Ēterifikācijas reakcija uz celulozes ētera

Celulozes ēterifikācijas aktivitāte tika pētīta attiecīgi ar mīcīšanas mašīnu un maisīšanas reaktoru, un hidroksietilceluloze un karboksimetilceluloze tika sagatavota attiecīgi ar hloretanolu un monohloretiķskābi. Rezultāti parādīja, ka celulozes ēterizācijas reakcija tika veikta, maisot reaktoru augstas intensitātes maisīšanas apstākļos. Celulozei ir laba ēterēšanas reaktivitāte, kas ir labāka par mīcīšanas metodi, uzlabojot ēterēšanas efektivitāti un uzlabojot produkta gaismas caurlaidību ūdens šķīdumā.) Tāpēc reakcijas procesa maisīšanas intensitātes uzlabošana ir labāks veids, kā izstrādāt aizvietojošu viendabīgu celulozes ēterizāciju. produktiem.

Atslēgas vārdi:ēterizācijas reakcija; celuloze;Hidroksietilceluloze; Karboksimetilceluloze

Rafinētu kokvilnas celulozes ētera produktu izstrādē plaši tiek izmantota šķīdinātāja metode un kā reakcijas iekārta tiek izmantota mīcīšanas mašīna. Tomēr kokvilnas celuloze galvenokārt sastāv no kristāla reģioniem, kur molekulas ir sakārtotas kārtīgi un cieši. Ja mīcīšanas iekārtu izmanto kā reakcijas aprīkojumu, mīcīšanas mašīnas mīcīšanas svira reakcijas laikā ir lēna, un ēterēšanas aģenta pretestība iekļūšanai dažādos celulozes slāņos ir liela, un ātrums ir lēns, kā rezultātā ir ilgs reakcijas laiks, liels sānu īpatsvars. reakcijas un nevienmērīgs aizvietotāju grupu sadalījums uz celulozes molekulu ķēdēm.

Parasti celulozes ēterizācijas reakcija ir neviendabīga reakcija ārpusē un iekšpusē. Ja nav ārējas dinamiskas darbības, ēterificējošajam aģentam ir grūti iekļūt celulozes kristalizācijas zonā. Un, veicot rafinētas kokvilnas pirmapstrādi (piemēram, izmantojot fiziskas metodes, lai palielinātu rafinētas kokvilnas virsmu), vienlaikus ar maisīšanas reaktoru reakcijas iekārtām, izmantojot ātras maisīšanas ēterifikācijas reakciju, saskaņā ar argumentāciju celuloze var spēcīgi uzbriest, uzbriest. celulozes amorfā zona un kristalizācijas zona mēdz būt konsekventa, uzlabo reakcijas aktivitāti. Celulozes ētera aizvietotāju viendabīgu sadalījumu neviendabīgā ēterizācijas reakcijas sistēmā var panākt, palielinot ārējo maisīšanas jaudu. Tāpēc mūsu valsts nākotnes attīstības virziens būs augstas kvalitātes celulozes ēterizācijas produktu izstrāde ar maisāmā tipa reakcijas tējkannu kā reakcijas aprīkojumu.

1. Eksperimentālā daļa

1.1. Rafinētas kokvilnas celulozes izejviela pārbaudei

Atkarībā no eksperimentā izmantotajām dažādajām reakcijas iekārtām kokvilnas celulozes pirmapstrādes metodes atšķiras. Ja mīcītāju izmanto kā reakcijas aprīkojumu, atšķiras arī pirmapstrādes metodes. Ja mīcītāju izmanto kā reakcijas aprīkojumu, izmantotās rafinētās kokvilnas celulozes kristāliskums ir 43,9%, un rafinētās kokvilnas celulozes vidējais garums ir 15–20 mm. Rafinētas kokvilnas celulozes kristāliskums ir 32,3%, un rafinētas kokvilnas celulozes vidējais garums ir mazāks par 1 mm, ja kā reakcijas iekārtu izmanto maisīšanas reaktoru.

1.2. Karboksimetilcelulozes un hidroksietilcelulozes izstrāde

Karboksimetilcelulozes un hidroksietilcelulozes sagatavošanu var veikt, kā reakcijas iekārtu izmantojot 2L mīcītāju (vidējais ātrums reakcijas laikā ir 50r/min) un 2L maisīšanas reaktoru kā reakcijas iekārtu (vidējais ātrums reakcijas laikā ir 500r/min).

