Etherifikatiounsreaktioun op Celluloseether

D'Etherifikatiounsaktivitéit vu Cellulose gouf duerch Kneetmaschinn a Rührreakter respektiv studéiert, an Hydroxyethylcellulose a Carboxymethylcellulose goufen duerch Chloroethanol a Monochloracetic Seier respektiv virbereet. D'Resultater weisen datt d'Etherifikatiounsreaktioun vu Cellulose duerch Rührreaktor ënner der Bedingung vun héijer Intensitéit Agitatioun duerchgefouert gouf. Cellulose huet gutt Etherifikatiounsreaktivitéit, wat besser ass wéi d'Kneader Method fir d'Etherifikatiounseffizienz ze verbesseren an d'Liichttransmission vum Produkt an der wässerlecher Léisung ze verbesseren. Produiten.

Schlësselwierder:etherification Reaktioun; Zellulose;Hydroxyethylcellulose; Carboxymethylcellulose

An der Entwécklung vu raffinéierte Kotteng Cellulose Ether Produkter gëtt d'Léisungsmëttelmethod wäit benotzt an d'Kneadmaschinn gëtt als Reaktiounsausrüstung benotzt. Wéi och ëmmer, Kottengzellulose besteet haaptsächlech aus Kristallregiounen, wou Moleküle ordentlech an enk arrangéiert sinn. Wann Kneetmaschinn als Reaktiounsausrüstung benotzt gëtt, ass de Kneetarm vun der Kneetmaschinn lues wärend der Reaktioun, an d'Resistenz vum Etherifying Agent fir verschidde Schichten vun Zellulose anzeginn ass grouss an d'Geschwindegkeet ass lues, wat zu enger laanger Reaktiounszäit, héijen Undeel vun der Säit resultéiert. Reaktiounen an ongläich Verdeelung vun substituent Gruppen op cellulose molekulare Ketten.

Normalerweis ass d'Etherifikatiounsreaktioun vu Cellulose eng heterogen Reaktioun dobausse a bannen. Wann et keng extern dynamesch Handlung ass, ass d'Etherifikatiounsmëttel schwéier an d'Kristalliséierungszon vun der Cellulose anzeginn. An duerch d'pretreatment vun raffinéiert Koteng (wéi benotzt kierperlech Methoden der Uewerfläch vun raffinéiert Koteng ze Erhéijung), an der selwechter Zäit mat Rührreaktor fir Reaktioun Equipement, rapid Rührer etherification Reaktioun benotzt, no Begrënnung, cellulose kann staark Schwellung, d'Schwellung vun cellulose amorphous Beräich an crystallization Beräich éischter konsequent gin, verbesseren der Reaktioun Aktivitéit. Déi homogen Verdeelung vun Celluloseethersubstituenten am heterogenen Etherifikatiounsreaktiounssystem kann erreecht ginn andeems d'extern Rührkraaft erhéicht gëtt. Also ass et déi zukünfteg Entwécklungsrichtung vun eisem Land fir qualitativ héichwäerteg Cellulose-Etherifikatiounsprodukter mat Rührertyp Reaktiounskessel als Reaktiounsausrüstung z'entwéckelen.

1. Experimentell Deel

1.1 Raffinéiert Koteng cellulose Matière première fir Test

Geméiss de verschiddene Reaktiounsausrüstung, déi am Experiment benotzt ginn, sinn d'Virbehandlungsmethoden vu Kottengcellulose anescht. Wann de Kneader als Reaktiounsausrüstung benotzt gëtt, sinn d'Virbehandlungsmethoden och anescht. Wann de Kneader als Reaktiounsausrüstung benotzt gëtt, ass d'Kristallinitéit vun der benotzter raffinéierter Kotengzellulose 43,9%, an d'Duerchschnëttslängt vun der raffinéierter Kotengcellulose ass 15 ~ 20mm. D'Kristallinitéit vu raffinéierter Kotengzellulose ass 32,3% an d'Duerchschnëttslängt vu raffinéierter Kottengcellulose ass manner wéi 1 mm wann de Rührreaktor als Reaktiounsausrüstung benotzt gëtt.

1.2 Entwécklung vu Carboxymethylcellulose an Hydroxyethylcellulose

D'Virbereedung vu Carboxymethylcellulose an Hydroxyethylcellulose kann duerch 2L Kneader als Reaktiounsausrüstung duerchgefouert ginn (d'Duerchschnëttsgeschwindegkeet wärend der Reaktioun ass 50r/min) an 2L Rührreakter als Reaktiounsausrüstung (d'Duerchschnëttsgeschwindegkeet während der Reaktioun ass 500r/min).

