Целлюлоза эфириндеги эфирлешүү реакциясы

Целлюлозанын эфирлештирүү активдүүлүгү камыр жуугуч машинада жана аралаштыргыч реактордо изилденген, ал эми гидроксиэтил целлюлоза жана карбоксиметил целлюлоза тиешелүүлүгүнө жараша хлорэтанол жана монохлорассус кислотасы аркылуу даярдалган. Натыйжалар целлюлозаны эфирлештирүү реакциясы жогорку интенсивдүү агитация шартында аралаштыргыч реактор аркылуу жүргүзүлгөнүн көрсөттү. Целлюлоза этерификациялоонун жакшы реактивдүүлүгүнө ээ, ал этерификациянын эффективдүүлүгүн жогорулатууда камыргыч ыкмасына караганда жакшыраак жана суулуу эритмеде продуктунун жарык өткөрүмдүүлүгүн жогорулатат.) Ошондуктан реакция процессинин аралаштыруу интенсивдүүлүгүн жогорулатуу бир тектүү целлюлозаны алмаштыруучу этерификацияны өнүктүрүүнүн эң жакшы жолу болуп саналат. буюмдар.

Негизги сөздөр:этерификация реакциясы; целлюлоза;Гидроксиэтил целлюлоза; Карбоксиметил целлюлоза

Тазаланган пахта целлюлоза эфиринин продуктуларын иштеп чыгууда эриткич ыкмасы кеңири колдонулат жана реакциялык жабдуу катары камыр жууручу машина колдонулат. Бирок пахта целлюлозасы негизинен молекулалар тыкан жана тыгыз жайгашкан кристалл аймактардан турат. Камыр жууручу машина реакция жабдыгы катары колдонулганда, камыр жууручу машинанын камыр колу реакция учурунда жай жүрөт, ал эми эфирдик агенттин целлюлозанын ар кандай катмарларына кирүү үчүн каршылыгы чоң жана ылдамдыгы жай, натыйжада реакциянын узактыгы, капталдын жогорку үлүшү. реакциялар жана целлюлозанын молекулярдык чынжырларында алмаштыруучу топтордун бирдей эмес бөлүштүрүлүшү.

Көбүнчө целлюлозанын этерификация реакциясы сырттагы жана ичиндеги гетерогендүү реакция. Эгерде тышкы динамикалык аракет болбосо, эфирлештирүүчү агент целлюлозанын кристаллдашуу зонасына кирүү кыйын. Ал эми тазаланган пахтаны алдын ала тазалоо (мисалы, тазаланган пахтанын бетин көбөйтүү үчүн физикалык ыкмаларды колдонуу сыяктуу), реакциялык жабдуулар үчүн реакторду аралаштыруу менен, тез аралаштыруучу эфирификация реакциясын колдонуу аркылуу, жүйө боюнча, целлюлоза катуу шишип, шишип кетиши мүмкүн. целлюлозанын аморфтук аймагы жана кристаллдашуу аймагы ырааттуу болуп, реакциянын активдүүлүгүн жакшыртат. Гетерогендүү этерификация реакциясынын системасында целлюлозанын эфирин алмаштыруучуларынын бир тектүү бөлүштүрүлүшүн сырткы аралаштыруу күчүн жогорулатуу аркылуу жетишүүгө болот. Демек, реакция жабдыгы катары аралаштыргыч типтеги реакциялык чайнеги бар жогорку сапаттагы целлюлозаны эфирлештирүү продукциясын иштеп чыгуу өлкөбүздүн келечектеги өнүгүү багыты болот.

1. Эксперименталдык бөлүгү

1.1 Сыноо үчүн тазаланган пахта целлюлоза чийки заты

Экспериментте колдонулган түрдүү реакциялык жабдууларга ылайык, пахта целлюлозасын алдын ала тазалоо ыкмалары ар түрдүү. Камыргыч реакция жабдуулары катары колдонулганда, алдын ала тазалоо ыкмалары да ар түрдүү. Камыргычты реакция жабдыгы катары колдонгондо, тазаланган пахта целлюлозасынын кристаллдуулугу 43,9%, ал эми тазаланган пахта целлюлозасынын орточо узундугу 15~20мм. Тазаланган пахта целлюлозасынын кристаллдуулугу 32,3%ды түзөт, ал эми тазаланган пахта целлюлозасынын орточо узундугу реакциялык жабдуу катары аралаштыргыч реактор колдонулганда 1 ммден аз.

1.2 Карбоксиметил целлюлозаны жана гидроксиэтил целлюлозаны иштеп чыгуу

Карбоксиметил целлюлозаны жана гидроксиэтил целлюлозаны даярдоо реакциялык жабдуу катары 2 л камыргычты (реакция учурундагы орточо ылдамдык 50р/мин) жана реакция жабдыгы катары 2л аралаштыргыч реакторду (реакция учурундагы орточо ылдамдык 500р/мин) колдонуу менен жүргүзүлүшү мүмкүн.

