კანაფის ყუნწის ცელულოზის ეთერის ზომის მომზადება და მისი გამოყენება ზომაში

რეზიუმე:არადეგრადირებადი პოლივინილის სპირტის (PVA) ხსნარის ჩანაცვლების მიზნით, კანაფის ღეროს ცელულოზის ეთერ-ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა მომზადდა სასოფლო-სამეურნეო ნარჩენების კანაფის ღეროებისგან და შერეული სპეციფიური სახამებელით, რომ მომზადებულიყო ნადუღი. პოლიესტერი-ბამბის შერეული ნართი T/C65/35 14.7 tex იყო ზომით და შემოწმებული იყო მისი ზომების შესრულება. ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის წარმოების ოპტიმალური პროცესი იყო შემდეგი: ცოცხის მასური წილი იყო 35%; ტუტე ცელულოზის შეკუმშვის კოეფიციენტი იყო 2,4; მეთანისა და პროპილენოქსიდის თხევადი მოცულობის თანაფარდობა არის 7:3; განზავდეს იზოპროპანოლით; რეაქციის წნევა არის 2. 0 MPa. ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზისა და სპეციფიკური სახამებლის შერევით მომზადებულ ზომას აქვს დაბალი COD და უფრო ეკოლოგიურად სუფთაა და ყველა ზომის ინდიკატორს შეუძლია შეცვალოს PVA ზომა.

საკვანძო სიტყვები:კანაფის ღერო; კანაფის ღეროს ცელულოზის ეთერი; პოლივინილის სპირტი; ცელულოზის ეთერის ზომა

0.წინასიტყვაობა

ჩინეთი არის ერთ-ერთი ქვეყანა, რომელსაც აქვს შედარებით მდიდარი ჩალის რესურსები. მოსავალი 700 მილიონ ტონაზე მეტია, ხოლო ჩალის გამოყენების მაჩვენებელი ყოველწლიურად მხოლოდ 3%-ია. დიდი რაოდენობით ჩალის რესურსი არ არის გამოყენებული. ჩალა არის მდიდარი ბუნებრივი ლიგნოცელულოზური ნედლეული, რომლის გამოყენება შესაძლებელია საკვებში, სასუქებში, ცელულოზის წარმოებულებში და სხვა პროდუქტებში.

ამჟამად, ტექსტილის წარმოების პროცესში ჩამდინარე წყლების დაბინძურების შემცირება გახდა დაბინძურების ერთ-ერთი უდიდესი წყარო. PVA-ზე ქიმიური ჟანგბადის მოთხოვნა ძალიან მაღალია. მას შემდეგ, რაც PVA-ს მიერ წარმოებული სამრეწველო ჩამდინარე წყლები მდინარეში ჩაედინება, ის შეაფერხებს ან თუნდაც გაანადგურებს წყლის ორგანიზმების სუნთქვას. გარდა ამისა, PVA ამძიმებს მძიმე მეტალების გამოყოფას და მიგრაციას წყლის ობიექტებში ნალექებში, რაც იწვევს უფრო სერიოზულ ეკოლოგიურ პრობლემებს. PVA-ს მწვანე ხსნარით ჩანაცვლების შესახებ კვლევის ჩასატარებლად საჭიროა არა მხოლოდ დაკმაყოფილდეს ზომის პროცესის მოთხოვნები, არამედ მინიმუმამდე დაიყვანოთ წყლისა და ჰაერის დაბინძურება გაზომვის პროცესში.

ამ კვლევაში კანაფის ღეროს ცელულოზის ეთერ-ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა (HPMC) მომზადდა სასოფლო-სამეურნეო ნარჩენების კანაფის ღეროებისგან და განხილული იყო მისი წარმოების პროცესი. და შეურიეთ ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა და სახამებლის სპეციფიკური ზომა, როგორც ზომა ზომისთვის, შეადარეთ PVA ზომას და განიხილეთ მისი ზომების შესრულება.

