Eterifikacijos reakcija ant celiuliozės eterio

Celiuliozės eterinimo aktyvumas buvo tiriamas atitinkamai minkymo mašina ir maišymo reaktoriumi, o hidroksietilceliuliozė ir karboksimetilceliuliozė buvo paruošta atitinkamai chloretanoliu ir monochloracto rūgštimi. Rezultatai parodė, kad celiuliozės eterinimo reakcija buvo vykdoma maišant reaktorių, esant didelio intensyvumo maišymui. Celiuliozė pasižymi geru eterinimo reaktyvumu, o tai yra geresnis už minkymo metodą gerinant eterinimo efektyvumą ir didinant gaminio šviesos pralaidumą vandeniniame tirpale.) Todėl reakcijos proceso maišymo intensyvumo gerinimas yra geresnis būdas sukurti pakaitinį homogeninį celiuliozės eterinimą. produktų.

Pagrindiniai žodžiai:eterinimo reakcija; Celiuliozė;Hidroksietilceliuliozė; Karboksimetilceliuliozė

Kuriant rafinuotus medvilnės celiuliozės eterio gaminius, plačiai naudojamas tirpiklio metodas, o minkymo mašina naudojama kaip reakcijos įranga. Tačiau medvilnės celiuliozė daugiausia sudaryta iš kristalų sričių, kuriose molekulės yra tvarkingai ir glaudžiai išdėstytos. Kai minkymo mašina naudojama kaip reakcijos įranga, minkymo mašinos minkymo svirtis reakcijos metu yra lėta, o eterinimo agento atsparumas patekti į skirtingus celiuliozės sluoksnius yra didelis, o greitis yra lėtas, todėl reakcijos laikas ilgas, didelė šonų dalis. reakcijos ir netolygus pakaitų grupių pasiskirstymas celiuliozės molekulinėse grandinėse.

Paprastai celiuliozės eterinimo reakcija yra nevienalytė reakcija išorėje ir viduje. Jei nėra išorinio dinaminio poveikio, eterinimo agentas sunkiai patenka į celiuliozės kristalizacijos zoną. Ir iš anksto apdorojant rafinuotą medvilnę (pavyzdžiui, naudojant fizinius metodus, siekiant padidinti rafinuotos medvilnės paviršių), tuo pačiu metu naudojant maišymo reaktorių reakcijos įrangai, naudojant greito maišymo eterinimo reakciją, remiantis samprotavimais, celiuliozė gali stipriai išbrinkti, išbrinkti. celiuliozės amorfinio ploto ir kristalizacijos plotas linkęs sutapti, pagerina reakcijos aktyvumą. Vienodas celiuliozės eterio pakaitų pasiskirstymas heterogeninėje eterinimo reakcijos sistemoje gali būti pasiektas padidinus išorinę maišymo galią. Taigi mūsų šalies ateities plėtros kryptis bus kurti aukštos kokybės celiuliozės eterinimo produktus su maišomu reakcijos virduliu kaip reakcijos įranga.

1. Eksperimentinė dalis

1.1 Rafinuotos medvilnės celiuliozės žaliava bandymui

Atsižvelgiant į skirtingą eksperimente naudojamą reakcijos įrangą, medvilnės celiuliozės pirminio apdorojimo metodai skiriasi. Kai minkiklis naudojamas kaip reakcijos įranga, pirminio apdorojimo metodai taip pat skiriasi. Kai minkiklis naudojamas kaip reakcijos įranga, naudojamos rafinuotos medvilnės celiuliozės kristališkumas yra 43,9%, o vidutinis rafinuotos medvilnės celiuliozės ilgis yra 15–20 mm. Rafinuotos medvilnės celiuliozės kristališkumas yra 32,3%, o vidutinis rafinuotos medvilnės celiuliozės ilgis yra mažesnis nei 1 mm, kai kaip reakcijos įranga naudojamas maišymo reaktorius.

1.2 Karboksimetilceliuliozės ir hidroksietilceliuliozės kūrimas

Karboksimetilceliuliozės ir hidroksietilceliuliozės paruošimas gali būti atliekamas naudojant 2L minkiklį kaip reakcijos įrangą (vidutinis greitis reakcijos metu 50r/min) ir 2L maišymo reaktorių kaip reakcijos įrangą (vidutinis greitis reakcijos metu 500r/min).

