CMC celuloze un tās struktūras raksturojums

Izmantojot salmu celulozi kā izejvielu, tā tika modificēta ar ēterifikāciju. Izmantojot vienu koeficientu un rotācijas testu, tika noteikti optimālie apstākļi karboksimetilcelulozes sagatavošanai: Ēterifikācijas laiks 100min, ēterifikācijas temperatūra 70℃, NaOH deva 3,2 g un monohloretiķskābes deva 3,0 g, maksimālā aizstāšana ar pakāpi ir 0,53.

Atslēgas vārdi: CMCceluloze; monohloretiķskābe; ēterifikācija; modifikācija

Karboksimetil celulozeir visvairāk ražots un pārdots celulozes ēteris pasaulē. To plaši izmanto mazgāšanas līdzeklī, pārtikā, zobu pastā, tekstilizstrādājumos, drukāšanā un krāsošanā, papīra izgatavošanā, naftā, kalnrūpniecībā, medicīnā, keramikā, elektroniskos komponentos, gumijā, krāsās, pesticīdos, kosmētikā, ādā, plastmasā un naftas urbšanā utt. kā “rūpnieciskā monosodija glutamāts”. Karboksimetilceluloze ir ūdenī šķīstošs celulozes ētera atvasinājums, kas iegūts, ķīmiski modificējot dabisko celulozi. Celuloze, kas ir galvenā izejviela karboksimetilcelulozes ražošanai, ir viena no visbagātākajiem dabiskajiem atjaunojamajiem resursiem uz zemes, un tajā ir simtiem miljardu tonnu ražošana. Mana valsts ir liela lauksaimniecības valsts un viena no valstīm ar visbagātākajiem salmu resursiem. Salmi vienmēr ir bijis viens no galvenajiem dzīvajiem degvielām lauku iedzīvotājiem. Šie resursi nav racionāli izstrādāti ilgu laiku, un katru gadu pasaulē tiek izmantoti mazāk nekā 2% lauksaimniecības un mežsaimniecības atkritumu, piemēram, salmus. Rīsi ir galvenā ekonomiskā kultūra Heilongjiangas provincē, un tajā ir vairāk nekā 2 miljoni Hm2 stādīšanas platība, 14 miljonu tonnu rīsu izlaidums un 11 miljoni tonnu salmu. Lauksaimnieki parasti tos tieši sadedzina laukā kā atkritumus, kas ir ne tikai milzīgs dabas resursu izšķiešana, bet arī rada nopietnu piesārņojumu videi. Tāpēc salmu resursu izmantošanas realizēšana ir ilgtspējīgas lauksaimniecības attīstības stratēģijas vajadzība.

1. Eksperimentālie materiāli un metodes

1.1 Eksperimentālie materiāli un aprīkojums

Salmu celuloze, paša izgatavota laboratorijā; Pīšļi～1 tipa elektriskais mikseris, Jintan Guowang eksperimentālā instrumentu rūpnīca; Shzw2c tipa Rs-Vakuuma sūknis, Šanhajas Pengfu Electromehāniskais Co., Ltd.; PHS-3C PH metrs, Mettler-Toledo Co., Ltd.; DGG-9070A Elektriskā sildīšanas nemainīgā temperatūras žāvēšana cepeškrāsns, Pekinas ziemeļdaļas Lihui testa instrumentu aprīkojums Co., Ltd.; Hitachi-S ~ 3400N skenējošais elektronu mikroskops, Hitachi instrumenti; etanols; nātrija hidroksīds; hloretiķskābe utt. (iepriekš minētie reaģenti ir analītiski tīri).

1.2 Eksperimentālā metode

1.2.1 karboksimetilcelulozes sagatavošana

(1) karboksimetil celulozes sagatavošanas metode: sver 2 g celulozes trīs kaklu kolbā, pievienojiet 2,8 g NaOH, 20 ml 75% etanola šķīduma un iemērciet sārmos nemainīgā temperatūras ūdens vannā 25°C 80 minūtes. Maisiet ar maisītāju, lai labi apvienotos. Šī procesa laikā celuloze reaģē ar sārmainu šķīdumu, veidojot sārmu celulozi. Eterifikācijas posmā iepriekš reaģētajā kolbā pievienojiet 10 ml 75% etanola šķīduma un 3 g hloretiķskābes, paaugstiniet temperatūru līdz 65-70° C. un reaģē 60 minūtes. Otro reizi pievienojiet sārmus, pēc tam iepriekšminētajai reakcijas kolbai pievienojiet 0,6 g NaOH, lai temperatūra būtu 70°C, un reakcijas laiks ir 40 minūtes, lai iegūtu neapstrādātu NA-CMC (nātrija karboksimetilceluloze).