Wärend der Reaktioun ginn all Rohmaterial aus der strikt quantitativer Reaktioun ofgeleet. D'Produkt kritt aus der Reaktioun gëtt mat w = 95% Ethanol gewäsch, an dann duerch Vakuum fir 24h ënner dem negativen Drock vu 60 ℃ an 0,005 mpa getrocknegt. De Feuchtigkeitgehalt vun der kritt Probe ass w = 2,7% ± 0,3%, an d'Produktprobe fir d'Analyse gëtt gewäsch bis den Aschegehalt w <0,2%.

D'Virbereedungsschrëtt vun der Kneadmaschinn als Reaktiounsausrüstung sinn wéi follegt:

Etherifikatiounsreaktioun → Produktwäschen → Trocknen → gerappte Granulatioun → Verpackung gëtt am Kneader duerchgefouert.

D'Virbereedungsschrëtt vum Rührreaktor als Reaktiounsausrüstung sinn wéi follegt:

Etherifikatiounsreaktioun → Produktwäschen → Trocknung a Granuléierung → Verpakung gëtt an engem gerührte Reaktor duerchgefouert.

Et kann gesi ginn datt de Kneader als Reaktiounsausrüstung fir d'Virbereedung vun de Charakteristike vun der gerénger Reaktiounseffizienz benotzt gëtt, d'Trocknung a Schleifgranuléierung Schrëtt fir Schrëtt, an d'Qualitéit vum Produkt gëtt am Schleifprozess staark reduzéiert.

D'Charakteristiken vum Virbereedungsprozess mat gerührte Reaktor als Reaktiounsausrüstung sinn wéi follegt: héich Reaktiounseffizienz, d'Produktgranuléierung adoptéiert net déi traditionell Granuléierungsprozessmethod fir Trocknen a Schleifen, an d'Trocknungs- a Granuléierungsprozess ginn zur selwechter Zäit duerchgefouert. déi ongedréchent Produkter nom Wäschen, an d'Produktqualitéit bleift onverännert am Trocknungs- a Granuléierungsprozess.

1.3 Röntgen-Diffraktiounsanalyse

Röntgendiffraktiounsanalyse gouf vum Rigaku D /max-3A Röntgendiffraktometer, GRAPHITE Monochromator gesuergt, Θ Wénkel war 8 ° ~ 30 °, CuKα Ray, Rouerdrock a Rouerfloss waren 30kV an 30mA.

1.4 Infraroutspektrum Analyse

Spectrum-2000PE FTIR Infraroutspektrometer gouf fir Infraroutspektrumanalyse benotzt. All d'Proben fir Infraroutspektrumanalyse haten e Gewiicht vun 0,0020g. Dës Proben goufen mat 0.1600g KBr respektiv gemëscht an duerno gedréckt (mat enger Dicke vun <0.8mm) an analyséiert.

1.5 Transmissioun Detektioun

D'Transmissioun gouf mam 721 Spektrofotometer festgestallt. CMC Léisung w = w1% gouf an engem 1cm colorimetric Plat op 590nm Wellelängt gesat.

1.6 Grad vun Ersatzdetektioun

Den HEC Substitutiounsgrad vun Hydroxyethylcellulose gouf duerch Standard chemesch Analysemethod gemooss. De Prinzip ass datt HEC duerch HI Hydroiodat bei 123 ℃ zerstéiert ka ginn, an de Grad vun der Substitutioun vun HEC kann bekannt ginn andeems Dir déi ofgebaute Substanzen Ethylen an Ethylenjodid produzéiert. De Grad vun der Substitutioun vun Hydroxymethylcellulose kann och duerch Standard chemesch Analysemethoden getest ginn.

