सेल्युलोज इथरवर इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया

सेल्युलोजच्या इथरिफिकेशन क्रियेचा अभ्यास अनुक्रमे नीडिंग मशीन आणि स्टिरिंग रिॲक्टरद्वारे केला गेला आणि हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज आणि कार्बोक्झिमिथाइल सेल्युलोज अनुक्रमे क्लोरोथेनॉल आणि मोनोक्लोरोएसिटिक ऍसिडद्वारे तयार केले गेले. परिणामांनी दर्शविले की सेल्युलोजची इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया उच्च तीव्रतेच्या आंदोलनाच्या स्थितीत ढवळत अणुभट्टीद्वारे केली गेली. सेल्युलोजमध्ये चांगली इथरिफिकेशन रिऍक्टिव्हिटी असते, जी इथरिफिकेशन कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी आणि जलीय द्रावणात उत्पादनाचा प्रकाश संप्रेषण वाढवण्याच्या पद्धतीपेक्षा चांगली आहे.) म्हणून, प्रतिक्रिया प्रक्रियेची ढवळत तीव्रता सुधारणे हा एकसंध सेल्युलोज इथरिफिकेशन विकसित करण्याचा एक चांगला मार्ग आहे. उत्पादने

मुख्य शब्द:इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया; सेल्युलोज;हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज; कार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोज

परिष्कृत कॉटन सेल्युलोज इथर उत्पादनांच्या विकासामध्ये, सॉल्व्हेंट पद्धत मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते आणि मळणी यंत्राचा वापर प्रतिक्रिया उपकरण म्हणून केला जातो. तथापि, कापूस सेल्युलोज प्रामुख्याने क्रिस्टल प्रदेशांनी बनलेला असतो जेथे रेणू व्यवस्थित आणि बारकाईने व्यवस्थित असतात. जेव्हा kneading मशीनचा वापर प्रतिक्रिया उपकरण म्हणून केला जातो तेव्हा kneading machine चा kneading arm प्रतिक्रिया दरम्यान मंद असतो आणि सेल्युलोजच्या विविध स्तरांमध्ये प्रवेश करण्यासाठी इथरिफायंग एजंटचा प्रतिकार मोठा असतो आणि गती मंद असते, परिणामी दीर्घ प्रतिक्रिया वेळ, बाजूचे प्रमाण जास्त असते. सेल्युलोज आण्विक साखळींवर प्रतिक्रिया आणि पर्यायी गटांचे असमान वितरण.

सामान्यतः सेल्युलोजची इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया ही बाहेरून आणि आत एक विषम प्रतिक्रिया असते. जर बाह्य गतिमान क्रिया नसेल तर, इथरिफायिंग एजंटला सेल्युलोजच्या क्रिस्टलायझेशन झोनमध्ये प्रवेश करणे कठीण आहे. आणि परिष्कृत कापसाच्या प्रीट्रीटमेंटद्वारे (जसे की परिष्कृत कापसाची पृष्ठभाग वाढविण्यासाठी भौतिक पद्धती वापरणे), त्याच वेळी प्रतिक्रिया उपकरणासाठी ढवळत अणुभट्टीसह, जलद ढवळणारी इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया वापरून, तर्कानुसार, सेल्युलोज जोरदारपणे सूजू शकते, सूज येऊ शकते. सेल्युलोज आकारहीन क्षेत्र आणि क्रिस्टलायझेशन क्षेत्र सुसंगत असल्याचे कल, प्रतिक्रिया क्रियाकलाप सुधारण्यासाठी. विषम इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया प्रणालीमध्ये सेल्युलोज इथर घटकांचे एकसंध वितरण बाह्य ढवळण्याची शक्ती वाढवून साध्य करता येते. त्यामुळे रिॲक्शन इक्विपमेंट म्हणून stirred प्रकारची प्रतिक्रिया केटलसह उच्च दर्जाची सेल्युलोज इथरिफिकेशन उत्पादने विकसित करणे ही आपल्या देशाची भविष्यातील विकासाची दिशा असेल.

