CMC целулоза и нејзината структура карактеризација

Користејќи целулоза од слама како суровина, таа беше модифицирана со етерификација. Преку тестот со еден фактор и ротација оптимални услови за подготовка на карбоксиметил целулоза беа утврдени: време на етерификација 100 мин, температура на етерификација 70℃, доза на NaOH 3,2 g и доза на монохлороцетна киселина 3,0 g, максималната замена Степенот е 0,53.

Клучни зборови: ЦУКцелулоза; монохлороцетна киселина; етерификација; модификација

Карбоксиметил целулозае најпроизведуваниот и најпродаваниот целулозен етер во светот. Широко се користи во детергент, храна, пасти за заби, текстил, печатење и боење, правење хартија, нафта, рударство, медицина, керамика, електронски компоненти, гума, бои, пестициди, козметика, кожа, пластика и дупчење нафта итн., познати како „индустриски мононатриум глумат“. Карбоксиметил целулозата е дериват на етер на целулоза растворлив во вода, добиен со хемиска модификација на природната целулоза. Целулозата, главната суровина за производство на карбоксиметил целулоза, е една од најзастапените природни обновливи ресурси на земјата, со годишно производство од стотици милијарди тони. мојата земја е голема земјоделска земја и една од земјите со најбогати ресурси со слама. Сламата отсекогаш била едно од главните живи горива за руралните жители. Овие ресурси не се рационално развиени долго време, а помалку од 2% од земјоделскиот и шумарскиот отпад како сламата се користат во светот секоја година. Оризот е главната економска култура во провинцијата Хеилонгџијанг, со површина за садење од повеќе од 2 милиони hm2, годишно производство од 14 милиони тони ориз и 11 милиони тони слама. Земјоделците генерално ги палат директно на теренот како отпад, што не само што е огромно трошење на природните ресурси, туку предизвикува сериозно загадување на животната средина. Затоа, реализацијата на искористеноста на ресурсите на сламата е потреба од стратегијата за одржлив развој на земјоделството.

1. Експериментални материјали и методи

1.1 Експериментални материјали и опрема

Целулоза од слама, самоизработена во лабораторија; Џеј Џеј～Електричен миксер од 1 тип, Фабрика за експериментални инструменти Џинтан Гуованг; SHZW2C тип RS-Вакуумска пумпа, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.; pHS-3C pH метар, Mettler-Toledo Co., Ltd.; DGG-9070A електрично греење рерна за сушење со константна температура, Пекинг Северна Лихуи Тест Инструмент Опрема Co., Ltd.; HITACHI-S ~ 3400N електронски микроскоп за скенирање, Hitachi Instruments; етанол; натриум хидроксид; хлорооцетна киселина итн. (горенаведените реагенси се аналитички чисти).

1.2 Експериментален метод

1.2.1 Подготовка на карбоксиметил целулоза

(1) Начин на подготовка на карбоксиметил целулоза: Измерете 2 g целулоза во колба со три грла, додадете 2,8 g NaOH, 20 ml раствор од 75% етанол и натопете во алкали во водена бања со константна температура на 25°C за 80 мин. Промешајте со миксер да се соедини добро. За време на овој процес, целулозата реагира со алкален раствор за да формира алкална целулоза. Во фазата на етерификација, додадете 10 mL 75% раствор на етанол и 3 g хлорооцетна киселина во колбата со три грла реагирана погоре, подигнете ја температурата на 65-70° В., и реагираат 60 минути. Додадете алкали по втор пат, а потоа додадете 0,6 g NaOH во горната колба за реакција за да ја задржите температурата на 70°C, а времето на реакција е 40 мин за да се добие сурова Na-CMC (натриум карбоксиметилцелулоза).

Неутрализација и миење: додадете 1moL·L-1 хлороводородна киселина, а реакцијата се неутрализира на собна температура до pH=7~8. Потоа се мие двапати со 50% етанол, потоа се мие еднаш со 95% етанол, се филтрира со вшмукување и се суши на 80-90°C за 2 часа.

