하이드록시에틸셀룰로오스에테르의 합성 및 유변학적 특성

자체 제작된 알칼리 촉매인 산업용 하이드록시에틸이 존재하는 경우 셀룰로오스를 N-(2,3-에폭시프로필)트리메틸암모늄 클로라이드(GTA) 양이온화 시약과 반응시켜 건식법으로 고치환도 4차 암모늄을 제조합니다. 염형 하이드록시에틸 셀룰로오스 에테르(HEC). GTA와 하이드록시에틸셀룰로오스(HEC)의 비율, NaOH와 HEC의 비율, 반응온도, 반응시간이 반응효율에 미치는 영향을 균일한 실험계획으로 조사하였고, Monte를 통해 최적화된 공정조건을 얻었다. 카를로 시뮬레이션. 그리고 양이온 에테르화 시약의 반응효율은 실험적 검증을 통해 95%에 달한다. 동시에 유변학적 특성도 논의되었습니다. 결과는 다음의 솔루션을 보여주었습니다.HEC 비뉴턴 유체의 특성을 보였으며 용액 질량 농도가 증가함에 따라 겉보기 점도가 증가했습니다. 특정 농도의 소금 용액에서 겉보기 점도HEC 첨가된 염분 농도가 증가함에 따라 감소하였다. 동일한 전단율에서 겉보기 점도는HEC CaCl2 용액 시스템의 경우보다 높습니다.HEC NaCl 용액 시스템에서.

핵심 단어:하이드록시에틸셀룰로오스 에테르; 건식공정; 유변학적 특성

셀룰로오스는 풍부한 공급원, 생분해성, 생체 적합성 및 쉬운 유도체화라는 특성을 갖고 있으며 다양한 분야에서 연구 핫스팟입니다. 양이온성 셀룰로오스는 셀룰로오스 유도체의 가장 중요한 대표자 중 하나입니다. 향수산업협회 CTFA에 등록된 개인보호제품용 양이온 폴리머 중 소비량은 1위다. 그것은 헤어 컨디셔닝 첨가제, 연화제, 드릴링 셰일 수화 억제제 및 혈액 항응고제 및 기타 분야에서 널리 사용될 수 있습니다.

현재, 4급 암모늄 양이온 히드록시에틸셀룰로오스 에테르의 제조방법은 용매법으로 고가의 유기용매를 다량 필요로 하고, 비용이 많이 들고, 안전하지 않으며, 환경을 오염시킨다. 건식법은 용매법에 비해 공정이 간단하고 반응효율이 높으며 환경오염이 적은 등 뛰어난 장점을 갖고 있다. 본 논문에서는 양이온성 셀룰로오스 에테르를 건식법으로 합성하고 그 유변학적 거동을 연구하였다.

1. 실험적인 부분

1.1 재료 및 시약

하이드록시에틸셀룰로오스(HEC 공업제품, 분자 치환도 DS는 1.8~2.0); 양이온화 시약 N-(2,3-에폭시프로필)트리메틸암모늄 클로라이드(GTA), 에폭시 클로라이드로부터 제조됨 프로판과 트리메틸아민은 특정 조건에서 자체 생성됩니다. 자체 제작된 알칼리 촉매; 에탄올과 빙초산은 분석적으로 순수합니다. NaCl, KCl, CaCl2 및 AlCl3는 화학적으로 순수한 시약입니다.

1.2 4차 암모늄 양이온 셀룰로오스의 제조

교반기가 장착된 원통형 강철 실린더에 하이드록시에틸셀룰로오스 5g과 자가제 알칼리 촉매 적당량을 넣고 상온에서 20분간 교반하는 단계; 그런 다음 일정량의 GTA를 첨가하고 실온에서 30분 동안 계속 교반하고 특정 온도와 시간에서 반응하면 기본적으로 고체 조생성물을 얻습니다. 조 생성물을 적당량의 아세트산을 함유한 에탄올 용액에 담그고 여과, 세척 및 진공 건조하여 분말화된 4급 암모늄 양이온 셀룰로오스를 얻는다.

1.3 4차 암모늄 양이온 히드록시에틸 셀룰로오스의 질소 질량 분율 결정

샘플 내 질소의 질량 분율은 Kjeldahl 방법으로 결정되었습니다.

