CMC Cellulose og dens strukturkarakterisering

Ved å bruke halmcellulose som råmateriale ble det modifisert ved foretring. Gjennom enkeltfaktor- og rotasjonstesten ble de optimale betingelsene for fremstilling av karboksymetylcellulose bestemt til å være: foretringstid 100 minutter, foretringstemperatur 70℃, NaOH-dosering 3,2g og monokloreddiksyredosering 3,0g, maksimal substitusjon Graden er 0,53.

Stikkord: CMCcellulose; monokloreddiksyre; foretring; modifikasjon

Karboksymetylcelluloseer den mest produserte og solgte celluloseeteren i verden. Det er mye brukt i vaskemiddel, mat, tannkrem, tekstil, trykking og farging, papirproduksjon, petroleum, gruvedrift, medisin, keramikk, elektroniske komponenter, gummi, maling, plantevernmidler, kosmetikk, lær, plast og oljeboring, etc., kjent som "industrielt mononatriumglutamat". Karboksymetylcellulose er et vannløselig celluloseeterderivat oppnådd ved kjemisk modifisering av naturlig cellulose. Cellulose, hovedråstoffet for produksjon av karboksymetylcellulose, er en av de mest tallrike naturlige fornybare ressursene på jorden, med en årlig produksjon på hundrevis av milliarder tonn. landet mitt er et stort jordbruksland og et av landene med flest halmressurser. Halm har alltid vært et av de viktigste levende drivstoffene for innbyggere på landsbygda. Disse ressursene har ikke vært rasjonelt utviklet på lenge, og mindre enn 2 % av landbruks- og skogbruksavfallet som halm brukes i verden hvert år. Ris er den viktigste økonomiske avlingen i Heilongjiang-provinsen, med et planteareal på mer enn 2 millioner hm2, en årlig produksjon på 14 millioner tonn ris og 11 millioner tonn halm. Bønder brenner dem vanligvis direkte i åkeren som avfall, som ikke bare er en enorm sløsing med naturressurser, men også forårsaker alvorlig forurensning av miljøet. Derfor er det å realisere ressursutnyttelsen av halm behovet for en bærekraftig utviklingsstrategi for landbruket.

1. Eksperimentelle materialer og metoder

1.1 Eksperimentelt materiale og utstyr

Halmcellulose, selvlaget i laboratoriet; JJ～1 type elektrisk mikser, Jintan Guowang eksperimentell instrumentfabrikk; SHZW2C type RS—En vakuumpumpe, Shanghai Pengfu Electromechanical Co, Ltd; pHS-3C pH-meter, Mettler-Toledo Co., Ltd.; DGG-9070A elektrisk oppvarming konstant temperatur tørkeovn, Beijing North Lihui Test Instrument Equipment Co, Ltd; HITACHI-S ~ 3400N skanning elektronmikroskop, Hitachi Instruments; etanol; natriumhydroksid; kloreddiksyre, etc. (reagensene ovenfor er analytisk rene).

1.2 Eksperimentell metode

1.2.1 Fremstilling av karboksymetylcellulose

(1) Fremstillingsmetoden for karboksymetylcellulose: Vei 2 g cellulose i en trehalset kolbe, tilsett 2,8 g NaOH, 20 ml 75 % etanolløsning, og bløtlegg i alkali i et vannbad med konstant temperatur ved 25°C.°C i 80 min. Rør med en mikser for å blande godt. Under denne prosessen reagerer cellulose med alkalisk løsning for å danne alkalicellulose. I foretringstrinnet, tilsett 10 ml 75 % etanolløsning og 3 g kloreddiksyre til den trehalsede kolben som ble reagert ovenfor, øk temperaturen til 65-70 °C° C., og reagere i 60 minutter. Tilsett alkali for andre gang, og tilsett deretter 0,6 g NaOH til reaksjonskolben ovenfor for å holde temperaturen på 70°C°C, og reaksjonstiden er 40 minutter for å oppnå rå Na—CMC (natriumkarboksymetylcellulose).

Nøytralisering og vasking: tilsett 1mol·L-1 saltsyre, og nøytraliser reaksjonen ved romtemperatur til pH = 7-8. Vask deretter to ganger med 50% etanol, vask deretter en gang med 95% etanol, filtrer med sug og tørk ved 80-90°C i 2 timer.