(2) Определување на степенот на замена на примерокот: метод на определување мерач на киселост: Измерете 0,2 g (точно до 0,1 mg) од прочистениот и исушениот примерок Na-CMC, растворете го во 80 ml дестилирана вода, измешајте го електромагнетно 10 минути и прилагодете го со киселина или алкали Растворот ја доведе рН на растворот до 8. Потоа титрирајте го испитниот раствор со стандарден раствор на сулфурна киселина во чаша опремена со електрода од рН метар и набљудувајте ја ознаката на рН метар додека се титрира додека рН не се 3.74. Забележете го волуменот на користениот стандарден раствор на сулфурна киселина.

1.2.2 Метод на тестирање со еден фактор

(1) Ефектот на количината на алкали врз степенот на замена на карбоксиметил целулоза: извршете алкализација на 25℃, алкално потопување 80 минути, концентрацијата во растворот на етанол е 75%, контролирајте ја количината на реагенс на монохлороцетна киселина 3 g, температурата на етерификација е 65 ~ 70°C, времето на етерификација беше 100 минути, а количината на натриум хидроксид беше променета за тестот.

(2) Ефектот на концентрацијата на растворот на етанол врз степенот на супституција на карбоксиметил целулоза: количината на фиксирана алкали е 3,2 g, алкално потопување во водена бања со константна температура на 25°C за 80 мин, концентрацијата на растворот на етанол е 75%, количината на реагенсот на монохлороцетна киселина се контролира на 3 g, етерификација Температурата е 65-70°C, времето на етерификација е 100 мин, а концентрацијата на растворот на етанол се менува за експериментот.

(3) Ефектот на количината на монохлороцетна киселина врз степенот на супституција на карбоксиметил целулоза: фиксирајте на 25°C за алкализација, натопете во алкали 80 минути, додадете 3,2 g натриум хидроксид за да се направи концентрацијата на растворот на етанол 75%, етер Температурата е 65-70°C, времето на етерификација е 100 мин, а количината на монохлороцетна киселина се менува за експеримент.

(4) Ефект на температурата на етерификација врз степенот на замена на карбоксиметил целулоза: фиксирајте на 25°C за алкализација, натопете во алкали 80 минути, додадете 3,2 g натриум хидроксид за да се направи концентрацијата на растворот на етанол 75%, температура на етерификација Температурата е 65~70℃, времето на етерификација е 100 мин, а експериментот се изведува со промена на дозата на монохлороцетна киселина.

(5) Ефект на времето на етерификација на степенот на замена на карбоксиметил целулоза: фиксиран на 25°C за алкализација, додадени 3,2 g натриум хидроксид и натопени во алкали 80 минути за да се направи концентрацијата на растворот на етанол 75%, и контролиран монохлор Дозата на реагенсот на оцетна киселина е 3 g, температурата на етерификација е 65-70°C, а времето на етерификација се менува за експеримент.

1.2.3 Тест план и оптимизација на карбоксиметил целулоза

Врз основа на експериментот со еден фактор, беше дизајниран комбиниран експеримент со квадратна регресивна ортогонална ротација со четири фактори и пет нивоа. Четирите фактори се времето на етерификација, температурата на етерификација, количината на NaOH и количината на монохлороцетна киселина. За обработка на податоците се користи статистички софтвер SAS8.2 за обработка на податоците, кој ја открива врската помеѓу секој фактор на влијание и степенот на замена на карбоксиметил целулозата. внатрешен закон.

1.2.4 Метод на SEM анализа

Исушениот примерок од прашок беше фиксиран на сцената на примерокот со проводен лепак, а по вакуумското прскање со злато, беше набљудуван и фотографиран под електронски микроскоп за скенирање Hitachi-S-3400N Hitachi.

2. Резултати и анализа

2.1 Ефект на еден фактор врз степенот на замена на карбоксиметил целулоза

2.1.1 Ефектот на количината на алкали врз степенот на супституција на карбоксиметил целулоза

Кога на 2 g целулоза се додаде NaOH3.2g, степенот на супституција на производот беше највисок. Количината на NaOH е намалена, што не е доволно за да се формира неутрализација на алкалната целулоза и средство за етерификација, а производот има мал степен на замена и низок вискозитет. Напротив, ако количината на NaOH е премногу, несаканите реакции при хидролиза на хлорооцетна киселина ќе се зголемат, потрошувачката на средство за етерификација ќе се зголеми, а ќе се намали и вискозноста на производот.

