Reakcija eterifikacije na celuloznom eteru

Aktivnost eterifikacije celuloze proučavana je pomoću stroja za gnječenje i reaktora za miješanje, a hidroksietil celuloza i karboksimetil celuloza pripremljene su pomoću kloroetanola, odnosno monokloroctene kiseline. Rezultati su pokazali da se reakcija eterifikacije celuloze odvija uz miješanje reaktora uz uvjete miješanja visokog intenziteta. Celuloza ima dobru reaktivnost eterifikacije, što je bolje od metode gnječenja u poboljšanju učinkovitosti eterifikacije i povećanju prijenosa svjetlosti proizvoda u vodenoj otopini.) Stoga je poboljšanje intenziteta miješanja reakcijskog procesa bolji način za razvoj zamjenske homogene eterifikacije celuloze proizvoda.

Ključne riječi:reakcija eterifikacije; Celuloza;Hidroksietil celuloza; Karboksimetil celuloza

U razvoju proizvoda od rafiniranog etera pamučne celuloze, metoda otapala se naširoko koristi, a stroj za gnječenje se koristi kao oprema za reakciju. Međutim, pamučna celuloza uglavnom se sastoji od kristalnih područja u kojima su molekule uredno i blisko raspoređene. Kada se stroj za miješenje koristi kao oprema za reakciju, ruka za miješenje stroja za miješenje je spora tijekom reakcije, a otpornost sredstva za eterifikaciju da uđe u različite slojeve celuloze je velika i brzina je mala, što rezultira dugim vremenom reakcije, velikim udjelom strane reakcije i neravnomjeran raspored supstituentskih skupina na molekulskim lancima celuloze.

Obično je reakcija eterifikacije celuloze heterogena reakcija izvana i iznutra. Ako nema vanjskog dinamičkog djelovanja, sredstvo za eterifikaciju teško ulazi u zonu kristalizacije celuloze. I kroz predtretman rafiniranog pamuka (kao što je korištenje fizičkih metoda za povećanje površine rafiniranog pamuka), u isto vrijeme s reaktorom za miješanje za reakcijsku opremu, koristeći brzu reakciju eterifikacije uz miješanje, prema obrazloženju, celuloza može snažno nabubriti, nabubriti amorfnog područja celuloze i područja kristalizacije ima tendenciju da bude dosljedno, poboljšava aktivnost reakcije. Homogena raspodjela supstituenata celuloznog etera u heterogenom reakcijskom sustavu eterifikacije može se postići povećanjem snage vanjskog miješanja. Stoga će budući smjer razvoja naše zemlje biti razvoj visokokvalitetnih proizvoda za eterifikaciju celuloze s reakcijskim kotlom miješanog tipa kao reakcijskom opremom.

1. Eksperimentalni dio

1.1 Rafinirana pamučna celulozna sirovina za ispitivanje

U skladu s različitom reakcijskom opremom korištenom u eksperimentu, metode predobrade pamučne celuloze su različite. Kada se gnječilica koristi kao oprema za reakciju, metode predobrade su također različite. Kada se gnječilica koristi kao oprema za reakciju, kristalnost korištene rafinirane pamučne celuloze je 43,9%, a prosječna duljina rafinirane pamučne celuloze je 15~20 mm. Kristalnost rafinirane pamučne celuloze je 32,3%, a prosječna duljina rafinirane pamučne celuloze manja je od 1 mm kada se reaktor za miješanje koristi kao oprema za reakciju.

1.2 Razvoj karboksimetil celuloze i hidroksietil celuloze

Priprema karboksimetil celuloze i hidroksietil celuloze može se provesti korištenjem 2L gnječilice kao reakcijske opreme (prosječna brzina tijekom reakcije je 50r/min) i 2L reaktora za miješanje kao reakcijske opreme (prosječna brzina tijekom reakcije je 500r/min).

Tijekom reakcije, sve sirovine su izvedene iz stroge kvantitativne reakcije. Produkt dobiven iz reakcije se ispere s w=95% etanolom, a zatim se suši u vakuumu 24 sata pod negativnim tlakom od 60 ℃ i 0,005 mpa. Sadržaj vlage dobivenog uzorka je w=2,7%±0,3%, a uzorak proizvoda za analizu se ispire do sadržaja pepela w < 0,2%.

Koraci pripreme stroja za miješenje kao reakcijske opreme su sljedeći:

Reakcija eterifikacije → pranje proizvoda → sušenje → ribana granulacija → pakiranje se vrši u gnječilici.

Koraci pripreme reaktora za miješanje kao reakcijske opreme su sljedeći:

Reakcija eterifikacije → pranje proizvoda → sušenje i granulacija → pakiranje se provodi u reaktoru s miješanjem.

Može se vidjeti da se gnječilica koristi kao reakcijska oprema za pripremu karakteristika niske učinkovitosti reakcije, sušenje i mljevenje granulacije korak po korak, a kvaliteta proizvoda bit će znatno smanjena u procesu mljevenja.

