Síntese e propriedades reológicas do éter de hidroxietilcelulose

Na presença de um catalisador alcalino caseiro, hidroxietil industrial a celulose reagiu com o reagente de cationização cloreto de N- (2,3-epoxipropil) trimetilamônio (GTA) para preparar amônio quaternário de alta substituição por método seco Éter de hidroxietil celulose do tipo sal (HEC). Os efeitos da proporção de GTA para hidroxietilcelulose (HEC), da proporção de NaOH para HEC, da temperatura de reação e do tempo de reação na eficiência da reação foram investigados com um plano experimental uniforme, e as condições otimizadas do processo foram obtidas através de Monte Simulação de Carlos. E a eficiência da reação do reagente de eterificação catiônica chega a 95% através de verificação experimental. Ao mesmo tempo, foram discutidas suas propriedades reológicas. Os resultados mostraram que a solução deHEC mostraram as características de um fluido não newtoniano, e sua viscosidade aparente aumentou com o aumento da concentração mássica da solução; em uma certa concentração de solução salina, a viscosidade aparente deHEC diminuiu com o aumento da concentração de sal adicionado. Sob a mesma taxa de cisalhamento, a viscosidade aparente doHEC no sistema de solução de CaCl2 é maior que o deHEC em sistema de solução de NaCl.

Palavras-chave:Hidroxietiléter de celulose; processo seco; propriedades reológicas

A celulose tem características de fontes ricas, biodegradabilidade, biocompatibilidade e fácil derivatização, e é um ponto de pesquisa em muitos campos. A celulose catiônica é um dos mais importantes representantes dos derivados de celulose. Dentre os polímeros catiônicos para produtos de proteção individual registrados pela CTFA da Fragrance Industry Association, seu consumo é o primeiro. Pode ser amplamente utilizado em aditivos condicionantes de condicionadores de cabelo, amaciantes, inibidores de hidratação de xisto de perfuração e agentes anticoagulantes sanguíneos e outros campos.

Atualmente, o método de preparação do éter catiônico de hidroxietilcelulose de amônio quaternário é um método solvente, que requer uma grande quantidade de solventes orgânicos caros, é caro, inseguro e polui o meio ambiente. Comparado com o método solvente, o método seco tem as vantagens notáveis ​​de processo simples, alta eficiência de reação e menos poluição ambiental. Neste trabalho, o éter de celulose catiônico foi sintetizado pelo método seco e seu comportamento reológico foi estudado.

1. Parte experimental

1.1 Materiais e reagentes

Hidroxietilcelulose (produto industrial HEC, seu grau de substituição molecular DS é 1,8 ~ 2,0); reagente de cationização Cloreto de N-(2,3-epoxipropil)trimetilamônio (GTA), preparado a partir de cloreto de epóxi Propano e trimetilamina são produzidos pelo próprio sob certas condições; catalisador alcalino de fabricação própria; o etanol e o ácido acético glacial são analiticamente puros; NaCl, KCl, CaCl2 e AlCl3 são reagentes quimicamente puros.

1.2 Preparação de celulose catiônica de amônio quaternário

Adicione 5g de hidroxietilcelulose e uma quantidade adequada de catalisador alcalino caseiro em um cilindro cilíndrico de aço equipado com agitador e mexa por 20 minutos em temperatura ambiente; em seguida, adicione uma certa quantidade de GTA, continue agitando por 30 minutos à temperatura ambiente e reaja a uma determinada temperatura e tempo, obtendo-se um produto bruto sólido essencialmente baseado em. O produto bruto é embebido em uma solução de etanol contendo uma quantidade apropriada de ácido acético, filtrado, lavado e seco a vácuo para obter celulose catiônica de amônio quaternário em pó.

1.3 Determinação da fração mássica de nitrogênio da hidroxietilcelulose catiônica de amônio quaternário

A fração mássica de nitrogênio nas amostras foi determinada pelo método Kjeldahl.