1. प्रायोगिक भाग

1.1 चाचणीसाठी परिष्कृत कापूस सेल्युलोज कच्चा माल

प्रयोगात वापरलेल्या वेगवेगळ्या प्रतिक्रिया उपकरणांनुसार, कापूस सेल्युलोजच्या प्रीट्रीटमेंट पद्धती वेगळ्या आहेत. जेव्हा kneader प्रतिक्रिया उपकरणे म्हणून वापरले जाते, pretreatment पद्धती देखील भिन्न आहेत. जेव्हा kneader प्रतिक्रिया उपकरण म्हणून वापरले जाते, तेव्हा वापरल्या जाणाऱ्या परिष्कृत कॉटन सेल्युलोजची स्फटिकता 43.9% असते आणि परिष्कृत कॉटन सेल्युलोजची सरासरी लांबी 15~20mm असते. रिफाइंड कॉटन सेल्युलोजची स्फटिकता 32.3% आहे आणि रिफाइंड कॉटन सेल्युलोजची सरासरी लांबी 1 मिमी पेक्षा कमी आहे जेव्हा स्टिरिंग रिॲक्टर प्रतिक्रिया उपकरणे म्हणून वापरला जातो.

1.2 कार्बोक्झिमिथाइल सेल्युलोज आणि हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोजचा विकास

कार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोज आणि हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोजची तयारी 2L kneader वापरून प्रतिक्रिया उपकरणे (प्रतिक्रिया दरम्यान सरासरी गती 50r/min आहे) आणि 2L ढवळत अणुभट्टी प्रतिक्रिया उपकरणे म्हणून (प्रतिक्रिया दरम्यान सरासरी गती 500r/min आहे).

प्रतिक्रिया दरम्यान, सर्व कच्चा माल कठोर परिमाणवाचक प्रतिक्रिया पासून साधित केलेली आहेत. प्रतिक्रियेतून मिळालेले उत्पादन w=95% इथेनॉलने धुतले जाते, आणि नंतर 60℃ आणि 0.005mpa च्या नकारात्मक दाबाखाली 24 तासांसाठी व्हॅक्यूमद्वारे वाळवले जाते. प्राप्त नमुन्यातील ओलावा सामग्री w=2.7%±0.3% आहे आणि विश्लेषणासाठी उत्पादनाचा नमुना राखेचे प्रमाण <0.2% पर्यंत धुतला जातो.

प्रतिक्रिया उपकरणे म्हणून मळणी यंत्राच्या तयारीचे टप्पे खालीलप्रमाणे आहेत:

इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया → उत्पादन धुणे → कोरडे करणे → किसलेले ग्रॅन्युलेशन → पॅकेजिंग kneader मध्ये चालते.

प्रतिक्रिया उपकरणे म्हणून ढवळत अणुभट्टी तयार करण्याच्या चरण खालीलप्रमाणे आहेत:

इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया → उत्पादन धुणे → कोरडे करणे आणि ग्रॅन्युलेशन → पॅकेजिंग ढवळलेल्या अणुभट्टीमध्ये चालते.

हे पाहिले जाऊ शकते की कमी प्रतिक्रिया कार्यक्षमतेची वैशिष्ट्ये तयार करण्यासाठी kneader चा वापर केला जातो आणि ग्रॅन्युलेशन चरण-दर-चरण सुकणे आणि पीसणे, आणि ग्राइंडिंग प्रक्रियेत उत्पादनाची गुणवत्ता मोठ्या प्रमाणात कमी होईल.

