CMCセルロースとその構造特性評価

ストローセルロースを原料としてエーテル化変性を施したものです。単一因子および回転試験を通じて、カルボキシメチルセルロースの調製の最適条件は、エーテル化時間 100 分、エーテル化温度 70 であることが決定されました。℃、NaOHの投与量は3.2g、モノクロロ酢酸の投与量は3.0gで、最大置換度は0.53です。

キーワード: CMCセルロース;モノクロロ酢酸;エーテル化。修正

カルボキシメチルセルロースは世界で最も多く生産、販売されているセルロースエーテルです。洗剤、食品、歯磨き粉、繊維、印刷、染色、製紙、石油、鉱業、医薬品、セラミックス、電子部品、ゴム、塗料、殺虫剤、化粧品、皮革、プラスチック、石油掘削などで広く使用されており、知られています。 「工業用グルタミン酸ナトリウム」として。カルボキシメチルセルロースは、天然セルロースを化学修飾して得られる水溶性セルロースエーテル誘導体です。カルボキシメチルセルロース製造の主原料であるセルロースは、地球上で最も豊富な再生可能な天然資源の 1 つであり、年間生産量は数千億トンです。私の国は大規模な農業国であり、わら資源が最も豊富な国の一つです。わらは常に田舎の住民にとって主要な生活燃料の 1 つです。これらの資源は長い間合理的に開発されておらず、世界中で使用されているわらなどの農林業廃棄物の量は毎年2％未満です。米は黒竜江省の主要経済作物であり、作付面積は200万hm2以上、年間生産量は米1,400万トン、わら1,100万トンである。農家は通常、それらを廃棄物として畑で直接燃やしますが、これは天然資源の膨大な浪費であるだけでなく、深刻な環境汚染を引き起こします。したがって、わらの資源利用を実現することは、農業の持続可能な発展戦略の必要性です。

1. 実験材料と方法

1.1 実験材料と実験装置

わらセルロース、研究室で自作。 JJ～1型電動ミキサー、金潭国王実験器具工場; SHZW2C型RS—上海鵬福電気機械有限公司の真空ポンプ。 ｐＨＳ－３Ｃ ｐＨ計、メトラー・トレド株式会社； DGG-9070A 電気加熱恒温乾燥炉、北京北立匯試験器設備有限公司; HITACHI-S ~ 3400N 走査型電子顕微鏡、日立インスツルメンツ;エタノール;水酸化ナトリウム;クロロ酢酸など（上記の試薬は分析的に純粋です）。

1.2 実験方法

1.2.1 カルボキシメチルセルロースの調製

（１）カルボキシメチルセルロースの調製方法：セルロース２ｇを三口フラスコに量り、ＮａＯＨ２．８ｇ、７５％エタノール溶液２０ｍＬを加え、２５℃の恒温水槽中でアルカリに浸漬する。°℃で80分間。ミキサーでよく混ぜ合わせます。このプロセス中に、セルロースはアルカリ溶液と反応してアルカリセルロースを形成します。エーテル化段階では、上記で反応させた三口フラスコに75%エタノール溶液10mLとクロロ酢酸3gを加え、温度を65～70℃まで上げる。° ６０℃に昇温し、６０分間反応させる。 ２度目にアルカリを加え、次いで０．６ｇのＮａＯＨを上記の反応フラスコに加えて温度を７０℃に保つ。°C、反応時間は40分で粗Naが得られます。—CMC（カルボキシメチルセルロースナトリウム）。

中和洗浄：1mol添加·Ｌ－１塩酸を加え、反応液を室温でｐＨ＝７～８になるまで中和する。次に、50% エタノールで 2 回洗浄し、次に 95% エタノールで 1 回洗浄し、吸引濾過し、80 ～ 90 ℃で乾燥します。°Cで2時間。

