Reaksi eterifikasi pada selulosa eter

Aktivitas eterifikasi selulosa dipelajari masing-masing dengan mesin pengaduk dan reaktor pengaduk, dan hidroksietil selulosa dan karboksimetil selulosa masing-masing dibuat dengan kloroetanol dan asam monokloroasetat. Hasil penelitian menunjukkan bahwa reaksi eterifikasi selulosa dilakukan dengan pengadukan reaktor pada kondisi agitasi intensitas tinggi. Selulosa memiliki reaktivitas eterifikasi yang baik, yang lebih baik daripada metode pengaduk dalam meningkatkan efisiensi eterifikasi dan meningkatkan transmisi cahaya produk dalam larutan air.) Oleh karena itu, meningkatkan intensitas pengadukan dalam proses reaksi adalah cara yang lebih baik untuk mengembangkan eterifikasi selulosa homogen pengganti. produk.

Kata kunci:reaksi eterifikasi; Selulosa;Hidroksietil selulosa; Karboksimetil selulosa

Dalam pengembangan produk olahan kapas selulosa eter, metode pelarut banyak digunakan dan mesin pengaduk digunakan sebagai peralatan reaksi. Namun, selulosa kapas sebagian besar terdiri dari daerah kristal di mana molekul-molekulnya tersusun rapi dan rapat. Ketika mesin pengaduk digunakan sebagai peralatan reaksi, lengan pengaduk mesin pengaduk lambat selama reaksi, dan ketahanan zat eterifikasi untuk memasuki lapisan selulosa yang berbeda besar dan kecepatannya lambat, sehingga memerlukan waktu reaksi yang lama, proporsi sisi yang tinggi. reaksi dan distribusi gugus substituen yang tidak merata pada rantai molekul selulosa.

Biasanya reaksi eterifikasi selulosa merupakan reaksi heterogen luar dan dalam. Jika tidak ada aksi dinamis eksternal, zat eterifikasi sulit memasuki zona kristalisasi selulosa. Dan melalui perlakuan awal terhadap kapas halus (seperti menggunakan metode fisik untuk meningkatkan permukaan kapas halus), bersamaan dengan reaktor pengadukan untuk peralatan reaksi, menggunakan reaksi eterifikasi pengadukan cepat, menurut penalaran, selulosa dapat membengkak dengan kuat, pembengkakan area amorf selulosa dan area kristalisasi cenderung konsisten, meningkatkan aktivitas reaksi. Distribusi substituen selulosa eter yang homogen dalam sistem reaksi eterifikasi heterogen dapat dicapai dengan meningkatkan daya pengadukan eksternal. Jadi ini akan menjadi arah pengembangan masa depan negara kita untuk mengembangkan produk eterifikasi selulosa berkualitas tinggi dengan ketel reaksi tipe berpengaduk sebagai peralatan reaksi.

1. Bagian percobaan

1.1 Bahan baku selulosa kapas halus untuk pengujian

Menurut perbedaan peralatan reaksi yang digunakan dalam percobaan, metode perlakuan awal selulosa kapas juga berbeda. Jika pengaduk digunakan sebagai peralatan reaksi, metode perlakuan awal juga berbeda. Ketika pengaduk digunakan sebagai peralatan reaksi, kristalinitas selulosa kapas halus yang digunakan adalah 43,9%, dan panjang rata-rata selulosa kapas halus adalah 15~20mm. Kristalinitas selulosa kapas halus adalah 32,3% dan panjang rata-rata selulosa kapas halus kurang dari 1 mm ketika reaktor pengadukan digunakan sebagai peralatan reaksi.

1.2 Pengembangan karboksimetil selulosa dan hidroksietil selulosa

Pembuatan karboksimetil selulosa dan hidroksietil selulosa dapat dilakukan dengan menggunakan alat pengaduk 2L sebagai peralatan reaksi (kecepatan rata-rata selama reaksi adalah 50r/menit) dan reaktor pengaduk 2L sebagai peralatan reaksi (kecepatan rata-rata selama reaksi adalah 500r/menit).

