सेलूलोज़ ईथर पर ईथरीकरण प्रतिक्रिया

सेल्युलोज की ईथरीकरण गतिविधि का अध्ययन क्रमशः सानना मशीन और सरगर्मी रिएक्टर द्वारा किया गया था, और हाइड्रॉक्सीएथाइल सेलुलोज और कार्बोक्सिमिथाइल सेलुलोज को क्रमशः क्लोरोएथेनॉल और मोनोक्लोरोएसेटिक एसिड द्वारा तैयार किया गया था। परिणामों से पता चला कि सेलूलोज़ की ईथरीकरण प्रतिक्रिया उच्च तीव्रता की स्थिति के तहत रिएक्टर को हिलाकर की गई थी। सेलूलोज़ में अच्छी ईथरीकरण प्रतिक्रियाशीलता होती है, जो ईथरीकरण दक्षता में सुधार करने और जलीय घोल में उत्पाद के प्रकाश संचरण को बढ़ाने में नीडर विधि से बेहतर है।) इसलिए, प्रतिक्रिया प्रक्रिया की सरगर्मी तीव्रता में सुधार करना सजातीय सेलूलोज़ ईथरीकरण को विकसित करने का एक बेहतर तरीका है। उत्पाद.

मुख्य शब्द:ईथरीकरण प्रतिक्रिया; सेलूलोज़;हाइड्रोक्सीएथाइल सेलूलोज़; कार्बोक्सिमिथाइल सेलूलोज़

परिष्कृत कपास सेलूलोज़ ईथर उत्पादों के विकास में, विलायक विधि का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है और सानना मशीन का उपयोग प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में किया जाता है। हालाँकि, कपास सेलूलोज़ मुख्य रूप से क्रिस्टल क्षेत्रों से बना होता है जहाँ अणु बड़े करीने से और बारीकी से व्यवस्थित होते हैं। जब सानना मशीन का उपयोग प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में किया जाता है, तो सानना मशीन का सानना हाथ प्रतिक्रिया के दौरान धीमा होता है, और सेल्युलोज की विभिन्न परतों में प्रवेश करने के लिए ईथरिफाइंग एजेंट का प्रतिरोध बड़ा होता है और गति धीमी होती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया समय लंबा होता है, पक्ष का अनुपात अधिक होता है। सेल्युलोज आणविक श्रृंखलाओं पर प्रतिस्थापी समूहों की प्रतिक्रियाएं और असमान वितरण।

आमतौर पर सेलूलोज़ की ईथरीकरण प्रतिक्रिया बाहर और अंदर एक विषम प्रतिक्रिया होती है। यदि कोई बाहरी गतिशील क्रिया नहीं है, तो ईथरिफाइंग एजेंट का सेलूलोज़ के क्रिस्टलीकरण क्षेत्र में प्रवेश करना मुश्किल है। और परिष्कृत कपास के पूर्व उपचार के माध्यम से (जैसे कि परिष्कृत कपास की सतह को बढ़ाने के लिए भौतिक तरीकों का उपयोग करना), साथ ही प्रतिक्रिया उपकरण के लिए सरगर्मी रिएक्टर के साथ, तेजी से सरगर्मी ईथरीकरण प्रतिक्रिया का उपयोग करना, तर्क के अनुसार, सेलूलोज़ दृढ़ता से सूजन कर सकता है, सूजन सेल्युलोज अनाकार क्षेत्र और क्रिस्टलीकरण क्षेत्र सुसंगत होता है, प्रतिक्रिया गतिविधि में सुधार करता है। विषम ईथरीकरण प्रतिक्रिया प्रणाली में सेलूलोज़ ईथर प्रतिस्थापन का सजातीय वितरण बाहरी सरगर्मी शक्ति को बढ़ाकर प्राप्त किया जा सकता है। इसलिए प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में उत्तेजित प्रकार की प्रतिक्रिया केतली के साथ उच्च गुणवत्ता वाले सेलूलोज़ ईथरीकरण उत्पादों को विकसित करना हमारे देश की भविष्य की विकास दिशा होगी।