प्रतिक्रिया उपकरणे म्हणून ढवळलेल्या अणुभट्टीसह तयारी प्रक्रियेची वैशिष्ट्ये खालीलप्रमाणे आहेत: उच्च प्रतिक्रिया कार्यक्षमता, उत्पादन ग्रॅन्युलेशन कोरडे आणि पीसण्याच्या पारंपारिक ग्रॅन्युलेशन प्रक्रियेचा अवलंब करत नाही आणि कोरडे आणि दाणेदार प्रक्रिया एकाच वेळी केली जाते. धुतल्यानंतर न वाळलेली उत्पादने आणि वाळवण्याच्या आणि दाणेदार प्रक्रियेत उत्पादनाची गुणवत्ता अपरिवर्तित राहते.

1.3 एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण

क्ष-किरण विवर्तन विश्लेषण Rigaku D/max-3A एक्स-रे डिफ्रॅक्टोमीटर, ग्रेफाइट मोनोक्रोमेटर, Θ कोन 8°~30°, CuKα किरण, ट्यूब दाब आणि ट्यूब प्रवाह 30kV आणि 30mA होते.

1.4 इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम विश्लेषण

स्पेक्ट्रम-2000PE FTIR इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम विश्लेषणासाठी वापरला गेला. इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम विश्लेषणासाठी सर्व नमुन्यांचे वजन 0.0020g होते. हे नमुने अनुक्रमे 0.1600g KBr मध्ये मिसळले गेले आणि नंतर दाबले गेले (<0.8mm च्या जाडीसह) आणि विश्लेषण केले गेले.

१.५ ट्रान्समिटन्स डिटेक्शन

721 स्पेक्ट्रोफोटोमीटरने ट्रान्समिटन्स शोधला गेला. CMC सोल्यूशन w=w1% 590nm तरंगलांबीवर 1cm कलरमेट्रिक डिशमध्ये ठेवले होते.

1.6 प्रतिस्थापन शोधण्याची डिग्री

हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोजची HEC प्रतिस्थापन पदवी मानक रासायनिक विश्लेषण पद्धतीद्वारे मोजली गेली. HEC चे HI hydroiodate द्वारे 123℃ वर विघटन करता येते आणि HEC च्या प्रतिस्थापनाची डिग्री इथिलीन आणि इथिलीन आयोडाइड या विघटित पदार्थांचे मोजमाप करून ओळखता येते. हायड्रॉक्सीमेथिल सेल्युलोजच्या प्रतिस्थापनाची डिग्री मानक रासायनिक विश्लेषण पद्धतींनी देखील तपासली जाऊ शकते.

2. परिणाम आणि चर्चा

येथे दोन प्रकारच्या रिॲक्शन केटलचा वापर केला जातो: एक म्हणजे रिॲक्शन उपकरण म्हणून मळण्याचे यंत्र, दुसरे म्हणजे रिॲक्शन उपकरण म्हणून स्टिरिंग प्रकार रिॲक्शन केटल, विषम प्रतिक्रिया प्रणाली, अल्कधर्मी स्थिती आणि अल्कोहोलिक वॉटर सॉल्व्हेंट सिस्टम, रिफाइंड कॉटन सेल्युलोजच्या इथरिफिकेशन प्रतिक्रियाचा अभ्यास केला जातो. त्यांपैकी, प्रतिक्रिया उपकरणे म्हणून मालीश करणाऱ्या यंत्राची तांत्रिक वैशिष्ट्ये अशी आहेत: प्रतिक्रियेत, मळणीच्या हाताची गती मंद असते, प्रतिक्रियेची वेळ मोठी असते, बाजूच्या प्रतिक्रियांचे प्रमाण जास्त असते, इथरिफिंग एजंटचा वापर दर कमी असतो आणि इथराइझिंग प्रतिक्रियेमध्ये प्रतिस्थापित गट वितरणाची एकसमानता खराब आहे. संशोधन प्रक्रिया केवळ तुलनेने अरुंद प्रतिक्रिया परिस्थितींपुरती मर्यादित असू शकते. याव्यतिरिक्त, मुख्य प्रतिक्रिया परिस्थितीची समायोजितता आणि नियंत्रणक्षमता (जसे की आंघोळीचे प्रमाण, अल्कली एकाग्रता, मळणीच्या यंत्राची गती) खूप खराब आहे. इथरिफिकेशन प्रतिक्रियेची अंदाजे एकसमानता प्राप्त करणे आणि इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया प्रक्रियेच्या मोठ्या प्रमाणात हस्तांतरण आणि प्रवेशाचा सखोल अभ्यास करणे कठीण आहे. प्रतिक्रिया उपकरणे म्हणून ढवळत अणुभट्टीची प्रक्रिया वैशिष्ट्ये अशी आहेत: प्रतिक्रियेतील जलद ढवळण्याचा वेग, वेगवान प्रतिक्रियेचा वेग, इथराइजिंग एजंटचा उच्च वापर दर, इथराइजिंग घटकांचे एकसमान वितरण, समायोजित करण्यायोग्य आणि नियंत्रण करण्यायोग्य मुख्य प्रतिक्रिया परिस्थिती.

