Hidroksietilceliuliozės eterio sintezė ir reologinės savybės

Esant savadarbiam šarminiam katalizatoriui, pramoniniam hidroksietilui celiuliozė buvo reaguojama su N-(2,3-epoksipropil)trimetilamonio chlorido (GTA) katijonizavimo reagentu, kad būtų gautas didelio pakeitimo ketvirtinis amonis sausu metodu. Druskos tipo hidroksietilceliuliozės eteris (HEC). GTA ir hidroksietilceliuliozės (HEC) santykio, NaOH ir HEC santykio, reakcijos temperatūros ir reakcijos trukmės įtaka reakcijos efektyvumui buvo ištirta taikant vienodą eksperimentinį planą, o optimizuotos proceso sąlygos buvo gautos naudojant Monte. Carlo simuliacija. Katijoninio eterinimo reagento reakcijos efektyvumas eksperimentiniu būdu pasiekia 95%. Kartu buvo aptartos jo reologinės savybės. Rezultatai parodė, kad sprendimasHEC parodė neniutono skysčio charakteristikas, o jo tariamasis klampumas didėjo didėjant tirpalo masės koncentracijai; tam tikros koncentracijos druskos tirpale – tariamasis klampumasHEC sumažėjo didėjant pridedamos druskos koncentracijai. Esant tokiam pat šlyties greičiui, tariamasis klampumasHEC CaCl2 tirpalo sistemoje yra didesnis neiHEC NaCl tirpalo sistemoje.

Pagrindiniai žodžiai:Hidroksietilasceliuliozės eteris; sausas procesas; reologines savybes

Celiuliozė pasižymi turtingų šaltinių, biologinio skaidomumo, biologinio suderinamumo ir lengvo darinių ypatybėmis ir yra daugelio sričių tyrimų taškas. Katijoninė celiuliozė yra viena iš svarbiausių celiuliozės darinių atstovų. Tarp katijoninių polimerų, skirtų asmeninės apsaugos produktams, kuriuos užregistravo Kvepalų pramonės asociacijos CTFA, jo suvartojimas yra pirmasis. Jis gali būti plačiai naudojamas plaukų kondicionierių kondicionavimo prieduose, minkštikliuose, gręžimo skalūnų hidratacijos inhibitoriuose ir kraujo krešėjimą stabdančiose medžiagose ir kitose srityse.

Šiuo metu ketvirtinio amonio katijoninio hidroksietilceliuliozės eterio paruošimo būdas yra tirpiklis, reikalaujantis daug brangių organinių tirpiklių, brangus, nesaugus, teršiantis aplinką. Palyginti su tirpiklio metodu, sausas metodas turi išskirtinius privalumus: paprastas procesas, didelis reakcijos efektyvumas ir mažesnė aplinkos tarša. Šiame darbe katijoninis celiuliozės eteris buvo susintetintas sausu metodu ir ištirtas jo reologinis elgesys.

1. Eksperimentinė dalis

1.1 Medžiagos ir reagentai

Hidroksietilceliuliozė (HEC pramoninis produktas, jo molekulinis pakeitimo laipsnis DS yra 1,8–2,0); katijonizavimo reagentas N-(2,3-epoksipropil)trimetilamonio chloridas (GTA), pagamintas iš epoksichlorido Propanas ir trimetilaminas tam tikromis sąlygomis gaminami patys; savadarbis šarminis katalizatorius; etanolis ir ledinė acto rūgštis yra analitiškai gryni; NaCl, KCl, CaCl2 ir AlCl3 yra chemiškai gryni reagentai.

1.2 Ketvirtinės amonio katijoninės celiuliozės paruošimas

Į cilindrinį plieninį cilindrą su maišytuvu įpilkite 5 g hidroksietilceliuliozės ir atitinkamą kiekį naminio šarminio katalizatoriaus ir maišykite 20 minučių kambario temperatūroje; tada įpilkite tam tikrą GTA kiekį, toliau maišykite 30 minučių kambario temperatūroje ir reaguokite tam tikroje temperatūroje ir laiku, gautas kietas neapdorotas produktas, iš esmės pagrįstas. Neapdorotas produktas mirkomas etanolio tirpale, kuriame yra atitinkamas acto rūgšties kiekis, filtruojamas, išplaunamas ir džiovinamas vakuume, kad būtų gauta ketvirtinė amonio katijoninė celiuliozė.

1.3 Ketvirtinės amonio katijoninės hidroksietilceliuliozės azoto masės dalies nustatymas

Azoto masės dalis mėginiuose nustatyta Kjeldahl metodu.

