Éterezési reakció cellulóz-éteren

A cellulóz éterező aktivitását dagasztógéppel, illetve keverőreaktorral, a hidroxi-etil-cellulózt, illetve a karboxi-metil-cellulózt klór-etanollal, illetve monoklór-ecetsavval állítottam elő. Az eredmények azt mutatták, hogy a cellulóz éterezési reakciója keverőreaktorral, nagy intenzitású keverés mellett történt. A cellulóz jó éterezési reakciókészséggel rendelkezik, ami a dagasztó módszernél jobb az éterezési hatékonyság javításában és a termék fényáteresztésének fokozásában vizes oldatban.) Ezért a reakciófolyamat keverési intenzitásának javítása jobb módja a helyettesítő homogén cellulóz éterezés fejlesztésének. termékek.

Kulcsszavak:éterezési reakció; Cellulóz;Hidroxi-etil-cellulóz; Karboxi-metil-cellulóz

A finomított pamut cellulóz-éter termékek fejlesztése során az oldószeres módszert széles körben használják, és reakcióberendezésként dagasztógépet használnak. A pamutcellulóz azonban főleg kristályterületekből áll, ahol a molekulák szépen és szorosan vannak elrendezve. Ha a dagasztógépet reakcióberendezésként használják, a dagasztógép dagasztókarja lassú a reakció során, és az éterezőszer ellenállása a cellulóz különböző rétegeibe való bejutással szemben nagy és a sebesség lassú, ami hosszú reakcióidőt, nagy oldalarányt eredményez. reakciók és a szubsztituens csoportok egyenetlen eloszlása ​​a cellulóz molekulaláncain.

A cellulóz éterezési reakciója általában heterogén külső és belső reakció. Ha nincs külső dinamikus hatás, az éterezőszer nehezen jut be a cellulóz kristályosodási zónájába. A finomított pamut előkezelésével (például fizikai módszerekkel a finomított pamut felületének növelésére), egyidejűleg a reakcióberendezések keverőreaktorával, gyors keverős éterezési reakció alkalmazásával, az érvelés szerint a cellulóz erősen duzzadhat, a duzzanat A cellulóz amorf területe és a kristályosodási területe általában egységes, javítja a reakcióaktivitást. A cellulóz-éter szubsztituensek homogén eloszlása ​​heterogén éterezési reakciórendszerben a külső keverési teljesítmény növelésével érhető el. Hazánk jövőbeli fejlesztési iránya tehát a kiváló minőségű cellulóz-éterező termékek fejlesztése lesz kevert reakcióedényrel, mint reakcióberendezéssel.

1. Kísérleti rész

1.1 Finomított pamut cellulóz alapanyag a vizsgálathoz

A kísérletben alkalmazott különböző reakcióberendezések szerint a gyapotcellulóz előkezelési módjai eltérőek. Ha a dagasztót reakcióberendezésként használják, az előkezelési módszerek is eltérőek. Ha a dagasztót reakcióberendezésként használják, a felhasznált finomított pamut cellulóz kristályossága 43,9%, a finomított pamut cellulóz átlagos hossza 15-20 mm. A finomított pamutcellulóz kristályossága 32,3%, a finomított pamutcellulóz átlagos hossza pedig kevesebb, mint 1 mm, ha keverőreaktort használnak reakcióberendezésként.

1.2 Karboximetil-cellulóz és hidroxi-etil-cellulóz fejlesztése

A karboxi-metil-cellulóz és hidroxi-etil-cellulóz előállítása 2 literes dagasztóberendezéssel (reakció közbeni átlagsebesség 50r/perc), reakcióberendezésként 2 literes keverőreaktorral (reakció közbeni átlagsebesség 500 r/perc) történhet.

A reakció során minden nyersanyag a szigorú kvantitatív reakcióból származik. A reakció során kapott terméket 95 tömeg%-os etanollal mossuk, majd vákuumban 24 órán át 60 °C-os és 0,005 MPa nyomáson szárítjuk. A kapott minta nedvességtartalma w=2,7%±0,3%, és az elemzésre szánt termékmintát addig mossuk, amíg a hamutartalom w < 0,2%.

A dagasztógép, mint reakcióberendezés előkészítési lépései a következők:

Éterezési reakció → termékmosás → szárítás → reszelt granulálás → csomagolás dagasztógépben történik.

A keverőreaktor, mint reakcióberendezés előkészítési lépései a következők:

Éterezési reakció → termékmosás → szárítás és granulálás → csomagolás kevert reaktorban történik.

Látható, hogy a dagasztót reakcióberendezésként használják az alacsony reakcióhatékonyság jellemzőinek, a szárítás és az őrlési granulálás lépésről lépésre történő előállítására, és a termék minősége nagymértékben csökken az őrlési folyamat során.