1. ექსპერიმენტი

1 . 1 მასალები და ინსტრუმენტები

კანაფის ღერო, ჰეილონჯიანგი; პოლიესტერ-ბამბის შერეული ნართი T/C65/3514.7 tex; თვითნაკეთი კანაფის ღეროს ცელულოზის ეთერ-ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა; FS-101, მოდიფიცირებული სახამებელი, PVA-1799, PVA-0588, Liaoning Zhongze Group Chaoyang Textile Co., Ltd.; პროპანოლი, პრემიუმ კლასის; პროპილენის ოქსიდი, გამყინვარების ძმარმჟავა, ნატრიუმის ჰიდროქსიდი, იზოპროპანოლი, ანალიტიკურად სუფთა; მეთილის ქლორიდი, მაღალი სისუფთავის აზოტი.

GSH-3L რეაქციის ქვაბი, JRA-6 ციფრული დისპლეი მაგნიტური ამრევი წყლის აბაზანა, DHG-9079A ელექტრო გათბობის მუდმივი ტემპერატურის საშრობი ღუმელი, IKARW-20 ზედნადები მექანიკური აგიტატორი, ESS-1000 ნიმუშის ზომის მანქანა, YG 061/PC ელექტრონული ერთჯერადი ძაფის სიმტკიცის მრიცხველი. LFY-109B ძაფის აბრაზიული კომპიუტერიზებული ტესტერი.

1.2 ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის მომზადება

1. 2. 1 ტუტე ბოჭკოს მომზადება

კანაფის ყუნწი გაყავით, დააქუცმაცეთ 20 ბადემდე, დაუმატეთ კანაფის ღეროს ფხვნილი 35%-იან NaOH წყალხსნარში და გააჩერეთ ოთახის ტემპერატურაზე 1 თ. 5 ~ 2. 0 სთ. გაწურეთ გაჟღენთილი ტუტე ბოჭკო ისე, რომ ტუტეს, ცელულოზის და წყლის მასური თანაფარდობა იყოს 1. 2:1. 2:1.

1. 2. 2 ეთერიფიკაციის რეაქცია

მომზადებული ტუტე ცელულოზა ჩაყარეთ სარეაქციო ქვაბში, დაუმატეთ 100 მლ იზოპროპანოლი გამხსნელის სახით, დაამატეთ სითხე 140 მლ მეთილის ქლორიდი და 60 მლ პროპილენოქსიდი, ვაკუუმირება და ზეწოლა 2 მდე. 0 მპა, ნელა აწიეთ ტემპერატურა 45°C-მდე 1-2 საათის განმავლობაში და რეაგირება 75°C-ზე 1-2 საათის განმავლობაში ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის მოსამზადებლად.

1. 2. 3 შემდგომი დამუშავება

დაარეგულირეთ ეთერირებული ცელულოზის ეთერის pH გამყინვარების ძმარმჟავასთან ერთად 6-მდე. 5 ~ 7 . 5, გარეცხეთ პროპანოლით სამჯერ და გააშრეთ ღუმელში 85°C-ზე.

1.3 ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის წარმოების პროცესი

1. 3. 1 ბრუნვის სიჩქარის გავლენა ცელულოზის ეთერის მომზადებაზე

ჩვეულებრივ, ეთერიფიკაციის რეაქცია არის ჰეტეროგენული რეაქცია შიგნიდან შიგნით. თუ გარეგანი ძალა არ არის, ეთერიფიკაციის აგენტს უჭირს ცელულოზის კრისტალიზაციაში შეღწევა, ამიტომ აუცილებელია ეთერიფიკაციის აგენტის ცელულოზასთან სრული შერწყმა მორევის გზით. ამ კვლევაში გამოყენებული იქნა მაღალი წნევის შერეული რეაქტორი. განმეორებითი ექსპერიმენტებისა და დემონსტრაციების შემდეგ, შერჩეული ბრუნვის სიჩქარე იყო 240-350 რ/წთ.

