Foretringsreaksjon på celluloseeter

Foretringsaktiviteten til cellulose ble studert ved henholdsvis eltemaskin og omrøringsreaktor, og hydroksyetylcellulose og karboksymetylcellulose ble fremstilt av henholdsvis kloroetanol og monokloreddiksyre. Resultatene viste at foretringsreaksjonen av cellulose ble utført ved å omrøre reaktor under betingelser med høy intensitet omrøring. Cellulose har god foretringsreaktivitet, som er bedre enn eltemetoden når det gjelder å forbedre foretringseffektiviteten og forbedre lystransmisjonen av produktet i vandig løsning.) Derfor er forbedring av omrøringsintensiteten i reaksjonsprosessen en bedre måte å utvikle substituerende homogen celluloseforetring på. produkter.

Stikkord:foretringsreaksjon; Cellulose;Hydroksyetylcellulose; Karboksymetylcellulose

I utviklingen av raffinerte bomullscelluloseeterprodukter er løsningsmiddelmetoden mye brukt og eltemaskinen brukes som reaksjonsutstyr. Imidlertid er bomullscellulose hovedsakelig sammensatt av krystallområder hvor molekylene er ordnet pent og tett. Når eltemaskin brukes som reaksjonsutstyr, er eltearmen til eltemaskin treg under reaksjonen, og motstanden av foretringsmiddel til å komme inn i forskjellige lag med cellulose er stor og hastigheten er langsom, noe som resulterer i lang reaksjonstid, høy andel av siden reaksjoner og ujevn fordeling av substituentgrupper på cellulosemolekylkjeder.

Vanligvis er foretringsreaksjonen av cellulose en heterogen reaksjon ute og inne. Hvis det ikke er noen ytre dynamisk virkning, er foretringsmiddel vanskelig å komme inn i krystalliseringssonen til cellulose. Og gjennom forbehandling av raffinert bomull (som bruk av fysiske metoder for å øke overflaten av raffinert bomull), samtidig med omrøringsreaktor for reaksjonsutstyr, ved hjelp av rask omrøring foretringsreaksjon, i henhold til resonnement, kan cellulose sterkt svulme, hevelsen av cellulose amorft areal og krystalliseringsområde har en tendens til å være konsistente, forbedre reaksjonsaktiviteten. Den homogene fordelingen av celluloseetersubstituenter i heterogene foretringsreaksjonssystem kan oppnås ved å øke den eksterne rørekraften. Så det vil være den fremtidige utviklingsretningen for landet vårt å utvikle høykvalitets celluloseforetringsprodukter med omrørt reaksjonskjele som reaksjonsutstyr.

1. Eksperimentell del

1.1 Raffinert bomullscelluloseråmateriale for test

I henhold til det forskjellige reaksjonsutstyret som ble brukt i forsøket, er forbehandlingsmetodene for bomullscellulose forskjellige. Når elteren brukes som reaksjonsutstyr, er også forbehandlingsmetodene forskjellige. Når elteren brukes som reaksjonsutstyr, er krystalliniteten til den raffinerte bomullscellulosen som brukes 43,9%, og den gjennomsnittlige lengden på den raffinerte bomullscellulosen er 15~20 mm. Krystalliniteten til raffinert bomullscellulose er 32,3 % og den gjennomsnittlige lengden på raffinert bomullscellulose er mindre enn 1 mm når omrøringsreaktor brukes som reaksjonsutstyr.

1.2 Utvikling av karboksymetylcellulose og hydroksyetylcellulose

Fremstillingen av karboksymetylcellulose og hydroksyetylcellulose kan utføres ved å bruke 2L elter som reaksjonsutstyr (gjennomsnittshastigheten under reaksjonen er 50r/min) og 2L omrøringsreaktor som reaksjonsutstyr (gjennomsnittshastigheten under reaksjonen er 500r/min).

Under reaksjonen er alle råvarer avledet fra den strenge kvantitative reaksjonen. Produktet oppnådd fra reaksjonen vaskes med w=95% etanol og tørkes deretter ved vakuum i 24 timer under negativt trykk på 60°C og 0,005 mpa. Fuktighetsinnholdet i den oppnådde prøven er w=2,7 %±0,3 %, og produktprøven for analyse vaskes til askeinnholdet w < 0,2 %.

Forberedelsestrinnene til eltemaskinen som reaksjonsutstyr er som følger:

Foretringsreaksjon → produktvask → tørking → revet granulering → pakking utføres i eltemaskin.

Forberedelsestrinnene for omrøringsreaktor som reaksjonsutstyr er som følger:

Foretringsreaksjon → produktvask → tørking og granulering → pakking utføres i en omrørt reaktor.

Det kan sees at elteren brukes som reaksjonsutstyr for fremstilling av egenskapene til lav reaksjonseffektivitet, tørking og maling av granulering trinn for trinn, og kvaliteten på produktet vil bli sterkt redusert i slipeprosessen.

