CMC celiuliozė ir jos struktūros apibūdinimas

Naudojant šiaudų celiuliozę kaip žaliavą, ji buvo modifikuota eterinant. Vieno faktoriaus ir sukimosi testu buvo nustatytos optimalios karboksimetilceliuliozės paruošimo sąlygos: eterinimo laikas 100 min., eterinimo temperatūra 70 °C.℃, NaOH dozė 3,2g ir monochloracto rūgšties dozė 3,0g, maksimalus pakeitimo laipsnis yra 0,53.

Raktažodžiai: CMCceliuliozė; monochloracto rūgštis; eterinimas; modifikacija

Karboksimetilceliuliozėyra daugiausiai gaminamas ir parduodamas celiuliozės eteris pasaulyje. Jis plačiai naudojamas plovikliuose, maiste, dantų pastose, tekstilėje, spausdinant ir dažant, popieriaus gamyboje, naftoje, kasyboje, medicinoje, keramikoje, elektroniniuose komponentuose, gumoje, dažuose, pesticiduose, kosmetikoje, odoje, plastikuose ir alyvos gręžime ir kt. kaip „pramoninis mononatrio glutamatas“. Karboksimetilceliuliozė yra vandenyje tirpus celiuliozės eterio darinys, gaunamas chemiškai modifikuojant natūralią celiuliozę. Celiuliozė, pagrindinė žaliava karboksimetilceliuliozei gaminti, yra vienas iš gausiausių natūralių atsinaujinančių išteklių žemėje, kurio metinė gamyba siekia šimtus milijardų tonų. mano šalis yra didelė žemės ūkio šalis ir viena iš šalių, turinčių gausiausius šiaudų išteklius. Šiaudai visada buvo vienas pagrindinių kaimo gyventojų gyvenimo kuro. Šie ištekliai ilgą laiką nebuvo racionaliai plėtojami, o pasaulyje kasmet sunaudojama mažiau nei 2% žemės ūkio ir miškų ūkio atliekų, tokių kaip šiaudai. Ryžiai yra pagrindinis ekonominis augalas Heilongjiang provincijoje, kurio sodinimo plotas yra daugiau nei 2 mln. hm2, metinė produkcija – 14 mln. tonų ryžių ir 11 mln. tonų šiaudų. Ūkininkai jas dažniausiai degina tiesiai lauke kaip atliekas, o tai ne tik didžiulis gamtos išteklių švaistymas, bet ir rimta aplinkos tarša. Todėl šiaudų išteklių panaudojimo suvokimas yra žemės ūkio darnaus vystymosi strategijos poreikis.

1. Eksperimentinės medžiagos ir metodai

1.1 Eksperimentinės medžiagos ir įranga

Šiaudų celiuliozė, savadarbė laboratorijoje; JJ～1 tipo elektrinis maišytuvas, Jintan Guowang eksperimentinių instrumentų gamykla; SHZW2C tipo RS—Vakuuminis siurblys, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.; pHS-3C pH matuoklis, Mettler-Toledo Co., Ltd.; DGG-9070A elektrinio šildymo pastovios temperatūros džiovinimo krosnelė, Pekinas North Lihui Test Instrument Equipment Co., Ltd.; HITACHI-S ~ 3400N skenuojantis elektroninis mikroskopas, Hitachi Instruments; etanolis; natrio hidroksidas; chloracto rūgštis ir kt. (minėti reagentai yra analitiškai gryni).

1.2 Eksperimentinis metodas

1.2.1 Karboksimetilceliuliozės paruošimas

(1) Karboksimetilceliuliozės paruošimo būdas: pasverkite 2 g celiuliozės į trijų kaklų kolbą, įpilkite 2,8 g NaOH, 20 ml 75% etanolio tirpalo ir pamirkykite šarme pastovios temperatūros vandens vonioje 25 °C temperatūroje.°C 80 min. Maišykite mikseriu, kad gerai susimaišytų. Šio proceso metu celiuliozė reaguoja su šarminiu tirpalu ir susidaro šarminė celiuliozė. Eterifikavimo stadijoje įpilkite 10 mL 75 % etanolio tirpalo ir 3 g chloracto rūgšties į aukščiau sureaguotą trijų kaklų kolbą, pakelkite temperatūrą iki 65-70 laipsnių.° C. ir reaguoti 60 minučių. Antrą kartą įpilkite šarmo, tada į aukščiau nurodytą reakcijos kolbą įpilkite 0,6 g NaOH, kad temperatūra būtų 70 °C.°C, o reakcijos laikas yra 40 minučių, kad būtų gautas neapdorotas Na—CMC (natrio karboksimetilceliuliozė).

Neutralizavimas ir plovimas: įpilkite 1 mol·L-1 druskos rūgštimi ir neutralizuoti reakciją kambario temperatūroje, kol pH = 7-8. Tada du kartus plaukite 50% etanoliu, tada vieną kartą 95% etanoliu, filtruokite nusiurbdami ir išdžiovinkite 80-90°C 2 valandas.