Reakcijos metu visos žaliavos gaunamos iš griežtos kiekybinės reakcijos. Reakcijos metu gautas produktas plaunamas 95 % etanoliu, po to džiovinamas vakuume 24 valandas esant neigiamam 60 ℃ ir 0,005 mpa slėgiui. Gauto mėginio drėgnis w=2,7%±0,3%, o produkto mėginys analizei plaunamas tol, kol pelenų kiekis w < 0,2%.

Minkymo mašinos, kaip reakcijos įrangos, paruošimo etapai yra tokie:

Eterifikavimo reakcija → gaminio plovimas → džiovinimas → granuliavimas trintuve → pakavimas atliekamas minkytuve.

Maišymo reaktoriaus, kaip reakcijos įrangos, paruošimo etapai yra tokie:

Eterifikavimo reakcija → produkto plovimas → džiovinimas ir granuliavimas → pakavimas vyksta maišomame reaktoriuje.

Galima pastebėti, kad minkiklis naudojamas kaip reakcijos įranga, skirta mažo reakcijos efektyvumo charakteristikoms paruošti, džiovinimas ir smulkinimo granuliavimas žingsnis po žingsnio, o gaminio kokybė labai pablogės malimo procese.

Paruošimo proceso su maišomu reaktoriumi, kaip reakcijos įranga, charakteristikos yra šios: didelis reakcijos efektyvumas, produkto granuliavimas netaiko tradicinio granuliavimo proceso džiovinimo ir malimo metodo, o džiovinimo ir granuliavimo procesas vyksta tuo pačiu metu nedžiovinti produktai po plovimo, o produktų kokybė išlieka nepakitusi džiovinimo ir granuliavimo procese.

1.3 Rentgeno spindulių difrakcijos analizė

Rentgeno spindulių difrakcijos analizė atlikta Rigaku D/max-3A rentgeno spindulių difraktometru, grafito monochromatoriumi, Θ kampas 8°~30°, CuKα spinduliai, vamzdžio slėgis ir vamzdelio srautas 30kV ir 30mA.

1.4 Infraraudonųjų spindulių spektro analizė

Infraraudonųjų spindulių spektro analizei buvo naudojamas Spectrum-2000PE FTIR infraraudonųjų spindulių spektrometras. Visų infraraudonųjų spindulių spektro analizei skirtų mėginių svoris buvo 0,0020 g. Šie mėginiai buvo atitinkamai sumaišyti su 0,1600 g KBr, po to presuoti (<0,8 mm storio) ir analizuoti.

1.5 Perdavimo aptikimas

Pralaidumas buvo aptiktas 721 spektrofotometru. CMC tirpalas w = w1% buvo dedamas į 1 cm kolorimetrinį indą, esant 590 nm bangos ilgiui.

1.6 Pakeitimo aptikimo laipsnis

Hidroksietilceliuliozės HEC pakeitimo laipsnis buvo matuojamas standartiniu cheminės analizės metodu. Principas yra tas, kad HEC gali suskaidyti HI hidrojodatu esant 123 ℃, o HEC pakeitimo laipsnis gali būti žinomas išmatuojant suirusias medžiagas etileną ir etileno jodidą. Hidroksimetilceliuliozės pakeitimo laipsnis taip pat gali būti patikrintas standartiniais cheminės analizės metodais.