Reakcijas laikā visas izejvielas tiek iegūtas no stingras kvantitatīvās reakcijas. Reakcijā iegūto produktu mazgā ar w=95% etanolu un pēc tam žāvē vakuumā 24h zem negatīva spiediena 60℃ un 0,005mpa. Iegūtā parauga mitruma saturs ir w=2,7%±0,3%, un produkta paraugu analīzei mazgā, līdz pelnu saturs w < 0,2%.

Mīcīšanas mašīnas kā reakcijas iekārtas sagatavošanas soļi ir šādi:

Ēterifikācijas reakcija → produkta mazgāšana → žāvēšana → rīvēta granulēšana → fasēšana tiek veikta mīcītājā.

Maisīšanas reaktora kā reakcijas iekārtas sagatavošanas soļi ir šādi:

Ēterifikācijas reakcija → produkta mazgāšana → žāvēšana un granulēšana → fasēšana tiek veikta maisītā reaktorā.

Var redzēt, ka mīcītājs tiek izmantots kā reakcijas aprīkojums, lai pakāpeniski sagatavotu zemas reakcijas efektivitātes, žāvēšanas un slīpēšanas granulēšanas raksturlielumus, un malšanas procesā produkta kvalitāte ievērojami samazināsies.

Sagatavošanas procesam ar maisāmu reaktoru kā reakcijas aprīkojumu ir šādi raksturlielumi: augsta reakcijas efektivitāte, produkta granulēšanai netiek izmantota tradicionālā granulēšanas procesa žāvēšanas un malšanas metode, un žāvēšanas un granulēšanas process tiek veikts vienlaikus ar nežāvēti produkti pēc mazgāšanas, un produkta kvalitāte žāvēšanas un granulēšanas procesā paliek nemainīga.

1.3 Rentgenstaru difrakcijas analīze

Rentgenstaru difrakcijas analīze veikta ar Rigaku D/max-3A rentgena difraktometru, grafīta monohromatoru, Θ leņķis 8°~30°, CuKα stars, caurules spiediens un caurules plūsma 30kV un 30mA.

1.4. Infrasarkanā spektra analīze

Infrasarkanā spektra analīzei tika izmantots Spectrum-2000PE FTIR infrasarkanais spektrometrs. Visu infrasarkanā spektra analīzes paraugu svars bija 0,0020 g. Šie paraugi tika attiecīgi sajaukti ar 0, 1600 g KBr, pēc tam presēti (ar biezumu < 0, 8 mm) un analizēti.

1.5. Caurlaidības noteikšana

Caurlaidība tika noteikta ar 721 spektrofotometru. CMC šķīdums w = w1% tika ievietots 1 cm kolorimetriskā traukā ar viļņa garumu 590 nm.

1.6. Aizvietošanas noteikšanas pakāpe

Hidroksietilcelulozes HEC aizstāšanas pakāpe tika mērīta ar standarta ķīmiskās analīzes metodi. Princips ir tāds, ka HEC var sadalīt ar HI hidrojodātu pie 123 ℃, un HEC aizvietošanas pakāpi var uzzināt, mērot saražotās sadalītās vielas etilēnu un etilēnjodīdu. Hidroksimetilcelulozes aizvietošanas pakāpi var pārbaudīt arī ar standarta ķīmiskās analīzes metodēm.