Реакция учурунда бардык чийки зат катуу сандык реакциядан алынат. Реакциядан алынган продукт w=95% этанол менен жуулат, андан кийин 60℃ жана 0,005мпа терс басымда 24 саат бою вакуумда кургатылат. Алынган үлгүдөгү нымдуулук w=2,7%±0,3%, анализ үчүн продукт үлгүсү күлдүн курамы w <0,2% болгонго чейин жуулат.

Реакция жабдыгы катары камыр жууручу машинаны даярдоо кадамдары төмөнкүдөй:

Этерификация реакциясы → продукцияны жуу → кургатуу → майдаланган грануляция → таңгак камыр жуугучта жүргүзүлөт.

Реакция жабдыгы катары аралаштыргыч реакторду даярдоо кадамдары төмөнкүдөй:

Этерификация реакциясы → продукцияны жуу → кургатуу жана грануляция → таңгактоо аралаштырылган реактордо жүргүзүлөт.

Камыргыч реакциянын эффективдүүлүгү төмөн мүнөздөмөлөрдү даярдоо үчүн реакциялык жабдуулар катары колдонулуп, этап-этабы менен кургатуу жана майдалоо грануляциясын жана майдалоо процессинде продукциянын сапаты абдан төмөндөй турганын көрүүгө болот.

Реакция жабдыгы катары аралаштырылган реактор менен даярдоо процессинин мүнөздөмөлөрү төмөнкүдөй: реакциянын жогорку эффективдүүлүгү, продуктуну грануляциялоодо кургатуу жана майдалоонун салттуу грануляциялоо процесси ыкмасы колдонулбайт, ал эми кургатуу жана гранулдаштыруу процесси бир эле учурда жүргүзүлөт. жуугандан кийин кургатылбаган азыктар, ал эми кургатуу жана грануляция процессинде продукциянын сапаты өзгөрүүсүз калат.

1.3 Рентген нурларынын дифракциялык анализи

Рентген нурларынын дифракциялык анализи Ригаку D/max-3A рентгендик дифрактометр, графит монохроматору, Θ бурчу 8°~30°, CuKα нуру, түтүктүн басымы жана түтүктүн агымы 30кВ жана 30мА болгон.

1.4 Инфракызыл спектрдин анализи

Инфракызыл спектрди талдоо үчүн Spectrum-2000PE FTIR инфракызыл спектрометр колдонулган. Инфракызыл спектрин талдоо үчүн бардык үлгүлөрдүн салмагы 0,0020 г болгон. Бул үлгүлөр тиешелүүлүгүнө жараша 0,1600g KBr менен аралаштырылды, андан кийин басылды (калыңдыгы < 0,8 мм) жана анализденди.

1.5 Өткөргүчтү аныктоо

Өткөрүү 721 спектрофотометр тарабынан аныкталган. ЖМБ эритмеси w=w1% 590нм толкун узундугунда 1см колориметрдик табакка салынды.

1.6 Алмашуу аныктоо даражасы

Гидроксиэтил целлюлозанын HEC алмаштыруу даражасы стандарттык химиялык анализ ыкмасы менен өлчөнгөн. Принцип HECди HI гидроиодаты менен 123℃де ыдыратса болот, ал эми HECтин алмаштыруу даражасын ыдыраган этилен жана этилен йодидди өлчөө аркылуу билсе болот. Гидроксиметил целлюлозаны алмаштыруунун даражасын стандарттуу химиялык анализдин методдору менен да текшерүүгө болот.

2. Жыйынтыктар жана талкуу

Бул жерде реакциялык чайнектин эки түрү колдонулат: бири реакциялык жабдуу катары камыргыч машина, экинчиси реакция жабдыгы катары аралаштыргыч тибиндеги чайнек, гетерогендүү реакция системасында, щелочтук абалда жана спирттүү суу эриткич системасында, тазаланган пахта целлюлозасынын эфирлештирүү реакциясы изилденет. Алардын ичинен камыргыч машинанын реакциялык жабдык катары технологиялык мүнөздөмөлөрү төмөнкүлөр: Реакцияда камыргычтын ылдамдыгы жай, реакция убактысы узак, кошумча реакциялардын үлүшү жогору, эфирлештирүүчү затты колдонуу деңгээли төмөн жана Эфирлөө реакциясында алмаштыруучу топтун бөлүштүрүлүшүнүн бирдейлиги начар. Изилдөө процесси салыштырмалуу тар реакция шарттарында гана чектелиши мүмкүн. Мындан тышкары, негизги реакция шарттарынын (мисалы, ваннанын катышы, щелочтун концентрациясы, камыр жууруч машинасынын камырдын ылдамдыгы) жөнгө салынышы жана башкарылуусу өтө начар. Этерификация реакциясынын болжолдуу бирдейлигине жетишүү жана эфирлешүү реакциясынын процессинин масса өтүүсүн жана өтүүсүн терең изилдөө кыйын. Реакция жабдыгы катары аралаштыргыч реактордун процесстик өзгөчөлүктөрү болуп төмөнкүлөр саналат: реакцияда тез аралаштыруу ылдамдыгы, реакциянын ылдамдыгы, эфирлештирүүчү агенттин жогорку пайдалануу ылдамдыгы, эфирлештирүүчү алмаштыруучу заттарды бирдей бөлүштүрүү, жөнгө салынуучу жана башкарылуучу негизги реакция шарттары.