2. 건식 합성 공정의 실험 설계 및 최적화

실험설계에는 균일설계법을 사용하였고, GTA와 하이드록시에틸셀룰로오스(HEC)의 비율, NaOH와 HEC의 비율, 반응온도, 반응시간이 반응효율에 미치는 영향을 조사하였다.

3. 유변학적 특성 연구

3.1 농도와 회전 속도의 영향

겉보기 점도에 대한 전단 속도의 영향HEC 예를 들어, 서로 다른 농도 Ds=0.11에서 전단 속도가 0.05에서 0.5 s-1로 점차 증가함에 따라 겉보기 점도가HEC 용액은 특히 0.05~0.5s에서 감소합니다. 겉보기 점도는 160MPa에서 급격히 떨어졌습니다.·초 ~ 40MPa·s, 전단박화는HEC 수용액은 비뉴턴 유변학적 특성을 나타냈습니다. 적용된 전단 응력의 효과는 분산상의 입자 사이의 상호 작용력을 감소시키는 것입니다. 특정 조건에서는 힘이 클수록 겉보기 점도도 커집니다.

겉보기 점도는 3%와 4%에서도 알 수 있습니다.HEC 서로 다른 전단 속도에서 질량 농도가 각각 3%와 4%인 수용액. 용액의 겉보기 점도는 농도에 따라 점도 증가 능력이 증가함을 나타냅니다. 그 이유는 용액계의 농도가 증가함에 따라 주쇄 분자간 상호 반발력이 커지기 때문이다.HEC 분자 사슬 사이가 증가하고 겉보기 점도가 증가합니다.

3.2 첨가된 소금의 농도에 따른 효과

농도HEC 는 3%로 고정되었으며, 용액의 점도 특성에 대한 염 NaCl 첨가 효과를 다양한 전단 속도에서 조사했습니다.

그 결과, 첨가된 염 농도가 증가함에 따라 겉보기 점도가 감소하여 명백한 고분자 전해질 현상을 나타냄을 알 수 있다. 이는 소금 용액의 Na+ 일부가 음이온에 결합되어 있기 때문입니다.HEC 사이드 체인. 염용액의 농도가 높을수록 반대이온에 의한 다중이온의 중화 또는 차폐 정도가 커지고, 정전기적 반발력이 감소하여 다중이온의 전하밀도가 감소하게 된다. , 고분자 사슬이 수축하고 말리며 겉보기 농도가 감소합니다.

3.3 다양한 첨가염이 다음에 미치는 영향

이는 두 가지 서로 다른 첨가 염인 Nacl과 CaCl2가 겉보기 점도에 미치는 영향을 통해 알 수 있습니다.HEC 첨가된 염의 첨가에 따라 겉보기 점도가 감소하고 동일한 전단 속도에서 겉보기 점도가 감소하는 용액HEC CaCl2 용액 시스템의 겉보기 점도는 CaCl2 용액 시스템의 경우보다 상당히 높습니다.HEC NaCl 용액 시스템의 용액. 그 이유는 칼슘염이 2가 이온이어서 고분자 전해질 측쇄의 Cl-에 결합하기 쉽기 때문입니다. 4차 암모늄 그룹의 결합HEC Cl-가 감소하고 차폐가 적으며 폴리머 사슬의 전하 밀도가 높아져 폴리머 사슬의 정전기 반발력이 커지고 폴리머 사슬이 늘어나 겉보기 점도가 높아집니다.

4. 결론

고치환도 양이온 셀룰로오스의 건식 제조는 조작이 간단하고 반응 효율이 ​​높으며 오염이 적은 이상적인 제조 방법이며 높은 에너지 소비, 환경 오염 및 용매 사용으로 인한 독성을 피할 수 있습니다.

양이온성 셀룰로오스 에테르 용액은 비뉴턴 유체의 특성을 나타내며 전단 담화 특성을 갖습니다. 용액 질량 농도가 증가함에 따라 겉보기 점도가 증가합니다. 특정 농도의 소금 용액에서,HEC 겉보기 점도는 증가 및 감소에 따라 증가합니다. 동일한 전단율에서 겉보기 점도는HEC CaCl2 용액 시스템의 경우보다 높습니다.HEC NaCl 용액 시스템에서.