추상적인:난분해성 폴리비닐알코올(PVA) 슬러리를 대체하기 위해 농업폐기물 대마줄기로부터 대마줄기셀룰로오스에테르-히드록시프로필메틸셀룰로오스를 제조하고, 특정 전분과 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 폴리에스터-면 혼방사 T/C65/35 14.7 tex를 사이징하고 사이징 성능을 시험하였다. 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스의 최적 생산 공정은 다음과 같다: 잿물 질량 분율은 35%; 알칼리 셀룰로오스의 압축비는 2.4였으며; 메탄과 프로필렌 옥사이드의 액체 부피 비율은 7:3입니다. 이소프로판올로 희석하고; 반응압력은 2이다. 0MPa. 히드록시프로필메틸셀룰로오스와 특정 전분을 혼합하여 제조한 사이즈는 COD가 낮고 친환경적이며, 모든 사이즈 지표는 PVA 사이즈를 대체할 수 있습니다.
핵심 단어:대마 줄기; 대마 줄기 셀룰로오스 에테르; 폴리비닐알코올; 셀룰로오스 에테르 사이징
0.머리말
중국은 상대적으로 짚 자원이 풍부한 국가 중 하나이다. 작물 생산량은 7억 톤 이상이며, 짚의 이용률은 매년 3%에 불과합니다. 많은 양의 짚 자원이 활용되지 않았습니다. 밀짚은 풍부한 천연 리그노셀룰로오스 원료로 사료, 비료, 셀룰로오스 유도체 및 기타 제품에 사용할 수 있습니다.
현재, 섬유 생산 과정에서 발생하는 탈호 폐수 오염은 가장 큰 오염원 중 하나가 되었습니다. PVA의 화학적 산소 요구량은 매우 높습니다. 인쇄 및 염색 공정에서 PVA가 생산하는 산업 폐수는 강으로 방류되면 수생 생물의 호흡을 방해하거나 심지어 파괴할 수 있습니다. 더욱이 PVA는 수역의 퇴적물에서 중금속의 방출과 이동을 악화시켜 더욱 심각한 환경 문제를 야기합니다. PVA를 그린 슬러리로 대체하는 연구를 수행하려면 사이징 공정의 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라 사이징 공정 중 수질 및 공기 오염을 최소화하는 것도 필요합니다.
본 연구에서는 농업폐기물인 대마줄기로부터 대마줄기 셀룰로오스 에테르-히드록시프로필 메틸셀룰로오스(HPMC)를 제조하고, 그 생산과정을 고찰하였다. 그리고 사이징용 크기로 히드록시프로필메틸셀룰로오스와 특정 전분크기를 혼합하여 PVA 크기와 비교하고 사이징 성능에 대해 논의한다.
1. 실험
1 . 1 재료 및 도구
대마 줄기, 헤이룽장; 폴리에스테르-면 혼방사 T/C65/3514.7 tex; 자체 제작 대마 줄기 셀룰로오스 에테르-히드록시프로필 메틸셀룰로오스; FS-101, 변성 전분, PVA-1799, PVA-0588, Liaoning Zhongze Group Chaoyang Textile Co., Ltd.; 프로판올, 프리미엄 등급; 프로필렌 옥사이드, 빙초산, 수산화나트륨, 이소프로판올, 분석적으로 순수한; 염화메틸, 고순도 질소.
GSH-3L 반응 주전자, JRA-6 디지털 디스플레이 자기 교반 수조, DHG-9079A 전기 가열 항온 건조 오븐, IKARW-20 오버 헤드 기계식 교반기, ESS-1000 샘플 정립기, YG 061/PC 전자 단사 강도 측정기, LFY-109B 컴퓨터 실 마모 시험기.
1.2 히드록시프로필 메틸셀룰로오스의 제조
1. 2. 1 알칼리섬유의 제조
대마줄기를 쪼개어 분쇄기로 20메쉬로 으깬 후, 대마줄기 분말을 35% NaOH 수용액에 넣고 상온에 1분간 담가둔다. 5~2 . 0시 함침된 알칼리 섬유를 알칼리, 셀룰로오스, 물의 질량비가 1.2:1이 되도록 압착한다. 2:1.
1. 2. 2 에테르화 반응
준비된 알칼리셀룰로오스를 반응솥에 넣고 희석제로 이소프로판올 100 mL를 넣고 액상염화메틸 140 mL 및 산화프로필렌 60 mL를 넣어 진공으로 하고 2 로 가압한다. 0MPa로 하여 45°C까지 1~2시간 동안 천천히 온도를 올린 후, 75°C에서 1~2시간 동안 반응시켜 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스를 제조한다.
1. 2. 3 후처리
빙초산을 첨가한 에테르화된 셀룰로오스 에테르의 pH를 6으로 조정합니다. 5~7 . 5, 프로판올로 3회 세척한 후 85°C 오븐에 건조시켰다.
