ჰიდროქსიეთილცელულოზის ეთერის სინთეზი და რეოლოგიური თვისებები

თვითნაკეთი ტუტე კატალიზატორის, სამრეწველო ჰიდროქსიეთილის თანდასწრებით ცელულოზა რეაგირებდა N-(2,3-ეპოქსიპროპილ)ტრიმეთილამონიუმის ქლორიდთან (GTA) კატიონიზაციის რეაგენტთან, რათა მომზადდეს მაღალი შემცვლელი მეოთხეული ამონიუმი მშრალი მეთოდით მარილის ტიპის ჰიდროქსიეთილის ცელულოზის ეთერი (HEC). GTA-ის თანაფარდობის ჰიდროქსიეთილის ცელულოზასთან (HEC), NaOH-ის თანაფარდობა HEC-თან, რეაქციის ტემპერატურაზე და რეაქციის დრო რეაქციის ეფექტურობაზე გამოკვლეული იყო ერთიანი ექსპერიმენტული გეგმით, ხოლო პროცესის ოპტიმიზებული პირობები მიღებულ იქნა Monte-ის საშუალებით. კარლოს სიმულაცია. ხოლო კათიონური ეთერიფიკაციის რეაგენტის რეაქციის ეფექტურობა ექსპერიმენტული შემოწმებით აღწევს 95%-ს. ამავდროულად განიხილეს მისი რეოლოგიური თვისებები. შედეგებმა აჩვენა, რომ გამოსავალიHEC აჩვენა არანიუტონის სითხის მახასიათებლები და მისი აშკარა სიბლანტე იზრდებოდა ხსნარის მასის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად; მარილის ხსნარის გარკვეულ კონცენტრაციაში, აშკარა სიბლანტეHEC შემცირდა დამატებული მარილის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად. იგივე ათვლის სიჩქარის პირობებში, აშკარა სიბლანტეHEC CaCl2 ხსნარის სისტემაში უფრო მაღალია ვიდრეHEC NaCl ხსნარის სისტემაში.

საკვანძო სიტყვები:ჰიდროქსიეთილისცელულოზის ეთერი; მშრალი პროცესი; რეოლოგიური თვისებები

ცელულოზას აქვს მდიდარი წყაროების მახასიათებლები, ბიოდეგრადირება, ბიოშეთავსებადობა და მარტივი დერივატიზაცია და წარმოადგენს კვლევის ცხელ წერტილს მრავალ სფეროში. კათიონური ცელულოზა ცელულოზის წარმოებულების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი წარმომადგენელია. სუნამოების ინდუსტრიის ასოციაციის CTFA-ს მიერ რეგისტრირებული პირადი დაცვის საშუალებების კათიონურ პოლიმერებს შორის, მისი მოხმარება პირველია. მისი ფართოდ გამოყენება შესაძლებელია თმის კონდიციონერების კონდიცირების დანამატებში, დამარბილებლებში, ბურღვის ფიქლის დამატენიანებელ ინჰიბიტორებში და სისხლის შედედების საწინააღმდეგო აგენტებში და სხვა სფეროებში.

დღეისათვის მეოთხეული ამონიუმის კათიონური ჰიდროქსიეთილცელულოზის ეთერის მომზადების მეთოდი არის გამხსნელი მეთოდი, რომელიც მოითხოვს დიდი რაოდენობით ძვირადღირებულ ორგანულ გამხსნელებს, არის ძვირი, არაუსაფრთხო და აბინძურებს გარემოს. გამხსნელ მეთოდთან შედარებით, მშრალ მეთოდს აქვს მარტივი პროცესის, მაღალი რეაქციის ეფექტურობის და გარემოს ნაკლები დაბინძურების გამორჩეული უპირატესობები. ამ ნაშრომში მშრალი მეთოდით სინთეზირებულია კათიონური ცელულოზის ეთერი და შესწავლილია მისი რეოლოგიური ქცევა.

