Tindak balas eterifikasi pada selulosa eter

Aktiviti pengeteran selulosa dikaji dengan mesin menguli dan reaktor kacau masing-masing, dan selulosa hidroksietil dan selulosa karboksimetil disediakan oleh klooetanol dan asid monokloroasettik. Keputusan menunjukkan bahawa tindak balas eterifikasi selulosa telah dijalankan dengan reaktor kacau di bawah keadaan pengadukan berintensiti tinggi. Selulosa mempunyai kereaktifan pengeteran yang baik, yang lebih baik daripada kaedah penguli dalam meningkatkan kecekapan pengeteran dan meningkatkan penghantaran cahaya produk dalam larutan akueus.) Oleh itu, meningkatkan keamatan kacau proses tindak balas adalah cara yang lebih baik untuk membangunkan penggantian eterifikasi selulosa homogen. produk.

Kata kunci:tindak balas etherifikasi; Selulosa;Hidroksietil selulosa; Karboksimetil selulosa

Dalam pembangunan produk eter selulosa kapas halus, kaedah pelarut digunakan secara meluas dan mesin menguli digunakan sebagai peralatan tindak balas. Walau bagaimanapun, selulosa kapas terutamanya terdiri daripada kawasan kristal di mana molekul disusun dengan kemas dan rapat. Apabila mesin menguli digunakan sebagai peralatan tindak balas, lengan menguli mesin menguli adalah perlahan semasa tindak balas, dan rintangan agen pengeteran untuk memasuki lapisan selulosa yang berbeza adalah besar dan kelajuannya perlahan, mengakibatkan masa tindak balas yang panjang, bahagian sisi yang tinggi. tindak balas dan taburan kumpulan substituen yang tidak sekata pada rantai molekul selulosa.

Biasanya tindak balas eterifikasi selulosa adalah tindak balas heterogen di luar dan di dalam. Sekiranya tiada tindakan dinamik luaran, agen pengeteran sukar untuk memasuki zon penghabluran selulosa. Dan melalui prarawatan kapas halus (seperti menggunakan kaedah fizikal untuk meningkatkan permukaan kapas halus), pada masa yang sama dengan reaktor kacau untuk peralatan tindak balas, menggunakan tindak balas etherifikasi kacau cepat, mengikut penaakulan, selulosa boleh membengkak dengan kuat, bengkak kawasan amorf selulosa dan kawasan penghabluran cenderung konsisten, meningkatkan aktiviti tindak balas. Pengagihan homogen substituen eter selulosa dalam sistem tindak balas eterifikasi heterogen boleh dicapai dengan meningkatkan kuasa kacau luaran. Oleh itu, ia akan menjadi hala tuju pembangunan masa depan negara kita untuk membangunkan produk eterifikasi selulosa berkualiti tinggi dengan cerek tindak balas jenis kacau sebagai peralatan tindak balas.

1. Bahagian eksperimen

1.1 Bahan mentah selulosa kapas halus untuk ujian

Mengikut peralatan tindak balas yang berbeza yang digunakan dalam eksperimen, kaedah prarawatan selulosa kapas adalah berbeza. Apabila penguli digunakan sebagai peralatan tindak balas, kaedah prarawatan juga berbeza. Apabila penguli digunakan sebagai peralatan tindak balas, kehabluran selulosa kapas halus yang digunakan ialah 43.9%, dan panjang purata selulosa kapas halus ialah 15~20mm. Kehabluran selulosa kapas ditapis ialah 32.3% dan purata panjang selulosa kapas ditapis adalah kurang daripada 1mm apabila reaktor kacau digunakan sebagai peralatan tindak balas.

1.2 Perkembangan selulosa karboksimetil dan selulosa hidroksietil

Penyediaan selulosa karboksimetil dan selulosa hidroksietil boleh dilakukan dengan menggunakan uli 2L sebagai peralatan tindak balas (kelajuan purata semasa tindak balas ialah 50r/min) dan reaktor kacau 2L sebagai peralatan tindak balas (kelajuan purata semasa tindak balas ialah 500r/min).