2. Rezultāti un diskusija

Šeit tiek izmantotas divu veidu reakcijas tējkannas: viena ir mīcīšanas mašīna kā reakcijas iekārta, otra ir maisīšanas tipa reakcijas tējkanna kā reakcijas iekārta, neviendabīgā reakcijas sistēmā, sārmainā stāvoklī un spirta ūdens šķīdinātāju sistēmā tiek pētīta attīrītas kokvilnas celulozes ēterifikācijas reakcija. Mīcīšanas mašīnas kā reakcijas iekārtas tehnoloģiskie raksturlielumi ir šādi: Reakcijā mīcīšanas rokas ātrums ir lēns, reakcijas laiks ir ilgs, blakusreakciju īpatsvars ir augsts, ēterēšanas līdzekļa izmantošanas līmenis ir zems un aizvietojošo grupu sadalījuma viendabīgums ēterizācijas reakcijā ir vājš. Pētījuma procesu var ierobežot tikai ar relatīvi šauriem reakcijas apstākļiem. Turklāt galveno reakcijas apstākļu (piemēram, vannas attiecības, sārmu koncentrācijas, mīcīšanas iekārtas mīcīšanas rokas ātruma) regulējamība un vadāmība ir ļoti slikta. Ir grūti panākt aptuvenu ēterifikācijas reakcijas viendabīgumu un padziļināti izpētīt ēterifikācijas reakcijas procesa masas pārnesi un iespiešanos. Maisīšanas reaktora kā reakcijas iekārtas procesa iezīmes ir: ātrs maisīšanas ātrums reakcijā, ātrs reakcijas ātrums, augsts ēterēšanas līdzekļa izmantošanas ātrums, vienmērīgs ēterizējošo aizvietotāju sadalījums, regulējami un kontrolējami galvenie reakcijas apstākļi.

Karboksimetilceluloze CMC tika sagatavota ar mīcīšanas reakcijas iekārtu un maisīšanas reaktora reakcijas aprīkojumu. Kad mīcītāju izmantoja kā reakcijas aprīkojumu, maisīšanas intensitāte bija zema un vidējais rotācijas ātrums bija 50 r/min. Kad maisīšanas reaktors tika izmantots kā reakcijas iekārta, maisīšanas intensitāte bija augsta un vidējais rotācijas ātrums bija 500 apgr./min. Ja monohloretiķskābes un celulozes monosaharīda molārā attiecība bija 1:5:1, reakcijas laiks bija 1,5 stundas 68 ℃. Mīcīšanas mašīnā iegūtā CMC gaismas caurlaidība bija 98,02% un ēterifikācijas efektivitāte bija 72%, pateicoties labajai CM caurlaidībai hloretiķskābes ēterēšanas aģentā. Ja maisīšanas reaktors tika izmantots kā reakcijas iekārta, ēterēšanas aģenta caurlaidība bija labāka, CMC caurlaidība bija 99,56%, un ēterizācijas reakcijas efektivitāte tika palielināta līdz 81%.

Hidroksietilceluloze HEC tika sagatavota ar mīcīšanas ierīci un maisīšanas reaktoru kā reakcijas aprīkojumu. Ja kā reakcijas aprīkojumu izmantoja mīcītāju, ēterēšanas līdzekļa reakcijas efektivitāte bija 47% un šķīdība ūdenī bija slikta, ja hloretilspirta ēterēšanas aģenta caurlaidība bija slikta un hloretanola un celulozes monosaharīda molārā attiecība bija 3:1 60 ℃ temperatūrā 4 stundas. . Tikai tad, ja hloretanola un celulozes monosaharīdu molārā attiecība ir 6:1, var veidoties produkti ar labu šķīdību ūdenī. Kad maisīšanas reaktors tika izmantots kā reakcijas iekārta, hloretilspirta ēterifikācijas aģenta caurlaidība kļuva labāka 68 ℃ temperatūrā 4 stundas. Kad hloretanola un celulozes monosaharīda molārā attiecība bija 3:1, iegūtajam HEC bija labāka šķīdība ūdenī, un ēterifikācijas reakcijas efektivitāte tika palielināta līdz 66%.

Ēterēšanas aģenta hloretiķskābes reakcijas efektivitāte un reakcijas ātrums ir daudz augstāks nekā hloretanolam, un maisīšanas reaktoram kā ēterēšanas reakcijas iekārtai ir acīmredzamas priekšrocības salīdzinājumā ar mīcītāju, kas ievērojami uzlabo ēterēšanas reakcijas efektivitāti. CMC augstā caurlaidība netieši norāda arī uz to, ka maisīšanas reaktors kā ēterizācijas reakcijas iekārta var uzlabot ēterizācijas reakcijas viendabīgumu. Tas ir tāpēc, ka celulozes ķēdē ir trīs hidroksilgrupas katrā glikozes grupas gredzenā, un tikai stipri uzbriedušā vai izšķīdušā stāvoklī ir pieejami visi ēterificējošā aģenta molekulu celulozes hidroksilpāri. Celulozes ēterizācijas reakcija parasti ir neviendabīga reakcija no ārpuses uz iekšpusi, īpaši celulozes kristāliskajā reģionā. Ja celulozes kristāliskā struktūra paliek neskarta bez ārēja spēka iedarbības, ēterēšanas aģentam ir grūti iekļūt kristāliskajā struktūrā, kas ietekmē neviendabīgās reakcijas viendabīgumu. Tāpēc, iepriekš apstrādājot rafinētu kokvilnu (piemēram, palielinot rafinētās kokvilnas īpatnējo virsmu), var uzlabot rafinētās kokvilnas reaktivitāti. Lielajā vannas proporcijā (etanols/celuloze vai izopropilspirts/celuloze un ātrgaitas maisīšanas reakcija, saskaņā ar argumentāciju tiks samazināta celulozes kristalizācijas zonas secība, šajā laikā celuloze var stipri uzbriest, tā ka uzbriest amorfās un kristāliskās celulozes zonai ir tendence būt konsekventai, līdz ar to amorfā apgabala un kristāliskā apgabala reaktivitāte ir līdzīga.