(2) 試料置換度の測定：酸度計測定法：精製・乾燥したNa-CMC試料0.2g（精度0.1mg）を量り、蒸留水80mLに溶解し、10分間電磁撹拌し、調整する。この溶液を酸またはアルカリでpH8にした後、pH計の電極を備えたビーカーに試験液を入れ、硫酸標準液で滴定し、pH計の指示を見ながらpHが8になるまで滴定する。 3.74。使用した硫酸標準液の量をメモします。

1.2.2 単一因子検定法

(1) カルボキシメチルセルロースの置換度に及ぼすアルカリ量の影響：25℃でアルカリ化を行う℃、アルカリ浸漬80分間、エタノール溶液中の濃度は75％、モノクロロ酢酸試薬の量を3gに制御、エーテル化温度は65〜70℃である°Ｃ、エーテル化時間は１００分、水酸化ナトリウム量を変えて試験した。

（２）カルボキシメチルセルロースの置換度に及ぼすエタノール溶液濃度の影響：固定アルカリ量３．２ｇ、２５℃の恒温水槽にアルカリ浸漬°８０℃で８０分間、エタノール溶液の濃度は７５％であり、モノクロロ酢酸試薬の量は３ｇに制御され、エーテル化温度は６５〜７０℃である°Ｃ、エーテル化時間は１００分、エタノール溶液の濃度を変えて実験した。

(3) カルボキシメチルセルロースの置換度に及ぼすモノクロロ酢酸の量の影響: 25 で固定°アルカリ化のためにC、アルカリに80分間浸漬し、水酸化ナトリウム3.2gを加えてエタノール溶液の濃度を75％にし、エーテル温度を65〜70にする°Ｃ、エーテル化時間は１００分、モノクロロ酢酸の量を変えて実験した。

(4) カルボキシメチルセルロースの置換度に及ぼすエーテル化温度の影響: 25 で固定°３℃でアルカリ化し、アルカリに８０分間浸漬し、水酸化ナトリウム３．２ｇを加えてエタノール溶液の濃度を７５％とし、エーテル化温度は６５～７０℃とする。℃、エーテル化時間は100分、モノクロロ酢酸の添加量を変えて実験を行った。

(5) カルボキシメチルセルロースの置換度に及ぼすエーテル化時間の影響: 25 に固定°アルカリ化のために3.2gの水酸化ナトリウムを加え、80分間アルカリに浸漬してエタノール溶液の濃度を75％にし、モノクロルを制御した。酢酸試薬の投与量は3gで、エーテル化温度は65〜70℃であった。°実験では、エーテル化時間を変化させて実験した。

1.2.3 カルボキシメチルセルロースの試験計画と最適化

単一因子実験に基づいて,4つの因子と5つのレベルによる二次回帰直交回転結合実験を設計した。 4 つの要素は、エーテル化時間、エーテル化温度、NaOH の量、およびモノクロロ酢酸の量です。データ処理にはSAS8.2統計ソフトを使用し、各影響因子とカルボキシメチルセルロースの置換度との関係を明らかにします。内なる法則。

1.2.4 SEM解析方法

乾燥粉末サンプルを導電性接着剤でサンプルステージに固定し、金を真空溶射した後、Hitachi-S-3400N 日立走査型電子顕微鏡で観察、写真撮影を行いました。

2. 結果と分析

2.1 カルボキシメチルセルロースの置換度に対する単一因子の影響

2.1.1 カルボキシメチルセルロースの置換度に及ぼすアルカリ量の影響

セルロース２ｇにＮａＯＨ３．２ｇを加えたとき、生成物の置換度が最も高かった。 NaOH の量が減少しますが、アルカリセルロースとエーテル化剤の中和を形成するのに十分ではなく、生成物の置換度が小さく、粘度が低くなります。逆に、ＮａＯＨの量が多すぎると、クロロ酢酸の加水分解時の副反応が増加し、エーテル化剤の使用量が増加し、生成物の粘度も低下する。