1. ექსპერიმენტული ნაწილი

1.1 მასალები და რეაგენტები

ჰიდროქსიეთილის ცელულოზა (HEC სამრეწველო პროდუქტი, მისი მოლეკულური ჩანაცვლების ხარისხი DS არის 1,8~2,0); კატიონიზაციის რეაგენტი N-(2,3-ეპოქსიპროპილ)ტრიმეთილამონიუმის ქლორიდი (GTA), მომზადებული ეპოქსიდური ქლორიდისგან პროპანი და ტრიმეთილამინი დამოუკიდებლად მზადდება გარკვეულ პირობებში; თვითნაკეთი ტუტე კატალიზატორი; ეთანოლი და გამყინვარების ძმარმჟავა ანალიტიკურად სუფთაა; NaCl, KCl, CaCl2 და AlCl3 არის ქიმიურად სუფთა რეაგენტები.

1.2 მეოთხეული ამონიუმის კათიონური ცელულოზის მომზადება

დაამატეთ 5 გ ჰიდროქსიეთილის ცელულოზა და შესაბამისი რაოდენობის ხელნაკეთი ტუტე კატალიზატორი ცილინდრული ფოლადის ცილინდრში, რომელიც აღჭურვილია სარევით და ურიეთ 20 წუთის განმავლობაში ოთახის ტემპერატურაზე; შემდეგ დაამატეთ გარკვეული რაოდენობის GTA, გააგრძელეთ მორევა 30 წუთის განმავლობაში ოთახის ტემპერატურაზე და რეაგირება გარკვეულ ტემპერატურაზე და დროზე, მიიღება არსებითად დაფუძნებული მყარი ნედლი პროდუქტი. ნედლი პროდუქტი გაჟღენთილია ეთანოლის ხსნარში, რომელიც შეიცავს ძმარმჟავას სათანადო რაოდენობას, ფილტრავენ, რეცხავენ და ვაკუუმში აშრობენ, რათა მიიღონ ფხვნილი მეოთხეული ამონიუმის კათიონური ცელულოზა.

1.3 მეოთხეული ამონიუმის კათიონური ჰიდროქსიეთილის ცელულოზის აზოტის მასის ფრაქციის განსაზღვრა

ნიმუშებში აზოტის მასობრივი წილი განისაზღვრა კჯელდალის მეთოდით.

2. მშრალი სინთეზის პროცესის ექსპერიმენტული დიზაინი და ოპტიმიზაცია

ექსპერიმენტის დიზაინისთვის გამოყენებული იქნა ერთიანი დიზაინის მეთოდი და გამოკვლეული იყო GTA-ს თანაფარდობის ჰიდროქსიეთილის ცელულოზასთან (HEC), NaOH-ის თანაფარდობა HEC-თან, რეაქციის ტემპერატურა და რეაქციის დრო რეაქციის ეფექტურობაზე.

3. კვლევა რეოლოგიური თვისებების შესახებ

3.1 კონცენტრაციისა და ბრუნვის სიჩქარის გავლენა

ათვლის სიჩქარის ზემოქმედების მიღება აშკარა სიბლანტეზეHEC სხვადასხვა კონცენტრაციებში Ds=0.11 მაგალითად, ჩანს, რომ ათვლის სიჩქარე თანდათან იზრდება 0.05-დან 0.5 s-1-მდე, აშკარა სიბლანტეHEC ხსნარი მცირდება, განსაკუთრებით 0.05 ~ 0.5s-1-ზე, აშკარა სიბლანტე მკვეთრად დაეცა 160 მპა-დან·s-დან 40 MPa-მდე·s, ათვლის გათხელება, რაც მიუთითებს იმაზე, რომHEC წყალხსნარს ავლენდა არანიუტონის რეოლოგიური თვისებები. გამოყენებული ათვლის ძაბვის ეფექტი არის დისპერსიული ფაზის ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების ძალის შემცირება. გარკვეულ პირობებში, რაც უფრო დიდია ძალა, მით მეტია აშკარა სიბლანტე.