1. 3. 2 ტუტე კონცენტრაციის ეფექტი ცელულოზის ეთერის მომზადებაზე

ტუტეს შეუძლია გაანადგუროს ცელულოზის კომპაქტური სტრუქტურა, რათა ის ადიდდეს, და როდესაც ამორფული და კრისტალური რეგიონის შეშუპება თანმიმდევრულია, ეთერიფიკაცია შეუფერხებლად მიმდინარეობს. ცელულოზის ეთერის წარმოების პროცესში ცელულოზის ალკალიზაციის პროცესში გამოყენებული ტუტეს რაოდენობა დიდ გავლენას ახდენს ეთერიფიკაციის პროდუქტების ეთერიფიკაციის ეფექტურობაზე და ჯგუფების ჩანაცვლების ხარისხზე. ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის მომზადების პროცესში, ცოცხის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, იზრდება მეთოქსილის ჯგუფების შემცველობაც; პირიქით, როდესაც ცოცხის კონცენტრაცია მცირდება, ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა ბაზის შემცველობა უფრო დიდია. მეთოქსი ჯგუფის შემცველობა პირდაპირპროპორციულია ლილის კონცენტრაციისა; ჰიდროქსიპროპილის შემცველობა უკუპროპორციულია ცოცხის კონცენტრაციასთან. განმეორებითი ტესტების შემდეგ შეირჩა NaOH-ის მასური წილი 35%.

1. 3. 3 ტუტე ცელულოზის დაჭერის თანაფარდობის ეფექტი ცელულოზის ეთერის მომზადებაზე

ტუტე ბოჭკოს დაჭერის მიზანია ტუტე ცელულოზის წყლის შემცველობის კონტროლი. როდესაც დაჭერის თანაფარდობა ძალიან მცირეა, წყლის შემცველობა იზრდება, ცოცხის კონცენტრაცია მცირდება, ეთერიფიკაციის სიჩქარე მცირდება და ეთერიფიკაციის აგენტი ჰიდროლიზდება და გვერდითი რეაქციები იზრდება. ეთერიფიკაციის ეფექტურობა მნიშვნელოვნად შემცირდა. როდესაც დაჭერის თანაფარდობა ძალიან დიდია, წყლის შემცველობა მცირდება, ცელულოზა არ შეიძლება შეშუპებული და არ აქვს რეაქტიულობა და ეთერიფიკაციის აგენტი ვერ სრულყოფილად დაუკავშირდება ტუტე ცელულოზას და რეაქცია არათანაბარია. მრავალი ტესტისა და დაძაბული შედარების შემდეგ დადგინდა, რომ ტუტეს, წყლისა და ცელულოზის მასური თანაფარდობა იყო 1. 2:1. 2:1.

1. 3. 4 ტემპერატურის გავლენა ცელულოზის ეთერის მომზადებაზე

ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის მომზადების პროცესში ჯერ აკონტროლეთ ტემპერატურა 50-60 °C-ზე და შეინახეთ მუდმივ ტემპერატურაზე 2 საათის განმავლობაში. ჰიდროქსიპროპილაციის რეაქცია შეიძლება განხორციელდეს დაახლოებით 30 ℃, ხოლო ჰიდროქსიპროპილაციის რეაქციის სიჩქარე მნიშვნელოვნად იზრდება 50 ℃-ზე; ნელა აწიეთ ტემპერატურა 75 ℃-მდე და აკონტროლეთ ტემპერატურა 2 საათის განმავლობაში. 50°C-ზე მეთილაციის რეაქცია ძნელად რეაგირებს, 60°C-ზე რეაქციის სიჩქარე ნელია, ხოლო 75°C-ზე მეთილაციის რეაქციის სიჩქარე მნიშვნელოვნად აჩქარებულია.

მრავალსაფეხურიანი ტემპერატურის კონტროლით ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის მომზადებას შეუძლია არა მხოლოდ აკონტროლოს მეთოქსილის და ჰიდროქსიპროპილის ჯგუფების ბალანსი, არამედ ხელი შეუწყოს გვერდითი რეაქციების შემცირებას და შემდგომ დამუშავებას და გონივრული სტრუქტურის პროდუქტების მიღებას.