2.1.2 Ефект на концентрацијата на растворот на етанол врз степенот на супституција на карбоксиметил целулоза

Дел од водата во растворот на етанол постои во медиумот за реакција надвор од целулозата, а другиот дел постои во целулозата. Ако содржината на вода е преголема, CMC ќе отече во вода за да формира желе за време на етерификацијата, што ќе резултира со многу нерамна реакција; ако содржината на вода е премногу мала, реакцијата ќе биде тешко да се продолжи поради недостаток на медиум за реакција. Општо земено, 80% етанол е најсоодветен растворувач.

2.1.3 Ефект на дозата на монохлороцетна киселина врз степенот на супституција на карбоксиметил целулоза

Количината на монохлороцетна киселина и натриум хидроксид теоретски е 1:2, но за да се придвижи реакцијата во насока на генерирање на CMC, погрижете се да има соодветна слободна база во системот за реакција, така што карбоксиметилацијата може да продолжи непречено. Поради оваа причина, усвоен е методот на вишок алкали, односно моларниот сооднос на киселинските и алкалните супстанции е 1:2,2.

2.1.4 Ефект на температурата на етерификација врз степенот на супституција на карбоксиметил целулоза

Колку е поголема температурата на етерификација, толку е поголема брзината на реакцијата, но и страничните реакции се забрзуваат. Од гледна точка на хемиската рамнотежа, зголемувањето на температурата е неповолно за формирање на CMC, но ако температурата е премногу ниска, брзината на реакција е бавна, а стапката на искористување на етерифицирачкиот агенс е мала. Може да се види дека оптималната температура за етерификација е 70°C.

2.1.5 Ефект на времето на етерификација на степенот на супституција на карбоксиметил целулоза

Со зголемувањето на времето на етерификација, степенот на замена на CMC се зголемува, а брзината на реакцијата се забрзува, но по одредено време, страничните реакции се зголемуваат и степенот на супституција се намалува. Кога времето на етерификација е 100 минути, степенот на замена е максимален.

2.2 Ортогонални резултати од тестот и анализа на карбоксиметил групи

Од табелата за анализа на варијанса може да се види дека во примарната ставка, четирите фактори на времето на етерификација, температурата на етерификација, количината на NaOH и количината на монохлороцетна киселина имаат многу значајно влијание врз степенот на замена на карбоксиметил целулоза (стр <0,01) . Меѓу ставките за интеракција, ставките на интеракција на времето на етерификација и количината на монохлороцетна киселина и ставките за интеракција на температурата на етерификација и количината на монохлороцетна киселина имаа многу значајно влијание врз степенот на замена на карбоксиметил целулоза (p<0,01). Редоследот на влијание на различни фактори врз степенот на супституција на карбоксиметил целулозата бил: температура на етерификација>количество на монохлороцетна киселина>време на етерификација>количество на NaOH.

По анализата на резултатите од тестот на дизајнот на комбинација на ортогонална ротација со квадратна регресија, може да се утврди дека оптималните услови на процесот за модификација на карбоксиметилација се: време на етерификација 100 мин, температура на етерификација 70℃, доза на NaOH 3,2 g и монохлороцетна киселина Дозата е 3,0 g, а максималниот степен на замена е 0,53.

2.3 Карактеризирање на микроскопски перформанси

Површинската морфологија на целулоза, карбоксиметил целулоза и вкрстено поврзани карбоксиметил целулозни честички беше проучувана со скенирачка електронска микроскопија. Целулозата расте во форма на лента со мазна површина; работ на карбоксиметил целулозата е погруб од оној на извлечената целулоза, а структурата на шуплината се зголемува и волуменот станува поголем. Тоа е затоа што структурата на пакетот станува поголема поради отекувањето на карбоксиметил целулозата.

3. Заклучок

3.1 Подготовка на карбоксиметил етерифицирана целулоза Редоследот на важноста на четирите фактори кои влијаат на степенот на супституција на целулозата е: температура на етерификација > доза на монохлороцетна киселина > време на етерификација > доза на NaOH. Оптималните услови на процесот за модификација на карбоксиметилација се време на етерификација 100 мин, температура на етерификација 70℃, доза на NaOH 3,2 g, доза на монохлороцетна киселина 3,0 g и максимален степен на супституција 0,53.

3.2 Оптималните технолошки услови за модификација на карбоксиметилација се: време на етерификација 100 мин, температура на етерификација 70℃, доза на NaOH 3,2 g, доза на монохлороцетна киселина 3,0 g, максимален степен на супституција 0,53.