A hidroxi-etil-cellulóz-éter szintézise és reológiai tulajdonságai

Saját készítésű alkáli katalizátor jelenlétében ipari hidroxi-etil cellulózt N-(2,3-epoxipropil)trimetilammónium-klorid (GTA) kationizáló reagenssel reagáltatva nagy szubsztitúciós kvaterner ammóniumot állítottak elő száraz módszerrel Só típusú hidroxietil-cellulóz-éter (HEC). Egységes kísérleti tervvel vizsgáltuk a GTA hidroxi-etil-cellulózhoz (HEC), a NaOH-hoz viszonyított NaOH-hoz viszonyított arányának, a reakcióhőmérsékletnek és a reakcióidőnek a reakcióhatékonyságra gyakorolt ​​hatását, és az optimalizált folyamatkörülményeket Monte segítségével kaptuk meg. Carlo szimuláció. A kationos éterező reagens reakcióhatékonysága pedig kísérleti igazolással eléri a 95%-ot. Ugyanakkor szóba került a reológiai tulajdonságai is. Az eredmények azt mutatták, hogy a megoldás aHEC a nem-newtoni folyadék jellemzőit mutatta, látszólagos viszkozitása az oldat tömegkoncentrációjának növekedésével nőtt; egy bizonyos koncentrációjú sóoldatban a látszólagos viszkozitásHEC csökkent a hozzáadott só koncentrációjának növekedésével. Azonos nyírási sebesség mellett a látszólagos viszkozitásHEC CaCl2 oldatos rendszerben magasabb, mint aHEC NaCl oldatos rendszerben.

Kulcsszavak:Hidroxietilcellulóz-éter; száraz eljárás; reológiai tulajdonságai

A cellulóz gazdag forrás, biológiai lebonthatóság, biokompatibilitás és könnyű származékképzés jellemzőivel rendelkezik, és számos területen kutatási hotspot. A kationos cellulóz a cellulózszármazékok egyik legfontosabb képviselője. A Fragrance Industry Association CTFA által bejegyzett kationos polimerek között a személyi védőeszközökhöz való fogyasztása az első. Széles körben használható hajbalzsamok kondicionáló adalékaiban, lágyítóiban, fúrópala hidratáció-gátlókban és véralvadásgátlókban és más területeken.

Jelenleg a kvaterner ammónium-kationos hidroxi-etil-cellulóz-éter előállítási módja oldószeres eljárás, amely nagy mennyiségű drága szerves oldószert igényel, költséges, nem biztonságos és környezetszennyező. Az oldószeres módszerhez képest a száraz módszer kiemelkedő előnye az egyszerű folyamat, a nagy reakcióhatékonyság és a kisebb környezetszennyezés. Ebben a cikkben kationos cellulóz-étert állítottak elő száraz módszerrel, és vizsgáltam reológiai viselkedését.

1. Kísérleti rész

1.1 Anyagok és reagensek

Hidroxi-etil-cellulóz (HEC ipari termék, DS molekuláris helyettesítési foka 1,8-2,0); kationizáló reagens N-(2,3-epoxipropil)trimetilammónium-klorid (GTA), epoxi-kloridból előállítva A propánt és a trimetil-amint bizonyos körülmények között saját maguk állítják elő; saját készítésű alkáli katalizátor; az etanol és a jégecet analitikailag tiszta; A NaCl, KCl, CaCl2 és AlCl3 kémiailag tiszta reagensek.

1.2 Kvaterner ammónium kationos cellulóz előállítása

Adjunk hozzá 5 g hidroxi-etil-cellulózt és megfelelő mennyiségű házi készítésű alkáli katalizátort egy keverővel felszerelt hengeres acélhengerbe, és keverjük 20 percig szobahőmérsékleten; majd adjunk hozzá bizonyos mennyiségű GTA-t, folytassuk a keverést 30 percig szobahőmérsékleten, majd egy bizonyos hőmérsékleten és időben reagáltatjuk, így szilárd nyersterméket kapunk, amely lényegében a következőn alapul. A nyersterméket megfelelő mennyiségű ecetsavat tartalmazó etanolos oldatba áztatjuk, szűrjük, mossuk és vákuumban szárítjuk, így porított kvaterner ammónium-kationos cellulózt kapunk.

1.3 Kvaterner ammónium kationos hidroxi-etil-cellulóz nitrogén tömeghányadának meghatározása

A mintákban lévő nitrogén tömeghányadát Kjeldahl módszerrel határoztuk meg.