2. Projeto experimental e otimização do processo de síntese a seco

O método de design uniforme foi utilizado para projetar o experimento, e os efeitos da proporção de GTA para hidroxietilcelulose (HEC), da proporção de NaOH para HEC, da temperatura de reação e do tempo de reação na eficiência da reação foram investigados.

3. Pesquisa sobre propriedades reológicas

3.1 Influência da concentração e velocidade de rotação

Tomando o efeito da taxa de cisalhamento na viscosidade aparente doHEC em diferentes concentrações Ds = 0,11 como exemplo, pode-se observar que à medida que a taxa de cisalhamento aumenta gradualmente de 0,05 para 0,5 s-1, a viscosidade aparente doHEC a solução diminui, especialmente em 0,05 ~0,5s-1, a viscosidade aparente caiu drasticamente de 160MPa·s a 40MPa·s, desbaste por cisalhamento, indicando que oHEC solução aquosa exibiu propriedades reológicas não newtonianas. O efeito da tensão de cisalhamento aplicada é reduzir a força de interação entre as partículas da fase dispersa. Sob certas condições, quanto maior for a força, maior será a viscosidade aparente.

Também pode ser visto nas viscosidades aparentes de 3% e 4%HEC soluções aquosas cuja concentração em massa é respectivamente 3% e 4% em diferentes taxas de cisalhamento. A viscosidade aparente da solução indica que a sua capacidade de aumentar a viscosidade aumenta com a concentração. A razão é que à medida que a concentração aumenta no sistema de solução, a repulsão mútua entre as moléculas da cadeia principal deHEC e entre as cadeias moleculares aumenta, e a viscosidade aparente aumenta.

3.2 Efeito de diferentes concentrações de sal adicionado

A concentração deHEC foi fixado em 3%, e o efeito da adição de sal NaCl nas propriedades de viscosidade da solução foi investigado em diferentes taxas de cisalhamento.

Pode-se observar pelos resultados que a viscosidade aparente diminui com o aumento da concentração de sal adicionado, mostrando óbvio fenômeno polieletrólito. Isso ocorre porque parte do Na+ na solução salina está ligada ao ânion doHEC cadeia lateral. Quanto maior a concentração da solução salina, maior o grau de neutralização ou blindagem do poliíon pelo contraíon, e a redução da repulsão eletrostática, resultando na diminuição da densidade de carga do poliíon. , a cadeia polimérica encolhe e enrola, e a concentração aparente diminui.

3.3 Efeito de diferentes sais adicionados sobre

Isso pode ser visto pela influência de dois sais diferentes adicionados, Nacl e CaCl2, na viscosidade aparente doHEC solução que a viscosidade aparente diminui com a adição do sal adicionado, e na mesma taxa de cisalhamento, a viscosidade aparente doHEC solução no sistema de solução de CaCl2 A viscosidade aparente é significativamente maior do que a deHEC solução em sistema de solução de NaCl. A razão é que o sal de cálcio é um íon divalente e é mais fácil de se ligar ao Cl- da cadeia lateral do polieletrólito. A combinação do grupo de amônio quaternário emHEC com Cl- é reduzido, e a blindagem é menor, e a densidade de carga da cadeia polimérica é maior, resultando em A repulsão eletrostática na cadeia polimérica é maior, e a cadeia polimérica é esticada, então a viscosidade aparente é maior.

4. Conclusão

A preparação a seco de celulose catiônica altamente substituída é um método de preparação ideal com operação simples, alta eficiência de reação e menos poluição, podendo evitar alto consumo de energia, poluição ambiental e toxicidade causada pelo uso de solventes.

A solução de éter de celulose catiônico apresenta características de fluido não newtoniano e possui características de afinamento por cisalhamento; à medida que a concentração de massa da solução aumenta, a sua viscosidade aparente aumenta; em uma certa concentração de solução salina,HEC a viscosidade aparente aumenta com o aumento e a diminuição. Sob a mesma taxa de cisalhamento, a viscosidade aparente doHEC no sistema de solução de CaCl2 é maior que o deHEC em sistema de solução de NaCl.