Karakteristike procesa pripreme s reaktorom s miješanjem kao reakcijskom opremom su sljedeće: visoka učinkovitost reakcije, granulacija proizvoda ne usvaja tradicionalnu metodu procesa granulacije sušenja i mljevenja, a proces sušenja i granulacije se provode u isto vrijeme s neosušeni proizvodi nakon pranja, a kvaliteta proizvoda ostaje nepromijenjena u procesu sušenja i granulacije.

1.3 Analiza rendgenske difrakcije

Analiza rendgenske difrakcije provedena je Rigaku D/max-3A rendgenskim difraktometrom, grafitnim monokromatorom, kut Θ bio je 8°~30°, CuKα zraka, tlak u cijevi i protok u cijevi bili su 30 kV i 30 mA.

1.4 Analiza infracrvenog spektra

Spectrum-2000PE FTIR infracrveni spektrometar korišten je za analizu infracrvenog spektra. Svi uzorci za analizu infracrvenog spektra imali su masu od 0,0020g. Ovi su uzorci pomiješani s 0,1600 g KBr, odnosno, prešani (s debljinom od < 0,8 mm) i analizirani.

1.5 Detekcija prijenosa

Prijenos je detektiran spektrofotometrom 721. CMC otopina w=w1% stavljena je u kolorimetrijsku posudu od 1 cm na valnoj duljini od 590 nm.

1.6 Stupanj detekcije supstitucije

Stupanj HEC supstitucije hidroksietil celuloze mjeren je standardnom metodom kemijske analize. Načelo je da se HEC može razgraditi pomoću HI hidrojodata na 123 ℃, a stupanj supstitucije HEC može se znati mjerenjem proizvedenih razgrađenih tvari etilena i etilen jodida. Stupanj supstitucije hidroksimetil celuloze također se može ispitati standardnim metodama kemijske analize.

2. Rezultati i rasprava

Ovdje se koriste dvije vrste reakcijskog kotla: jedan je stroj za miješanje kao reakcijska oprema, drugi je reakcijski kotlić tipa miješanja kao reakcijska oprema, u heterogenom reakcijskom sustavu, alkalnim uvjetima i sustavu otapala s alkoholnom vodom, proučava se reakcija eterifikacije rafinirane pamučne celuloze. Među njima, tehnološke karakteristike stroja za miješenje kao reakcijske opreme su: U reakciji, brzina ruke za miješenje je spora, vrijeme reakcije je dugo, udio nuspojava je visok, stopa iskorištenja sredstva za eterifikaciju je niska, a ujednačenost raspodjele supstitucijskih skupina u reakciji eterizacije je loša. Proces istraživanja može se ograničiti samo na relativno uske reakcijske uvjete. Osim toga, prilagodljivost i mogućnost kontrole glavnih reakcijskih uvjeta (kao što su omjer kupke, koncentracija lužine, brzina ruke za miješenje stroja za miješenje) vrlo su loši. Teško je postići približnu ujednačenost reakcije eterifikacije i dubinski proučavati prijenos mase i prodiranje procesa reakcije eterifikacije. Značajke procesa reaktora za miješanje kao reakcijske opreme su: velika brzina miješanja u reakciji, velika brzina reakcije, visoka stopa iskorištenja sredstva za eterizaciju, ravnomjerna raspodjela supstituenata za eterizaciju, podesivi i kontrolirani glavni reakcijski uvjeti.

Karboksimetil celuloza CMC je pripremljena reakcijskom opremom za gnječenje i reakcijskom opremom reaktora za miješanje. Kada je gnječilica korištena kao oprema za reakciju, intenzitet miješanja je bio nizak, a prosječna brzina rotacije bila je 50 o/min. Kada je reaktor za miješanje korišten kao oprema za reakciju, intenzitet miješanja je bio visok, a prosječna brzina rotacije bila je 500 o/min. Kada je molarni omjer monokloroctene kiseline i monosaharida celuloze bio 1:5:1, vrijeme reakcije je bilo 1,5 h na 68 ℃. Svjetlosna propusnost CMC-a dobivenog strojem za miješenje bila je 98,02%, a učinkovitost eterifikacije bila je 72% zbog dobre propusnosti CM-a u sredstvu za eterificiranje klorooctene kiseline. Kada je reaktor za miješanje korišten kao oprema za reakciju, propusnost sredstva za eterizaciju bila je bolja, propusnost CMC-a bila je 99,56%, a učinkovitost reakcije eterizacije povećana je na 81%.

Hidroksietilceluloza HEC je pripremljena s gnječilom i reaktorom za miješanje kao reakcijskom opremom. Kada je gnječilica korištena kao oprema za reakciju, učinkovitost reakcije sredstva za eterizaciju bila je 47%, a topljivost u vodi bila je slaba kada je propusnost sredstva za eterizaciju kloroetil alkohola bila loša, a molarni omjer kloroetanola i monosaharida celuloze bio je 3:1 na 60 ℃ tijekom 4 sata . Tek kada je molarni omjer kloroetanola i monosaharida celuloze 6:1, mogu nastati produkti dobre topivosti u vodi. Kada je reaktor za miješanje korišten kao oprema za reakciju, propusnost agensa za eterifikaciju kloretil alkohola postala je bolja na 68 ℃ tijekom 4 sata. Kada je molarni omjer kloroetanola i monosaharida celuloze bio 3:1, dobiveni HEC imao je bolju topljivost u vodi, a učinkovitost reakcije eterifikacije povećana je na 66%.