2. Rezultatai ir diskusija

Čia naudojami dviejų tipų reakcijos virdulys: vienas yra minkymo mašina kaip reakcijos įranga, kitas yra maišymo tipo reakcijos virdulys kaip reakcijos įranga, heterogeninėje reakcijos sistemoje, šarminėje būsenoje ir alkoholinio vandens tirpiklių sistemoje, tiriama rafinuotos medvilnės celiuliozės eterinimo reakcija. Tarp jų, minkymo mašinos, kaip reakcijos įrangos, technologinės charakteristikos yra šios: Reakcijoje minkymo rankos greitis yra lėtas, reakcijos laikas yra ilgas, šalutinių reakcijų dalis yra didelė, eterinimo agento panaudojimo greitis yra mažas ir pakaitinių grupių pasiskirstymo vienodumas eterinimo reakcijoje yra menkas. Tyrimo procesas gali būti apribotas tik santykinai siauromis reakcijos sąlygomis. Be to, pagrindinių reakcijos sąlygų (tokių kaip vonios santykis, šarmų koncentracija, minkymo mašinos minkymo rankos greitis) reguliavimas ir valdymas yra labai prastas. Sunku pasiekti apytikslį eterinimo reakcijos vienodumą ir nuodugniai ištirti eterinimo reakcijos proceso masės perdavimą ir prasiskverbimą. Maišymo reaktoriaus, kaip reakcijos įrangos, proceso ypatybės yra šios: greitas maišymo greitis reakcijoje, greitas reakcijos greitis, didelis eterinimo agento panaudojimo greitis, vienodas eterinančių pakaitų pasiskirstymas, reguliuojamos ir valdomos pagrindinės reakcijos sąlygos.

Karboksimetilceliuliozė CMC buvo paruošta atitinkamai minkymo reakcijos įranga ir maišymo reaktoriaus reakcijos įranga. Kai minkiklis buvo naudojamas kaip reakcijos įranga, maišymo intensyvumas buvo mažas, o vidutinis sukimosi greitis buvo 50 r/min. Kai kaip reakcijos įranga buvo naudojamas maišymo reaktorius, maišymo intensyvumas buvo didelis, o vidutinis sukimosi greitis buvo 500 r/min. Kai monochloracto rūgšties ir celiuliozės monosacharido molinis santykis buvo 1:5:1, reakcijos laikas 68 ℃ temperatūroje buvo 1,5 valandos. Minkymo mašina gauto CMC šviesos pralaidumas buvo 98,02%, o eterinimo efektyvumas - 72% dėl gero CM pralaidumo chloracto rūgšties eterinimo agente. Kai kaip reakcijos įranga buvo naudojamas maišymo reaktorius, eterinimo agento pralaidumas buvo geresnis, CMC pralaidumas buvo 99,56%, o eterinimo reakcijos efektyvumas padidintas iki 81%.

Hidroksietilceliuliozė HEC buvo paruošta naudojant minkymo įrenginį ir maišymo reaktorių kaip reakcijos įrangą. Kai minkiklis buvo naudojamas kaip reakcijos įranga, eterinimo agento reakcijos efektyvumas buvo 47%, o tirpumas vandenyje buvo prastas, kai chloroetilo alkoholio eterinimo agento pralaidumas buvo prastas, o chloro etanolio ir celiuliozės monosacharido molinis santykis buvo 3:1 60 ℃ temperatūroje 4 valandas. . Tik tada, kai chloroetanolio ir celiuliozės monosacharidų molinis santykis yra 6:1, gali susidaryti gerai vandenyje tirpūs produktai. Kai maišymo reaktorius buvo naudojamas kaip reakcijos įranga, chloroetilo alkoholio eterinimo agento pralaidumas tapo geresnis 68 ℃ temperatūroje 4 valandas. Kai chloro etanolio ir celiuliozės monosacharido molinis santykis buvo 3:1, gautas HEC tirpumas vandenyje buvo geresnis, o eterinimo reakcijos efektyvumas padidintas iki 66%.