1. 3. 5 ეთერიფიკაციის აგენტის დოზირების თანაფარდობის ეფექტი ცელულოზის ეთერის მომზადებაზე

ვინაიდან ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა არის ტიპიური არაიონური შერეული ეთერი, მეთილის და ჰიდროქსიპროპილის ჯგუფები ჩანაცვლებულია სხვადასხვა ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის მაკრომოლეკულურ ჯაჭვებზე, ანუ სხვადასხვა C გლუკოზის რგოლის თითოეულ პოზიციაში. მეორეს მხრივ, მეთილისა და ჰიდროქსიპროპილის განაწილების თანაფარდობა უფრო დიდი დისპერსიული და შემთხვევითია. HPMC-ის წყალში ხსნადობა დაკავშირებულია მეთოქსი ჯგუფის შემცველობასთან. როდესაც მეთოქსი ჯგუფის შემცველობა დაბალია, ის შეიძლება დაიშალოს ძლიერ ტუტეში. როგორც მეთოქსილის შემცველობა იზრდება, ის უფრო მგრძნობიარე ხდება წყლის შეშუპების მიმართ. რაც უფრო მაღალია მეთოქსის შემცველობა, მით უკეთესია წყალში ხსნადობა და ის შეიძლება ჩამოყალიბდეს ნაფოტად.

ეთერიფიკატორის მეთილის ქლორიდისა და პროპილენოქსიდის რაოდენობა პირდაპირ გავლენას ახდენს მეთოქსილისა და ჰიდროქსიპროპილის შემცველობაზე. ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის კარგი წყალში ხსნადობის მოსამზადებლად, მეთილის ქლორიდის და პროპილენოქსიდის სითხის მოცულობის თანაფარდობა შეირჩა 7:3.

1.3.6 ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის წარმოების ოპტიმალური პროცესი

რეაქციის მოწყობილობა არის მაღალი წნევის მორევის რეაქტორი; ბრუნვის სიჩქარეა 240-350 რ/წთ; ცოცხის მასური წილი 35%; ტუტე ცელულოზის შეკუმშვის კოეფიციენტი არის 2. 4; ჰიდროქსიპროპოქსილაცია 50°C-ზე 2 საათის განმავლობაში, მეთოქსილაცია 75°C-ზე 2 საათის განმავლობაში; ეთერიფიკაციის აგენტი მეთილის ქლორიდი და პროპილენოქსიდი თხევადი მოცულობის თანაფარდობა 7:3; ვაკუუმი; წნევა 2. 0 მპა; გამხსნელი არის იზოპროპანოლი.

2. გამოვლენა და გამოყენება

კანაფის ცელულოზის და ტუტე ცელულოზის 2.1 SEM

დაუმუშავებელი კანაფის ცელულოზისა და 35% NaOH-ით დამუშავებული კანაფის ცელულოზის შედარებისას, აშკარად ჩანს, რომ ტუტე ცელულოზას აქვს მეტი ზედაპირის ბზარები, უფრო დიდი ზედაპირის ფართობი, უფრო მაღალი აქტივობა და უფრო ადვილი ეთერიფიკაციის რეაქცია.

2.2 ინფრაწითელი სპექტროსკოპიის განსაზღვრა

დამუშავების შემდეგ კანაფის ღეროებიდან ამოღებული ცელულოზა და კანაფის ღეროს ცელულოზისგან მომზადებული HPMC-ის ინფრაწითელი სპექტრი. მათ შორის, ძლიერი და ფართო შთანთქმის ზოლი 3295 სმ -1 არის HPMC ასოციაციის ჰიდროქსილის ჯგუფის ვიბრაციის შთანთქმის გაჭიმვის ზოლი, შთანთქმის ზოლი 1250 ~ 1460 სმ -1 არის CH, CH2 და CH3 შთანთქმის ზოლი და შთანთქმა. ზოლი 1600 სმ -1 არის წყლის შთანთქმის ზოლი პოლიმერის შთანთქმის ზოლში. შთანთქმის ზოლი 1025 სმ -1 არის C — O — C-ის შთანთქმის ზოლი პოლიმერში.

2.3 სიბლანტის განსაზღვრა

აიღეთ მომზადებული კანაფის ღეროს ცელულოზის ეთერის ნიმუში და დაამატეთ ჭიქაში 2%-იანი წყალხსნარის მოსამზადებლად, კარგად აურიეთ, გაზომეთ მისი სიბლანტე და სიბლანტის მდგრადობა ვისკომეტრით და გაზომეთ საშუალო სიბლანტე 3-ჯერ. მომზადებული კანაფის ღეროს ცელულოზის ეთერის ნიმუშის სიბლანტე იყო 11. 8 mPa·s.

