Sinteza și proprietățile reologice ale eterului de hidroxietil celuloză

În prezența unui catalizator alcalin, hidroxietil industrial celuloza a reacţionat cu reactiv de cationizare clorură de N-(2,3-epoxipropil)trimetilamoniu (GTA) pentru a prepara amoniu cuaternar cu substituţie ridicată prin metoda uscată Tipul de sare eter hidroxietil celuloză (HEC). Efectele raportului dintre GTA și hidroxietil celuloză (HEC), raportul dintre NaOH și HEC, temperatura de reacție și timpul de reacție asupra eficienței reacției au fost investigate cu un plan experimental uniform, iar condițiile optimizate ale procesului au fost obținute prin Monte simulare Carlo. Și eficiența reacției reactivului de eterificare cationic ajunge la 95% prin verificare experimentală. Totodată, au fost discutate proprietățile sale reologice. Rezultatele au arătat că soluția deHEC a arătat caracteristicile fluidului non-newtonian, iar vâscozitatea sa aparentă a crescut odată cu creșterea concentrației masei soluției; într-o anumită concentrație de soluție de sare, vâscozitatea aparentă deHEC a scăzut odată cu creșterea concentrației de sare adăugată. La aceeași viteză de forfecare, vâscozitatea aparentă deHEC în sistemul de soluție CaCl2 este mai mare decât cea aHEC în sistemul de soluție NaCl.

Cuvinte cheie:Hidroxietileter de celuloză; proces uscat; proprietăți reologice

Celuloza are caracteristicile unor surse bogate, biodegradabilitate, biocompatibilitate și derivatizare ușoară și este un punct fierbinte de cercetare în multe domenii. Celuloza cationică este unul dintre cei mai importanți reprezentanți ai derivaților celulozici. Dintre polimerii cationici pentru produsele de protecție personală înregistrați de CTFA al Asociației Industriei Parfumurilor, consumul acestuia este primul. Poate fi utilizat pe scară largă în aditivii de condiționare a balsamului de păr, balsam, inhibitori de hidratare de șist de foraj și agenți de anticoagulare a sângelui și în alte domenii.

În prezent, metoda de preparare a eterului hidroxietil celuloză cationic cuaternar de amoniu este o metodă de solvenți, care necesită o cantitate mare de solvenți organici scumpi, este costisitoare, nesigură și poluează mediul. În comparație cu metoda cu solvenți, metoda uscată are avantajele remarcabile ale unui proces simplu, eficiență ridicată a reacției și mai puțină poluare a mediului. În această lucrare, eterul de celuloză cationic a fost sintetizat prin metoda uscată și a fost studiat comportamentul său reologic.

1. Partea experimentală

1.1 Materiale și reactivi

Hidroxietil celuloză (produs industrial HEC, gradul său de substituție moleculară DS este 1,8~2,0); reactiv de cationizare clorură de N-(2,3-epoxipropil)trimetilamoniu (GTA), preparat din clorură epoxidica Propanul și trimetilamină sunt autoproduse în anumite condiții; catalizator alcalin autofabricat; etanolul și acidul acetic glacial sunt puri din punct de vedere analitic; NaCl, KCl, CaCl2 și AlCl3 sunt reactivi puri din punct de vedere chimic.

1.2 Prepararea celulozei cationice de amoniu cuaternar

Se adaugă 5 g de hidroxietil celuloză și o cantitate adecvată de catalizator alcalin de casă într-un cilindru cilindric de oțel echipat cu un agitator și se agită timp de 20 de minute la temperatura camerei; apoi se adaugă o anumită cantitate de GTA, se continuă agitarea timp de 30 de minute la temperatura camerei și se reacționează la o anumită temperatură și timp, s-a obținut un produs brut solid, în principal pe bază. Produsul brut este înmuiat într-o soluție de etanol care conține o cantitate adecvată de acid acetic, filtrat, spălat și uscat în vid pentru a obține celuloză cationică cuaternară de amoniu sub formă de pulbere.

1.3 Determinarea fracției masice de azot a hidroxietil celulozei cationice cuaternare de amoniu

Fracția de masă a azotului din probe a fost determinată prin metoda Kjeldahl.

