CMC celuloze un tās struktūras raksturojums

Izmantojot salmu celulozi kā izejvielu, to modificēja ar ēterizāciju. Ar viena faktora un rotācijas testu tika noteikti optimālie apstākļi karboksimetilcelulozes pagatavošanai: ēterēšanas laiks 100 minūtes, ēterēšanas temperatūra 70℃, NaOH deva 3,2g un monohloretiķskābes deva 3,0g, maksimālā aizstāšana Pakāpe ir 0,53.

Atslēgas vārdi: CMCceluloze; monohloretiķskābe; ēterēšana; modifikāciju

Karboksimetilcelulozeir visvairāk ražotais un pārdotais celulozes ēteris pasaulē. To plaši izmanto mazgāšanas līdzekļos, pārtikā, zobu pastās, tekstilizstrādājumos, drukāšanā un krāsošanā, papīra ražošanā, naftā, kalnrūpniecībā, medicīnā, keramikā, elektroniskajās detaļās, gumijā, krāsās, pesticīdos, kosmētikā, ādas, plastmasas un eļļas urbšanā utt. kā "rūpnieciskais mononātrija glutamāts". Karboksimetilceluloze ir ūdenī šķīstošs celulozes ētera atvasinājums, ko iegūst, ķīmiski modificējot dabisko celulozi. Celuloze, galvenā izejviela karboksimetilcelulozes ražošanai, ir viens no visbagātīgākajiem dabiskajiem atjaunojamajiem resursiem uz zemes, un tā ikgadējā produkcija sasniedz simtiem miljardu tonnu. mana valsts ir liela lauksaimniecības valsts un viena no valstīm ar visbagātīgākajiem salmu resursiem. Salmi vienmēr ir bijuši viens no galvenajiem dzīves kurināmajiem lauku iedzīvotājiem. Šie resursi jau sen nav racionāli attīstīti, un ik gadu pasaulē tiek izmantoti mazāk nekā 2% no lauksaimniecības un mežsaimniecības atkritumiem, piemēram, salmiem. Rīsi ir Heilundzjanas provinces galvenā saimnieciskā kultūra, kuras stādījumu platība ir vairāk nekā 2 miljoni hm2, gada produkcija ir 14 miljoni tonnu rīsu un 11 miljoni tonnu salmu. Lauksaimnieki tos parasti sadedzina tieši uz lauka kā atkritumus, kas ir ne tikai milzīgs dabas resursu izšķērdēšana, bet arī rada nopietnu vides piesārņojumu. Tāpēc salmu resursu izmantošanas realizācija ir lauksaimniecības ilgtspējīgas attīstības stratēģijas nepieciešamība.

1. Eksperimentālie materiāli un metodes

1.1. Eksperimentālie materiāli un aprīkojums

Salmu celuloze, pašu ražota laboratorijā; Dž.Dž～1 tipa elektriskais mikseris, Jintan Guowang eksperimentālo instrumentu rūpnīca; SHZW2C tips RS—Vakuuma sūknis, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.; pHS-3C pH metrs, Mettler-Toledo Co., Ltd.; DGG-9070A elektriskās apkures nemainīgas temperatūras žāvēšanas krāsns, Beijing North Lihui Test Instrument Equipment Co., Ltd.; HITACHI-S ~ 3400N skenējošais elektronu mikroskops, Hitachi Instruments; etanols; nātrija hidroksīds; hloretiķskābe utt. (iepriekš minētie reaģenti ir analītiski tīri).

1.2. Eksperimentālā metode

1.2.1. Karboksimetilcelulozes sagatavošana

(1) Karboksimetilcelulozes pagatavošanas metode: trīskaklu kolbā iesver 2 g celulozes, pievieno 2,8 g NaOH, 20 ml 75% etanola šķīduma un mērcē sārmā nemainīgas temperatūras ūdens vannā 25 °C temperatūrā.°C 80 min. Samaisiet ar mikseri, lai labi sajauktu. Šī procesa laikā celuloze reaģē ar sārma šķīdumu, veidojot sārmu celulozi. Ēterifikācijas posmā trīskaklu kolbā, kas iepriekš reaģēja, pievienojiet 10 ml 75% etanola šķīduma un 3 g hloretiķskābes, paaugstiniet temperatūru līdz 65-70 grādiem.° C. un reaģē 60 minūtes. Otro reizi pievienojiet sārmu, pēc tam pievienojiet 0,6 g NaOH iepriekš minētajā reakcijas kolbā, lai uzturētu temperatūru 70 ° C.°C, un reakcijas laiks ir 40 minūtes, lai iegūtu neapstrādātu Na—CMC (nātrija karboksimetilceluloze).

Neitralizācija un mazgāšana: pievieno 1moL·L-1 sālsskābi un neitralizē reakciju istabas temperatūrā, līdz pH = 7-8. Pēc tam divreiz mazgā ar 50% etanolu, pēc tam vienu reizi mazgā ar 95% etanolu, filtrē ar sūknēšanas palīdzību un žāvē 80-90 temperatūrā.°C 2 stundas.