1. प्रायोगिक भाग

1.1 परीक्षण के लिए परिष्कृत कपास सेलूलोज़ कच्चा माल

प्रयोग में उपयोग किए गए विभिन्न प्रतिक्रिया उपकरणों के अनुसार, कपास सेलूलोज़ के पूर्व-उपचार के तरीके अलग-अलग हैं। जब नीडर का उपयोग प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में किया जाता है, तो पूर्व-उपचार के तरीके भी भिन्न होते हैं। जब नीडर का उपयोग प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में किया जाता है, तो उपयोग किए जाने वाले परिष्कृत कपास सेलूलोज़ की क्रिस्टलीयता 43.9% होती है, और परिष्कृत कपास सेलूलोज़ की औसत लंबाई 15 ~ 20 मिमी होती है। परिष्कृत कपास सेलूलोज़ की क्रिस्टलीयता 32.3% है और जब सरगर्मी रिएक्टर को प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में उपयोग किया जाता है तो परिष्कृत कपास सेलूलोज़ की औसत लंबाई 1 मिमी से कम होती है।

1.2 कार्बोक्सिमिथाइल सेलुलोज और हाइड्रॉक्सीएथाइल सेलुलोज का विकास

कार्बोक्सिमिथाइल सेलुलोज और हाइड्रोक्सीएथाइल सेलुलोज की तैयारी प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में 2L नीडर (प्रतिक्रिया के दौरान औसत गति 50r/मिनट है) और प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में 2L सरगर्मी रिएक्टर (प्रतिक्रिया के दौरान औसत गति 500r/मिनट है) का उपयोग करके की जा सकती है।

प्रतिक्रिया के दौरान, सभी कच्चे माल सख्त मात्रात्मक प्रतिक्रिया से प्राप्त होते हैं। प्रतिक्रिया से प्राप्त उत्पाद को w=95% इथेनॉल से धोया जाता है, और फिर 60℃ और 0.005mpa के नकारात्मक दबाव में 24 घंटे के लिए वैक्यूम द्वारा सुखाया जाता है। प्राप्त नमूने में नमी की मात्रा w=2.7%±0.3% है, और विश्लेषण के लिए उत्पाद के नमूने को राख की मात्रा w <0.2% होने तक धोया जाता है।

प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में सानना मशीन की तैयारी के चरण इस प्रकार हैं:

ईथरीकरण प्रतिक्रिया → उत्पाद की धुलाई → सुखाना → कसा हुआ दानेदार बनाना → पैकेजिंग नीडर में की जाती है।

प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में रिएक्टर को हिलाने की तैयारी के चरण इस प्रकार हैं:

ईथरीकरण प्रतिक्रिया → उत्पाद की धुलाई → सुखाना और दानेदार बनाना → पैकेजिंग एक उत्तेजित रिएक्टर में की जाती है।

यह देखा जा सकता है कि कम प्रतिक्रिया दक्षता की विशेषताओं की तैयारी के लिए नीडर का उपयोग प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में किया जाता है, दाने को चरण दर चरण सुखाना और पीसना, और पीसने की प्रक्रिया में उत्पाद की गुणवत्ता बहुत कम हो जाएगी।

प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में उत्तेजित रिएक्टर के साथ तैयारी प्रक्रिया की विशेषताएं इस प्रकार हैं: उच्च प्रतिक्रिया दक्षता, उत्पाद दानेदार बनाना सुखाने और पीसने की पारंपरिक दानेदार बनाने की प्रक्रिया विधि को नहीं अपनाता है, और सुखाने और दानेदार बनाने की प्रक्रिया एक ही समय में की जाती है धोने के बाद सूखे उत्पाद, और सुखाने और दानेदार बनाने की प्रक्रिया में उत्पाद की गुणवत्ता अपरिवर्तित रहती है।

1.3 एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण रिगाकु डी/मैक्स-3ए एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर, ग्रेफाइट मोनोक्रोमेटर द्वारा किया गया था, Θ कोण 8°~30° था, CuKα किरण, ट्यूब दबाव और ट्यूब प्रवाह 30kV और 30mA थे।

1.4 इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम विश्लेषण

स्पेक्ट्रम-2000PE FTIR इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम विश्लेषण के लिए किया गया था। इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम विश्लेषण के लिए सभी नमूनों का वजन 0.0020 ग्राम था। इन नमूनों को क्रमशः 0.1600 ग्राम केबीआर के साथ मिलाया गया, और फिर दबाया गया (<0.8 मिमी की मोटाई के साथ) और विश्लेषण किया गया।