2. Resultater an Diskussioun

Zwou Aarte vu Reaktiounskessel ginn hei benotzt: een ass Kneetmaschinn als Reaktiounsausrüstung, déi aner ass Rührtyp Reaktiounskessel als Reaktiounsausrüstung, am heterogenen Reaktiounssystem, alkaleschen Zoustand an alkoholescht Waasserléisungsmëttelsystem, gëtt d'Etherifikatiounsreaktioun vu raffinéierter Kottengcellulose studéiert. Ënnert hinnen sinn d'technologesch Charakteristiken vun der Kneetmaschinn als Reaktiounsausrüstung: An der Reaktioun ass d'Geschwindegkeet vum Kneetarm lues, d'Reaktiounszäit ass laang, den Undeel vun de Säitreaktiounen ass héich, d'Benotzungsquote vum Veretherungsmëttel ass niddereg, an Uniformitéit vun der Ersatzgruppeverdeelung an der Etheriséierungsreaktioun ass schlecht. De Fuerschungsprozess kann nëmme limitéiert sinn op relativ schmuel Reaktiounsbedéngungen. Zousätzlech, sinn d'justifiable an controlability vun Haaptrei Reaktioun Konditiounen (wéi Bad Verhältnis, Alkali Konzentratioun, Knéi Aarm Vitesse vun Knéi Maschinn) ganz schlecht. Et ass schwéier déi geschätzte Uniformitéit vun der Etherifikatiounsreaktioun z'erreechen an de Massentransfer an d'Penetratioun vum Etherifikatiounsreaktiounsprozess an der Déift ze studéieren. D'Prozessfeatures vum Rührreaktor als Reaktiounsausrüstung sinn: séier Rührgeschwindegkeet an der Reaktioun, séier Reaktiounsgeschwindegkeet, héich Benotzungsquote vum etheriséierende Agent, eenheetlech Verdeelung vun etheriséierende Substituenten, justierbar a kontrolléierbar Haaptreaktiounsbedéngungen.

Carboxymethyl cellulose CMC war vun kneader Reaktioun Equipement an Rührreaktor Reaktioun Equipement virbereet respektiv. Wann de Kneader als Reaktiounsausrüstung benotzt gouf, war d'Rührintensitéit niddereg an déi duerchschnëttlech Rotatiounsgeschwindegkeet war 50r / min. Wann de Rührreaktor als Reaktiounsausrüstung benotzt gouf, war d'Rührintensitéit héich an d'Duerchschnëttsrotatiounsgeschwindegkeet war 500r / min. Wann de molar Verhältnis vun Monochloroacetic Seier zu cellulose Monosaccharide war 1:5:1, war d'Reaktioun Zäit 1,5h bei 68 ℃. D'Liichttransmittance vu CMC kritt duerch Kneadmaschinn war 98,02% an d'Etherifikatiounseffizienz war 72% wéinst der gudder Permeabilitéit vum CM an der Chloracetic Seier etherifying Agent. Wann de Rührreaktor als Reaktiounsausrüstung benotzt gouf, war d'Permeabilitéit vum etherifying Agent besser, d'Transmittance vu CMC war 99,56%, an d'etherizing Reaktiounseffizienz gouf op 81% erhéicht.

Hydroxyethylcellulose HEC gouf mat Kneader a Rührreakter als Reaktiounsausrüstung virbereet. Wann Kneader als Reaktiounsausrüstung benotzt gouf, war d'Reaktiounseffizienz vum Etheriséierungsmëttel 47% an d'Waasserléislechkeet war schlecht wann d'Permeabilitéit vum Chlorethylalkohol-Etherizing Agent schlecht war an de molare Verhältnis vu Chlorethanol zu Cellulose Monosaccharid 3:1 bei 60 ℃ fir 4h war. . Nëmmen wann de molare Verhältnis vu Chlorethanol zu Cellulose Monosacchariden 6:1 ass, kënnen d'Produkter mat gudder Waasserléislechkeet geformt ginn. Wann de Rührreaktor als Reaktiounsausrüstung benotzt gouf, gouf d'Permeabilitéit vum Chlorethylalkohol-Etherification Agent besser bei 68 ℃ fir 4h. Wann de molare Verhältnis vu Chlorethanol zu Cellulose Monosaccharid 3: 1 war, hat déi resultéierend HEC eng besser Waasserléislechkeet, an d'Etherifikatiounsreaktiounseffizienz gouf op 66% erhéicht.