2.1.2 カルボキシメチルセルロースの置換度に及ぼすエタノール溶液濃度の影響

エタノール溶液中の水の一部はセルロース外の反応媒体中に存在し、残りの一部はセルロース中に存在する。水分含有量が多すぎると、エーテル化中にCMCが水中で膨潤してゼリー状になり、反応が非常に不均一になります。水分含有量が少なすぎると、反応媒体が不足して反応が進行しにくくなります。一般に、80% エタノールが最適な溶媒です。

2.1.3 モノクロロ酢酸の投与量がカルボキシメチルセルロースの置換度に及ぼす影響

モノクロロ酢酸と水酸化ナトリウムの量は理論的には1:2ですが、CMCを生成する方向に反応を進めるためには、反応系内に適切な遊離塩基が存在し、カルボキシメチル化がスムーズに進むようにする必要があります。このため、酸とアルカリのモル比を１：２．２とするアルカリ過剰法が採用される。

2.1.4 カルボキシメチルセルロースの置換度に対するエーテル化温度の影響

エーテル化温度が高いほど反応速度は速くなりますが、副反応も促進されます。化学バランスの観点からは、温度が上昇することはＣＭＣの生成に好ましくないが、温度が低すぎると反応速度が遅くなり、エーテル化剤の利用率が低くなる。エーテル化の最適温度は70℃であることがわかります。°C.

2.1.5 カルボキシメチルセルロースの置換度に対するエーテル化時間の影響

エーテル化時間が長くなるとCMCの置換度が増加し反応速度が速くなりますが、一定時間が経過すると副反応が増加し置換度が低下します。エーテル化時間が 100 分の場合、置換度は最大になります。

2.2 直交テストの結果とカルボキシメチル基の分析

分散分析表から、一次項目では、エーテル化時間、エーテル化温度、NaOH 量、モノクロロ酢酸量の 4 つの要素が、カルボキシメチルセルロースの置換度に非常に大きな影響を与えていることがわかります (p <0.01) 。相互作用項目のうち、エーテル化時間とモノクロロ酢酸量の相互作用項目、エーテル化温度とモノクロロ酢酸量の相互作用項目は、カルボキシメチルセルロースの置換度に非常に有意な影響を与えた(p<0.01)。カルボキシメチルセルロースの置換度に及ぼす各種因子の影響の順序は、エーテル化温度＞モノクロロ酢酸量＞エーテル化時間＞ＮａＯＨ量であった。

二次回帰直交回転組み合わせ設計のテスト結果を分析した後、カルボキシメチル化修飾の最適なプロセス条件は、エーテル化時間 100 分、エーテル化温度 70 であると判断できます。℃、NaOHの投与量は3.2g、モノクロロ酢酸の投与量は3.0gで、最大置換度は0.53です。

2.3 微視的な性能特性評価

セルロース、カルボキシメチルセルロースおよび架橋カルボキシメチルセルロース粒子の表面形態を走査型電子顕微鏡で研究した。セルロースは滑らかな表面を持つ帯状に成長します。カルボキシメチルセルロースのエッジは抽出セルロースに比べて粗く、空洞構造が増加して体積が大きくなります。これはカルボキシメチルセルロースの膨潤によりバンドル構造が大きくなるためである。

3. 結論

3.1 カルボキシメチルエーテル化セルロースの調製 セルロースの置換度に影響を与える 4 つの因子の重要性の順序は、エーテル化温度 > モノクロロ酢酸の投与量 > エーテル化時間 > NaOH 投与量です。カルボキシメチル化修飾の最適プロセス条件は、エーテル化時間100分、エーテル化温度70℃です。℃、ＮａＯＨ投与量３．２ｇ、モノクロロ酢酸投与量３．０ｇ、最大置換度０．５３。

3.2 カルボキシメチル化修飾の最適技術条件は、エーテル化時間100分、エーテル化温度70℃である。℃、ＮａＯＨ投与量３．２ｇ、モノクロロ酢酸投与量３．０ｇ、最大置換度０．５３。