Синтез и реологические свойства эфира гидроксиэтилцеллюлозы

При наличии самодельного щелочного катализатора промышленный гидроксиэтиловый Целлюлозу подвергали взаимодействию с катионизирующим реагентом хлорида N-(2,3-эпоксипропил)триметиламмония (ГТА) с получением четвертичного аммония с высоким содержанием замещения сухим методом. Солевой тип эфира гидроксиэтилцеллюлозы (ГЭК). Влияние соотношения GTA к гидроксиэтилцеллюлозе (ГЭЦ), соотношения NaOH и ГЭЦ, температуры реакции и времени реакции на эффективность реакции исследовали с помощью единого экспериментального плана, а оптимизированные условия процесса были получены с помощью Монте. Симуляция Карло. А эффективность реакции катионного реагента этерификации достигает 95% благодаря экспериментальной проверке. При этом обсуждались его реологические свойства. Результаты показали, что решениеГЭК показали характеристики неньютоновской жидкости, а ее кажущаяся вязкость увеличивалась с увеличением массовой концентрации раствора; при определенной концентрации раствора соли кажущаяся вязкостьГЭК снижается с увеличением концентрации добавляемой соли. При той же скорости сдвига кажущаяся вязкостьГЭК в системе растворов CaCl2 выше, чем уГЭК в системе растворов NaCl.

Ключевые слова:гидроксиэтилэфир целлюлозы; сухой процесс; реологические свойства

Целлюлоза обладает характеристиками богатого источника, биоразлагаемостью, биосовместимостью и легкой дериватизацией и является горячей точкой исследований во многих областях. Катионная целлюлоза – один из важнейших представителей производных целлюлозы. Среди катионных полимеров для средств индивидуальной защиты, зарегистрированных CTFA Ассоциации парфюмерной индустрии, его потребление занимает первое место. Его можно широко использовать в кондиционирующих добавках для кондиционеров для волос, смягчителях, ингибиторах гидратации буровых сланцев, антикоагулянтах крови и в других областях.

В настоящее время способ получения катионного эфира гидроксиэтилцеллюлозы четвертичного аммония является растворителем, требует большого количества дорогостоящих органических растворителей, является дорогостоящим, небезопасным и загрязняет окружающую среду. По сравнению с методом с растворителем сухой метод имеет выдающиеся преимущества, заключающиеся в простоте процесса, высокой эффективности реакции и меньшем загрязнении окружающей среды. В данной работе сухим методом синтезирован катионный эфир целлюлозы и изучено его реологическое поведение.

1. Экспериментальная часть

1.1 Материалы и реагенты

Гидроксиэтилцеллюлоза (промышленный продукт ГЭЦ, степень молекулярного замещения DS составляет 1,8~2,0); реагент катионизации N-(2,3-эпоксипропил)триметиламмоний хлорид (ГТА), приготовленный из эпоксихлорида. Пропан и триметиламин изготавливаются самостоятельно при определенных условиях; самодельный щелочной катализатор; этанол и ледяная уксусная кислота являются аналитически чистыми; NaCl, KCl, CaCl2 и AlCl3 являются химически чистыми реагентами.

1.2 Получение четвертичной аммониевой катионной целлюлозы

Добавьте 5 г гидроксиэтилцеллюлозы и необходимое количество самодельного щелочного катализатора в цилиндрический стальной цилиндр, снабженный мешалкой, и перемешивайте в течение 20 минут при комнатной температуре; затем добавляют определенное количество GTA, продолжают перемешивать в течение 30 минут при комнатной температуре и проводят реакцию при определенной температуре и времени, в результате чего получают твердый сырой продукт, по существу, на основе. Сырой продукт вымачивают в растворе этанола, содержащем соответствующее количество уксусной кислоты, фильтруют, промывают и сушат в вакууме с получением порошкообразной четвертичной аммониевой катионной целлюлозы.

1.3 Определение массовой доли азота четвертичной аммонийной катионной гидроксиэтилцеллюлозы

Массовую долю азота в образцах определяли методом Кьельдаля.