2. Sausosios sintezės proceso eksperimentinis projektavimas ir optimizavimas

Eksperimentui suprojektuoti naudotas vienodas projektavimo metodas, tirta GTA ir hidroksietilceliuliozės (HEC), NaOH ir HEC santykio, reakcijos temperatūros ir reakcijos trukmės įtaka reakcijos efektyvumui.

3. Reologinių savybių tyrimai

3.1 Koncentracijos ir sukimosi greičio įtaka

Šlyties greičio įtaka tariamai klampumuiHEC Pavyzdžiui, esant skirtingoms koncentracijoms Ds=0,11, matyti, kad šlyties greičiui palaipsniui didėjant nuo 0,05 iki 0,5 s-1, tariamasis klampumasHEC tirpalas mažėja, ypač esant 0,05 ~ 0,5 s-1 tariamas klampumas smarkiai sumažėjo nuo 160 MPa·s iki 40 MPa·s, šlyties retinimas, o tai rodo, kadHEC vandeninis tirpalas pasižymėjo neniutono reologinėmis savybėmis. Taikomas šlyties įtempis sumažina sąveikos jėgą tarp dispersinės fazės dalelių. Tam tikromis sąlygomis kuo didesnė jėga, tuo didesnis tariamasis klampumas.

Tai taip pat matyti iš tariamo 3% ir 4% klampumoHEC vandeniniai tirpalai, kurių masės koncentracija yra atitinkamai 3% ir 4%, esant skirtingam šlyties greičiui. Tariamas tirpalo klampumas rodo, kad jo klampumo didinimo galimybė didėja didėjant koncentracijai. Priežastis ta, kad didėjant koncentracijai tirpalo sistemoje, abipusis atstūmimas tarp pagrindinės grandinės molekulių.HEC ir tarp molekulinių grandinių didėja, o tariamasis klampumas didėja.

3.2 Įvairių koncentracijų pridėtos druskos poveikis

Koncentracija išHEC buvo fiksuotas 3%, o druskos NaCl įdėjimo įtaka tirpalo klampumo savybėms buvo tiriama esant skirtingam šlyties greičiui.

Iš rezultatų matyti, kad tariamasis klampumas mažėja didėjant pridedamos druskos koncentracijai, o tai rodo akivaizdų polielektrolito reiškinį. Taip yra todėl, kad dalis Na+ druskos tirpale yra prijungta prie anijonoHEC šoninė grandinė. Kuo didesnė druskos tirpalo koncentracija, tuo didesnis polijono neutralizavimo arba ekranavimo priešjonu laipsnis ir elektrostatinės atstūmimo sumažėjimas, dėl kurio sumažėja polijono krūvio tankis. , polimero grandinė susitraukia ir susisuka, o tariama koncentracija mažėja.

3.3 Įvairių pridėtų druskų poveikis

Tai matyti iš dviejų skirtingų pridėtų druskų, Nacl ir CaCl2, įtakos tariamai klampumui.HEC tirpalas, kad tariamasis klampumas sumažėtų pridėjus druskos, o esant tokiam pat šlyties greičiui, tariamasis klampumasHEC tirpalas CaCl2 tirpalo sistemoje Tariamasis klampumas yra žymiai didesnis neiHEC tirpalas NaCl tirpalo sistemoje. Priežastis ta, kad kalcio druska yra dvivalentis jonas ir lengviau jungiasi prie polielektrolito šoninės grandinės Cl-. Ketvirtinės amonio grupės derinys antHEC su Cl- sumažėja, o ekranavimas yra mažesnis, o polimero grandinės krūvio tankis yra didesnis, todėl polimero grandinės elektrostatinis atstūmimas yra didesnis, o polimero grandinė yra ištempta, todėl tariamasis klampumas yra didesnis.

4. Išvada

Sausas labai pakeistos katijoninės celiuliozės paruošimas yra idealus paruošimo būdas su paprastu veikimu, dideliu reakcijos efektyvumu ir mažesne tarša, todėl galima išvengti didelio energijos suvartojimo, aplinkos taršos ir toksiškumo, kurį sukelia tirpiklių naudojimas.

Katijoninio celiuliozės eterio tirpalas pasižymi neniutono skysčio savybėmis ir šlyties skiedimo savybėmis; didėjant tirpalo masės koncentracijai, didėja jo tariamasis klampumas; tam tikros koncentracijos druskos tirpale,HEC tariamasis klampumas didėja didėjant ir mažėjant. Esant tokiam pat šlyties greičiui, tariamasis klampumasHEC CaCl2 tirpalo sistemoje yra didesnis neiHEC NaCl tirpalo sistemoje.