CMCセルロースとその構造の特性評価

ストローセルロースを原料として使用して、エーテル化によって修正されました。単一因子と回転テストを通じて、カルボキシメチルセルロースの調製のための最適な条件は、エーテル化時間100分、エーテル化温度70であると判断されました。℃、NaOH投与量3.2gおよびモノクロロ酢酸投与量3.0g、最大置換度の最大値は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世界で最も生産および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、織物、印刷、染色、紙製造、石油、鉱業、薬、セラミック、電子部品、ゴム、塗料、農薬、化粧品、革、プラスチック、オイル掘削などで広く使用されています。 「産業用モノソジウムグルタミン酸」として。カルボキシメチルセルロースは、化学的に天然セルロースを修飾することによって得られた水溶性セルロースエーテル誘導体です。セルロースは、カルボキシメチルセルロースの生産のための主要な原料であり、地球上で最も豊富な自然再生可能資源の1つであり、年間数億トンの生産があります。私の国は大規模な農業国であり、最も豊富なわらの資源を持つ国の1つです。ストローは常に、農村住民にとって主要な生きた燃料の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、ストローなどの農業や林業の廃棄物の2％未満が毎年世界で使用されています。米は、片国州の主要な経済作物であり、200万匹以上のhm2の植栽エリア、1400万トンの米、1100万トンのわらの生産量があります。農民は一般に、廃棄物として畑で直接それらを燃やします。これは、天然資源の巨大な無駄であるだけでなく、環境に深刻な汚染を引き起こします。したがって、ストローの資源利用を実現することは、農業の持続可能な開発戦略の必要性です。

1。実験材料と方法

1.1実験材料と機器

ストローセルロース、実験室で自作。 JJ〜1タイプの電動ミキサー、Jintan Guowang実験機器工場。 SHZW2CタイプRs- 真空ポンプ、Shanghai Pengfu Electromechanical Co.、Ltd。; PHS-3C PH Meter、Mettler-Toledo Co.、Ltd。; DGG-9070A電気暖房一定温度乾燥オーブン、北京North Lihui Test Instrument Equipment Co.、Ltd。;日立S〜3400N走査型電子顕微鏡、日立器具。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2 gの重量を3ネックフラスコにし、2.8 gのNaOH、20 mLの75％エタノール溶液を加え、25の一定温度水浴にアルカリに浸します°C 80分間。ミキサーでかき混ぜてよく組み合わせます。このプロセス中、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、上で反応した3ネックフラスコに10 mLの75％エタノール溶液と3 gのクロロ酢酸を加え、温度を65-70に上げます° C.、60分間反応します。アルカリを2度目に追加し、上記の反応フラスコに0.6gのNAOHを追加して、温度を70に保ちます°C、そして反応時間は粗Naを得るために40分です- CMC（ナトリウムカルボキシメチルセルロース）。

中和と洗浄：1molを追加します·L-1塩酸酸、pH = 7〜8まで室温で反応を中和します。次に、50％エタノールで2回洗浄し、95％エタノールで1回洗浄し、吸引でフィルターし、80-90で乾燥させます°C 2時間C。

（2）サンプル置換の程度の測定：酸性メーター決定方法：精製および乾燥Na-CMCサンプルの0.2g（精度0.1mg）の重量0.2g（精度）、80mlの蒸留水に溶解し、電磁快症を10分間攪拌し、調整します酸またはアルカリでは、溶液が溶液のpHを8にもたらしました。次に、pHメーター電極を備えたビーカーの硫酸標準溶液で試験溶液を滴定し、pHが滴定されている間にpHメーターの兆候を観察します。 3.74。使用される硫酸標準溶液の量を記録します。

1.2.2単一因子テスト方法

（1）カルボキシメチルセルロースの置換度に対するアルカリの量の影響：25でアルカリ化を実行する℃、アルカリ浸漬80分間、エタノール溶液の濃度は75％で、モノクロロ酢酸試薬3Gの量を制御し、エーテル化温度は65〜70です°C、エーテル化時間は100分で、テストのために水酸化ナトリウムの量が変更されました。

（2）カルボキシメチルセルロースの置換度に対するエタノール溶液の濃度の効果：固定アルカリの量は3.2g、25の一定温度水浴へのアルカリ浸漬°80分間、エタノール溶液の濃度は75％、モノクロロ酢酸試薬の量は3Gで制御され、エーテル化温度は65-70です。°C、エーテル化時間は100分で、実験のためにエタノール溶液の濃度が変更されます。

（3）カルボキシメチルセルロースの置換度に対するモノクロロ酢酸の量の影響：25で修正°cアルカリゼーションの場合、アルカリに80分間浸し、3.2gの水酸化ナトリウムを加えてエタノール溶液の濃度を75％にし、温度は65〜70です°C、エーテル化時間は100分で、実験のためにモノクロロ酢酸の量が変更されます。