Selama reaksi, semua bahan mentah berasal dari reaksi kuantitatif yang ketat. Produk yang diperoleh dari reaksi dicuci dengan etanol w=95%, kemudian dikeringkan secara vakum selama 24 jam pada tekanan negatif 60℃ dan 0,005mpa. Kadar air sampel yang diperoleh adalah w=2,7%±0,3%, dan sampel produk untuk analisis dicuci hingga kadar abu w < 0,2%.

Langkah-langkah persiapan mesin pengaduk sebagai peralatan reaksi adalah sebagai berikut:

Reaksi eterifikasi → pencucian produk → pengeringan → granulasi parut → pengemasan dilakukan dalam mesin pengaduk.

Langkah-langkah pembuatan reaktor pengaduk sebagai peralatan reaksi adalah sebagai berikut:

Reaksi eterifikasi → pencucian produk → pengeringan dan granulasi → pengemasan dilakukan dalam reaktor berpengaduk.

Terlihat bahwa pengaduk digunakan sebagai peralatan reaksi untuk pembuatan karakteristik efisiensi reaksi rendah, pengeringan dan penggilingan granulasi selangkah demi selangkah, dan kualitas produk akan sangat berkurang dalam proses penggilingan.

Ciri-ciri proses preparasi dengan reaktor berpengaduk sebagai peralatan reaksi adalah sebagai berikut: efisiensi reaksi yang tinggi, granulasi produk tidak menggunakan metode proses granulasi tradisional yaitu pengeringan dan penggilingan, serta proses pengeringan dan granulasi dilakukan bersamaan dengan produk yang belum dikeringkan setelah dicuci, dan kualitas produk tetap tidak berubah selama proses pengeringan dan granulasi.

1.3 Analisis difraksi sinar-X

Analisis difraksi sinar-X dilakukan dengan difraktometer sinar-X Rigaku D/max-3A, monokromator grafit, Sudut 8°~30°, sinar CuKα, tekanan tabung dan aliran tabung 30kV dan 30mA.

1.4 Analisis spektrum inframerah

Spektrometer inframerah Spectrum-2000PE FTIR digunakan untuk analisis spektrum inframerah. Semua sampel untuk analisis spektrum inframerah memiliki berat 0,0020g. Sampel-sampel ini masing-masing dicampur dengan 0,1600g KBr, lalu ditekan (dengan ketebalan <0,8 mm) dan dianalisis.

1.5 Deteksi transmisi

Transmitansi dideteksi dengan spektrofotometer 721. Larutan CMC w=w1% dimasukkan ke dalam piringan kolorimetri 1cm pada panjang gelombang 590nm.

1.6 Derajat deteksi substitusi

Derajat substitusi HEC hidroksietil selulosa diukur dengan metode analisis kimia standar. Prinsipnya HEC dapat terurai oleh HI hidroiodat pada suhu 123℃, dan derajat substitusi HEC dapat diketahui dengan mengukur zat pengurai etilen dan etilen iodida yang dihasilkan. Tingkat substitusi hidroksimetil selulosa juga dapat diuji dengan metode analisis kimia standar.