Semasa tindak balas, semua bahan mentah diperoleh daripada tindak balas kuantitatif yang ketat. Produk yang diperoleh daripada tindak balas dibasuh dengan w=95% etanol, dan kemudian dikeringkan dengan vakum selama 24 jam di bawah tekanan negatif 60℃ dan 0.005mpa. Kandungan lembapan sampel yang diperolehi ialah w=2.7%±0.3%, dan sampel produk untuk analisis dicuci sehingga kandungan abu w < 0.2%.

Langkah-langkah penyediaan mesin uli sebagai peralatan tindak balas adalah seperti berikut:

Tindak balas pengeteran → pencucian produk → pengeringan → granulasi parut → pembungkusan dijalankan dalam penguli.

Langkah-langkah penyediaan reaktor kacau sebagai peralatan tindak balas adalah seperti berikut:

Tindak balas pengeteran → pencucian produk → pengeringan dan granulasi → pembungkusan dijalankan dalam reaktor kacau.

Ia boleh dilihat bahawa penguli digunakan sebagai peralatan tindak balas untuk penyediaan ciri-ciri kecekapan tindak balas yang rendah, pengeringan dan pengisaran granulasi langkah demi langkah, dan kualiti produk akan dikurangkan dengan banyak dalam proses pengisaran.

Ciri-ciri proses penyediaan dengan reaktor kacau sebagai peralatan tindak balas adalah seperti berikut: kecekapan tindak balas yang tinggi, granulasi produk tidak menggunakan kaedah proses granulasi tradisional pengeringan dan pengisaran, dan proses pengeringan dan granulasi dijalankan pada masa yang sama dengan produk yang tidak kering selepas dicuci, dan kualiti produk kekal tidak berubah dalam proses pengeringan dan granulasi.

1.3 Analisis pembelauan sinar-X

Analisis pembelauan sinar-X dilakukan oleh difraktometer sinar-X Rigaku D/max-3A, monokromator grafit, Sudut Θ ialah 8°~30°, sinar CuKα, tekanan tiub dan aliran tiub ialah 30kV dan 30mA.

1.4 Analisis spektrum inframerah

Spektrometer inframerah Spectrum-2000PE FTIR digunakan untuk analisis spektrum inframerah. Semua sampel untuk analisis spektrum inframerah mempunyai berat 0.0020g. Sampel ini dicampur dengan 0.1600g KBr, masing-masing, dan kemudian ditekan (dengan ketebalan < 0.8mm) dan dianalisis.

1.5 Pengesanan penghantaran

Transmisi dikesan oleh 721 spektrofotometer. Larutan CMC w=w1% dimasukkan ke dalam piring kolorimetrik 1cm pada panjang gelombang 590nm.

1.6 Darjah pengesanan penggantian

Darjah penggantian HEC bagi hidroksietil selulosa diukur dengan kaedah analisis kimia piawai. Prinsipnya ialah HEC boleh diuraikan oleh hidroiodat HI pada 123℃, dan tahap penggantian HEC boleh diketahui dengan mengukur bahan terurai etilena dan etilena iodida yang dihasilkan. Tahap penggantian hidroksimetil selulosa juga boleh diuji dengan kaedah analisis kimia standard.