（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：25で修正°cアルカリゼーションの場合、アルカリに80分間浸し、3.2gの水酸化ナトリウムを加えてエタノール溶液の濃度を75％にし、エーテル化温度温度は65〜70です℃、エーテル化時間は100分で、実験はモノクロロ酢酸の投与量を変更することで実行されます。

（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：25に固定°アルカリ化のためにC、3.2gの水酸化ナトリウムを添加し、エタノール溶液の濃度を75％にするために80分間アルカリに浸し、酢酸試薬の投与量は3g、エーテル化温度は65〜70です。°C、および実験のためにエーテル化時間が変更されます。

1.2.3カルボキシメチルセルロースのテスト計画と最適化

単一因子実験に基づいて、4つの因子と5つのレベルを組み合わせた2次回帰直交回転を組み合わせた実験を設計しました。 4つの要因は、エーテル化時間、エーテル化温度、NaOHの量、モノクロロ酢酸の量です。データ処理は、データ処理にSAS8.2統計ソフトウェアを使用します。これは、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。内的法則。

1.2.4 SEM分析方法

乾燥粉末サンプルは、導電性接着剤を備えたサンプル段階に固定され、真空噴霧金を噴霧した後、日立S-3400Nの日立走査型電子顕微鏡の下で観察および写真を撮りました。

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対するアルカリの量の影響

NaOH3.2Gを2Gセルロースに加えたとき、製品の置換度が最も高かった。 NaOHの量は減少します。これは、アルカリ性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、生成物は少量の置換と低粘度を持っています。それどころか、NaOHの量が多すぎると、クロロ酢酸の加水分解中の副反応が増加し、エーテル化剤の消費が増加し、生成物の粘度も減少します。

2.1.2カルボキシメチルセルロースの置換度に対するエタノール溶液の濃度の影響

エタノール溶液の水の一部は、セルロース外の反応培地に存在し、他の部分はセルロースに存在します。水分量が大きすぎると、CMCはエーテル化中にゼリーを形成するために水で膨張し、非常に不均一な反応をもたらします。水分量が小さすぎる場合、反応媒体がないため、反応を進めるのが困難です。一般的に、80％エタノールが最も適切な溶媒です。

2.1.3カルボキシメチルセルロースの置換度に対するモノクロロ酢酸の投与量の影響

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動かすために、反応系に適切な自由ベースがあることを確認して、カルボキシメチル化がスムーズに進むことができます。このため、過剰なアルカリの方法が採用されています。つまり、酸とアルカリ物質のモル比は1：2.2です。

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、反応速度が速くなりますが、副反応も加速します。化学バランスの観点から見ると、温度の上昇はCMCの形成には好ましくありませんが、温度が低すぎると、反応速度が遅く、エーテル化剤の使用率が低くなります。エーテル化に最適な温度は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

エーテル化時間の増加に伴い、CMCの置換度が増加し、反応速度が加速されますが、特定の時間の後、副反応が増加し、置換度が減少します。エーテル化時間が100分の場合、置換度は最大です。

2.2直交試験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の量、モノクロロ酢酸の量の4つの要因が、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ることがわかります（P <0.01）。相互作用項目の中で、エーテル化時間の相互作用項目とモノクロロ酢酸の量、およびエーテル化温度の相互作用項目とモノクロロ酢酸の量は、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及ぼしました（p <0.01）。カルボキシメチルセルロースの置換度に対するさまざまな要因の影響の順序は、エーテル化温度>モノクロロ酢酸の量>エーテル化時間> NaOHの量でした。

二次回帰直交回転の組み合わせ設計のテスト結果の分析の後、カルボキシメチル化修飾の最適なプロセス条件は次のとおりであると判断できます。℃、NaOH投与量3.2gおよびモノクロロ酢酸投与量は3.0gで、置換の最大程度は0.53です。

2.3顕微鏡性能の特性評価

セルロース、カルボキシメチルセルロース、架橋カルボキシメチルセルロース粒子の表面形態は、走査型電子顕微鏡で研究されました。セルロースは、滑らかな表面のストリップ形状で成長します。カルボキシメチルセルロースの端は抽出されたセルロースの端よりも粗く、空洞構造が増加し、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腫れのためにバンドル構造が大きくなるためです。

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の程度に影響する4つの要因の重要性は、エーテル化温度>モノクロロ酢酸剤>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なプロセス条件は、エーテル化時間100分、エーテル化化温度70です℃、NaOH投与量3.2g、モノクロロ酢酸投与量3.0g、および最大置換度0.53。

3.2 カルボキシメチル化修飾の最適な技術条件は、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。