Učinkovitost reakcije i brzina reakcije eterizirajućeg agensa klorooctene kiseline mnogo su veće nego kod kloroetanola, a reaktor za miješanje kao oprema za reakciju eterizacije ima očite prednosti u odnosu na gnječilicu, što uvelike poboljšava učinkovitost reakcije eterizacije. Visoka propusnost CMC-a također neizravno ukazuje na to da reaktor za miješanje kao oprema za reakciju eterizacije može poboljšati homogenost reakcije eterizacije. To je zato što celulozni lanac ima tri hidroksilne skupine na svakom prstenu glukozne skupine, a samo u jako nabubrenom ili otopljenom stanju dostupni su svi celulozni hidroksilni parovi molekula agensa za eterifikaciju. Reakcija eterifikacije celuloze obično je heterogena reakcija izvana prema unutra, posebno u kristalnom području celuloze. Kada kristalna struktura celuloze ostane netaknuta bez učinka vanjske sile, agens za eterifikaciju teško ulazi u kristalnu strukturu, što utječe na homogenost heterogene reakcije. Stoga, prethodnom obradom rafiniranog pamuka (kao što je povećanje specifične površine rafiniranog pamuka), reaktivnost rafiniranog pamuka može se poboljšati. U velikom omjeru kupke (etanol/celuloza ili izopropilni alkohol/celuloza i reakcija miješanja velikom brzinom, prema obrazloženju, redoslijed zone kristalizacije celuloze će se smanjiti, u ovom trenutku celuloza može snažno nabubriti, tako da bubrenje zone amorfne i kristalne celuloze ima tendenciju da bude konzistentna, dakle, reaktivnost amorfne regije i kristalne regije je slična.

Pomoću analize infracrvenog spektra i analize difrakcije X-zraka, proces reakcije eterifikacije celuloze može se jasnije razumjeti kada se reaktor za miješanje koristi kao oprema za reakciju eterifikacije.

Ovdje su analizirani infracrveni spektri i spektri difrakcije X-zraka. Reakcija eterifikacije CMC i HEC izvedena je u reaktoru s miješanjem pod gore opisanim uvjetima reakcije.

Analiza infracrvenog spektra pokazuje da se reakcija eteracije CMC i HEC pravilno mijenja s produljenjem vremena reakcije, stupanj supstitucije je različit.

Kroz analizu difraktograma X-zraka, kristalnost CMC i HEC teži nuli s produljenjem vremena reakcije, što ukazuje da je proces dekristalizacije u osnovi realiziran u fazi alkalizacije i fazi zagrijavanja prije reakcije eterifikacije rafiniranog pamuka. . Stoga, reaktivnost karboksimetil i hidroksietil eterifikacije rafiniranog pamuka više nije uglavnom ograničena kristalnošću rafiniranog pamuka. Povezan je s propusnošću sredstva za eterifikaciju. Može se pokazati da se reakcija eterifikacije CMC i HEC provodi s reaktorom za miješanje kao reakcijskom opremom. Pod velikom brzinom miješanja, to je korisno za proces dekristalizacije rafiniranog pamuka u fazi alkalizacije i fazi zagrijavanja prije reakcije eterifikacije, i pomaže sredstvu za eterifikaciju da prodre u celulozu, kako bi se poboljšala učinkovitost reakcije eterifikacije i jednolikost supstitucije .

Zaključno, ova studija naglašava utjecaj snage miješanja i drugih čimbenika na učinkovitost reakcije tijekom procesa reakcije. Stoga se prijedlog ove studije temelji na sljedećim razlozima: U sustavu heterogene reakcije eteracije, korištenje velikog omjera kupelji i visokog intenziteta miješanja, itd., osnovni su uvjeti za pripremu približno homogenog celuloznog etera sa supstituentskom skupinom distribucija; U specifičnom heterogenom reakcijskom sustavu eteracije, celulozni eter visokih performansi s približno ravnomjernom raspodjelom supstituenata može se pripremiti korištenjem reaktora za miješanje kao reakcijske opreme, što pokazuje da vodena otopina celuloznog etera ima visoku propusnost, što je od velikog značaja za proširenje svojstava i funkcije celuloznog etera. Stroj za miješenje se koristi kao oprema za reakciju za proučavanje reakcije eterifikacije rafiniranog pamuka. Zbog niskog intenziteta miješanja, nije dobro za prodiranje sredstva za eterifikaciju, a ima i neke nedostatke kao što je visok udio nusreakcija i loša jednolikost distribucije supstituenata za eterifikaciju.