Neitralizācija un mazgāšana: pievienojiet 1mol·L-1 sālsskābe un neitralizē reakciju istabas temperatūrā līdz pH = 7 ~ 8. Pēc tam divreiz nomazgājiet ar 50% etanolu, pēc tam vienu reizi mazgājiet ar 95% etanolu, filtrē ar sūkšanu un nožūst pie 80-90°C 2 stundas.

(2) Parauga aizstāšanas pakāpes noteikšana: skābuma mērītāja noteikšanas metode: Sveriet 0,2 g (precīzi līdz 0,1 mg) attīrītā un žāvētā Na-CMC parauga, izšķīdiniet to 80 ml destilētā ūdenī, maisa to elektromagnētiski 10 minūtes un pielāgojiet Tas ar skābi vai sārmiem šķīdums šķīduma pH piešķīra līdz 8. Pēc tam titrē ar pH mērītāja elektrodu, un novērojiet sērskābes standarta šķīdumu vārglāzē, kas aprīkota ar pH mērītāja elektrodu, un novērojiet pH mērītāja norādi, līdz titrējot, līdz pH ir pH ir 3.74. Ņemiet vērā izmantotā sērskābes standarta šķīduma tilpumu.

1.2.2 Viena faktora testa metode

(1) Sārmu daudzuma ietekme uz karboksimetilcelulozes aizstāšanas pakāpi: sārmaina veikšana 25℃, sārmu iegremdēšana 80 minūtes, koncentrācija etanola šķīdumā ir 75%, kontrolē monohloretiķskābes reaģenta 3G daudzumu, ēterifikācijas temperatūra ir 65 ~ 70°C, ēterifikācijas laiks bija 100 minūtes, un testam tika mainīts nātrija hidroksīda daudzums.

(2) Etanola šķīduma koncentrācijas ietekme uz karboksimetilcelulozes aizstāšanas pakāpi: fiksēto sārmu daudzums ir 3,2 g, sārmainas iegremdēšana nemainīgā temperatūras ūdens vannā 25°C 80 minūtēm etanola šķīduma koncentrācija ir 75%, monohloretiķskābes reaģenta daudzumu kontrolē ar 3G, ēterifikācija Temperatūra ir 65–70°C, ēterifikācijas laiks ir 100 minūtes, un eksperimentam tiek mainīta etanola šķīduma koncentrācija.

(3) Monohloretiķskābes daudzuma ietekme uz karboksimetilcelulozes aizstāšanas pakāpi: FIX pie 25°C Sārmiņai 80 minūtes iemērciet sārmos, pievienojiet 3,2 g nātrija hidroksīda, lai padarītu etanola šķīduma koncentrāciju 75%, ēteris temperatūra ir 65 ~ 70°C, ēterifikācijas laiks ir 100 minūtes, un eksperimentam tiek mainīts monohloretiķskābes daudzums.

(4) Eterifikācijas temperatūras ietekme uz karboksimetil celulozes aizstāšanas pakāpi: FIX pie 25°C Sārmiņai 80 minūtes iemērciet sārmos, pievienojiet 3,2 g nātrija hidroksīda, lai iegūtu etanola šķīduma koncentrāciju 75%, ēterifikācijas temperatūra temperatūra ir 65 ~ 70℃, ēterifikācijas laiks ir 100 minūtes, un eksperimentu veic, mainot monohloretiķskābes devu.

(5) Eterifikācijas laika ietekme uz karboksimetil celulozes aizstāšanas pakāpi: fiksēts pie 25°C Sārmiņai pievienoja 3,2 g nātrija hidroksīda un 80 minūtes iemērc sārmos, lai iegūtu etanola šķīduma koncentrāciju 75%, un kontrolēta monohlor. Etiķskābes reaģenta deva ir 3G, ēterifikācijas temperatūra ir 65 ~ 70°C, un ēterifikācijas laiks tiek mainīts eksperimentam.

1.2.3. Testa plāns un karboksimetil celulozes optimizācija

Balstoties uz viena faktora eksperimentu, tika izstrādāta kvadrātiskā regresijas ortogonālā rotācija, kas apvienoja eksperimentu ar četriem faktoriem un pieciem līmeņiem. Četri faktori ir ēterifikācijas laiks, ēterifikācijas temperatūra, NaOH daudzums un monohloretiķskābes daudzums. Datu apstrādē datu apstrādei tiek izmantota SAS8.2 statistiskā programmatūra, kas atklāj saistību starp katru ietekmējošo faktoru un karboksimetil celulozes aizstāšanas pakāpi. Iekšējais likums.

1.2.4 SEM analīzes metode

Žāvētu pulvera paraugu fiksēja uz parauga posma ar vadošu līmi, un pēc vakuuma izsmidzināšanas zelta tas tika novērots un nofotografēts zem Hitachi-S-3400n Hitachi skenējošā elektronu mikroskopa.