(2) Parauga aizstāšanas pakāpes noteikšana: skābuma mērītāja noteikšanas metode: nosver 0,2 g (ar precizitāti līdz 0,1 mg) attīrīta un žāvēta Na-CMC parauga, izšķīdina to 80 ml destilēta ūdens, maisa elektromagnētiski 10 minūtes un noregulē. to ar skābi vai sārmu Šķīdumā šķīduma pH tika pazemināts līdz 8. Pēc tam titrē testa šķīdumu ar sērskābes standartšķīdumu vārglāzē, kas aprīkota ar pH metra elektrodu, un novērojiet pH metra rādījumus titrējot, līdz pH ir sasniedzis. 3.74. Pierakstiet izmantotā sērskābes standartšķīduma tilpumu.

1.2.2. Viena faktora pārbaudes metode

(1) Sārmu daudzuma ietekme uz karboksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi: veiciet alkalizāciju 25 °C temperatūrā.℃, sārma iegremdēšana 80 minūtes, koncentrācija etanola šķīdumā ir 75%, kontrolēt monohloretiķskābes reaģenta daudzumu 3g, ēterizācijas temperatūra ir 65 ~ 70°C, ēterifikācijas laiks bija 100 minūtes, un testam tika mainīts nātrija hidroksīda daudzums.

(2) Etanola šķīduma koncentrācijas ietekme uz karboksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi: fiksētā sārma daudzums ir 3,2 g, sārmainā iegremdēšana nemainīgas temperatūras ūdens vannā 25 ° C temperatūrā.°C 80min, etanola šķīduma koncentrācija ir 75%, monohloretiķskābes reaģenta daudzums tiek kontrolēts pie 3g, ēterēšana Temperatūra ir 65-70°C, ēterifikācijas laiks ir 100 minūtes, un eksperimentam tiek mainīta etanola šķīduma koncentrācija.

(3) Monohloretiķskābes daudzuma ietekme uz karboksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi: fiksēt pie 25°C sārmināšanai, mērcēt sārmā 80 minūtes, pievieno 3,2 g nātrija hidroksīda, lai etanola šķīduma koncentrācija būtu 75%, ēteris Temperatūra ir 65-70°C, ēterifikācijas laiks ir 100 minūtes, un eksperimentam tiek mainīts monohloretiķskābes daudzums.

(4) Ēterizācijas temperatūras ietekme uz karboksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi: fiksēt pie 25°C sārmināšanai, mērcēt sārmā 80 minūtes, pievieno 3,2 g nātrija hidroksīda, lai etanola šķīduma koncentrācija būtu 75%, ēterifikācijas temperatūra Temperatūra ir 65-70℃, ēterifikācijas laiks ir 100 minūtes, un eksperiments tiek veikts, mainot monohloretiķskābes devu.

(5) Ēterifikācijas laika ietekme uz karboksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi: fiksēta pie 25°C sārmināšanai, pievieno 3,2 g nātrija hidroksīda un 80 minūtes mērcē sārmā, lai etanola šķīduma koncentrācija būtu 75%, un kontrolēts monohlors. Etiķskābes reaģenta deva ir 3 g, ēterizācijas temperatūra ir 65–70°C, un eksperimentam tiek mainīts ēterifikācijas laiks.

1.2.3. Testēšanas plāns un karboksimetilcelulozes optimizācija

Pamatojoties uz viena faktora eksperimentu, tika izveidots kvadrātiskās regresijas ortogonālās rotācijas kombinētais eksperiments ar četriem faktoriem un pieciem līmeņiem. Četri faktori ir ēterēšanas laiks, ēterifikācijas temperatūra, NaOH daudzums un monohloretiķskābes daudzums. Datu apstrādē datu apstrādei tiek izmantota SAS8.2 statistikas programmatūra, kas atklāj saistību starp katru ietekmējošo faktoru un karboksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi. iekšējais likums.

1.2.4. SEM analīzes metode

Žāvētais pulvera paraugs tika fiksēts uz parauga stadijas ar vadošu līmi, un pēc zelta vakuuma izsmidzināšanas tas tika novērots un fotografēts zem Hitachi-S-3400N Hitachi skenējošā elektronu mikroskopa.

2. Rezultāti un analīze

2.1. Viena faktora ietekme uz karboksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi

2.1.1. Sārmu daudzuma ietekme uz karboksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi

Kad 2 g celulozes pievienoja 3,2 g NaOH, produkta aizstāšanas pakāpe bija visaugstākā. Tiek samazināts NaOH daudzums, kas nav pietiekams, lai izveidotu sārmainās celulozes un ēterifikācijas aģenta neitralizāciju, un produktam ir neliela aizstāšanas pakāpe un zema viskozitāte. Gluži pretēji, ja NaOH daudzums ir pārāk liels, hloretiķskābes hidrolīzes laikā palielinās blakusreakcijas, palielināsies ēterifikācijas līdzekļa patēriņš, kā arī samazināsies produkta viskozitāte.