Карбоксиметил целлюлоза ЖМБ аралаштыргыч реакция жабдуулары жана аралаштыргыч реактордук реакция жабдуулары тарабынан даярдалган. Камыргычты реакция жабдыгы катары колдонгондо, аралаштыруунун интенсивдүүлүгү төмөн жана орточо айлануу ылдамдыгы 50р/мин болгон. Аралаштыруучу реактор реакция жабдыгы катары колдонулганда, аралаштыруу интенсивдүүлүгү жогору жана орточо айлануу ылдамдыгы 500р/мин болгон. Монохлорассус кислотасынын целлюлоза моносахаридине молярдык катышы 1:5:1 болгондо, реакция убактысы 68℃де 1,5 саатты түздү. Камыр жууручу машинада алынган ЖМБнын жарык өткөргүчтүгү 98,02%ды түздү, ал эми эфирлештирүү эффективдүүлүгү 72%ды түздү, анткени хлорассус кислотасынын эфирлештирүүчү агентинде СМ жакшы өткөрүмдүүлүккө ээ. Аралаштыруучу реактор реакциялык жабдуу катары колдонулганда эфирлештирүүчү заттын өткөргүчтүгү жакшырып, ЖМБ өткөргүчтүгү 99,56%ды түздү, ал эми эфирлештирүү реакциясынын эффективдүүлүгү 81%ке жогорулады.

Гидроксиэтил целлюлоза HEC камыргыч жана аралаштыргыч реактор менен реакция жабдыгы катары даярдалган. Камыргычты реакция жабдыгы катары колдонгондо, хлорэтил спиртин эфирлештирүүчү агенттин өткөрүмдүүлүгү начар жана хлорэтанол менен целлюлоза моносахаридинин молярдык катышы 60℃ 4 саат бою 3:1 болгондо, эфирлештирүүчү агенттин реакция эффективдүүлүгү 47% жана сууда эригичтиги начар болгон. . Хлорэтанолдун целлюлоза моносахариддерине молярдык катышы 6:1 болгондо гана сууда эригичтиги жакшы болгон продуктыларды түзүүгө болот. Аралаштыруучу реактор реакция жабдыгы катары колдонулганда, хлорэтил спиртин эфирлештирүү агентинин өткөрүмдүүлүгү 68 ℃ 4 саатка жакшыраак болду. Хлорэтанолдун целлюлоза моносахаридине молярдык катышы 3:1 болгондо, натыйжада HEC сууда эригичтиги жакшырып, этерификация реакциясынын эффективдүүлүгү 66% га чейин жогорулаган.

Этеризациялоочу агент хлорассус кислотасынын реакциясынын эффективдүүлүгү жана реакция ылдамдыгы хлорэтанолдукуна караганда бир топ жогору, ал эми этеризациялоочу реакция жабдыгы катары аралаштыргыч реактор камыргычка караганда ачык артыкчылыктарга ээ, бул эфирлештирүү реакциясынын натыйжалуулугун бир топ жакшыртат. ЖМБнын жогорку өткөрүмдүүлүгү, ошондой эле этеризациялоочу реакциянын жабдуулары катары аралаштыруучу реактор эфирлештирүү реакциясынын бир тектүүлүгүн жакшыртаарын кыйыр түрдө көрсөтөт. Себеби, целлюлоза чынжырынын ар бир глюкоза-тобундагы шакекчеде үч гидроксил тобу бар жана күчтүү шишип же эриген абалда гана этерификациялоочу агент молекулаларынын бардык целлюлоза гидроксил жуптары жеткиликтүү болот. Целлюлозанын этерификация реакциясы көбүнчө сырттан ичке карай гетерогендүү реакция, айрыкча целлюлозанын кристаллдык аймагында. Целлюлозанын кристаллдык структурасы сырткы күчтүн таасирисиз бүтүн бойдон калганда, гетерогендик реакциянын бир тектүүлүгүнө таасир этүүчү эфирдик агент кристаллдык түзүлүшкө кирүү кыйынга турат. Демек, тазаланган пахтаны алдын ала тазалоо менен (мисалы, тазаланган пахтанын спецификалык бетин жогорулатуу) тазаланган пахтанын реактивдүүлүгүн жакшыртууга болот. Чоң ванна катышында (этанол/целлюлоза же изопропил спирти/целлюлоза жана жогорку ылдамдыктагы аралаштыруу реакциясы, ой жүгүртүүгө ылайык, целлюлозанын кристаллдашуу зонасынын тартиби төмөндөйт, бул учурда целлюлоза катуу шишип кетиши мүмкүн, ошондуктан шишик пайда болот. аморфтук жана кристаллдык целлюлоза зонасы ырааттуу болууга умтулат, Ошентип, аморфтук аймак менен кристаллдык аймактын реактивдүүлүгү окшош.