(2) Bestemmelse av graden av prøvesubstitusjon: metode for bestemmelse av surhetsmåler: Vei 0,2 g (nøyaktig til 0,1 mg) av den rensede og tørkede Na-CMC-prøven, løs den i 80 ml destillert vann, rør den elektromagnetisk i 10 minutter, og juster den med syre eller alkali Løsningen brakte pH til løsningen til 8. Titrer deretter testløsningen med svovelsyrestandardløsning i et beger utstyrt med en pH-meterelektrode, og observer indikasjonen til pH-meteret mens du titrerer til pH er 3,74. Noter volumet av svovelsyrestandardløsningen som brukes.

1.2.2 Enkeltfaktortestmetode

(1) Effekten av mengden alkali på substitusjonsgraden av karboksymetylcellulose: utfør alkalisering ved 25℃, nedsenking i alkali i 80 minutter, konsentrasjonen i etanolløsning er 75 %, kontroller mengden monokloreddiksyrereagens 3 g, foretringstemperaturen er 65 ~ 70°C, foretringstiden var 100 minutter, og mengden av natriumhydroksid ble endret for testen.

(2) Effekten av konsentrasjonen av etanolløsning på substitusjonsgraden av karboksymetylcellulose: mengden fast alkali er 3,2 g, alkalisk nedsenking i vannbad med konstant temperatur ved 25°C°C i 80 min, konsentrasjonen av etanolløsning er 75 %, mengden monokloreddiksyrereagens er kontrollert til 3g, foretring Temperaturen er 65-70°C, foretringstiden er 100 minutter, og konsentrasjonen av etanolløsningen endres for eksperimentet.

(3) Effekten av mengden monokloreddiksyre på substitusjonsgraden av karboksymetylcellulose: fikser til 25°C for alkalisering, bløtlegg i alkali i 80 minutter, tilsett 3,2 g natriumhydroksid for å gjøre konsentrasjonen av etanolløsningen 75%, eter Temperaturen er 65~70°C, foretringstiden er 100 minutter, og mengden monokloreddiksyre endres for eksperimentet.

(4) Effekt av foretringstemperatur på substitusjonsgraden av karboksymetylcellulose: fikser til 25°C for alkalisering, bløtlegg i alkali i 80 minutter, tilsett 3,2 g natriumhydroksid for å gjøre konsentrasjonen av etanolløsning 75%, foretringstemperatur Temperaturen er 65~70℃, foretringstiden er 100 minutter, og forsøket utføres ved å endre doseringen av monokloreddiksyre.

(5) Effekt av foretringstiden på substitusjonsgraden av karboksymetylcellulose: fastsatt til 25°C for alkalisering, tilsatt 3,2 g natriumhydroksid og bløtlagt i alkali i 80 minutter for å gjøre konsentrasjonen av etanolløsningen 75%, og kontrollert monoklor. Doseringen av eddiksyrereagens er 3 g, foretringstemperaturen er 65~70°C, og foretringstiden endres for eksperimentet.

1.2.3 Testplan og optimalisering av karboksymetylcellulose

På grunnlag av enkeltfaktoreksperimentet ble det designet et kvadratisk regresjons ortogonal rotasjon kombinert eksperiment med fire faktorer og fem nivåer. De fire faktorene er foretringstiden, foretringstemperaturen, mengden NaOH og mengden monokloreddiksyre. Databehandlingen bruker SAS8.2 statistisk programvare for databehandling, som avslører forholdet mellom hver påvirkningsfaktor og graden av substitusjon av karboksymetylcellulose. indre lov.

1.2.4 SEM-analysemetode

Den tørkede pulverprøven ble festet på prøvetrinnet med ledende lim, og etter vakuumsprøyting av gull ble den observert og fotografert under et Hitachi-S-3400N Hitachi skanningselektronmikroskop.

2. Resultater og analyse

2.1 Effekt av enkeltfaktor på substitusjonsgrad av karboksymetylcellulose

2.1.1 Effekten av mengden alkali på substitusjonsgraden av karboksymetylcellulose

Når NaOH3,2g ble tilsatt til 2g cellulose, var substitusjonsgraden av produktet høyest. Mengden NaOH reduseres, noe som ikke er nok til å danne nøytralisering av alkalisk cellulose og foretringsmiddel, og produktet har en liten grad av substitusjon og lav viskositet. Tvert imot, hvis mengden av NaOH er for mye, vil sidereaksjonene under hydrolysen av kloreddiksyre øke, forbruket av foretringsmiddel vil øke, og produktviskositeten vil også avta.