Egenskapene til fremstillingsprosessen med omrørt reaktor som reaksjonsutstyr er som følger: høy reaksjonseffektivitet, produktgranuleringen bruker ikke den tradisjonelle granuleringsprosessmetoden for tørking og maling, og tørke- og granuleringsprosessen utføres samtidig med de utørrede produktene etter vask, og produktkvaliteten forblir uendret i tørke- og granuleringsprosessen.

1.3 Røntgendiffraksjonsanalyse

Røntgendiffraksjonsanalyse ble utført med Rigaku D/max-3A røntgendiffraktometer, grafittmonokromator, Θ-vinkel var 8°~30°, CuKα-stråle, rørtrykk og rørstrøm var 30kV og 30mA.

1.4 Infrarød spektrumanalyse

Spectrum-2000PE FTIR infrarødt spektrometer ble brukt for infrarødt spektrumanalyse. Alle prøvene for infrarød spektrumanalyse hadde en vekt på 0,0020g. Disse prøvene ble blandet med henholdsvis 0,1600 g KBr og deretter presset (med en tykkelse på < 0,8 mm) og analysert.

1.5 Transmittansdeteksjon

Transmittansen ble detektert av 721 spektrofotometer. CMC-løsning w=w1% ble satt inn i en 1 cm kolorimetrisk skål ved 590 nm bølgelengde.

1.6 Grad av substitusjonsdeteksjon

HEC-substitusjonsgraden for hydroksyetylcellulose ble målt ved standard kjemisk analysemetode. Prinsippet er at HEC kan dekomponeres av HI hydrojodat ved 123 ℃, og graden av substitusjon av HEC kan bli kjent ved å måle de nedbrytte stoffene etylen og etylenjodid som produseres. Substitusjonsgraden av hydroksymetylcellulose kan også testes ved standard kjemiske analysemetoder.

2. Resultater og diskusjon

To typer reaksjonskjeler brukes her: den ene er eltemaskin som reaksjonsutstyr, den andre er reaksjonskjele av røretype som reaksjonsutstyr, i heterogent reaksjonssystem, alkalisk tilstand og alkoholholdig vannløsningsmiddelsystem studeres foretringsreaksjonen av raffinert bomullscellulose. Blant dem er de teknologiske egenskapene til eltemaskin som reaksjonsutstyr: I reaksjonen er eltearmens hastighet langsom, reaksjonstiden er lang, andelen bireaksjoner er høy, utnyttelseshastigheten av foretringsmiddel er lav, og ensartetheten av substituerende gruppefordeling i eteriseringsreaksjonen er dårlig. Forskningsprosessen kan bare begrenses til relativt snevre reaksjonsbetingelser. I tillegg er justerbarheten og kontrollerbarheten av hovedreaksjonsforholdene (som badforhold, alkalikonsentrasjon, eltearmens hastighet på eltemaskinen) svært dårlig. Det er vanskelig å oppnå den omtrentlige ensartetheten av foretringsreaksjonen og å studere masseoverføringen og penetreringen av foretringsreaksjonsprosessen i dybden. Prosessegenskapene til omrøringsreaktor som reaksjonsutstyr er: rask omrøringshastighet i reaksjonen, høy reaksjonshastighet, høy utnyttelsesgrad av eteriseringsmiddel, jevn fordeling av eteriserende substituenter, justerbare og kontrollerbare hovedreaksjonsbetingelser.

Karboksymetylcellulose CMC ble fremstilt av henholdsvis eltereaksjonsutstyr og omrøringsreaktorreaksjonsutstyr. Når elteren ble brukt som reaksjonsutstyr, var røreintensiteten lav og gjennomsnittlig rotasjonshastighet var 50 r/min. Når omrøringsreaktoren ble brukt som reaksjonsutstyr, var røreintensiteten høy og gjennomsnittlig rotasjonshastighet var 500 r/min. Når molforholdet mellom monokloreddiksyre og cellulosemonosakkarid var 1:5:1, var reaksjonstiden 1,5 timer ved 68 ℃. Lystransmittansen til CMC oppnådd ved eltemaskin var 98,02 % og foretringseffektiviteten var 72 % på grunn av den gode permeabiliteten til CM i kloreddiksyreforetringsmiddel. Når omrøringsreaktoren ble brukt som reaksjonsutstyr, var permeabiliteten til foretringsmidlet bedre, transmittansen av CMC var 99,56 %, og foretringsreaksjonseffektiviteten ble økt til 81 %.

Hydroksyetylcellulose HEC ble fremstilt med elter og omrøringsreaktor som reaksjonsutstyr. Når elter ble brukt som reaksjonsutstyr, var reaksjonseffektiviteten til eteriseringsmidlet 47 % og vannløseligheten var dårlig når permeabiliteten til kloretylalkoholforetringsmiddel var dårlig og molforholdet mellom kloretanol og cellulosemonosakkarid var 3:1 ved 60 ℃ i 4 timer . Først når molforholdet mellom kloretanol og cellulosemonosakkarider er 6:1, kan produktene med god vannløselighet dannes. Når omrøringsreaktoren ble brukt som reaksjonsutstyr, ble permeabiliteten til kloretylalkoholforetringsmiddel bedre ved 68 ℃ i 4 timer. Når molforholdet mellom kloretanol og cellulosemonosakkarid var 3:1, hadde den resulterende HEC en bedre vannløselighet, og foretringsreaksjonseffektiviteten ble økt til 66%.