कार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोज सीएमसी अनुक्रमे kneader प्रतिक्रिया उपकरणे आणि ढवळत अणुभट्टी प्रतिक्रिया उपकरणे तयार केले होते. जेव्हा kneader प्रतिक्रिया उपकरण म्हणून वापरले गेले तेव्हा ढवळण्याची तीव्रता कमी होती आणि सरासरी रोटेशन गती 50r/min होती. जेव्हा ढवळणारी अणुभट्टी प्रतिक्रिया उपकरणे म्हणून वापरली गेली तेव्हा ढवळण्याची तीव्रता जास्त होती आणि सरासरी रोटेशन गती 500r/min होती. जेव्हा मोनोक्लोरोएसिटिक ऍसिड आणि सेल्युलोज मोनोसॅकराइडचे मोलर गुणोत्तर 1:5:1 होते तेव्हा प्रतिक्रिया वेळ 68℃ वर 1.5h होती. क्लोरोएसिटिक ऍसिड इथरिफायिंग एजंटमध्ये सीएमच्या चांगल्या पारगम्यतेमुळे नीडिंग मशीनद्वारे प्राप्त केलेले CMC चे प्रकाश संप्रेषण 98.02% आणि इथरिफिकेशन कार्यक्षमता 72% होती. जेव्हा स्टिरिंग रिॲक्टरचा वापर रिॲक्शन उपकरण म्हणून केला गेला तेव्हा इथरिफायिंग एजंटची पारगम्यता अधिक चांगली होती, सीएमसीचे ट्रान्समिटन्स 99.56% होते आणि इथराइझिंग प्रतिक्रिया कार्यक्षमता 81% पर्यंत वाढली होती.

हायड्रोक्सिथिल सेल्युलोज एचईसी प्रतिक्रियेचे उपकरण म्हणून kneader आणि stirring react सह तयार केले होते. जेव्हा kneader प्रतिक्रिया उपकरणे म्हणून वापरले जात असे, तेव्हा इथराइझिंग एजंटची प्रतिक्रिया कार्यक्षमता 47% होती आणि क्लोरोइथिल अल्कोहोल इथराइजिंग एजंटची पारगम्यता खराब असताना आणि क्लोरोइथेनॉलचे सेल्युलोज मोनोसॅकेराइडचे दाढ गुणोत्तर 3:1 60℃ वर 4h साठी 3:1 होते. . जेव्हा क्लोरोथेनॉल आणि सेल्युलोज मोनोसॅकराइड्सचे दाढ गुणोत्तर 6:1 असते तेव्हाच चांगल्या पाण्यात विद्राव्यता असलेली उत्पादने तयार होऊ शकतात. जेव्हा ढवळणारी अणुभट्टी प्रतिक्रिया उपकरण म्हणून वापरली गेली तेव्हा क्लोरोइथिल अल्कोहोल इथरिफिकेशन एजंटची पारगम्यता 4 तासांसाठी 68℃ वर चांगली झाली. जेव्हा क्लोरोथेनॉल आणि सेल्युलोज मोनोसेकराइडचे दाढ गुणोत्तर 3:1 होते, तेव्हा परिणामी HEC ची पाण्याची विद्राव्यता चांगली होती आणि इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया कार्यक्षमता 66% पर्यंत वाढली होती.