1.5 संप्रेषण का पता लगाना

संप्रेषण का पता 721 स्पेक्ट्रोफोटोमीटर द्वारा लगाया गया। सीएमसी समाधान w=w1% को 590 एनएम तरंग दैर्ध्य पर 1 सेमी वर्णमिति डिश में डाला गया था।

1.6 प्रतिस्थापन पहचान की डिग्री

हाइड्रॉक्सीथाइल सेलुलोज की एचईसी प्रतिस्थापन डिग्री को मानक रासायनिक विश्लेषण विधि द्वारा मापा गया था। सिद्धांत यह है कि एचईसी को 123 ℃ पर एचआई हाइड्रोआयोडेट द्वारा विघटित किया जा सकता है, और एचईसी के प्रतिस्थापन की डिग्री को उत्पादित विघटित पदार्थों एथिलीन और एथिलीन आयोडाइड को मापकर जाना जा सकता है। हाइड्रोक्सीमिथाइल सेलुलोज के प्रतिस्थापन की डिग्री का परीक्षण मानक रासायनिक विश्लेषण विधियों द्वारा भी किया जा सकता है।

2. परिणाम और चर्चा

यहां दो प्रकार की प्रतिक्रिया केतली का उपयोग किया जाता है: एक प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में सानना मशीन है, दूसरा प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में सरगर्मी प्रकार की प्रतिक्रिया केतली है, विषम प्रतिक्रिया प्रणाली, क्षारीय स्थिति और अल्कोहल जल विलायक प्रणाली में, परिष्कृत कपास सेलूलोज़ की ईथरीकरण प्रतिक्रिया का अध्ययन किया जाता है। उनमें से, प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में सानना मशीन की तकनीकी विशेषताएं हैं: प्रतिक्रिया में, सानना हाथ की गति धीमी है, प्रतिक्रिया का समय लंबा है, साइड प्रतिक्रियाओं का अनुपात अधिक है, ईथरिफाइंग एजेंट की उपयोग दर कम है, और ईथराइजिंग प्रतिक्रिया में समूह वितरण को प्रतिस्थापित करने की एकरूपता खराब है। अनुसंधान प्रक्रिया केवल अपेक्षाकृत संकीर्ण प्रतिक्रिया स्थितियों तक ही सीमित हो सकती है। इसके अलावा, मुख्य प्रतिक्रिया स्थितियों (जैसे स्नान अनुपात, क्षार एकाग्रता, सानना मशीन की सानना हाथ की गति) की समायोजन क्षमता और नियंत्रणीयता बहुत खराब है। ईथरीकरण प्रतिक्रिया की अनुमानित एकरूपता प्राप्त करना और ईथरीकरण प्रतिक्रिया प्रक्रिया के बड़े पैमाने पर स्थानांतरण और प्रवेश का गहराई से अध्ययन करना मुश्किल है। प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में सरगर्मी रिएक्टर की प्रक्रिया विशेषताएं हैं: प्रतिक्रिया में तेज सरगर्मी गति, तेज प्रतिक्रिया गति, ईथराइजिंग एजेंट की उच्च उपयोग दर, ईथराइजिंग प्रतिस्थापन का समान वितरण, समायोज्य और नियंत्रणीय मुख्य प्रतिक्रिया स्थितियां।

कार्बोक्सिमिथाइल सेलूलोज़ सीएमसी क्रमशः नीडर प्रतिक्रिया उपकरण और सरगर्मी रिएक्टर प्रतिक्रिया उपकरण द्वारा तैयार किया गया था। जब नीडर का उपयोग प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में किया गया था, तो सरगर्मी की तीव्रता कम थी और औसत घूर्णन गति 50r/मिनट थी। जब सरगर्मी रिएक्टर का उपयोग प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में किया गया था, तो सरगर्मी की तीव्रता अधिक थी और औसत घूर्णन गति 500r/मिनट थी। जब मोनोक्लोरोएसेटिक एसिड और सेल्युलोज मोनोसैकेराइड का मोलर अनुपात 1:5:1 था, तो 68℃ पर प्रतिक्रिया समय 1.5h था। सानने वाली मशीन द्वारा प्राप्त सीएमसी का प्रकाश संप्रेषण 98.02% था और क्लोरोएसेटिक एसिड ईथरिफाइंग एजेंट में सीएम की अच्छी पारगम्यता के कारण ईथरीकरण दक्षता 72% थी। जब सरगर्मी रिएक्टर का उपयोग प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में किया गया था, तो ईथराइजिंग एजेंट की पारगम्यता बेहतर थी, सीएमसी का संप्रेषण 99.56% था, और ईथराइजिंग प्रतिक्रिया दक्षता 81% तक बढ़ गई थी।