1.3 히드록시프로필메틸셀룰로오스의 생산공정
1. 3. 1 셀룰로오스 에테르 제조에 대한 회전 속도의 영향
일반적으로 에테르화 반응은 내부에서 내부로의 불균일 반응이다. 외부의 힘이 없으면 에테르화제가 셀룰로오스의 결정화 과정에 들어가기 어려우므로 교반을 통해 에테르화제와 셀룰로오스를 완전히 결합시켜야 한다. 본 연구에서는 고압 교반 반응기를 사용하였다. 반복적인 실험과 시연 끝에 선택된 회전 속도는 240~350r/min이었습니다.
1. 3. 2 셀룰로오스 에테르 제조에 대한 알칼리 농도의 영향
알칼리는 셀룰로오스의 조밀한 구조를 파괴하여 팽윤시킬 수 있으며, 비결정 영역과 결정 영역의 팽윤이 일치하는 경향이 있을 때 에테르화가 원활하게 진행됩니다. 셀룰로오스 에테르 제조 공정에서 셀룰로오스 알칼리화 공정에 사용되는 알칼리의 양은 에테르화 생성물의 에테르화 효율과 기 치환도에 큰 영향을 미친다. 히드록시프로필 메틸셀룰로오스의 제조과정에서 잿물의 농도가 증가함에 따라 메톡실기의 함량도 증가하며; 반대로, 잿물의 농도가 감소하면 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스의 염기 함량이 더 커집니다. 메톡시기의 함량은 잿물의 농도에 정비례합니다. 하이드록시프로필의 함량은 잿물의 농도에 반비례합니다. 반복된 테스트를 통해 NaOH의 질량 분율은 35%로 선택되었습니다.
1. 3. 3 알칼리 셀룰로오스 압착 비율이 셀룰로오스 에테르 제조에 미치는 영향
알칼리 섬유를 압축하는 목적은 알칼리 셀룰로오스의 수분 함량을 조절하는 것입니다. 압착 비율이 너무 작으면 수분 함량이 증가하고 잿물의 농도가 감소하며 에테르화 속도가 감소하고 에테르화제가 가수분해되어 부반응이 증가한다. , 에테르화 효율이 크게 감소된다. 압착 비율이 너무 크면 수분 함량이 감소하고 셀룰로오스가 팽윤되지 않고 반응성이 없으며 에테르화제가 알칼리 셀룰로오스와 완전히 접촉할 수 없어 반응이 고르지 않게 됩니다. 많은 테스트와 비교를 통해 알칼리, 물, 셀룰로오스의 질량비는 1.2:1로 결정되었습니다. 2:1.
1. 3. 4 셀룰로오스 에테르 제조에 대한 온도의 영향
히드록시프로필메틸셀룰로오스를 제조하는 과정에서는 먼저 온도를 50~60℃로 조절하고 2시간 동안 일정한 온도를 유지한다. 히드록시프로필화 반응은 약 30℃에서 수행될 수 있으며, 히드록시프로필화 반응 속도는 50℃에서 크게 증가합니다. 75℃까지 서서히 온도를 올려 2시간 동안 온도를 조절한다. 50°C에서는 메틸화 반응이 거의 반응하지 않고, 60°C에서는 반응 속도가 느리고, 75°C에서는 메틸화 반응 속도가 크게 빨라집니다.
다단계 온도 조절을 통해 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 제조하면 메톡실기와 히드록시프로필기의 균형을 조절할 수 있을 뿐만 아니라 부반응과 후처리를 줄여 합리적인 구조의 제품을 얻을 수 있습니다.
1. 3. 5 에테르화제 투여량 비율이 셀룰로오스 에테르 제조에 미치는 영향
하이드록시프로필 메틸셀룰로오스는 전형적인 비이온성 혼합 에테르이기 때문에 메틸 및 하이드록시프로필 그룹은 서로 다른 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 거대분자 사슬, 즉 각 포도당 고리 위치에서 서로 다른 C로 치환됩니다. 반면, 메틸과 하이드록시프로필의 분포 비율은 분산성과 무작위성이 더 큽니다. HPMC의 수용성은 메톡시기의 함량과 관련이 있습니다. 메톡시기 함량이 낮으면 강알칼리에 용해될 수 있다. 메톡실 함량이 증가할수록 물 팽창에 더욱 민감해집니다. 메톡시 함량이 높을수록 수용성이 좋아지며 슬러리 형태로 제제화할 수 있습니다.
에테르화제인 메틸 클로라이드와 프로필렌 옥사이드의 양은 메톡실과 하이드록시프로필의 함량에 직접적인 영향을 미칩니다. 수용성이 좋은 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 제조하기 위해 염화메틸과 산화프로필렌의 액량비를 7:3으로 선택하였다.