2. Proiectare experimentală și optimizare a procesului de sinteză uscată

Metoda de proiectare uniformă a fost utilizată pentru proiectarea experimentului și s-au investigat efectele raportului dintre GTA și hidroxietil celuloză (HEC), raportul dintre NaOH și HEC, temperatura de reacție și timpul de reacție asupra eficienței reacției.

3. Cercetări asupra proprietăților reologice

3.1 Influența concentrației și a vitezei de rotație

Luând efectul vitezei de forfecare asupra vâscozității aparente aHEC la diferite concentrații Ds=0,11 de exemplu, se poate observa că pe măsură ce viteza de forfecare crește treptat de la 0,05 la 0,5 s-1, vâscozitatea aparentă aHEC soluția scade, în special la 0,05 ~ 0,5s-1, viscozitatea aparentă a scăzut brusc de la 160MPa·s la 40MPa·s, subțierea prin forfecare, indicând faptul căHEC soluția apoasă a prezentat proprietăți reologice non-newtoniene. Efectul efortului de forfecare aplicat este de a reduce forța de interacțiune între particulele fazei dispersate. În anumite condiții, cu cât forța este mai mare, cu atât este mai mare vâscozitatea aparentă.

Se poate observa și din viscozitățile aparente de 3% și 4%HEC soluții apoase care concentrația în masă este de 3% și respectiv 4% la viteze de forfecare diferite. Vâscozitatea aparentă a soluției indică faptul că capacitatea sa de creștere a vâscozității crește odată cu concentrația. Motivul este că, pe măsură ce concentrația crește în sistemul de soluție, respingerea reciprocă între moleculele lanțului principal deHEC iar între lanțurile moleculare crește, iar vâscozitatea aparentă crește.

3.2 Efectul diferitelor concentrații de sare adăugată

Concentrația deHEC a fost fixat la 3%, iar efectul adăugării de sare NaCl asupra proprietăților de vâscozitate ale soluției a fost investigat la diferite viteze de forfecare.

Din rezultate se poate observa că vâscozitatea aparentă scade odată cu creșterea concentrației de sare adăugată, prezentând un fenomen polielectrolitic evident. Acest lucru se datorează faptului că o parte din Na+ din soluția de sare este legată de anionulHEC lanț lateral. Cu cât concentrația soluției de sare este mai mare, cu atât este mai mare gradul de neutralizare sau de ecranare a poliionului de către contraion și reducerea repulsiei electrostatice, rezultând o scădere a densității de sarcină a poliionului. , lanțul polimeric se micșorează și se ondulează, iar concentrația aparentă scade.

3.3 Efectul diferitelor săruri adăugate asupra

Se poate observa din influența a două săruri adăugate diferite, Nacl și CaCl2, asupra vâscozității aparente aHEC soluție că vâscozitatea aparentă scade odată cu adăugarea sării adăugate și, la aceeași viteză de forfecare, vâscozitatea aparentă aHEC soluție în sistemul de soluție CaCl2 Vâscozitatea aparentă este semnificativ mai mare decât cea aHEC soluție în sistemul de soluție NaCl. Motivul este că sarea de calciu este un ion divalent și este mai ușor să se lege de Cl- al lanțului lateral polielectrolitic. Combinația grupului de amoniu cuaternar peHEC cu Cl- este redusă, iar ecranarea este mai mică, iar densitatea de sarcină a lanțului polimeric este mai mare, rezultând Repulsia electrostatică pe lanțul polimeric este mai mare, iar lanțul polimeric este întins, astfel încât vâscozitatea aparentă este mai mare.

4. Concluzie

Prepararea uscată a celulozei cationice puternic substituite este o metodă de preparare ideală, cu operare simplă, eficiență ridicată a reacției și poluare mai mică și poate evita consumul mare de energie, poluarea mediului și toxicitatea cauzată de utilizarea solvenților.

Soluția de eter de celuloză cationic prezintă caracteristicile fluidului non-newtonian și are caracteristicile subțierii prin forfecare; pe măsură ce concentrația de masă a soluției crește, crește vâscozitatea aparentă a acesteia; într-o anumită concentrație de soluție de sare,HEC vascozitatea aparenta creste cu cresterea si scaderea. La aceeași viteză de forfecare, vâscozitatea aparentă deHEC în sistemul de soluție CaCl2 este mai mare decât cea aHEC în sistemul de soluție NaCl.