हाइड्रॉक्सीएथाइल सेलुलोज एचईसी को प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में नीडर और स्टिरिंग रिएक्टर के साथ तैयार किया गया था। जब नीडर का उपयोग प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में किया जाता था, तो ईथराइजिंग एजेंट की प्रतिक्रिया दक्षता 47% थी और पानी में घुलनशीलता खराब थी, जब क्लोरोइथाइल अल्कोहल ईथराइजिंग एजेंट की पारगम्यता खराब थी और क्लोरोएथेनॉल और सेल्युलोज मोनोसैकेराइड का मोलर अनुपात 4 घंटे के लिए 60 ℃ पर 3:1 था। . केवल जब क्लोरोएथेनॉल और सेल्युलोज मोनोसेकेराइड का मोलर अनुपात 6:1 हो, तो अच्छे पानी में घुलनशीलता वाले उत्पाद बन सकते हैं। जब सरगर्मी रिएक्टर को प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में उपयोग किया गया था, तो क्लोरोइथाइल अल्कोहल ईथरिफिकेशन एजेंट की पारगम्यता 4 घंटे के लिए 68 ℃ पर बेहतर हो गई थी। जब क्लोरोएथेनॉल और सेल्युलोज मोनोसैकेराइड का मोलर अनुपात 3:1 था, तो परिणामी एचईसी में पानी में बेहतर घुलनशीलता थी, और ईथरीकरण प्रतिक्रिया दक्षता 66% तक बढ़ गई थी।

ईथराइजिंग एजेंट क्लोरोएसेटिक एसिड की प्रतिक्रिया दक्षता और प्रतिक्रिया की गति क्लोरोएथेनॉल की तुलना में बहुत अधिक है, और ईथराइजिंग प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में सरगर्मी रिएक्टर में नीडर पर स्पष्ट फायदे हैं, जो ईथराइजिंग प्रतिक्रिया दक्षता में काफी सुधार करता है। सीएमसी की उच्च संचारण क्षमता अप्रत्यक्ष रूप से यह भी इंगित करती है कि ईथराइजिंग प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में सरगर्मी रिएक्टर ईथराइजिंग प्रतिक्रिया की एकरूपता में सुधार कर सकता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सेल्युलोज श्रृंखला में प्रत्येक ग्लूकोज-समूह रिंग पर तीन हाइड्रॉक्सिल समूह होते हैं, और केवल अत्यधिक सूजी हुई या घुली हुई अवस्था में ही ईथरिफाइंग एजेंट अणुओं के सभी सेल्यूलोज हाइड्रॉक्सिल जोड़े पहुंच योग्य होते हैं। सेल्युलोज की ईथरीकरण प्रतिक्रिया आम तौर पर बाहर से अंदर तक एक विषम प्रतिक्रिया होती है, खासकर सेल्युलोज के क्रिस्टलीय क्षेत्र में। जब सेल्युलोज की क्रिस्टल संरचना बाहरी बल के प्रभाव के बिना बरकरार रहती है, तो ईथराइजिंग एजेंट को क्रिस्टलीय संरचना में प्रवेश करना मुश्किल होता है, जिससे विषम प्रतिक्रिया की एकरूपता प्रभावित होती है। इसलिए, परिष्कृत कपास का पूर्व उपचार करके (जैसे कि परिष्कृत कपास की विशिष्ट सतह को बढ़ाना), परिष्कृत कपास की प्रतिक्रियाशीलता में सुधार किया जा सकता है। बड़े स्नान अनुपात (इथेनॉल / सेलूलोज़ या आइसोप्रोपाइल अल्कोहल / सेलूलोज़ और उच्च गति सरगर्मी प्रतिक्रिया) में, तर्क के अनुसार, सेलूलोज़ क्रिस्टलीकरण क्षेत्र का क्रम कम हो जाएगा, इस समय सेलूलोज़ दृढ़ता से सूज सकता है, जिससे सूजन हो जाती है अनाकार और क्रिस्टलीय सेलूलोज़ क्षेत्र सुसंगत होते हैं, इस प्रकार, अनाकार क्षेत्र और क्रिस्टलीय क्षेत्र की प्रतिक्रियाशीलता समान होती है।

इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम विश्लेषण और एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण के माध्यम से, सेल्युलोज की ईथरीकरण प्रतिक्रिया प्रक्रिया को और अधिक स्पष्ट रूप से समझा जा सकता है जब सरगर्मी रिएक्टर का उपयोग ईथरीकरण प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में किया जाता है।

यहां, इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रा और एक्स-रे विवर्तन स्पेक्ट्रा का विश्लेषण किया गया। सीएमसी और एचईसी की ईथरीकरण प्रतिक्रिया ऊपर वर्णित प्रतिक्रिया स्थितियों के तहत एक उत्तेजित रिएक्टर में की गई थी।

इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम विश्लेषण से पता चलता है कि सीएमसी और एचईसी की ईथरेशन प्रतिक्रिया प्रतिक्रिया समय के विस्तार के साथ नियमित रूप से बदलती है, प्रतिस्थापन की डिग्री अलग होती है।

एक्स-रे विवर्तन पैटर्न के विश्लेषण के माध्यम से, सीएमसी और एचईसी की क्रिस्टलीयता प्रतिक्रिया समय के विस्तार के साथ शून्य हो जाती है, यह दर्शाता है कि डिक्रिस्टलीकरण प्रक्रिया मूल रूप से परिष्कृत कपास की ईथरीकरण प्रतिक्रिया से पहले क्षारीकरण चरण और हीटिंग चरण में महसूस की गई है। . इसलिए, परिष्कृत कपास की कार्बोक्सिमिथाइल और हाइड्रॉक्सीएथाइल ईथरिफिकेशन प्रतिक्रियाशीलता अब मुख्य रूप से परिष्कृत कपास की क्रिस्टलीयता द्वारा प्रतिबंधित नहीं है। यह ईथरीकरण एजेंट की पारगम्यता से संबंधित है। यह दिखाया जा सकता है कि सीएमसी और एचईसी की ईथरीकरण प्रतिक्रिया प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में सरगर्मी रिएक्टर के साथ की जाती है। उच्च गति सरगर्मी के तहत, यह क्षारीकरण चरण में परिष्कृत कपास की डीक्रिस्टलीकरण प्रक्रिया और ईथरीकरण प्रतिक्रिया से पहले हीटिंग चरण के लिए फायदेमंद है, और ईथरीकरण एजेंट को सेलूलोज़ में प्रवेश करने में मदद करता है, ताकि ईथरीकरण प्रतिक्रिया दक्षता और प्रतिस्थापन एकरूपता में सुधार हो सके। .

निष्कर्ष में, यह अध्ययन प्रतिक्रिया प्रक्रिया के दौरान प्रतिक्रिया दक्षता पर सरगर्मी शक्ति और अन्य कारकों के प्रभाव पर जोर देता है। इसलिए, इस अध्ययन का प्रस्ताव निम्नलिखित कारणों पर आधारित है: विषम ईथरेशन प्रतिक्रिया प्रणाली में, बड़े स्नान अनुपात और उच्च सरगर्मी तीव्रता आदि का उपयोग, प्रतिस्थापन समूह के साथ लगभग सजातीय सेलूलोज़ ईथर की तैयारी के लिए बुनियादी शर्तें हैं वितरण; एक विशिष्ट विषम ईथर प्रतिक्रिया प्रणाली में, प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में सरगर्मी रिएक्टर का उपयोग करके प्रतिस्थापकों के लगभग समान वितरण के साथ उच्च प्रदर्शन सेलूलोज़ ईथर तैयार किया जा सकता है, जो दर्शाता है कि सेलूलोज़ ईथर जलीय घोल में उच्च संप्रेषण होता है, जो गुणों का विस्तार करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है और सेल्युलोज ईथर के कार्य। परिष्कृत कपास की ईथरीकरण प्रतिक्रिया का अध्ययन करने के लिए सानना मशीन का उपयोग प्रतिक्रिया उपकरण के रूप में किया जाता है। कम सरगर्मी की तीव्रता के कारण, यह ईथरिफिकेशन एजेंट के प्रवेश के लिए अच्छा नहीं है, और इसके कुछ नुकसान हैं जैसे कि साइड प्रतिक्रियाओं का उच्च अनुपात और ईथरिफिकेशन प्रतिस्थापनों की खराब वितरण एकरूपता।