Izmantojot infrasarkanā spektra analīzi un rentgenstaru difrakcijas analīzi, celulozes ēterizācijas reakcijas procesu var labāk izprast, ja maisīšanas reaktors tiek izmantots kā ēterizācijas reakcijas iekārta.

Šeit tika analizēti infrasarkanie spektri un rentgenstaru difrakcijas spektri. CMC un HEC ēterifikācijas reakcija tika veikta maisītā reaktorā iepriekš aprakstītajos reakcijas apstākļos.

Infrasarkanā spektra analīze parāda, ka CMC un HEC ēterēšanas reakcija regulāri mainās, pagarinot reakcijas laiku, aizvietošanas pakāpe ir atšķirīga.

Analizējot rentgenstaru difrakcijas modeli, CMC un HEC kristāliskumam ir tendence uz nulli, pagarinot reakcijas laiku, norādot, ka dekristalizācijas process būtībā ir realizēts sārmināšanas stadijā un karsēšanas stadijā pirms attīrītas kokvilnas ēterizācijas reakcijas. . Tāpēc rafinētas kokvilnas karboksimetil- un hidroksietilēterifikācijas reaktivitāti vairs galvenokārt neierobežo rafinētas kokvilnas kristāliskums. Tas ir saistīts ar ēterificējošā aģenta caurlaidību. Var parādīt, ka CMC un HEC ēterifikācijas reakcija tiek veikta ar maisīšanas reaktoru kā reakcijas iekārtu. Ātri maisot, tas ir labvēlīgs attīrītas kokvilnas dekristalizācijas procesam sārmināšanas stadijā un karsēšanas stadijā pirms ēterizācijas reakcijas, kā arī palīdz ēterifikācijas aģentam iekļūt celulozē, lai uzlabotu ēterizācijas reakcijas efektivitāti un aizvietošanas viendabīgumu. .

Noslēgumā jāsaka, ka šis pētījums uzsver maisīšanas jaudas un citu faktoru ietekmi uz reakcijas efektivitāti reakcijas procesa laikā. Tāpēc šī pētījuma priekšlikums ir balstīts uz šādiem iemesliem: Neviendabīgās ēterēšanas reakcijas sistēmā lielas vannas attiecības un augstas maisīšanas intensitātes utt. izmantošana ir pamatnosacījumi aptuveni viendabīga celulozes ētera ar aizvietotāju grupu pagatavošanai. izplatīšana; Konkrētā neviendabīgā ēterēšanas reakcijas sistēmā augstas veiktspējas celulozes ēteri ar aptuveni vienmērīgu aizvietotāju sadalījumu var pagatavot, kā reakcijas iekārtu izmantojot maisīšanas reaktoru, kas parāda, ka celulozes ētera ūdens šķīdumam ir augsta caurlaidība, kam ir liela nozīme īpašību paplašināšanā. un celulozes ētera funkcijas. Mīcīšanas mašīnu izmanto kā reakcijas aprīkojumu, lai pētītu rafinētas kokvilnas ēterizācijas reakciju. Zemās maisīšanas intensitātes dēļ tas nav labs ēterifikācijas aģenta iekļūšanai, un tam ir daži trūkumi, piemēram, augsts blakusreakciju īpatsvars un ēterifikācijas aizvietotāju slikta sadalījuma viendabība.