2. Hasil dan pembahasan

Dua jenis ketel reaksi digunakan di sini: satu adalah mesin pengaduk sebagai peralatan reaksi, yang lainnya adalah ketel reaksi jenis pengaduk sebagai peralatan reaksi, dalam sistem reaksi heterogen, kondisi basa dan sistem pelarut air beralkohol, reaksi eterifikasi selulosa kapas halus dipelajari. Diantaranya, ciri-ciri teknologi mesin pengaduk sebagai peralatan reaksi adalah: Dalam reaksi, kecepatan lengan pengaduk lambat, waktu reaksi lama, proporsi reaksi samping tinggi, tingkat pemanfaatan zat eterifikasi rendah, dan keseragaman distribusi gugus pengganti dalam reaksi eterisasi buruk. Proses penelitian hanya dapat dibatasi pada kondisi reaksi yang relatif sempit. Selain itu, penyesuaian dan pengendalian kondisi reaksi utama (seperti rasio rendaman, konsentrasi alkali, kecepatan mesin pengaduk adonan) sangat buruk. Sulit untuk mencapai perkiraan keseragaman reaksi eterifikasi dan mempelajari perpindahan massa dan penetrasi proses reaksi eterifikasi secara mendalam. Ciri-ciri proses reaktor pengaduk sebagai peralatan reaksi adalah: kecepatan pengadukan yang cepat dalam reaksi, kecepatan reaksi yang cepat, tingkat pemanfaatan zat eterisasi yang tinggi, distribusi substituen eterisasi yang seragam, kondisi reaksi utama yang dapat disesuaikan dan dikendalikan.

CMC karboksimetil selulosa masing-masing dibuat dengan peralatan reaksi pengaduk dan peralatan reaksi reaktor pengaduk. Ketika pengaduk digunakan sebagai peralatan reaksi, intensitas pengadukan rendah dan kecepatan putaran rata-rata adalah 50r/menit. Ketika reaktor pengaduk digunakan sebagai peralatan reaksi, intensitas pengadukan tinggi dan kecepatan putaran rata-rata 500r/menit. Ketika rasio molar asam monokloroasetat dengan selulosa monosakarida adalah 1:5:1, waktu reaksi adalah 1,5 jam pada 68℃. Transmisi cahaya CMC yang diperoleh dengan mesin pengaduk adalah 98,02% dan efisiensi eterifikasi 72% karena permeabilitas CM yang baik dalam zat eterifikasi asam kloroasetat. Ketika reaktor pengadukan digunakan sebagai peralatan reaksi, permeabilitas zat eterifikasi lebih baik, transmisi CMC adalah 99,56%, dan efisiensi reaksi eterisasi meningkat menjadi 81%.

Hidroksietil selulosa HEC dibuat dengan alat pengaduk dan reaktor pengaduk sebagai peralatan reaksi. Ketika pengaduk digunakan sebagai peralatan reaksi, efisiensi reaksi zat eterisasi adalah 47% dan kelarutan dalam air buruk ketika permeabilitas zat eterisasi kloroetil alkohol buruk dan rasio molar kloroetanol terhadap selulosa monosakarida adalah 3:1 pada 60℃ selama 4 jam . Hanya jika rasio molar kloroetanol terhadap monosakarida selulosa adalah 6:1, produk dengan kelarutan dalam air yang baik dapat terbentuk. Ketika reaktor pengadukan digunakan sebagai peralatan reaksi, permeabilitas zat eterifikasi kloroetil alkohol menjadi lebih baik pada 68℃ selama 4 jam. Ketika rasio molar kloroetanol terhadap selulosa monosakarida adalah 3:1, HEC yang dihasilkan memiliki kelarutan dalam air yang lebih baik, dan efisiensi reaksi eterifikasi meningkat menjadi 66%.

Efisiensi reaksi dan kecepatan reaksi zat eterisasi asam kloroasetat jauh lebih tinggi dibandingkan dengan kloroetanol, dan reaktor pengaduk sebagai peralatan reaksi eterisasi memiliki keunggulan yang jelas dibandingkan pengaduk, yang sangat meningkatkan efisiensi reaksi eterisasi. Tingginya transmisivitas CMC juga secara tidak langsung menunjukkan bahwa reaktor pengaduk sebagai peralatan reaksi eterisasi dapat meningkatkan homogenitas reaksi eterisasi. Hal ini karena rantai selulosa mempunyai tiga gugus hidroksil pada masing-masing cincin gugus glukosa, dan hanya dalam keadaan mengembang atau terlarut yang kuat semua pasangan hidroksil selulosa dari molekul zat eterifikasi dapat diakses. Reaksi eterifikasi selulosa biasanya merupakan reaksi heterogen dari luar ke dalam, terutama pada daerah kristalin selulosa. Ketika struktur kristal selulosa tetap utuh tanpa pengaruh kekuatan eksternal, zat eterifikasi sulit memasuki struktur kristal, sehingga mempengaruhi homogenitas reaksi heterogen. Oleh karena itu, dengan melakukan perlakuan awal terhadap kapas halus (seperti meningkatkan permukaan spesifik kapas halus), reaktivitas kapas halus dapat ditingkatkan. Pada perbandingan rendaman yang besar (etanol/selulosa atau isopropil alkohol/selulosa dan reaksi pengadukan berkecepatan tinggi, sesuai dengan alasannya maka urutan zona kristalisasi selulosa akan berkurang, pada saat ini selulosa dapat membengkak dengan kuat, sehingga terjadi pembengkakan. Zona selulosa amorf dan kristal cenderung konsisten, sehingga reaktivitas daerah amorf dan daerah kristal serupa.