A kevert reaktorral, mint reakcióberendezéssel történő előállítási eljárás jellemzői a következők: nagy reakcióhatékonyság, a termékgranulálás nem alkalmazza a hagyományos granulálási eljárást, azaz a szárítást és őrlést, és a szárítási és granulálási folyamat egyidejűleg történik. a szárítatlan termékeket mosás után, és a termék minősége változatlan marad a szárítási és granulálási folyamat során.

1.3 Röntgen-diffrakciós elemzés

A röntgendiffrakciós analízist Rigaku D/max-3A röntgendiffraktométerrel, grafit monokromátorral végeztük, Θ szöge 8°-30°, CuKα sugár, csőnyomás és csőáramlás 30kV és 30mA.

1.4 Infravörös spektrum elemzés

Az infravörös spektrum elemzéshez Spectrum-2000PE FTIR infravörös spektrométert használtunk. Az infravörös spektrum elemzéshez használt összes minta tömege 0,0020 g volt. Ezeket a mintákat 0,1600 g KBr-mal kevertük össze, majd préseltük (<0,8 mm vastagsággal) és elemeztük.

1.5 Átvitelérzékelés

Az áteresztőképességet 721 spektrofotométerrel detektáltuk. CMC-oldatot w=w1% 1 cm-es kolorimetriás edénybe helyeztünk 590 nm hullámhosszon.

1.6 A helyettesítés észlelésének mértéke

A hidroxi-etil-cellulóz HEC szubsztitúciós fokát standard kémiai elemzési módszerrel mértük. Az alapelv az, hogy a HEC HI-hidrojodáttal bontható le 123 ℃-on, és a keletkezett etilén és etilén-jodid lebomlott anyagának mérésével megismerhető a HEC szubsztitúciós foka. A hidroxi-metil-cellulóz szubsztitúciós foka standard kémiai elemzési módszerekkel is vizsgálható.

2. Eredmények és megbeszélés

Kétféle reakcióedényt használnak itt: az egyik dagasztógép, mint reakcióberendezés, a másik a keverő típusú reakcióedény, mint reakcióberendezés, heterogén reakciórendszerben, lúgos állapotban és alkoholos víz oldószerrendszerben, finomított pamutcellulóz éterezési reakcióját vizsgálják. Ezek közül a dagasztógép, mint reakcióberendezés technológiai jellemzői: A reakcióban a dagasztókar sebessége lassú, a reakcióidő hosszú, a mellékreakciók aránya magas, az éterezőszer hasznosulása alacsony, és a az éterezési reakcióban a helyettesítő csoportok eloszlásának egyenletessége gyenge. A kutatási folyamat csak viszonylag szűk reakciókörülményekre korlátozható. Ezenkívül a fő reakciókörülmények (például a fürdő aránya, a lúgkoncentráció, a dagasztógép dagasztókar sebessége) beállíthatósága és szabályozhatósága nagyon rossz. Nehéz elérni az éterezési reakció megközelítőleg egyenletességét, és az éterezési reakció folyamatának tömegátadását és behatolását mélyrehatóan tanulmányozni. A keverőreaktor, mint reakcióberendezés folyamati jellemzői: gyors keverési sebesség a reakcióban, gyors reakciósebesség, az éterezőszer magas felhasználási sebessége, az éterező szubsztituensek egyenletes eloszlása, beállítható és szabályozható fő reakciókörülmények.

A karboximetil-cellulóz CMC-t dagasztóberendezéssel, illetve keverőreaktoros reakcióberendezéssel állítottuk elő. Amikor a dagasztót alkalmaztuk reakcióberendezésként, a keverés intenzitása alacsony volt, és az átlagos forgási sebesség 50 fordulat/perc volt. Amikor a keverőreaktort alkalmaztuk reakcióberendezésként, a keverés intenzitása nagy volt, és az átlagos forgási sebesség 500 fordulat/perc. Ha a monoklór-ecetsav és a cellulóz-monoszacharid mólaránya 1:5:1, a reakcióidő 1,5 óra volt 68 °C-on. A dagasztógéppel kapott CMC fényáteresztő képessége 98,02%, az éterezési hatékonysága 72% volt a CM jó permeabilitása miatt klór-ecetsavas éterezőszerben. Ha a keverőreaktort alkalmaztuk reakcióberendezésként, az éterezőszer permeabilitása jobb volt, a CMC transzmittanciája 99,56%, az éterezési reakció hatékonysága pedig 81%-ra nőtt.

A hidroxi-etil-cellulóz HEC-t dagasztó- és keverőreaktorral, mint reakcióberendezéssel állítottuk elő. Ha reakcióberendezésként dagasztógépet használtunk, az éterezőszer reakcióhatékonysága 47%, a vízoldhatósága pedig rossz volt, ha a klór-etil-alkohol éterezőszer permeabilitása rossz volt, és a klór-etanol és a cellulóz monoszacharid mólaránya 3:1 volt 60 °C-on 4 órán át. . Csak ha a klór-etanol és a cellulóz monoszacharidok mólaránya 6:1, akkor jöhetnek létre jó vízoldékonyságú termékek. Ha a keverőreaktort alkalmaztuk reakcióberendezésként, a klór-etil-alkohol éterezőszer permeabilitása 68 °C-on 4 órán keresztül jobb lett. Ha a klór-etanol és a cellulóz-monoszacharid mólaránya 3:1 volt, a kapott HEC jobb vízoldékonysággal rendelkezik, és az éterezési reakció hatékonysága 66%-ra nőtt.