D'Reaktiounseffizienz an d'Reaktiounsgeschwindegkeet vun der Etheriséierungsmëttel Chlooradiksäure si vill méi héich wéi déi vu Chlorethanol, an de Rührreaktor als Etheriséierungsreaktiounsausrüstung huet offensichtlech Virdeeler iwwer de Kneader, wat d'Etheriséierungsreaktiounseffizienz staark verbessert. Déi héich Transmittivitéit vum CMC weist och indirekt un datt de Rührreaktor als Etheriséierungsreaktiounsausrüstung d'Homogenitéit vun der Etheriséierungsreaktioun verbesseren kann. Dëst ass well d'Zellulosekette dräi Hydroxylgruppen op all Glukosegruppring huet, an nëmmen an engem staark geschwollenen oder opgeléisten Zoustand sinn all d'Cellulose-Hydroxylpare vun etherifying Agent Molekülle zougänglech. D'Etherifikatiounsreaktioun vu Cellulose ass normalerweis eng heterogen Reaktioun vu baussen no bannen, besonnesch an der kristalliner Regioun vun der Cellulose. Wann d'Kristallstruktur vun der Cellulose intakt bleift ouni den Effekt vun der externer Kraaft, ass d'Etherifying Agent schwéier an d'Kristallstruktur anzeginn, wat d'Homogenitéit vun der heterogener Reaktioun beaflosst. Dofir, andeems d'raffinéiert Koteng virbehandelt gëtt (wéi d'Erhéijung vun der spezifescher Uewerfläch vum raffinéierte Koteng), kann d'Reaktivitéit vum raffinéierte Koteng verbessert ginn. Am grousse Bad Verhältnis (Ethanol / Cellulose oder Isopropyl Alkohol / Cellulose an Héich-Vitesse Rührreaktioun, laut dem Begrënnung, gëtt d'Uerdnung vun der Cellulosekristalliséierungszone reduzéiert, zu dëser Zäit kann d'Cellulose staark schwellen, sou datt d'Schwellung vun der amorph an crystalline cellulose Zone éischter konsequent ze sinn, Also ass d'Reaktivitéit vun amorphous Regioun an crystalline Regioun ähnlech.

Duerch Infraroutspektrumanalyse an Röntgendiffraktiounsanalyse kann den Etherifikatiounsreaktiounsprozess vun Zellulose méi lieweg verstane ginn wann de Rührreaktor als Veretherungsreaktiounsausrüstung benotzt gëtt.

Hei goufen Infraroutspektre an Röntgendiffraktiounsspektre analyséiert. D'Etherifikatiounsreaktioun vu CMC an HEC gouf an engem gerührten Reaktor ënner de Reaktiounsbedéngungen uewe beschriwwen.

D'Infrarout Spektrum Analyse weist datt d'Etheratiounsreaktioun vu CMC an HEC regelméisseg ännert mat der Verlängerung vun der Reaktiounszäit, de Grad vun der Substitutioun ass anescht.

Duerch d'Analyse vum Röntgendiffraktiounsmuster tendéiert d'Kristallinitéit vu CMC an HEC op Null mat der Verlängerung vun der Reaktiounszäit, wat beweist datt den Dekristalliséierungsprozess am Fong an der Alkaliséierungsstadium an der Heizungsstadium virun der Etherifikatiounsreaktioun vu raffinéiertem Koteng realiséiert gouf. . Dofir ass d'Carboxymethyl- an Hydroxyethyletherifikatiounsreaktivitéit vu raffinéiertem Koteng net méi haaptsächlech limitéiert duerch d'Kristallinitéit vu raffinéiertem Koteng. Et ass verbonne mat der Permeabilitéit vum Veretherungsmëttel. Et kann ugewise ginn datt d'Etherifikatiounsreaktioun vu CMC an HEC mat Rührreaktor als Reaktiounsausrüstung duerchgefouert gëtt. Ënner Héichgeschwindegkeet Rühren ass et gutt fir den Dekristalliséierungsprozess vun der raffinéierter Koteng an der Alkaliséierungsstadium an der Heizungsstadium virun der Etherifikatiounsreaktioun, an hëlleft den Etherifikatiounsagent an d'Cellulose ze permeatéieren, fir d'Etherifikatiounsreaktiounseffizienz an d'Substitutiounsuniformitéit ze verbesseren .

Als Conclusioun betount dës Studie den Afloss vun der Rührkraaft an aner Faktoren op d'Reaktiounseffizienz wärend dem Reaktiounsprozess. Dofir baséiert d'Propositioun vun dëser Etude op de folgende Grënn: Am heterogenen Etheratiounsreaktiounssystem ass d'Benotzung vu grousse Badverhältnis an héijer Rührintensitéit, etc. Verdeelung; An engem spezifeschen heterogenen Etheratiounsreaktiounssystem kann héich performant Celluloseether mat ongeféier eenheetleche Verdeelung vu Substituenten virbereet ginn andeems Dir Rührreakter als Reaktiounsausrüstung benotzt, wat weist datt d'Wasserléisung vun der Celluloseether eng héich Iwwerdroung huet, wat vu grousser Bedeitung ass fir d'Eegeschafte auszebauen. a Funktiounen vum Celluloseether. D'Kneadmaschinn gëtt als Reaktiounsausrüstung benotzt fir d'Etherifikatiounsreaktioun vu raffinéiertem Koteng ze studéieren. Wéinst der gerénger Rührintensitéit ass et net gutt fir d'Penetratioun vum Etherifikatiounsagent, an huet e puer Nodeeler wéi héijen Undeel vu Säitreaktiounen a schlecht Verdeelungsuniformitéit vun Etherifikatiounssubstituenten.