2. Экспериментальная разработка и оптимизация процесса сухого синтеза.

Для планирования эксперимента использовался единый метод планирования, и было исследовано влияние соотношения GTA к гидроксиэтилцеллюлозе (ГЭЦ), соотношения NaOH и ГЭЦ, температуры реакции и времени реакции на эффективность реакции.

3. Исследование реологических свойств.

3.1 Влияние концентрации и скорости вращения

Учитывая влияние скорости сдвига на кажущуюся вязкостьГЭК при различных концентрациях Ds=0,11, например, видно, что по мере постепенного увеличения скорости сдвига от 0,05 до 0,5 с-1 кажущаяся вязкостьГЭК раствор уменьшается, особенно при 0,05 ~0,5 с-1. Кажущая вязкость резко упала со 160 МПа.·с до 40 МПа·s, сдвиговое истончение, что указывает на то, чтоГЭК водный раствор проявлял неньютоновские реологические свойства. Эффект приложенного сдвигового напряжения заключается в уменьшении силы взаимодействия между частицами дисперсной фазы. При определенных условиях, чем больше сила, тем больше кажущаяся вязкость.

Это также видно по кажущейся вязкости 3% и 4%.ГЭК водные растворы, массовая концентрация которых составляет соответственно 3% и 4% при различных скоростях сдвига. Кажущаяся вязкость раствора указывает на то, что его способность повышать вязкость увеличивается с концентрацией. Причина в том, что по мере увеличения концентрации в системе растворов происходит взаимное отталкивание между молекулами основной цепиГЭК и между молекулярными цепями увеличивается, и кажущаяся вязкость увеличивается.

3.2 Влияние различных концентраций добавленной соли

КонцентрацияГЭК фиксировали на уровне 3%, а влияние добавления соли NaCl на вязкостные свойства раствора исследовали при различных скоростях сдвига.

Из результатов видно, что кажущаяся вязкость уменьшается с увеличением концентрации добавленной соли, демонстрируя очевидный полиэлектролитный феномен. Это связано с тем, что часть Na+ в солевом растворе связана с аниономГЭК боковая цепь. Чем больше концентрация раствора соли, тем больше степень нейтрализации или экранирования полииона противоионом и уменьшение электростатического отталкивания, что приводит к уменьшению плотности заряда полииона. полимерная цепь сжимается и скручивается, а кажущаяся концентрация уменьшается.

3.3 Влияние различных добавленных солей на

Это видно по влиянию двух различных добавленных солей, Nacl и CaCl2, на кажущуюся вязкость.ГЭК Решение, что кажущаяся вязкость уменьшается с добавлением добавленной соли, и при той же скорости сдвига кажущаяся вязкостьГЭК раствор в системе растворов CaCl2 Кажущаяся вязкость значительно выше, чем уГЭК раствор в системе растворов NaCl. Причина в том, что соль кальция представляет собой двухвалентный ион, и ее легче связывать с Cl- боковой цепи полиэлектролита. Соединение четвертичной аммониевой группыГЭК с Cl- уменьшается, экранирование меньше, а плотность заряда полимерной цепи выше, в результате чего электростатическое отталкивание полимерной цепи увеличивается, а полимерная цепь растягивается, поэтому кажущаяся вязкость выше.

4. Заключение

Сухое получение высокозамещенной катионной целлюлозы является идеальным методом получения, который отличается простотой эксплуатации, высокой эффективностью реакции и меньшим загрязнением, а также позволяет избежать высокого энергопотребления, загрязнения окружающей среды и токсичности, вызванной использованием растворителей.

Раствор катионного эфира целлюлозы обладает характеристиками неньютоновской жидкости и имеет характеристики разжижения при сдвиге; с увеличением массовой концентрации раствора увеличивается его кажущаяся вязкость; в растворе соли определенной концентрации,ГЭК кажущаяся вязкость увеличивается с увеличением и уменьшением. При той же скорости сдвига кажущаяся вязкостьГЭК в системе растворов CaCl2 выше, чем уГЭК в системе растворов NaCl.