2.1.2 Effekt av konsentrasjon av etanolløsning på substitusjonsgrad av karboksymetylcellulose

En del av vannet i etanolløsningen finnes i reaksjonsmediet utenfor cellulosen, og den andre delen finnes i cellulosen. Hvis vanninnholdet er for stort, vil CMC svelle i vann og danne gelé under foretringen, noe som resulterer i svært ujevn reaksjon; hvis vanninnholdet er for lite, vil reaksjonen være vanskelig å fortsette på grunn av mangel på reaksjonsmedium. Generelt er 80 % etanol det mest egnede løsningsmidlet.

2.1.3 Effekt av doseringen av monokloreddiksyre på graden av substitusjon av karboksymetylcellulose

Mengden av monokloreddiksyre og natriumhydroksid er teoretisk 1:2, men for å flytte reaksjonen i retningen for å generere CMC, sørg for at det er en passende fri base i reaksjonssystemet, slik at karboksymetyleringen kan forløpe jevnt. Av denne grunn brukes metoden for overskudd av alkali, det vil si at molforholdet mellom syre og alkalistoffer er 1:2,2.

2.1.4 Effekt av foretringstemperatur på substitusjonsgrad av karboksymetylcellulose

Jo høyere foretringstemperatur, desto raskere er reaksjonshastigheten, men bireaksjonene akselereres også. Fra perspektivet av kjemisk balanse er stigende temperatur ugunstig for dannelsen av CMC, men hvis temperaturen er for lav, er reaksjonshastigheten langsom og utnyttelseshastigheten av foretringsmiddel lav. Det kan sees at den optimale temperaturen for foretring er 70 grader°C.

2.1.5 Effekt av foretringstid på substitusjonsgrad av karboksymetylcellulose

Med økningen av foretringstiden øker substitusjonsgraden av CMC, og reaksjonshastigheten akselereres, men etter en viss tid øker sidereaksjonene og substitusjonsgraden avtar. Når foretringstiden er 100 minutter, er substitusjonsgraden maksimal.

2.2 Ortogonale testresultater og analyse av karboksymetylgrupper

Det kan ses fra variansanalysetabellen at i primærelementet har de fire faktorene for foretringstid, foretringstemperatur, mengden av NaOH og mengden monokloreddiksyre en meget betydelig innvirkning på substitusjonsgraden av karboksymetylcellulose (p <0,01). Blant interaksjonselementene hadde interaksjonselementene foretringstid og mengde monokloreddiksyre, og interaksjonselementene foretringstemperatur og mengde monokloreddiksyre en meget signifikant effekt på substitusjonsgraden av karboksymetylcellulose (p<0,01). Rekkefølgen for påvirkning av ulike faktorer på substitusjonsgraden av karboksymetylcellulose var: foretringstemperatur>mengde monokloreddiksyre>foretringstid>mengde NaOH.

Etter analysen av testresultatene av kvadratisk regresjon ortogonal rotasjonskombinasjonsdesign, kan det bestemmes at de optimale prosessbetingelsene for karboksymetyleringsmodifikasjon er: foretringstid 100 minutter, foretringstemperatur 70℃, NaOH-dosering 3,2g og monokloreddiksyre Doseringen er 3,0g, og maksimal substitusjonsgrad er 0,53.

2.3 Mikroskopisk ytelseskarakterisering

Overflatemorfologien til cellulose, karboksymetylcellulose og tverrbundne karboksymetylcellulosepartikler ble studert ved skanningelektronmikroskopi. Cellulose vokser i en stripeform med en glatt overflate; kanten på karboksymetylcellulose er grovere enn den ekstraherte cellulosen, og hulromsstrukturen øker og volumet blir større. Dette er fordi buntstrukturen blir større på grunn av svellingen av karboksymetylcellulose.

3. Konklusjon

3.1 Fremstilling av karboksymetylforetret cellulose. Betydningsrekkefølgen for de fire faktorene som påvirker substitusjonsgraden av cellulose er: foretringstemperatur > monokloreddiksyredosering > foretringstid > NaOH-dosering. De optimale prosessbetingelsene for karboksymetyleringsmodifikasjon er foretringstid 100 minutter, foretringstemperatur 70℃, NaOH-dosering 3,2 g, monokloreddiksyredosering 3,0 g, og maksimal substitusjonsgrad 0,53.

3.2 De optimale teknologiske betingelsene for karboksymetyleringsmodifikasjon er: foretringstid 100 minutter, foretringstemperatur 70℃, NaOH-dosering 3,2 g, monokloreddiksyredosering 3,0 g, maksimal substitusjonsgrad 0,53.