ის ასევე ჩანს 3% და 4% აშკარა სიბლანტედან.HEC წყალხსნარები, რომელთა მასის კონცენტრაცია არის შესაბამისად 3% და 4% სხვადასხვა ათვლის სიჩქარით. ხსნარის აშკარა სიბლანტე მიუთითებს იმაზე, რომ მისი სიბლანტის გაზრდის უნარი იზრდება კონცენტრაციასთან ერთად. მიზეზი ის არის, რომ ხსნარის სისტემაში კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, ორმხრივი მოგერიება ხდება მთავარი ჯაჭვის მოლეკულებს შორის.HEC და მოლეკულურ ჯაჭვებს შორის იზრდება და აშკარა სიბლანტე იზრდება.

3.2 დამატებული მარილის სხვადასხვა კონცენტრაციის ეფექტი

კონცენტრაციაHEC დაფიქსირდა 3%-ზე და NaCl მარილის დამატების ეფექტი ხსნარის სიბლანტის თვისებებზე გამოკვლეული იყო სხვადასხვა ათვლის სიჩქარით.

შედეგებიდან ჩანს, რომ მოჩვენებითი სიბლანტე მცირდება დამატებული მარილის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, რაც აჩვენებს აშკარა პოლიელექტროლიტური ფენომენს. ეს იმიტომ ხდება, რომ მარილის ხსნარში Na+-ის ნაწილი დაკავშირებულია ანიონთანHEC გვერდითი ჯაჭვი. რაც უფრო დიდია მარილის ხსნარის კონცენტრაცია, მით უფრო დიდია კონტრაიონის მიერ პოლიონის ნეიტრალიზაციის ან დაცვის ხარისხი და ელექტროსტატიკური მოგერიების შემცირება, რაც იწვევს პოლიონის მუხტის სიმკვრივის შემცირებას. პოლიმერული ჯაჭვი იკუმშება და იხვევა და აშკარა კონცენტრაცია მცირდება.

3.3 სხვადასხვა დამატებული მარილების ეფექტი

ეს ჩანს ორი განსხვავებული დამატებული მარილის, Nacl-ისა და CaCl2-ის გავლენის შედეგად, სიბლანტის სიბლანტეზე.HEC ხსნარი, რომლის მოჩვენებითი სიბლანტე მცირდება დამატებული მარილის დამატებით, და იმავე ათვლის სიჩქარით, აშკარა სიბლანტეHEC ხსნარი CaCl2 ხსნარის სისტემაში მოჩვენებითი სიბლანტე მნიშვნელოვნად აღემატებაHEC ხსნარი NaCl ხსნარის სისტემაში. მიზეზი ის არის, რომ კალციუმის მარილი ორვალენტიანი იონია და უფრო ადვილია პოლიელექტროლიტური გვერდითი ჯაჭვის Cl-ზე დაკავშირება. მეოთხეული ამონიუმის ჯგუფის კომბინაციაHEC Cl--ით მცირდება და დამცავი ნაკლებია და პოლიმერული ჯაჭვის მუხტის სიმკვრივე უფრო მაღალია, რის შედეგადაც ელექტროსტატიკური მოგერიება პოლიმერის ჯაჭვზე უფრო დიდია და პოლიმერული ჯაჭვი დაჭიმულია, ამიტომ აშკარა სიბლანტე უფრო მაღალია.

4. დასკვნა

ძლიერ შემცვლელი კათიონური ცელულოზის მშრალი მომზადება არის მომზადების იდეალური მეთოდი მარტივი ოპერაციით, მაღალი რეაქციის ეფექტურობით და ნაკლები დაბინძურებით და შეუძლია თავიდან აიცილოს ენერგიის მაღალი მოხმარება, გარემოს დაბინძურება და გამხსნელების გამოყენებით გამოწვეული ტოქსიკურობა.

კათიონური ცელულოზის ეთერის ხსნარი წარმოადგენს არანიუტონის სითხის მახასიათებლებს და აქვს ათვლის გათხელების მახასიათებლები; ხსნარის მასის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, იზრდება მისი აშკარა სიბლანტე; მარილის ხსნარის გარკვეულ კონცენტრაციაში,HEC აშკარა სიბლანტე იზრდება მატებასთან და კლებასთან ერთად. იგივე ათვლის სიჩქარის პირობებში, აშკარა სიბლანტეHEC CaCl2 ხსნარის სისტემაში უფრო მაღალია ვიდრეHEC NaCl ხსნარის სისტემაში.