Síntese e propiedades reolóxicas do éter hidroxietil celulósico

En presenza dun catalizador alcalino de fabricación propia, hidroxietil industrial a celulosa foi reaccionada co reactivo de cationización de cloruro de N-(2,3-epoxipropil)trimetilamonio (GTA) para preparar amonio cuaternario de alta substitución por método seco Tipo de sal Éter hidroxietil celulosa (HEC). Os efectos da relación de GTA a hidroxietil celulosa (HEC), a relación de NaOH a HEC, a temperatura de reacción e o tempo de reacción sobre a eficiencia da reacción foron investigados cun plan experimental uniforme e as condicións de proceso optimizadas obtivéronse mediante Monte. Simulación de Carlo. E a eficiencia da reacción do reactivo de eterificación catiónica alcanza o 95% mediante a verificación experimental. Ao mesmo tempo, discutíronse as súas propiedades reolóxicas. Os resultados mostraron que a solución deHEC mostrou as características do fluído non newtoniano, e a súa viscosidade aparente aumentou co aumento da concentración en masa da solución; nunha determinada concentración de solución salina, a viscosidade aparente deHEC diminuíu co aumento da concentración de sal engadido. Baixo a mesma velocidade de cizallamento, a viscosidade aparente deHEC no sistema de solución de CaCl2 é maior que o deHEC en sistema de solución de NaCl.

Palabras clave:Hidroxietiloéter de celulosa; proceso seco; propiedades reolóxicas

A celulosa ten as características de fontes ricas, biodegradabilidade, biocompatibilidade e fácil derivatización, e é un foco de investigación en moitos campos. A celulosa catiónica é un dos representantes máis importantes dos derivados da celulosa. Entre os polímeros catiónicos para produtos de protección persoal rexistrados polo CTFA da Fragrance Industry Association, o seu consumo é o primeiro. Pódese usar amplamente en aditivos acondicionadores para acondicionadores de cabelo, suavizantes, inhibidores de hidratación de xisto de perforación e axentes anticoagulantes do sangue e outros campos.

Na actualidade, o método de preparación do éter hidroxietil celulósico catiónico de amonio cuaternario é un método disolvente, que require unha gran cantidade de disolventes orgánicos caros, é caro, inseguro e contamina o medio ambiente. En comparación co método de disolvente, o método seco ten as vantaxes destacadas dun proceso sinxelo, unha alta eficiencia de reacción e unha menor contaminación ambiental. Neste traballo, sintetizouse éter de celulosa catiónica por método seco e estudouse o seu comportamento reolóxico.

1. Parte experimental

1.1 Materiais e reactivos

Hidroxietil celulosa (produto industrial HEC, o seu grao de substitución molecular DS é de 1,8 ~ 2,0); reactivo de cationización Cloruro de N-(2,3-epoxipropil)trimetilamonio (GTA), preparado a partir de cloruro de epoxi O propano e a trimetilamina fanse por si mesmo baixo certas condicións; catalizador alcalino de fabricación propia; o etanol e o ácido acético glacial son analiticamente puros; NaCl, KCl, CaCl2 e AlCl3 son reactivos químicamente puros.

1.2 Preparación de celulosa catiónica de amonio cuaternario

Engade 5 g de hidroxietil celulosa e unha cantidade adecuada de catalizador alcalino caseiro nun cilindro cilíndrico de aceiro equipado cun axitador e axita durante 20 minutos a temperatura ambiente; A continuación, engade unha certa cantidade de GTA, continúa mexendo durante 30 minutos a temperatura ambiente e reacciona a unha determinada temperatura e tempo, obtivo un produto bruto sólido esencialmente baseado. O produto bruto móllase nunha solución de etanol que contén unha cantidade axeitada de ácido acético, fíltrase, lávase e sécase ao baleiro para obter celulosa catiónica de amonio cuaternario en po.

1.3 Determinación da fracción en masa de nitróxeno da hidroxietil celulosa catiónica de amonio cuaternario

A fracción en masa de nitróxeno nas mostras determinouse polo método Kjeldahl.