2. Rezultāti un analīze

2.1. Atsevišķa faktora ietekme uz karboksimetil celulozes aizstāšanas pakāpi

2.1.1. Sārmu daudzuma ietekme uz karboksimetil celulozes aizstāšanas pakāpi

Kad 2G celulozei pievienoja NaOH3.2G, produkta aizstāšanas pakāpe bija visaugstākā. NaOH daudzums ir samazināts, kas nav pietiekams, lai veidotu sārmainas celulozes un ēterifikācijas līdzekļa neitralizāciju, un produktam ir neliela aizstāšanas pakāpe un zema viskozitāte. Gluži pretēji, ja NaOH daudzums ir par daudz, palielināsies sānu reakcijas hloretiķskābes hidrolīzes laikā, palielināsies ēterificējošā līdzekļa patēriņš un samazināsies arī produkta viskozitāte.

2.1.2. Etanola šķīduma koncentrācijas ietekme uz karboksimetil celulozes aizstāšanas pakāpi

Daļa ūdens etanola šķīdumā pastāv reakcijas vidē ārpus celulozes, bet otra daļa pastāv celulozē. Ja ūdens saturs ir pārāk liels, CMC uzbriest ūdenī, lai veidotu želeju ēterifikācijas laikā, izraisot ļoti nevienmērīgu reakciju; Ja ūdens saturs ir pārāk mazs, reakcijas trūkuma dēļ reakciju būs grūti turpināt. Parasti vispiemērotākais šķīdinātājs ir 80% etanols.

2.1.3 Monohloretiķskābes devas ietekme uz karboksimetil celulozes aizstāšanas pakāpi

Monohloretiķskābes un nātrija hidroksīda daudzums teorētiski ir 1: 2, bet, lai reakciju virzītu uz CMC ģenerēšanas virzienu, pārliecinieties, ka reakcijas sistēmā ir piemērota brīva bāze, lai karboksimetilācija varētu notikt vienmērīgi. Šī iemesla dēļ tiek pieņemta pārmērīga sārmu metode, tas ir, skābes un sārmu vielu molārā attiecība ir 1: 2,2.

2.1.4. Eterifikācijas temperatūras ietekme uz karboksimetil celulozes aizstāšanas pakāpi

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

2.1.5. Eterifikācijas laika ietekme uz karboksimetil celulozes aizstāšanas pakāpi

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

2.2. Ortogonālie testa rezultāti un karboksimetilgrupu analīze

No dispersijas analīzes tabulas var redzēt, ka primārajā postenī četri ēterifikācijas laika faktori, ēterifikācijas temperatūra, NaOH daudzums un monohloretiķskābes daudzums ļoti būtiski ietekmē karboksimetil celulozes aizstāšanas pakāpi (P (p <0,01). Starp mijiedarbības priekšmetiem ēterifikācijas laika mijiedarbības priekšmeti un monohloretiķskābes daudzums, kā arī ēterifikācijas temperatūras mijiedarbības priekšmeti un monohloretiķskābes daudzums ļoti nozīmīgi ietekmēja karboksimetil celulozes aizstāšanas pakāpi (p <0,01). Dažādu faktoru ietekmes secība uz karboksimetil celulozes aizstāšanas pakāpi bija: Eterifikācijas temperatūra> monohloretiķskābes daudzums> Eterifikācijas laiks> NaOH daudzums.

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

2.3 Mikroskopiskais veiktspējas raksturojums

Celulozes, karboksimetilcelulozes un savstarpēji saistīto karboksimetilelulozes daļiņu virsmas morfoloģija tika pētīta ar skenējošu elektronu mikroskopiju. Celuloze aug sloksnes formā ar gludu virsmu; Karboksimetilcelulozes mala ir rupjāka nekā ekstrahētās celulozes, un dobuma struktūra palielinās un tilpums kļūst lielāks. Tas notiek tāpēc, ka saišķa struktūra kļūst lielāka karboksimetilcelulozes pietūkuma dēļ.

3. Secinājums

3.1 Karboksimetilētiskās celulozes sagatavošana Četru faktoru nozīmes secība, kas ietekmē celulozes aizstāšanas pakāpi, ir šāda: Eterifikācijas temperatūra> monohloretiķskābes deva> Eterifikācijas laiks> NaOH deva. Karboksimetilācijas modifikācijas optimālie procesa apstākļi ir ēterifikācijas laiks 100 minūtes, ēterifikācijas temperatūra 70℃, NaOH deva 3,2 g, monohloretiķskābes deva 3,0 g un maksimālā aizvietošanas pakāpe 0,53.

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