2. A száraz szintézis folyamatának kísérleti tervezése és optimalizálása

A kísérlet megtervezéséhez egységes tervezési módszert alkalmaztunk, és megvizsgáltuk a GTA hidroxi-etil-cellulózhoz (HEC), a NaOH-hoz viszonyított arányának, a reakcióhőmérsékletnek és a reakcióidőnek a reakció hatékonyságára gyakorolt ​​hatását.

3. Reológiai tulajdonságok kutatása

3.1 A koncentráció és a forgási sebesség befolyása

Figyelembe véve a nyírási sebesség hatását a látszólagos viszkozitásraHEC példaként különböző Ds=0,11 koncentrációknál látható, hogy ahogy a nyírási sebesség fokozatosan 0,05-ről 0,5 s-1-re nő, a látszólagos viszkozitásHEC az oldat csökken, különösen 0,05 ~ 0,5 s-1 látszólagos viszkozitása meredeken csökken 160 MPa-ról·s 40 MPa-ra·s, nyírási elvékonyodás, jelezve, hogy aHEC vizes oldata nem newtoni reológiai tulajdonságokat mutatott. Az alkalmazott nyírófeszültség hatására csökken a kölcsönhatási erő a diszpergált fázis részecskéi között. Bizonyos körülmények között minél nagyobb az erő, annál nagyobb a látszólagos viszkozitás.

Ez látható a 3% és 4% látszólagos viszkozitásból isHEC vizes oldatok, amelyek tömegkoncentrációja 3%, illetve 4% különböző nyírási sebesség mellett. Az oldat látszólagos viszkozitása azt jelzi, hogy viszkozitásnövelő képessége a koncentrációval nő. Ennek az az oka, hogy az oldatrendszerben a koncentráció növekedésével a fő lánc molekulái közötti kölcsönös taszítás.HEC és a molekulaláncok között nő, és a látszólagos viszkozitás nő.

3.2 A hozzáadott só különböző koncentrációinak hatása

A koncentráció aHEC 3%-on rögzítettük, és a NaCl só hozzáadásának az oldat viszkozitási tulajdonságaira gyakorolt ​​hatását különböző nyírási sebességeknél vizsgáltuk.

Az eredményekből látható, hogy a látszólagos viszkozitás a hozzáadott só koncentrációjának növekedésével csökken, ami nyilvánvaló polielektrolit jelenséget mutat. Ennek az az oka, hogy a sóoldatban lévő Na+ egy része az anionhoz kötődikHEC oldallánc. Minél nagyobb a sóoldat koncentrációja, annál nagyobb mértékben semlegesíti vagy árnyékolja a poliiont az ellenion által, és csökken az elektrosztatikus taszítás, ami a poliion töltéssűrűségének csökkenését eredményezi. , a polimer lánc összezsugorodik és felkunkorodik, és a látszólagos koncentráció csökken.

3.3 Különféle hozzáadott sók hatása a

Ez látható a két különböző hozzáadott só, a Nacl és a CaCl2 hatásából a látszólagos viszkozitásra.HEC Az oldat látszólagos viszkozitása csökken a hozzáadott só hozzáadásával, és ugyanazzal a nyírási sebességgel a látszólagos viszkozitásaHEC oldat a CaCl2 oldatrendszerben A látszólagos viszkozitás lényegesen nagyobb, mint aHEC oldat NaCl oldatrendszerben. Ennek oka, hogy a kalciumsó kétértékű ion, és könnyebben kötődik a polielektrolit oldallánc Cl-jához. A kvaterner ammóniumcsoport kombinációja beHEC Cl-val csökken, és az árnyékolás is kisebb, a polimer lánc töltéssűrűsége pedig nagyobb, aminek következtében a polimerlánc elektrosztatikus taszítása nagyobb, a polimerlánc pedig megnyúlik, így a látszólagos viszkozitás nagyobb.

4. Következtetés

A nagymértékben szubsztituált kationos cellulóz száraz előállítása ideális előkészítési módszer egyszerű művelettel, nagy reakcióhatékonysággal és kevesebb szennyezéssel, és elkerülhető a magas energiafogyasztás, a környezetszennyezés és az oldószerek használata okozta toxicitás.

A kationos cellulóz-éter oldata a nem newtoni folyadék jellemzőit mutatja, és a nyírási elvékonyodás jellemzőivel rendelkezik; az oldat tömegkoncentrációjának növekedésével a látszólagos viszkozitása nő; bizonyos koncentrációjú sóoldatban,HEC a látszólagos viszkozitás növekedésével és csökkenésével nő. Azonos nyírási sebesség mellett a látszólagos viszkozitásHEC CaCl2 oldatos rendszerben magasabb, mint aHEC NaCl oldatos rendszerben.