(2) Mėginio pakeitimo laipsnio nustatymas: rūgštingumo matuoklio nustatymo metodas: pasverkite 0,2 g (0,1 mg tikslumu) išgryninto ir išdžiovinto Na-CMC mėginio, ištirpinkite 80 ml distiliuoto vandens, maišykite elektromagnetiniu būdu 10 minučių ir sureguliuokite. rūgštimi arba šarmu. Tirpalo pH buvo sumažintas iki 8. Tada titruokite tiriamąjį tirpalą standartiniu sieros rūgšties tirpalu stiklinėje su pH-metro elektrodu ir stebėkite pH-metro rodmenis titruodami, kol pH bus pasiektas. 3.74. Užsirašykite naudoto sieros rūgšties etaloninio tirpalo tūrį.

1.2.2 Vieno veiksnio bandymo metodas

(1) Šarmo kiekio įtaka karboksimetilceliuliozės pakeitimo laipsniui: šarminimas atliekamas esant 25℃, panardinimas į šarmą 80 minučių, koncentracija etanolio tirpale yra 75%, kontroliuoti monochloracto rūgšties reagento kiekį 3g, eterinimo temperatūra 65 ~ 70°C, eterinimo laikas buvo 100 minučių, o natrio hidroksido kiekis buvo pakeistas bandymui.

(2) Etanolio tirpalo koncentracijos įtaka karboksimetilceliuliozės pakeitimo laipsniui: fiksuoto šarmo kiekis yra 3,2 g, šarminis panardinimas į pastovios temperatūros vandens vonią 25 ° C temperatūroje°C 80min, etanolio tirpalo koncentracija 75%, monochloracto rūgšties reagento kiekis reguliuojamas 3g, eterinimas Temperatūra 65-70°C, eterinimo laikas yra 100 min., eksperimentui keičiama etanolio tirpalo koncentracija.

(3) Monochloracto rūgšties kiekio įtaka karboksimetilceliuliozės pakeitimo laipsniui: nustatyti ties 25°C šarminimas, pamirkykite šarme 80 minučių, įpilkite 3,2 g natrio hidroksido, kad etanolio tirpalo koncentracija būtų 75%, eteris. Temperatūra yra 65–70°C, eterinimo laikas yra 100 min., o eksperimentui pakeičiamas monochloracto rūgšties kiekis.

(4) Eterifikavimo temperatūros įtaka karboksimetilceliuliozės pakeitimo laipsniui: nustatyti ties 25°C šarminimas, pamirkykite šarme 80 minučių, įpilkite 3,2 g natrio hidroksido, kad etanolio tirpalo koncentracija būtų 75%, eterinimo temperatūra Temperatūra yra 65–70℃, eterinimo laikas yra 100 min., o eksperimentas atliekamas keičiant monochloracto rūgšties dozę.

(5) Eterifikavimo laiko įtaka karboksimetilceliuliozės pakeitimo laipsniui: nustatyta 25°C šarminimas, pridėta 3,2 g natrio hidroksido ir mirkoma šarme 80 minučių, kad etanolio tirpalo koncentracija būtų 75%, ir kontroliuojamas monochloras. Acto rūgšties reagento dozė yra 3 g, eterinimo temperatūra yra 65–70°C, o eterinimo laikas keičiamas eksperimentui.

1.2.3 Karboksimetilceliuliozės bandymų planas ir optimizavimas

Remiantis vieno veiksnio eksperimentu, buvo sukurtas kvadratinės regresijos stačiakampio sukimosi kombinuotas eksperimentas su keturiais veiksniais ir penkiais lygiais. Keturi veiksniai yra eterinimo laikas, eterinimo temperatūra, NaOH kiekis ir monochloracto rūgšties kiekis. Duomenų apdorojimui duomenims apdoroti naudojama SAS8.2 statistinė programinė įranga, kuri atskleidžia ryšį tarp kiekvieno įtakos faktoriaus ir karboksimetilceliuliozės pakeitimo laipsnio. vidinis įstatymas.

1.2.4 SEM analizės metodas

Išdžiovintas miltelių mėginys buvo pritvirtintas prie mėginio stadijos laidžiais klijais, o vakuuminiu būdu išpurškus auksą, jis buvo stebimas ir nufotografuotas Hitachi-S-3400N Hitachi skenuojančiu elektroniniu mikroskopu.

2. Rezultatai ir analizė

2.1 Vieno faktoriaus įtaka karboksimetilceliuliozės pakeitimo laipsniui

2.1.1. Šarmų kiekio įtaka karboksimetilceliuliozės pakeitimo laipsniui

Kai į 2 g celiuliozės buvo pridėta 3,2 g NaOH, produkto pakeitimo laipsnis buvo didžiausias. Sumažinamas NaOH kiekis, kurio nepakanka šarminės celiuliozės ir eterinimo agento neutralizavimui susidaryti, o produktas turi mažą pakeitimo laipsnį ir mažą klampumą. Priešingai, jei NaOH yra per daug, chloracto rūgšties hidrolizės metu padidės šalutinių reakcijų, padidės eterinimo agento sąnaudos, taip pat sumažės produkto klampumas.