इथराइझिंग एजंट क्लोरोएसिटिक ऍसिडची प्रतिक्रिया कार्यक्षमता आणि प्रतिक्रियेचा वेग क्लोरोथेनॉलच्या तुलनेत खूप जास्त आहे आणि इथराइझिंग प्रतिक्रिया उपकरणे म्हणून ढवळणाऱ्या अणुभट्टीचे नीडरपेक्षा स्पष्ट फायदे आहेत, ज्यामुळे इथराइझिंग प्रतिक्रिया कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारते. CMC ची उच्च ट्रान्समिटिव्हिटी देखील अप्रत्यक्षपणे सूचित करते की इथराइझिंग प्रतिक्रिया उपकरणे म्हणून ढवळणारी अणुभट्टी इथराइजिंग प्रतिक्रियेची एकसंधता सुधारू शकते. याचे कारण असे की सेल्युलोज साखळीमध्ये प्रत्येक ग्लुकोज-गटाच्या रिंगवर तीन हायड्रॉक्सिल गट असतात आणि केवळ जोरदार सूजलेल्या किंवा विरघळलेल्या अवस्थेत इथरीफायिंग एजंट रेणूंच्या सर्व सेल्युलोज हायड्रॉक्सिल जोड्या प्रवेशयोग्य असतात. सेल्युलोजची इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया ही सामान्यतः बाहेरून आतून एक विषम प्रतिक्रिया असते, विशेषत: सेल्युलोजच्या स्फटिकासारखे प्रदेशात. जेव्हा सेल्युलोजची स्फटिक रचना बाह्य शक्तीच्या प्रभावाशिवाय अबाधित राहते, तेव्हा इथरफायिंग एजंटला स्फटिकीय संरचनेत प्रवेश करणे कठीण होते, ज्यामुळे विषम प्रतिक्रियेच्या एकसंधतेवर परिणाम होतो. म्हणून, परिष्कृत कापसाचे प्रीट्रीट करून (जसे की परिष्कृत कापसाचा विशिष्ट पृष्ठभाग वाढवणे), परिष्कृत कापसाची प्रतिक्रिया सुधारली जाऊ शकते. मोठ्या आंघोळीच्या प्रमाणात (इथेनॉल/सेल्युलोज किंवा आयसोप्रोपील अल्कोहोल/सेल्युलोज आणि हाय-स्पीड ढवळत प्रतिक्रिया, तर्कानुसार, सेल्युलोज क्रिस्टलायझेशन झोनचा क्रम कमी केला जाईल, यावेळी सेल्युलोज जोरदारपणे फुगू शकतो, ज्यामुळे सूज येऊ शकते. आकारहीन आणि स्फटिकासारखे सेल्युलोज झोन एकसमान असतात, अशा प्रकारे, आकारहीन क्षेत्र आणि स्फटिक क्षेत्राची प्रतिक्रिया सारखीच असते.

इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम विश्लेषण आणि क्ष-किरण विवर्तन विश्लेषणाद्वारे, सेल्युलोजची इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया प्रक्रिया अधिक स्पष्टपणे समजू शकते जेव्हा ढवळणारी अणुभट्टी इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया उपकरणे म्हणून वापरली जाते.

येथे, इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रा आणि एक्स-रे डिफ्रॅक्शन स्पेक्ट्राचे विश्लेषण केले गेले. CMC आणि HEC ची इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया वर वर्णन केलेल्या प्रतिक्रियेच्या परिस्थितीत ढवळलेल्या अणुभट्टीमध्ये केली गेली.

इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम विश्लेषण दर्शविते की सीएमसी आणि एचईसीची इथरेशन प्रतिक्रिया प्रतिक्रिया वेळेच्या विस्तारासह नियमितपणे बदलते, प्रतिस्थापनाची डिग्री भिन्न असते.

एक्स-रे डिफ्रॅक्शन पॅटर्नच्या विश्लेषणाद्वारे, CMC आणि HEC ची स्फटिकता प्रतिक्रियेच्या वेळेच्या विस्तारासह शून्याकडे झुकते, हे दर्शवते की डिक्रिस्टलायझेशन प्रक्रिया मुळात क्षारीकरण अवस्थेत आणि परिष्कृत कापसाच्या इथरिफिकेशन प्रतिक्रियेपूर्वी तापण्याच्या अवस्थेत साकार झाली आहे. . म्हणून, परिष्कृत कापसाची कार्बोक्झिमेथिल आणि हायड्रॉक्सीइथिल इथरिफिकेशन रिऍक्टिव्हिटी यापुढे मुख्यतः परिष्कृत कापसाच्या स्फटिकतेद्वारे प्रतिबंधित नाही. हे इथरीफायिंग एजंटच्या पारगम्यतेशी संबंधित आहे. हे दर्शविले जाऊ शकते की CMC आणि HEC ची इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया प्रतिक्रिया उपकरणे म्हणून ढवळत अणुभट्टीने चालते. हाय स्पीड स्टिरींग अंतर्गत, क्षारीकरण अवस्थेतील रिफाइंड कापसाच्या डिक्रिस्टलायझेशन प्रक्रियेसाठी आणि इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया होण्यापूर्वी गरम होण्याच्या प्रक्रियेसाठी फायदेशीर आहे आणि इथरिफिकेशन एजंटला सेल्युलोजमध्ये झिरपण्यास मदत करते, ज्यामुळे इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया कार्यक्षमता आणि प्रतिस्थापन एकरूपता सुधारते. .

शेवटी, हा अभ्यास प्रतिक्रिया प्रक्रियेदरम्यान प्रतिक्रिया कार्यक्षमतेवर ढवळणारी शक्ती आणि इतर घटकांच्या प्रभावावर जोर देतो. म्हणून, या अभ्यासाचा प्रस्ताव खालील कारणांवर आधारित आहे: विषम इथरेशन प्रतिक्रिया प्रणालीमध्ये, मोठ्या आंघोळीचे प्रमाण आणि उच्च ढवळण्याची तीव्रता इत्यादींचा वापर, पर्यायी गटासह अंदाजे एकसंध सेल्युलोज इथर तयार करण्यासाठी मूलभूत परिस्थिती आहे. वितरण; विशिष्ट विषम इथरेशन प्रतिक्रिया प्रणालीमध्ये, प्रतिस्थापकांच्या अंदाजे समान वितरणासह उच्च कार्यक्षमता सेल्युलोज ईथर प्रतिक्रिया उपकरणे म्हणून ढवळत अणुभट्टी वापरून तयार केले जाऊ शकते, जे दर्शविते की सेल्युलोज इथर जलीय द्रावणात उच्च संप्रेषण आहे, जे गुणधर्म विस्तृत करण्यासाठी खूप महत्वाचे आहे. आणि सेल्युलोज इथरची कार्ये. परिष्कृत कापसाच्या इथरिफिकेशन प्रतिक्रियेचा अभ्यास करण्यासाठी मळणी यंत्राचा वापर प्रतिक्रिया उपकरण म्हणून केला जातो. कमी ढवळण्याच्या तीव्रतेमुळे, इथरिफिकेशन एजंटच्या प्रवेशासाठी ते चांगले नाही आणि त्याचे काही तोटे आहेत जसे की साइड रिॲक्शन्सचे उच्च प्रमाण आणि इथरिफिकेशन पर्यायांचे खराब वितरण एकसारखेपणा.