Az éterezőszer, a klór-ecetsav reakcióhatékonysága és reakciósebessége sokkal nagyobb, mint a klór-etanolé, és a keverőreaktornak, mint éterező reakcióberendezésnek nyilvánvaló előnyei vannak a dagasztógéppel szemben, ami nagymértékben javítja az éterezési reakció hatékonyságát. A CMC magas transzmittivitása közvetve azt is jelzi, hogy a keverőreaktor, mint éterező reakcióberendezés javíthatja az éterezési reakció homogenitását. Ennek az az oka, hogy a cellulózlánc minden glükózcsoport-gyűrűjén három hidroxilcsoport van, és csak erősen duzzadt vagy oldott állapotban érhető el az összes cellulóz-hidroxil-pár éterezőszer-molekula. A cellulóz éterezési reakciója általában kívülről befelé irányuló heterogén reakció, különösen a cellulóz kristályos tartományában. Ha a cellulóz kristályszerkezete külső erőhatás nélkül sértetlen marad, az éterezőszer nehezen jut be a kristályos szerkezetbe, ami befolyásolja a heterogén reakció homogenitását. Ezért a finomított pamut előkezelésével (például a finomított pamut fajlagos felületének növelésével) a finomított pamut reakcióképessége javítható. A nagy fürdőarányban (etanol/cellulóz vagy izopropil-alkohol/cellulóz és nagy sebességű keverési reakció az indoklás szerint a cellulózkristályosodási zóna sorrendje csökken, ekkor a cellulóz erősen megduzzad, így a duzzanat Az amorf és kristályos cellulózzóna konzisztensre hajlamos, így az amorf régió és a kristályos régió reaktivitása hasonló.

Az infravörös spektrum analízis és a röntgendiffrakciós analízis segítségével a cellulóz éterezési reakciója jobban megérthető, ha keverőreaktort használnak éterezési reakcióberendezésként.

Itt infravörös spektrumokat és röntgendiffrakciós spektrumokat elemeztünk. A CMC és a HEC éterezési reakcióját kevert reaktorban hajtjuk végre a fent leírt reakciókörülmények között.

Az infravörös spektrum analízis azt mutatja, hogy a CMC és a HEC éterezési reakciója a reakcióidő meghosszabbodásával rendszeresen változik, a helyettesítés mértéke eltérő.

A röntgendiffrakciós mintázat elemzése révén a CMC és a HEC kristályossága a reakcióidő meghosszabbodásával nullára irányul, ami azt jelzi, hogy a kristályosítási folyamat alapvetően a finomított pamut éterezési reakciója előtti lúgosítási és melegítési szakaszban valósult meg. . Ezért a finomított pamut karboxi-metil- és hidroxi-etil-éterezési reakcióképességét már nem korlátozza elsősorban a finomított pamut kristályossága. Ez az éterező szer permeabilitásával kapcsolatos. Kimutatható, hogy a CMC és a HEC éterezési reakciója keverőreaktorral, mint reakcióberendezéssel történik. Nagy sebességű keverés mellett előnyös a finomított pamut kristályosítási folyamatában a lúgosítási szakaszban és az éterezési reakció előtti melegítési szakaszban, és elősegíti az éterezőszer behatolását a cellulózba, hogy javítsa az éterezési reakció hatékonyságát és a helyettesítési egyenletességet. .

Összefoglalva, ez a tanulmány hangsúlyozza a keverési teljesítmény és más tényezők hatását a reakció hatékonyságára a reakciófolyamat során. Ezért jelen tanulmány javaslata az alábbi indokokon alapul: A heterogén éterezési reakciórendszerben a nagy fürdőarány és a nagy keverési intenzitás stb. alkalmazása az alapfeltétele a megközelítőleg homogén, szubsztituens csoporttal rendelkező cellulóz-éter előállításának. elosztás; Egy specifikus heterogén éterezési reakciórendszerben nagy teljesítményű, megközelítőleg egyenletes szubsztituens-eloszlású cellulóz-éter állítható elő keverőreaktor, mint reakcióberendezés alkalmazásával, ami azt mutatja, hogy a cellulóz-éter vizes oldatának nagy az áteresztőképessége, ami nagy jelentőséggel bír a tulajdonságok bővítésében. és a cellulóz-éter funkciói. A dagasztógépet reakcióberendezésként használják a finomított pamut éterezési reakciójának tanulmányozására. Alacsony keverési intenzitása miatt nem alkalmas az éterezőszer behatolására, és van néhány hátránya, mint például a mellékreakciók magas aránya és az éterező szubsztituensek rossz eloszlási egyenletessége.