Reaksjonseffektiviteten og reaksjonshastigheten til eteriseringsmidlet kloreddiksyre er mye høyere enn for kloroetanol, og omrøringsreaktoren som foretringsreaksjonsutstyr har åpenbare fordeler i forhold til elteren, som i stor grad forbedrer foretringsreaksjonseffektiviteten. Den høye transmittiviteten til CMC indikerer også indirekte at omrøringsreaktoren som foretringsreaksjonsutstyr kan forbedre homogeniteten til foretringsreaksjonen. Dette er fordi cellulosekjeden har tre hydroksylgrupper på hver glukosegruppering, og bare i sterkt oppsvulmet eller oppløst tilstand er alle cellulosehydroksylparene av foretringsmiddelmolekylene tilgjengelige. Foretringsreaksjonen av cellulose er vanligvis en heterogen reaksjon fra utsiden til innsiden, spesielt i det krystallinske området av cellulose. Når krystallstrukturen til cellulose forblir intakt uten effekt av ytre kraft, er foretringsmiddel vanskelig å komme inn i den krystallinske strukturen, noe som påvirker homogeniteten til den heterogene reaksjonen. Derfor, ved å forbehandle den raffinerte bomullen (som å øke den spesifikke overflaten til den raffinerte bomullen), kan reaktiviteten til den raffinerte bomullen forbedres. I det store badforholdet (etanol/cellulose eller isopropylalkohol/cellulose og høyhastighets omrøringsreaksjon, i henhold til resonnementet, vil rekkefølgen av cellulosekrystalliseringssonen reduseres, på dette tidspunktet kan cellulosen svelle kraftig, slik at svellingen av den amorfe og krystallinske cellulosesonen har en tendens til å være konsistent. Dermed er reaktiviteten til det amorfe området og det krystallinske området lik.

Ved hjelp av infrarød spektrumanalyse og røntgendiffraksjonsanalyse kan foretringsreaksjonsprosessen av cellulose forstås mer levende når omrøringsreaktor brukes som foretringsreaksjonsutstyr.

Her ble infrarøde spektre og røntgendiffraksjonsspektre analysert. Foretringsreaksjonen av CMC og HEC ble utført i en omrørt reaktor under reaksjonsbetingelsene beskrevet ovenfor.

Den infrarøde spektrumanalysen viser at etereringsreaksjonen til CMC og HEC endres regelmessig med forlengelse av reaksjonstiden, graden av substitusjon er forskjellig.

Gjennom analysen av røntgendiffraksjonsmønsteret har krystalliniteten til CMC og HEC en tendens til null med forlengelsen av reaksjonstiden, noe som indikerer at dekrystalliseringsprosessen i utgangspunktet har blitt realisert i alkaliseringstrinnet og oppvarmingstrinnet før foretringsreaksjonen av raffinert bomull . Derfor er karboksymetyl- og hydroksyetylforetringsreaktiviteten til raffinert bomull ikke lenger hovedsakelig begrenset av krystalliniteten til raffinert bomull. Det er relatert til permeabiliteten til foretringsmiddel. Det kan vises at foretringsreaksjonen av CMC og HEC utføres med omrøringsreaktor som reaksjonsutstyr. Under høyhastighets omrøring er det fordelaktig for dekrystalliseringsprosessen til den raffinerte bomullen i alkaliseringstrinnet og oppvarmingstrinnet før foretringsreaksjonen, og hjelper foretringsmidlet å trenge inn i cellulosen, for å forbedre foretringsreaksjonens effektivitet og substitusjonsuniformitet .

Avslutningsvis understreker denne studien påvirkningen av rørekraft og andre faktorer på reaksjonseffektiviteten under reaksjonsprosessen. Derfor er forslaget til denne studien basert på følgende grunner: I det heterogene etereringsreaksjonssystemet er bruken av stort badforhold og høy røreintensitet osv. de grunnleggende betingelsene for fremstilling av tilnærmet homogen celluloseeter med substituentgruppe distribusjon; I et spesifikt heterogent etereringsreaksjonssystem kan høyytelses celluloseeter med tilnærmet jevn fordeling av substituenter fremstilles ved å bruke omrøringsreaktor som reaksjonsutstyr, som viser at vandig celluloseeterløsning har høy transmittans, noe som er av stor betydning for å utvide egenskapene og funksjonene til celluloseeter. Eltemaskinen brukes som reaksjonsutstyr for å studere foretringsreaksjon av raffinert bomull. På grunn av den lave omrøringsintensiteten er det ikke bra for penetrering av foretringsmiddel, og har noen ulemper som høy andel sidereaksjoner og dårlig fordeling jevnt av foretringssubstituenter.