Selulosa CMC dan karakterisasi strukturnya

Menggunakan selulosa jerami sebagai bahan baku, itu dimodifikasi dengan eterifikasi. Melalui faktor tunggal dan uji rotasi, kondisi optimal untuk persiapan karboksimetil selulosa ditentukan sebagai: waktu eterfikasi 100 menit, suhu eterifikasi 70℃, Dosis NaOH 3.2G dan dosis asam monokloroasetat 3.0g, substitusi maksimum derajat adalah 0,53.

Kata kunci: CMCselulosa; Asam monokloroasetat; eterifikasi; modifikasi

Carboxymethyl celluloseadalah eter selulosa yang paling banyak diproduksi dan dijual di dunia. Ini banyak digunakan dalam deterjen, makanan, pasta gigi, tekstil, pencetakan dan pewarnaan, pembuatan kertas, minyak bumi, penambangan, obat -obatan, keramik, komponen elektronik, karet, cat, pestisida, kosmetik, kulit, plastik dan pengeboran minyak, dll. sebagai "industri monosodium glutamat". Carboxymethyl cellulose adalah turunan eter selulosa yang larut dalam air yang diperoleh dengan memodifikasi kimiawi selulosa alami. Selulosa, bahan baku utama untuk produksi carboxymethyl cellulose, adalah salah satu sumber daya terbarukan alami yang paling banyak di bumi, dengan produksi tahunan ratusan miliar ton. Negara saya adalah negara pertanian besar dan salah satu negara dengan sumber daya jerami yang paling banyak. Jerami selalu menjadi salah satu bahan bakar utama bagi penduduk pedesaan. Sumber daya ini sudah lama dikembangkan secara rasional, dan kurang dari 2% limbah pertanian dan kehutanan seperti jerami digunakan di dunia setiap tahun. Beras adalah tanaman ekonomi utama di provinsi Heilongjiang, dengan area penanaman lebih dari 2 juta HM2, output tahunan dari 14 juta ton beras, dan 11 juta ton jerami. Petani umumnya membakar mereka langsung di lapangan sebagai limbah, yang tidak hanya membuang -buang sumber daya alam, tetapi juga menyebabkan polusi serius bagi lingkungan. Oleh karena itu, mewujudkan pemanfaatan sumber daya jerami adalah kebutuhan strategi pembangunan pertanian yang berkelanjutan.

1. Bahan dan Metode Eksperimental

1.1 Bahan dan Peralatan Eksperimental

Selulosa jerami, buatan sendiri di laboratorium; JJ～1 jenis mixer listrik, pabrik instrumen eksperimental Jintan Guowang; SHZW2C TYPE RS- -Pompa vakum, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.; PHS-3C pH meter, Mettler-Toledo Co., Ltd.; DGG-9070A Pemanasan Listrik Konstan Pengeringan Suhu Oven, Beijing North Lihui Instrument Equipment Co., Ltd.; Hitachi-S ~ 3400n Pemindaian Mikroskop Elektron, Instrumen Hitachi; etanol; natrium hidroksida; Asam kloroasetat, dll. (Reagen di atas murni secara analitik).

1.2 Metode Eksperimental

1.2.1 Persiapan karboksimetil selulosa

;°C selama 80 menit. Aduk dengan mixer untuk digabungkan dengan baik. Selama proses ini, selulosa bereaksi dengan larutan alkali untuk membentuk selulosa alkali. Pada tahap eterifikasi, tambahkan 10 mL larutan etanol 75% dan 3 g asam kloroasetat ke dalam labu berleher tiga yang bereaksi di atas, naikkan suhu hingga 65-70° C., dan bereaksi selama 60 menit. Tambahkan alkali untuk kedua kalinya, lalu tambahkan 0,6g NaOH ke labu reaksi di atas untuk menjaga suhu pada 70°C, dan waktu reaksi adalah 40 menit untuk mendapatkan NA mentah- -CMC (natrium carboxymethylcellulose).

Netralisasi dan Cuci: Tambahkan 1mol·L-1 asam klorida, dan menetralkan reaksi pada suhu kamar sampai pH = 7 ~ 8. Kemudian cuci dua kali dengan etanol 50%, lalu cuci sekali dengan etanol 95%, filter dengan hisap, dan keringkan pada 80-90°C selama 2 jam.

(2) Penentuan tingkat substitusi sampel: Metode penentuan meter keasaman: Berat 0,2g (akurat hingga 0,1mg) dari sampel Na-CMC yang dimurnikan dan dikeringkan, larut dalam air suling 80ml, aduk secara elektromagnetik selama 10 menit, dan sesuaikan Dengan asam atau alkali larutan membawa pH larutan menjadi 8. Kemudian titrasi larutan uji dengan larutan standar asam sulfat dalam gelas gelas yang dilengkapi dengan elektroda pH meter, dan amati indikasi pH meter saat titrasi sampai pH sedang 3.74. Catat volume larutan standar asam sulfat yang digunakan.