2.4 გაზომვის აპლიკაცია

2.4.1 ნალექის კონფიგურაცია

ნალექი მომზადდა 1000 მლ ხსნარში 3,5% მასის ფრაქციის მქონე, თანაბრად ურიეთ მიქსერით, შემდეგ მოათავსეს წყლის აბაზანაში და გაათბეს 95°C-მდე 1 საათის განმავლობაში. ამავდროულად, გაითვალისწინეთ, რომ რბილობის მომზადების ჭურჭელი კარგად უნდა იყოს დალუქული, რათა თავიდან იქნას აცილებული წყლის აორთქლების გამო ნალექის კონცენტრაციის გაზრდა.

2.4.2 ნადუღის ფორმულირება pH, შერევა და COD

შეურიეთ ჰიდროქსიპროპილ მეთილის ცელულოზა და სახამებლის სპეციფიკური ზომა, რათა მოამზადოთ შლამი (1#~4#) და შეადარეთ PVA ფორმულის ხსნარს (0#) pH-ის, შერევის და COD-ის გასაანალიზებლად. პოლიესტერი-ბამბის შერეული ნართი T/C65/3514.7 tex იყო ზომის ESS1000 ნიმუშის ზომის მანქანაზე და გაანალიზდა მისი ზომების შესრულება.

ჩანს, რომ ხელნაკეთი კანაფის ღეროს ცელულოზის ეთერი და სპეციფიკური სახამებლის ზომა 3 # არის ოპტიმალური ზომის ფორმულირება: 25% კანაფის ღეროს ცელულოზის ეთერი, 65% მოდიფიცირებული სახამებელი და 10% FS-101.

ზომების ყველა მონაცემი შედარებულია PVA ზომის მონაცემებთან, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზისა და სპეციფიკური სახამებლის შერეულ ზომას აქვს ზომების კარგი შესრულება; მისი pH უფრო ახლოს არის ნეიტრალურთან; ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა და სპეციფიური სახამებელი COD (17459.2 მგ/ლ) სპეციფიკური სახამებლის შერეული ზომის იყო მნიშვნელოვნად დაბალი, ვიდრე PVA ზომისა (26448.0 მგ/ლ), და გარემოს დაცვა კარგი იყო.

3. დასკვნა

ოპტიმალური წარმოების პროცესი კანაფის ღეროს ცელულოზის ეთერ-ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის გასაზომად მოსამზადებლად შემდეგია: მაღალი წნევის მორევის რეაქტორი ბრუნვის სიჩქარით 240-350 რ/წთ, ცოცხის მასური ფრაქცია 35% და შეკუმშვის კოეფიციენტი. ტუტე ცელულოზის 2.4, მეთილაციის ტემპერატურა 75 ℃, ხოლო ჰიდროქსიპროპილაციის ტემპერატურა 50 ℃, თითოეული შენარჩუნებულია 2 საათის განმავლობაში, მეთილის ქლორიდის და პროპილენოქსიდის თხევადი მოცულობის თანაფარდობა არის 7:3, ვაკუუმი, რეაქციის წნევა 2.0 მპა, იზოპროპანოლი არის გამხსნელი.

კანაფის ღეროს ცელულოზის ეთერი გამოიყენებოდა PVA ზომის ჩასანაცვლებლად და ზომის ოპტიმალური თანაფარდობა იყო: 25% კანაფის ღეროს ცელულოზის ეთერი, 65% მოდიფიცირებული სახამებელი და 10% FS-101. ნალექის pH არის 6.5 და COD (17459.2 მგ/ლ) მნიშვნელოვნად დაბალია, ვიდრე PVA ხსნარის (26448.0 მგ/ლ), რაც აჩვენებს კარგ გარემოსდაცვით მაჩვენებელს.

კანაფის ღეროს ცელულოზის ეთერი გამოიყენებოდა PVA ზომის ნაცვლად პოლიესტერ-ბამბის შერეული ძაფების გასაზომად T/C 65/3514.7tex. ზომის ინდექსი ექვივალენტურია. ახალი კანაფის ღეროს ცელულოზის ეთერი და მოდიფიცირებული სახამებლის შერეული ზომა შეიძლება შეცვალოს PVA ზომა.