Melalui analisis spektrum inframerah dan analisis difraksi sinar-X, proses reaksi eterifikasi selulosa dapat dipahami lebih jelas bila reaktor pengaduk digunakan sebagai peralatan reaksi eterifikasi.

Di sini, spektrum inframerah dan spektrum difraksi sinar-X dianalisis. Reaksi eterifikasi CMC dan HEC dilakukan dalam reaktor berpengaduk pada kondisi reaksi yang dijelaskan di atas.

Analisis spektrum inframerah menunjukkan bahwa reaksi eterasi CMC dan HEC berubah secara teratur dengan bertambahnya waktu reaksi, derajat substitusinya berbeda.

Melalui analisis pola difraksi sinar-X, kristalinitas CMC dan HEC cenderung nol seiring bertambahnya waktu reaksi, menunjukkan bahwa proses dekristalisasi pada dasarnya telah diwujudkan pada tahap alkalisasi dan tahap pemanasan sebelum reaksi eterifikasi kapas halus. . Oleh karena itu, reaktivitas eterifikasi karboksimetil dan hidroksietil kapas olahan tidak lagi dibatasi oleh kristalinitas kapas olahan. Hal ini terkait dengan permeabilitas zat eterifikasi. Terlihat bahwa reaksi eterifikasi CMC dan HEC dilakukan dengan reaktor pengaduk sebagai peralatan reaksi. Dengan pengadukan kecepatan tinggi, hal ini bermanfaat untuk proses dekristalisasi kapas halus pada tahap alkalisasi dan tahap pemanasan sebelum reaksi eterifikasi, dan membantu zat eterifikasi meresap ke dalam selulosa, sehingga meningkatkan efisiensi reaksi eterifikasi dan keseragaman substitusi. .

Kesimpulannya, penelitian ini menekankan pengaruh daya pengadukan dan faktor lainnya terhadap efisiensi reaksi selama proses reaksi. Oleh karena itu, usulan penelitian ini didasarkan pada alasan berikut: Dalam sistem reaksi eterasi heterogen, penggunaan rasio rendaman yang besar dan intensitas pengadukan yang tinggi, dll., merupakan kondisi dasar untuk pembuatan selulosa eter yang mendekati homogen dengan gugus substituen. distribusi; Dalam sistem reaksi eterasi heterogen tertentu, selulosa eter berkinerja tinggi dengan distribusi substituen yang kira-kira seragam dapat dibuat dengan menggunakan reaktor pengaduk sebagai peralatan reaksi, yang menunjukkan bahwa larutan berair selulosa eter memiliki transmitansi tinggi, yang sangat penting untuk memperluas sifat-sifatnya. dan fungsi selulosa eter. Mesin pengaduk digunakan sebagai peralatan reaksi untuk mempelajari reaksi eterifikasi kapas halus. Karena intensitas pengadukan yang rendah, hal ini tidak baik untuk penetrasi zat eterifikasi, dan memiliki beberapa kelemahan seperti proporsi reaksi samping yang tinggi dan keseragaman distribusi substituen eterifikasi yang buruk.