1.2.2 Metode uji faktor tunggal

(1) Pengaruh jumlah alkali pada tingkat substitusi karboksimetil selulosa: melakukan alkalisasi pada 25℃, perendaman alkali selama 80 menit, konsentrasi dalam larutan etanol adalah 75%, mengontrol jumlah reagen asam monokloroasetat 3G, suhu eterifikasi adalah 65 ~ 70°C, waktu eterfikasi adalah 100 menit, dan jumlah natrium hidroksida diubah untuk pengujian.

(2) Pengaruh konsentrasi larutan etanol pada tingkat substitusi karboksimetil selulosa: jumlah alkali tetap adalah 3,2g, perendaman alkali dalam rendaman air suhu konstan pada 25°C Selama 80 menit, konsentrasi larutan etanol adalah 75%, jumlah reagen asam monokloroasetat dikendalikan pada 3G, eterifikasi suhu adalah 65-70°C, waktu eterifikasi adalah 100 menit, dan konsentrasi larutan etanol diubah untuk percobaan.

(3) Pengaruh jumlah asam monokloroasetat pada tingkat substitusi karboksimetil selulosa: Perbaiki pada 25°C Untuk alkalization, rendam dalam alkali selama 80 menit, tambahkan 3,2g natrium hidroksida untuk membuat konsentrasi larutan etanol 75%, eter suhu adalah 65 ~ 70°C, waktu eterifikasi adalah 100 menit, dan jumlah asam monokloroasetat diubah untuk percobaan.

(4) Pengaruh suhu eterifikasi pada tingkat substitusi karboksimetil selulosa: Perbaiki pada 25°C Untuk alkalisasi, rendam dalam alkali selama 80 menit, tambahkan 3,2 g natrium hidroksida untuk membuat konsentrasi larutan etanol 75%, suhu eterifikasi suhu adalah 65 ~ 70℃, waktu eterfikasi adalah 100 menit, dan percobaan dilakukan dengan mengubah dosis asam monokloroasetat.

(5) Pengaruh waktu eterifikasi pada tingkat substitusi karboksimetil selulosa: diperbaiki pada 25°C Untuk alkalization, ditambahkan 3,2g natrium hidroksida, dan direndam dalam alkali selama 80 menit untuk membuat konsentrasi larutan etanol 75%, dan monoklor terkontrol Dosis reagen asam asetat adalah 3g, suhu etherifikasi adalah 65 ~ 70°C, dan waktu eterifikasi diubah untuk percobaan.

1.2.3 Rencana uji dan optimalisasi selulosa karboksimetil

Atas dasar percobaan faktor tunggal, rotasi ortogonal regresi kuadratik gabungan percobaan dengan empat faktor dan lima level dirancang. Keempat faktornya adalah waktu eterifikasi, suhu eterifikasi, jumlah NaOH dan jumlah asam monokloroasetat. Pemrosesan data menggunakan perangkat lunak statistik SAS8.2 untuk pemrosesan data, yang mengungkapkan hubungan antara masing -masing faktor yang mempengaruhi dan tingkat substitusi karboksimetil selulosa. hukum batin.

1.2.4 Metode Analisis SEM

Sampel bubuk kering ditetapkan pada tahap sampel dengan lem konduktif, dan setelah penyemprotan vakum emas, diamati dan difoto di bawah mikroskop elektron pemindaian Hitachi-S-3400N Hitachi.

2. Hasil dan analisis

2.1 Pengaruh faktor tunggal pada tingkat substitusi karboksimetil selulosa

2.1.1 Pengaruh jumlah alkali pada tingkat substitusi karboksimetil selulosa

Ketika NaOH3.2G ditambahkan ke selulosa 2G, derajat substitusi produk adalah yang tertinggi. Jumlah NaOH berkurang, yang tidak cukup untuk membentuk netralisasi selulosa alkali dan agen eterifikasi, dan produk memiliki tingkat substitusi yang kecil dan viskositas rendah. Sebaliknya, jika jumlah NaOH terlalu banyak, reaksi samping selama hidrolisis asam kloroasetat akan meningkat, konsumsi agen eterfikasi akan meningkat, dan viskositas produk juga akan berkurang.