2. Deseño experimental e optimización do proceso de síntese en seco

Utilizouse o método de deseño uniforme para deseñar o experimento e investigáronse os efectos da proporción de GTA e hidroxietil celulosa (HEC), a relación de NaOH a HEC, a temperatura de reacción e o tempo de reacción sobre a eficiencia da reacción.

3. Investigación sobre propiedades reolóxicas

3.1 Influencia da concentración e da velocidade de rotación

Tomando o efecto da velocidade de cizallamento sobre a viscosidade aparente deHEC a diferentes concentracións Ds=0,11 como exemplo, pódese ver que a medida que a velocidade de cizallamento aumenta gradualmente de 0,05 a 0,5 s-1, a viscosidade aparente deHEC a solución diminúe, especialmente a 0,05 ~ 0,5s-1 a viscosidade aparente caeu drasticamente desde 160 MPa·s a 40 MPa·s, adelgazamento por corte, que indica que oHEC solución acuosa presentaba propiedades reolóxicas non newtonianas. O efecto do esforzo cortante aplicado é reducir a forza de interacción entre as partículas da fase dispersa. En determinadas condicións, canto maior sexa a forza, maior será a viscosidade aparente.

Tamén se pode ver a partir das viscosidades aparentes de 3% e 4%HEC solucións acuosas que a concentración en masa é respectivamente do 3% e do 4% a diferentes velocidades de cizallamento. A viscosidade aparente da solución indica que a súa capacidade para aumentar a viscosidade aumenta coa concentración. A razón é que a medida que aumenta a concentración no sistema de solución, a repulsión mutua entre as moléculas da cadea principal deHEC e entre as cadeas moleculares aumenta, e aumenta a viscosidade aparente.

3.2 Efecto das diferentes concentracións de sal engadido

A concentración deHEC fixouse nun 3%, e investigouse o efecto da adición de sal NaCl nas propiedades de viscosidade da solución a diferentes velocidades de cizallamento.

A partir dos resultados pódese ver que a viscosidade aparente diminúe co aumento da concentración de sal engadido, mostrando un fenómeno polielectrolítico evidente. Isto débese a que parte do Na+ da solución salina está unida ao anión doHEC cadea lateral. Canto maior sexa a concentración da solución salina, maior será o grao de neutralización ou apantallamento do poliión polo contraión, e a redución da repulsión electrostática, resultando nunha diminución da densidade de carga do poliión. , a cadea polimérica encolle e enróllase, e a concentración aparente diminúe.

3.3 Efecto de diferentes sales engadidas sobre

Pódese ver pola influencia de dous sales diferentes engadidos, Nacl e CaCl2, na viscosidade aparente doHEC solución que a viscosidade aparente diminúe coa adición do sal engadido, e á mesma velocidade de cizallamento, a viscosidade aparente doHEC solución no sistema de solución de CaCl2 A viscosidade aparente é significativamente maior que a deHEC solución en sistema de solución de NaCl. A razón é que o sal de calcio é un ión divalente, e é máis fácil unirse ao Cl- da cadea lateral do polielectrolito. A combinación do grupo amonio cuaternario enHEC con Cl- redúcese e o apantallamento é menor e a densidade de carga da cadea de polímero é maior, o que resulta en A repulsión electrostática na cadea de polímero é maior e a cadea de polímero está estirada, polo que a viscosidade aparente é maior.

4. Conclusión

A preparación en seco de celulosa catiónica altamente substituída é un método de preparación ideal cun funcionamento sinxelo, alta eficiencia de reacción e menos contaminación, e pode evitar un alto consumo de enerxía, contaminación ambiental e toxicidade causada polo uso de disolventes.

A disolución de éter de celulosa catiónica presenta as características do fluído non newtoniano e ten as características de adelgazamento por cizallamento; a medida que aumenta a concentración en masa da solución, aumenta a súa viscosidade aparente; nunha determinada concentración de solución salina,HEC a viscosidade aparente aumenta co aumento e a diminución. Baixo a mesma velocidade de cizallamento, a viscosidade aparente deHEC no sistema de solución de CaCl2 é maior que o deHEC en sistema de solución de NaCl.