1.3.6 히드록시프로필 메틸셀룰로오스의 최적 생산 공정
반응 장비는 고압 교반 반응기입니다. 회전 속도는 240-350 r/min입니다. 잿물의 질량 분율은 35%이고; 알칼리 셀룰로오스의 압축비는 2.4이고; 50°C에서 2시간 동안 하이드록시프로폭실화, 75°C에서 2시간 동안 메톡실화; 에테르화제 염화메틸과 산화프로필렌 액체 부피 비율 7:3; 진공; 압력 2 . 0MPa; 희석제는 이소프로판올입니다.
2. 탐지 및 적용
2.1 대마 셀룰로오스와 알칼리 셀룰로오스의 SEM
처리되지 않은 대마 셀룰로오스와 35% NaOH로 처리된 대마 셀룰로오스를 비교하면 알칼리화 셀룰로오스가 표면 균열이 더 많고 표면적이 더 넓으며 활성이 더 높고 에테르화 반응이 더 쉽다는 것을 분명히 알 수 있습니다.
2.2 적외선 분광학 측정
처리 후 대마 줄기에서 추출한 셀룰로오스와 대마 줄기 셀룰로오스에서 제조한 HPMC의 적외선 스펙트럼. 그 중 3295cm-1의 강하고 넓은 흡수대는 HPMC 결합 수산기의 신축진동흡수대이며, 1250~1460cm-1의 흡수대는 CH, CH2, CH3의 흡수대이며, 1600cm-1에서의 밴드는 고분자 흡수 밴드에서 물의 흡수 밴드입니다. 1025cm -1 의 흡수대는 고분자의 C-O-C 흡수대입니다.
2.3 점도 측정
준비된 대마줄기 셀룰로오스 에테르 시료를 비이커에 넣어 2% 수용액을 제조하고 잘 저어준 후 점도계로 점도 및 점도안정성을 측정하고 3회 평균점도를 측정한다. 제조된 대마 줄기 셀룰로오스 에테르 샘플의 점도는 11 이었다. 8mPa·s.
2.4 사이징 적용
2.4.1 슬러리 구성
슬러리를 질량분율 3.5%의 슬러리 1000mL로 제조하고 믹서로 균일하게 교반한 후 수조에 넣고 95℃에서 1시간 동안 가열하였다. 동시에, 수분 증발로 인해 슬러리의 농도가 증가하는 것을 방지하기 위해 펄프 조리 용기를 잘 밀봉해야 합니다.
2.4.2 슬러리 제제 pH, 혼화성 및 COD
히드록시프로필 메틸 셀룰로오스와 특정 전분 크기를 혼합하여 슬러리(1#~4#)를 제조하고, PVA 공식 슬러리(0#)와 비교하여 pH, 혼화성 및 COD를 분석합니다. 폴리에스터-면 혼방사 T/C65/3514.7 tex를 ESS1000 샘플 사이징 기계로 사이징하여 사이징 성능을 분석하였다.
수제 대마 줄기 셀룰로오스 에테르와 특정 전분 크기 3 #이 최적 크기 제제임을 알 수 있습니다: 대마 줄기 셀룰로오스 에테르 25%, 변성 전분 65% 및 FS-101 10%.
모든 사이징 데이터는 PVA 크기의 사이징 데이터와 유사하며 이는 히드록시프로필 메틸셀룰로오스와 특정 전분의 혼합 크기가 우수한 사이징 성능을 가지고 있음을 나타냅니다. pH는 중성에 더 가깝습니다. 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 및 특정 전분 특정 전분 혼합 크기의 COD(17459.2 mg/L)는 PVA 크기(26448.0 mg/L)보다 현저히 낮았으며 환경 보호 성능이 좋았습니다.
3. 결론
사이징용 대마줄기 셀룰로오스에테르-히드록시프로필메틸셀룰로오스를 제조하기 위한 최적의 생산공정은 회전속도 240-350 r/min, 잿물의 질량분율 35%, 압축비를 갖는 고압교반반응기이다. 알칼리셀룰로오스 2.4, 메틸화온도 75℃, 히드록시프로필화 온도 50℃, 각각 2시간 유지, 메틸클로라이드와 프로필렌옥사이드의 액량비 7:3, 진공, 반응압력 2.0 MPa, 이소프로판올은 희석제입니다.
대마 줄기 셀룰로오스 에테르는 크기 조정을 위해 PVA 크기를 대체하는 데 사용되었으며 최적 크기 비율은 대마 줄기 셀룰로오스 에테르 25%, 변형 전분 65% 및 FS‐101 10%였습니다. 슬러리의 pH는 6.5이고 COD(17459.2mg/L)는 PVA 슬러리(26448.0mg/L)에 비해 현저히 낮아 환경 성능이 우수하다.
폴리에스테르-면 혼방사 T/C 65/3514.7tex의 사이징을 위해 PVA 사이즈 대신 대마 줄기 셀룰로오스 에테르를 사용하였다. 크기 조정 지수는 동일합니다. 새로운 대마 줄기 셀룰로오스 에테르와 변형 전분 혼합 크기는 PVA 크기를 대체할 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 2월 20일