2.1.2 Pengaruh konsentrasi larutan etanol pada tingkat substitusi karboksimetil selulosa

Bagian dari air dalam larutan etanol ada dalam media reaksi di luar selulosa, dan bagian lainnya ada dalam selulosa. Jika kadar air terlalu besar, CMC akan membengkak dalam air untuk membentuk jeli selama eterifikasi, menghasilkan reaksi yang sangat tidak merata; Jika kadar air terlalu kecil, reaksinya akan sulit untuk dilanjutkan karena kurangnya media reaksi. Secara umum, 80% etanol adalah pelarut yang paling cocok.

2.1.3 Pengaruh dosis asam monokloroasetat pada tingkat substitusi karboksimetil selulosa

Jumlah asam monokloroasetat dan natrium hidroksida secara teoritis 1: 2, tetapi untuk memindahkan reaksi ke arah menghasilkan CMC, memastikan bahwa ada basis bebas yang sesuai dalam sistem reaksi, sehingga karboksimetilasi dapat berlanjut dengan lancar. Untuk alasan ini, metode kelebihan alkali diadopsi, yaitu, rasio molar asam dan alkali zat adalah 1: 2.2.

2.1.4 Pengaruh suhu eterifikasi pada tingkat substitusi karboksimetil selulosa

Semakin tinggi suhu eterifikasi, semakin cepat laju reaksi, tetapi reaksi samping juga dipercepat. Dari perspektif keseimbangan kimia, kenaikan suhu tidak menguntungkan untuk pembentukan CMC, tetapi jika suhunya terlalu rendah, laju reaksinya lambat dan laju pemanfaatan agen etherifying rendah. Dapat dilihat bahwa suhu optimal untuk eterfikasi adalah 70°C.

2.1.5 Pengaruh waktu eterifikasi pada tingkat substitusi karboksimetil selulosa

Dengan meningkatnya waktu eterifikasi, tingkat substitusi CMC meningkat, dan kecepatan reaksi dipercepat, tetapi setelah waktu tertentu, reaksi samping meningkat dan tingkat substitusi menurun. Ketika waktu eterfikasi adalah 100 menit, tingkat substitusi maksimum.

2.2 Hasil uji ortogonal dan analisis gugus karboksimetil

Dapat dilihat dari tabel analisis varians bahwa dalam item primer, empat faktor waktu eterifikasi, suhu eterifikasi, jumlah NaOH dan jumlah asam monokloroasetat memiliki dampak yang sangat signifikan pada tingkat substitusi karboksimetil selulosa (p <0,01). Di antara item interaksi, item interaksi waktu eterifikasi dan jumlah asam monokloroasetat, dan item interaksi suhu eterifikasi dan jumlah asam monokloroasetat memiliki efek yang sangat signifikan pada tingkat substitusi karboksimetil selulosa (P <0,01). Urutan pengaruh berbagai faktor pada tingkat substitusi karboksimetil selulosa adalah: suhu eterifikasi> jumlah asam monokloroasetat> waktu eterifikasi> jumlah NaOH.

Setelah analisis hasil uji desain kombinasi rotasi ortogonal regresi kuadratik, dapat ditentukan bahwa kondisi proses yang optimal untuk modifikasi karboksimetilasi adalah: waktu eterfikasi 100 menit, suhu eterifikasi 70℃, Dosis NaOH 3.2G dan Asam Monokloroasetat Dosis adalah 3.0g, dan tingkat maksimum substitusi adalah 0,53.

2.3 Karakterisasi Kinerja Mikroskopis

Morfologi permukaan selulosa, karboksimetil selulosa dan partikel selulosa karboksymethyl yang terikat silang dipelajari dengan memindai mikroskop elektron. Selulosa tumbuh dalam bentuk strip dengan permukaan halus; Tepi selulosa karboksimetil lebih kasar daripada selulosa yang diekstraksi, dan struktur rongga meningkat dan volume menjadi lebih besar. Ini karena struktur bundel menjadi lebih besar karena pembengkakan selulosa karboksimetil.

3. Kesimpulan

3.1 Persiapan karboksimetil selulosa etherifikasi urutan pentingnya empat faktor yang mempengaruhi tingkat substitusi selulosa adalah: suhu eterifikasi> dosis asam monokloroasetat> waktu eterifikasi> dosis NaOH. Kondisi proses optimal modifikasi karboksimetilasi adalah waktu eterfikasi 100 menit, suhu eterifikasi 70℃, Dosis NaOH 3.2G, dosis asam monokloroasetat 3.0G, dan derajat substitusi maksimum 0,53.

3.2 Kondisi teknologi optimal modifikasi karboksimetilasi adalah: waktu eterfikasi 100 menit, suhu eterifikasi 70℃, Dosis NaOH 3.2G, dosis asam monokloroasetat 3.0G, derajat substitusi maksimum 0,53.