Инфракызыл спектрдин анализи жана рентгендик дифракциялык анализдин жардамы менен этерификация реакциясынын аппаратурасы катары аралаштыргыч реактор колдонулганда целлюлозанын эфирификация реакциясынын процессин айкыныраак түшүнүүгө болот.

Бул жерде инфракызыл спектрлер жана рентген нурларынын дифракциялык спектрлери талданган. CMC жана HECтин эфирлештирүү реакциясы жогоруда айтылган реакция шарттарында аралаштырылган реактордо жүргүзүлдү.

Инфракызыл спектрдин анализи көрсөткөндөй, ЖМБ жана ГЭКтин эфирация реакциясы реакция убактысынын узартылышы менен үзгүлтүксүз өзгөрүп турат, алмаштыруунун даражасы ар түрдүү.

Рентген нурларынын дифракциялык моделин талдоо аркылуу ЖМБ жана ГЭКтин кристаллдуулугу реакция убактысынын узартылышы менен нөлгө барабар болот, бул декристаллизация процесси негизинен алкализация стадиясында жана тазаланган пахтанын этерификация реакциясына чейинки ысытуу стадиясында ишке ашканын көрсөтөт. . Демек, тазаланган пахтанын карбоксиметил жана гидроксиэтил эфирдик реакциясы негизинен тазаланган пахтанын кристаллдуулугу менен чектелбейт. Бул эфирдик агенттин өткөрүмдүүлүккө байланыштуу. ЖМБ жана ГЭКтин эфирлештирүү реакциясы реакциялык жабдуу катары аралаштыргыч реактор менен жүргүзүлөрүн көрсөтсө болот. Жогорку ылдамдыкта аралаштырганда, алкализация стадиясында жана этерификация реакциясына чейинки жылытуу стадиясында тазаланган пахтанын кристаллизация процессине пайдалуу жана этерификациялоочу агенттин целлюлозага өтүшүнө жардам берет, этерификация реакциясынын эффективдүүлүгүн жана алмаштыруунун бирдейлигин жакшыртуу үчүн .

Жыйынтыктап айтканда, бул изилдөө реакция процессинде козгогуч күчтүн жана башка факторлордун реакциянын эффективдүүлүгүнө тийгизген таасирин баса белгилейт. Демек, бул изилдөөнүн сунушу төмөнкү себептерге негизделген: Гетерогендүү эфирация реакциясынын системасында чоң ванна катышын жана жогорку аралаштыруунун интенсивдүүлүгүн жана башкаларды колдонуу, болжол менен бир тектүү целлюлоза эфирин алмаштыруучу топ менен даярдоонун негизги шарты болуп саналат. бөлүштүрүү; Белгилүү бир гетерогендүү эфирация реакциясынын системасында алмаштыруучу заттардын болжол менен бирдей бөлүштүрүлүшү менен жогорку эффективдүү целлюлоза эфирин реакция жабдыгы катары аралаштыргыч реактордун жардамы менен даярдоого болот, бул целлюлоза эфиринин суулуу эритмеси жогорку өткөрүмдүүлүккө ээ экенин көрсөтүп турат, бул касиеттерин кеңейтүү үчүн чоң мааниге ээ. жана целлюлоза эфиринин функциялары. Камыр жуугуч машина тазаланган пахтанын эфирификация реакциясын изилдөө үчүн реакциялык жабдуу катары колдонулат. Аралаштыруу интенсивдүүлүгү төмөн болгондуктан, ал этерификация агентинин өтүшү үчүн жакшы эмес жана терс реакциялардын жогорку үлүшү жана эфирдик алмаштыруучу заттардын таралышынын бирдейлиги сыяктуу кээ бир кемчиликтерге ээ.