2.1.2 Etanolio tirpalo koncentracijos įtaka karboksimetilceliuliozės pakeitimo laipsniui

Dalis vandens etanolio tirpale yra reakcijos terpėje už celiuliozės ribų, o kita dalis yra celiuliozėje. Jei vandens kiekis yra per didelis, CMC išbrinks vandenyje ir eterinimo metu susidarys želė, todėl reakcija bus labai netolygi; jei vandens kiekis yra per mažas, reakcija bus sudėtinga dėl reakcijos terpės trūkumo. Paprastai tinkamiausias tirpiklis yra 80 % etanolis.

2.1.3. Monochloracto rūgšties dozės įtaka karboksimetilceliuliozės pakeitimo laipsniui

Monochloracto rūgšties ir natrio hidroksido kiekis teoriškai yra 1:2, tačiau norint nukreipti reakciją į CMC susidarymo kryptį, įsitikinkite, kad reakcijos sistemoje yra tinkama laisvoji bazė, kad karboksimetilinimas vyktų sklandžiai. Dėl šios priežasties naudojamas šarmų pertekliaus metodas, tai yra, rūgščių ir šarminių medžiagų molinis santykis yra 1:2,2.

2.1.4 Eterifikavimo temperatūros įtaka karboksimetilceliuliozės pakeitimo laipsniui

Kuo aukštesnė eterinimo temperatūra, tuo greitesnis reakcijos greitis, tačiau paspartėja ir šalutinės reakcijos. Cheminės pusiausvyros požiūriu kylanti temperatūra yra nepalanki CMC susidarymui, tačiau jei temperatūra yra per žema, reakcijos greitis yra lėtas ir eterinio agento panaudojimo greitis yra mažas. Galima pastebėti, kad optimali eterinimo temperatūra yra 70 laipsnių°C.

2.1.5 Eterifikavimo laiko įtaka karboksimetilceliuliozės pakeitimo laipsniui

Didėjant eterinimo laikui, CMC pakeitimo laipsnis didėja, o reakcijos greitis pagreitėja, tačiau po tam tikro laiko sustiprėja šalutinės reakcijos, o pakeitimo laipsnis mažėja. Kai eterinimo laikas yra 100 min., pakeitimo laipsnis yra didžiausias.

2.2 Ortogonalinio tyrimo rezultatai ir karboksimetilo grupių analizė

Iš dispersinės analizės lentelės matyti, kad pirminiame punkte keturi veiksniai – eterinimo laikas, eterinimo temperatūra, NaOH kiekis ir monochloracto rūgšties kiekis turi labai didelę įtaką karboksimetilceliuliozės pakeitimo laipsniui (p. <0,01) . Tarp sąveikos elementų labai reikšmingą įtaką karboksimetilceliuliozės pakeitimo laipsniui turėjo eterinimo laiko ir monochloracto rūgšties kiekio sąveikos elementai bei eterinimo temperatūros ir monochloracto rūgšties kiekio sąveikos elementai (p<0,01). Įvairių veiksnių įtakos karboksimetilceliuliozės pakeitimo laipsniui tvarka buvo tokia: eterinimo temperatūra>monochloracto rūgšties kiekis>eterinimo laikas>NaOH kiekis.

Išanalizavus kvadratinės regresijos stačiakampio sukimosi derinio projekto bandymo rezultatus, galima nustatyti, kad optimalios proceso sąlygos karboksimetilinimo modifikavimui yra: eterinimo laikas 100min, eterinimo temperatūra 70℃, NaOH dozė 3,2 g ir monochloracto rūgštis Dozė yra 3,0 g, o didžiausias pakeitimo laipsnis yra 0,53.

2.3 Mikroskopinis veikimo apibūdinimas

Skenuojamosios elektroninės mikroskopijos būdu ištirta celiuliozės, karboksimetilceliuliozės ir skersinio ryšio karboksimetilceliuliozės dalelių paviršiaus morfologija. Celiuliozė auga juostelės formos su lygiu paviršiumi; karboksimetilceliuliozės kraštas yra šiurkštesnis nei išgautos celiuliozės, o ertmės struktūra didėja ir tūris tampa didesnis. Taip yra todėl, kad dėl karboksimetilceliuliozės išbrinkimo ryšulio struktūra tampa didesnė.

3. Išvada

3.1 Karboksimetileterifikuotos celiuliozės paruošimas Keturių veiksnių, turinčių įtakos celiuliozės pakeitimo laipsniui, svarbos tvarka yra tokia: eterinimo temperatūra > monochloracto rūgšties dozė > eterinimo laikas > NaOH dozė. Optimalios karboksimetilinimo modifikavimo proceso sąlygos yra eterinimo laikas 100 min., eterinimo temperatūra 70℃, NaOH dozė 3,2 g, monochloracto rūgšties dozė 3,0 g ir maksimalus pakeitimo laipsnis 0,53.

3.2 Optimalios technologinės karboksimetilinimo modifikavimo sąlygos yra: eterinimo laikas 100min, eterinimo temperatūra 70℃, NaOH dozė 3,2g, monochloracto rūgšties dozė 3,0g, maksimalus pakeitimo laipsnis 0,53.