Eterinimo agento chloracto rūgšties reakcijos efektyvumas ir greitis yra daug didesni nei chloro etanolio, o maišymo reaktorius kaip eterinimo reakcijos įranga turi akivaizdžių pranašumų, palyginti su minkikliu, o tai labai pagerina eterinimo reakcijos efektyvumą. Didelis CMC pralaidumas taip pat netiesiogiai rodo, kad maišymo reaktorius kaip eterinimo reakcijos įranga gali pagerinti eterinimo reakcijos homogeniškumą. Taip yra todėl, kad celiuliozės grandinėje yra po tris hidroksilo grupes kiekviename gliukozės grupės žiede ir tik stipriai išsipūtusios arba ištirpusios būsenos yra prieinamos visos eterizuojančios medžiagos molekulių celiuliozės hidroksilo poros. Celiuliozės eterinimo reakcija dažniausiai yra nevienalytė reakcija iš išorės į vidų, ypač kristalinėje celiuliozės srityje. Kai celiuliozės kristalinė struktūra lieka nepažeista be išorinės jėgos poveikio, eterinimo agentas sunkiai patenka į kristalinę struktūrą, o tai turi įtakos nevienalytės reakcijos homogeniškumui. Todėl iš anksto apdorojus rafinuotą medvilnę (pvz., padidinus specifinį rafinuotos medvilnės paviršių), rafinuotos medvilnės reaktyvumas gali būti pagerintas. Esant dideliam vonios santykiui (etanolis/celiuliozė arba izopropilo alkoholis/celiuliozė ir greito maišymo reakcija, pagal motyvus, celiuliozės kristalizacijos zonos tvarka bus sumažinta, šiuo metu celiuliozė gali stipriai išsipūsti, todėl išbrinks. amorfinės ir kristalinės celiuliozės zonos yra linkusios būti nuoseklios, todėl amorfinės ir kristalinės srities reaktyvumas yra panašus.

Naudojant infraraudonųjų spindulių spektro analizę ir rentgeno spindulių difrakcijos analizę, celiuliozės eterinimo reakcijos procesą galima geriau suprasti, kai maišymo reaktorius naudojamas kaip eterinimo reakcijos įranga.

Čia buvo analizuojami infraraudonųjų spindulių ir rentgeno spindulių difrakcijos spektrai. CMC ir HEC eterinimo reakcija buvo atlikta maišomame reaktoriuje aukščiau aprašytomis reakcijos sąlygomis.

Infraraudonųjų spindulių spektro analizė rodo, kad CMC ir HEC eterinimo reakcija reguliariai keičiasi ilgėjant reakcijos laikui, skiriasi pakeitimo laipsnis.

Analizuojant rentgeno spindulių difrakcijos modelį, CMC ir HEC kristališkumas linkęs į nulį ilgėjant reakcijos laikui, o tai rodo, kad dekristalizavimo procesas iš esmės buvo įgyvendintas šarminimo ir kaitinimo stadijoje prieš rafinuotos medvilnės eterinimo reakciją. . Todėl rafinuotos medvilnės karboksimetilo ir hidroksietilo eterinimo reaktyvumas nebėra daugiausia ribojamas rafinuotos medvilnės kristališkumo. Tai susiję su eterinančio agento pralaidumu. Galima parodyti, kad CMC ir HEC eterinimo reakcija vykdoma naudojant maišymo reaktorių kaip reakcijos įrangą. Maišant dideliu greičiu, jis yra naudingas rafinuotos medvilnės dekristalizavimo procesui šarminimo stadijoje ir kaitinimo stadijoje prieš eterinimo reakciją, taip pat padeda eterinimo agentui prasiskverbti į celiuliozę, kad pagerintų eterinimo reakcijos efektyvumą ir pakeitimo vienodumą. .

Apibendrinant, šis tyrimas pabrėžia maišymo galios ir kitų veiksnių įtaką reakcijos efektyvumui reakcijos proceso metu. Todėl šio tyrimo pasiūlymas grindžiamas šiomis priežastimis: Heterogeninėje eterinimo reakcijos sistemoje didelės vonios santykio ir didelio maišymo intensyvumo ir kt. naudojimas yra pagrindinės sąlygos ruošiant maždaug homogeninį celiuliozės eterį su pakaitų grupe. platinimas; Konkrečioje heterogeninėje eterinimo reakcijos sistemoje didelio efektyvumo celiuliozės eteris su maždaug vienodu pakaitų pasiskirstymu gali būti paruoštas naudojant maišymo reaktorių kaip reakcijos įrangą, o tai rodo, kad celiuliozės eterio vandeninis tirpalas turi didelį pralaidumą, o tai labai svarbu plečiant savybes. ir celiuliozės eterio funkcijas. Minkymo mašina naudojama kaip reakcijos įranga rafinuotos medvilnės eterinimo reakcijai tirti. Dėl mažo maišymo intensyvumo jis nėra geras eterinimo agento prasiskverbimui ir turi tam tikrų trūkumų, tokių kaip didelė šalutinių reakcijų dalis ir prastas eterinimo pakaitų pasiskirstymas.