2. Keputusan dan perbincangan

Dua jenis cerek tindak balas digunakan di sini: satu adalah mesin menguli sebagai peralatan tindak balas, satu lagi adalah cerek tindak balas jenis kacau sebagai peralatan tindak balas, dalam sistem tindak balas heterogen, keadaan alkali dan sistem pelarut air beralkohol, tindak balas etherifikasi selulosa kapas halus dikaji. Antaranya, ciri-ciri teknologi mesin menguli sebagai peralatan tindak balas adalah: Dalam tindak balas, kelajuan lengan menguli adalah perlahan, masa tindak balas adalah panjang, bahagian tindak balas sampingan adalah tinggi, kadar penggunaan agen pengeteran adalah rendah, dan keseragaman menggantikan pengedaran kumpulan dalam tindak balas eterisasi adalah lemah. Proses penyelidikan hanya boleh dihadkan kepada keadaan tindak balas yang agak sempit. Di samping itu, kebolehlarasan dan kebolehkawalan keadaan tindak balas utama (seperti nisbah mandi, kepekatan alkali, kelajuan lengan menguli mesin menguli) adalah sangat lemah. Sukar untuk mencapai keseragaman anggaran tindak balas pengeteran dan untuk mengkaji pemindahan jisim dan penembusan proses tindak balas eterifikasi secara mendalam. Ciri-ciri proses reaktor kacau sebagai peralatan tindak balas adalah: kelajuan kacau cepat dalam tindak balas, kelajuan tindak balas cepat, kadar penggunaan tinggi agen pengeteran, pengagihan seragam substituen pengeteran, keadaan tindak balas utama boleh laras dan dikawal.

Carboxymethyl cellulose CMC telah disediakan oleh peralatan tindak balas uli dan peralatan tindak balas reaktor kacau masing-masing. Apabila penguli digunakan sebagai peralatan tindak balas, keamatan kacau adalah rendah dan kelajuan putaran purata ialah 50r/min. Apabila reaktor kacau digunakan sebagai peralatan tindak balas, keamatan kacau adalah tinggi dan kelajuan putaran purata ialah 500r/min. Apabila nisbah molar asid monokloroasettik kepada monosakarida selulosa ialah 1:5:1, masa tindak balas ialah 1.5j pada 68℃. Transmisi cahaya CMC yang diperolehi oleh mesin menguli ialah 98.02% dan kecekapan pengeteran adalah 72% disebabkan oleh kebolehtelapan CM yang baik dalam agen pengeteran asid kloroasettik. Apabila reaktor kacau digunakan sebagai peralatan tindak balas, kebolehtelapan agen pengeteran adalah lebih baik, penghantaran CMC adalah 99.56%, dan kecekapan tindak balas pengeteran meningkat kepada 81%.

Hydroxyethyl cellulose HEC telah disediakan dengan penguli dan reaktor kacau sebagai peralatan tindak balas. Apabila penguli digunakan sebagai peralatan tindak balas, kecekapan tindak balas agen pengeteran adalah 47% dan keterlarutan air adalah lemah apabila kebolehtelapan agen pengeterisasi klooetil alkohol lemah dan nisbah molar klooethanol kepada monosakarida selulosa ialah 3:1 pada 60 ℃ selama 4 jam. . Hanya apabila nisbah molar chloroethanol kepada monosakarida selulosa ialah 6:1, produk dengan keterlarutan air yang baik boleh terbentuk. Apabila reaktor kacau digunakan sebagai peralatan tindak balas, kebolehtelapan agen pengeteran alkohol klooetil menjadi lebih baik pada 68 ℃ selama 4 jam. Apabila nisbah molar chloroethanol kepada monosakarida selulosa ialah 3:1, HEC yang terhasil mempunyai keterlarutan air yang lebih baik, dan kecekapan tindak balas eterifikasi meningkat kepada 66%.

Kecekapan tindak balas dan kelajuan tindak balas asid kloroasettik agen pengeteran adalah jauh lebih tinggi daripada kloroetanol, dan reaktor kacau sebagai peralatan tindak balas etherizing mempunyai kelebihan yang jelas berbanding uli, yang meningkatkan kecekapan tindak balas pengeteran. Ketransmisian CMC yang tinggi juga secara tidak langsung menunjukkan bahawa reaktor kacau sebagai peralatan tindak balas pengeteran boleh meningkatkan kehomogenan tindak balas pengeteran. Ini adalah kerana rantai selulosa mempunyai tiga kumpulan hidroksil pada setiap cincin kumpulan glukosa, dan hanya dalam keadaan bengkak atau terlarut yang kuat, semua pasangan hidroksil selulosa molekul agen pengedar boleh diakses. Tindak balas eterifikasi selulosa biasanya merupakan tindak balas heterogen dari luar ke dalam, terutamanya di kawasan selulosa kristal. Apabila struktur hablur selulosa kekal utuh tanpa kesan daya luaran, agen pengeteran sukar untuk memasuki struktur kristal, menjejaskan kehomogenan tindak balas heterogen. Oleh itu, dengan prarawatan kapas halus (seperti meningkatkan permukaan khusus kapas halus), kereaktifan kapas halus boleh dipertingkatkan. Dalam nisbah mandi yang besar (etanol/selulosa atau isopropil alkohol/selulosa dan tindak balas kacau berkelajuan tinggi, mengikut alasan, susunan zon penghabluran selulosa akan dikurangkan, pada masa ini selulosa boleh membengkak dengan kuat, supaya bengkak zon selulosa amorf dan hablur cenderung konsisten, Oleh itu, kereaktifan kawasan amorf dan kawasan hablur adalah serupa.