2.1.2. Etanola šķīduma koncentrācijas ietekme uz karboksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi

Daļa ūdens etanola šķīdumā atrodas reakcijas vidē ārpus celulozes, bet otra daļa atrodas celulozē. Ja ūdens saturs ir pārāk liels, CMC uzbriest ūdenī, veidojot želeju ēterizācijas laikā, izraisot ļoti nevienmērīgu reakciju; ja ūdens saturs ir pārāk mazs, reakcija būs sarežģīta reakcijas vides trūkuma dēļ. Parasti 80% etanols ir vispiemērotākais šķīdinātājs.

2.1.3. Monohloretiķskābes devas ietekme uz karboksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi

Monohloretiķskābes un nātrija hidroksīda daudzums teorētiski ir 1:2, bet, lai virzītu reakciju uz CMC ģenerēšanas virzienu, jānodrošina, lai reakcijas sistēmā būtu piemērota brīvā bāze, lai karboksimetilēšana noritētu vienmērīgi. Šī iemesla dēļ tiek pieņemta liekā sārma metode, tas ir, skābju un sārmu vielu molārā attiecība ir 1:2,2.

2.1.4. Ēterizācijas temperatūras ietekme uz karboksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi

Jo augstāka ir ēterifikācijas temperatūra, jo ātrāks ir reakcijas ātrums, taču tiek paātrinātas arī blakusreakcijas. No ķīmiskā līdzsvara viedokļa temperatūras paaugstināšanās ir nelabvēlīga CMC veidošanās procesam, bet, ja temperatūra ir pārāk zema, reakcijas ātrums ir lēns un ēterifikācijas līdzekļa izmantošanas ātrums ir zems. Var redzēt, ka optimālā temperatūra ēterifikācijai ir 70°C.

2.1.5. Ēterizācijas laika ietekme uz karboksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi

Palielinoties ēterifikācijas laikam, palielinās CMC aizstāšanas pakāpe, un reakcijas ātrums tiek paātrināts, bet pēc noteikta laika palielinās blakusreakcijas un samazinās aizvietošanas pakāpe. Kad ēterifikācijas laiks ir 100 minūtes, aizstāšanas pakāpe ir maksimālā.

2.2. Ortogonālo testu rezultāti un karboksimetilgrupu analīze

No dispersijas analīzes tabulas redzams, ka primārajā pozīcijā četriem faktoriem ēterifikācijas laiks, ēterēšanas temperatūra, NaOH daudzums un monohloretiķskābes daudzums ļoti būtiski ietekmē karboksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi (p <0,01) . No mijiedarbības vienībām ļoti būtiska ietekme uz karboksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi bija ēterifikācijas laika un monohloretiķskābes daudzuma mijiedarbības vienībām, kā arī ēterizācijas temperatūras un monohloretiķskābes daudzuma mijiedarbības vienībām (p<0,01). Dažādu faktoru ietekmes secība uz karboksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi bija: ēterēšanas temperatūra>monohloretiķskābes daudzums>ēterizācijas laiks>NaOH daudzums.

Pēc kvadrātiskās regresijas ortogonālās rotācijas kombinācijas dizaina testa rezultātu analīzes var noteikt, ka optimālie procesa apstākļi karboksimetilēšanas modifikācijai ir: ēterēšanas laiks 100min, ēterēšanas temperatūra 70℃, NaOH deva 3,2g un monohloretiķskābe Deva ir 3,0g, un maksimālā aizstāšanas pakāpe ir 0,53.

2.3. Mikroskopiskais veiktspējas raksturojums

Celulozes, karboksimetilcelulozes un šķērssaistītu karboksimetilcelulozes daļiņu virsmas morfoloģija tika pētīta ar skenējošo elektronu mikroskopiju. Celuloze aug sloksnes formā ar gludu virsmu; karboksimetilcelulozes mala ir raupjāka nekā ekstrahētajai celulozei, un palielinās dobuma struktūra un apjoms kļūst lielāks. Tas ir tāpēc, ka saišķa struktūra kļūst lielāka karboksimetilcelulozes pietūkuma dēļ.

3. Secinājums

3.1 Karboksimetilēterificētas celulozes sagatavošana Četru faktoru, kas ietekmē celulozes aizvietošanas pakāpi, svarīguma secība ir: ēterizācijas temperatūra > monohloretiķskābes deva > ēterēšanas laiks > NaOH deva. Karboksimetilēšanas modifikācijas optimālie procesa apstākļi ir ēterēšanas laiks 100 minūtes, ēterēšanas temperatūra 70℃, NaOH deva 3,2g, monohloretiķskābes deva 3,0g un maksimālā aizstāšanas pakāpe 0,53.

3.2 Karboksimetilēšanas modifikācijas optimālie tehnoloģiskie apstākļi ir: ēterēšanas laiks 100min, ēterēšanas temperatūra 70℃, NaOH deva 3,2g, monohloretiķskābes deva 3,0g, maksimālā aizstāšanas pakāpe 0,53.