerintensiteit, ensfh. distribúsje; Yn in spesifyk heterogene etheration reaksje systeem, hege prestaasjes cellulose ether mei likernôch unifoarme ferdieling fan substituents kinne wurde taret troch it brûken fan roerreaktor as reaksje apparatuer, dat lit sjen dat cellulose ether waterige oplossing hat in hege transmittance, dat is fan grutte betsjutting foar it útwreidzjen fan de eigenskippen en funksjes fan cellulose ether. De kneading masine wurdt brûkt as reaksje apparatuer te bestudearjen etherification reaksje fan ferfine katoen. Troch de lege stirring yntinsiteit, it is net goed foar de penetraasje fan etherification agent, en hat wat neidielen lykas hege oanpart fan kant reaksjes en minne distribúsje unifoarmiteit fan etherification substituents.