Melalui analisis spektrum inframerah dan analisis pembelauan sinar-X, proses tindak balas eterifikasi selulosa boleh difahami dengan lebih jelas apabila reaktor kacau digunakan sebagai peralatan tindak balas pengeteran.

Di sini, spektrum inframerah dan spektrum pembelauan sinar-X telah dianalisis. Tindak balas pengeteran CMC dan HEC telah dijalankan dalam reaktor kacau di bawah keadaan tindak balas yang diterangkan di atas.

Analisis spektrum inframerah menunjukkan bahawa tindak balas etherasi CMC dan HEC berubah secara tetap dengan lanjutan masa tindak balas, tahap penggantian adalah berbeza.

Melalui analisis corak pembelauan sinar-X, kehabluran CMC dan HEC cenderung kepada sifar dengan lanjutan masa tindak balas, menunjukkan bahawa proses penyahkristalan pada dasarnya telah direalisasikan dalam peringkat pengalkalian dan peringkat pemanasan sebelum tindak balas pengeteran kapas ditapis. . Oleh itu, kereaktifan carboxymethyl dan hydroxyethyl etherification kapas halus tidak lagi dihadkan terutamanya oleh kehabluran kapas halus. Ia berkaitan dengan kebolehtelapan agen pengeteran. Ia boleh ditunjukkan bahawa tindak balas pengeteran CMC dan HEC dijalankan dengan reaktor kacau sebagai peralatan tindak balas. Di bawah kacau kelajuan tinggi, ia memberi manfaat kepada proses penyahhabluran kapas yang ditapis dalam peringkat pengalkalian dan peringkat pemanasan sebelum tindak balas eterifikasi, dan membantu agen pengeteran meresap ke dalam selulosa, untuk meningkatkan kecekapan tindak balas pengeteran dan keseragaman penggantian. .

Kesimpulannya, kajian ini menekankan pengaruh kuasa kacau dan faktor lain terhadap kecekapan tindak balas semasa proses tindak balas. Oleh itu, cadangan kajian ini adalah berdasarkan sebab-sebab berikut: Dalam sistem tindak balas etherasi heterogen, penggunaan nisbah mandian yang besar dan keamatan kacau yang tinggi, dsb., adalah syarat asas untuk penyediaan eter selulosa hampir homogen dengan kumpulan substituen. pengedaran; Dalam sistem tindak balas etherasi heterogen tertentu, eter selulosa berprestasi tinggi dengan pengagihan substituen yang lebih kurang seragam boleh disediakan dengan menggunakan reaktor kacau sebagai peralatan tindak balas, yang menunjukkan bahawa larutan akueus selulosa eter mempunyai penghantaran yang tinggi, yang sangat penting untuk mengembangkan sifat. dan fungsi selulosa eter. Mesin menguli digunakan sebagai peralatan tindak balas untuk mengkaji tindak balas pengeteran kapas halus. Disebabkan oleh keamatan kacau yang rendah, ia tidak baik untuk penembusan agen pengeteran, dan mempunyai beberapa kelemahan seperti perkadaran tindak balas sampingan yang tinggi dan keseragaman pengedaran yang lemah bagi substituen pengeteran.