Éterifikačná reakcia na éteri celulózy

Éterifikačná aktivita celulózy bola študovaná pomocou miesiaceho stroja a miešacieho reaktora a hydroxyetylcelulóza a karboxymetylcelulóza boli pripravené pomocou chlóretanolu a kyseliny monochlóroctovej. Výsledky ukázali, že éterifikačná reakcia celulózy sa uskutočnila miešacím reaktorom za podmienok vysokej intenzity miešania. Celulóza má dobrú éterifikačnú reaktivitu, ktorá je lepšia ako metóda miesenia pri zlepšovaní účinnosti éterifikácie a zlepšovaní priepustnosti svetla produktu vo vodnom roztoku.) Preto je zlepšenie intenzity miešania reakčného procesu lepším spôsobom, ako vyvinúť substitučnú homogénnu éterifikáciu celulózy. produktov.

kľúčové slová:eterifikačná reakcia; celulóza;Hydroxyetylcelulóza; Karboxymetylcelulóza

Pri vývoji produktov z rafinovaných bavlnených celulózových éterov sa široko používa rozpúšťadlová metóda a ako reakčné zariadenie sa používa hnetací stroj. Bavlnená celulóza sa však skladá hlavne z kryštálových oblastí, kde sú molekuly usporiadané úhľadne a tesne. Keď sa hnetací stroj používa ako reakčné zariadenie, hnetacie rameno hnetacieho stroja je počas reakcie pomalé a odpor éterifikačného činidla vstúpiť do rôznych vrstiev celulózy je veľký a rýchlosť je pomalá, čo vedie k dlhému reakčnému času, vysokému podielu strany. reakcie a nerovnomerné rozloženie substitučných skupín na molekulových reťazcoch celulózy.

Éterifikačná reakcia celulózy je zvyčajne heterogénnou reakciou zvonku aj zvnútra. Ak nedôjde k žiadnemu vonkajšiemu dynamickému pôsobeniu, éterifikačné činidlo sa ťažko dostane do kryštalizačnej zóny celulózy. A prostredníctvom predúpravy rafinovanej bavlny (ako je použitie fyzikálnych metód na zväčšenie povrchu rafinovanej bavlny), súčasne s miešacím reaktorom pre reakčné zariadenie, pomocou rýchleho miešania eterifikačnej reakcie, podľa úvahy môže celulóza silne napučať, napučiavať amorfná plocha celulózy a plocha kryštalizácie majú tendenciu byť konzistentné, zlepšujú reakčnú aktivitu. Homogénna distribúcia substituentov éteru celulózy v heterogénnom éterifikačnom reakčnom systéme sa môže dosiahnuť zvýšením výkonu externého miešania. Budúci smer rozvoja našej krajiny bude teda vyvíjať vysoko kvalitné produkty éterifikácia celulózy s miešaným typom reakčného kotla ako reakčného zariadenia.

1. Experimentálna časť

1.1 Surovina z rafinovanej bavlnenej celulózy na testovanie

Spôsoby predúpravy bavlnenej celulózy sa líšia podľa rôznych reakčných zariadení použitých v experimente. Keď sa ako reakčné zariadenie použije hnetač, spôsoby predbežnej úpravy sú tiež odlišné. Keď sa ako reakčné zariadenie použije hnetač, kryštalinita použitej rafinovanej bavlnenej celulózy je 43,9 % a priemerná dĺžka rafinovanej bavlnenej celulózy je 15 až 20 mm. Kryštalinita rafinovanej bavlnenej celulózy je 32,3 % a priemerná dĺžka rafinovanej bavlnenej celulózy je menšia ako 1 mm, keď sa ako reakčné zariadenie použije miešací reaktor.

1.2 Vývoj karboxymetylcelulózy a hydroxyetylcelulózy

Prípravu karboxymetylcelulózy a hydroxyetylcelulózy je možné uskutočňovať s použitím 2 1 miesiča ako reakčného zariadenia (priemerná rýchlosť počas reakcie je 50 otáčok za minútu) a 2 l miešacieho reaktora ako reakčného zariadenia (priemerná rýchlosť počas reakcie je 500 otáčok za minútu).

Počas reakcie sú všetky suroviny získané z prísnej kvantitatívnej reakcie. Produkt získaný z reakcie sa premyje w = 95 % etanolom a potom sa suší vo vákuu počas 24 hodín pri podtlaku 60 °C a 0,005 mpa. Obsah vlhkosti získanej vzorky je w = 2,7 % ± 0,3 % a vzorka produktu na analýzu sa premýva, kým obsah popola w < 0,2 %.

Kroky prípravy hnetacieho stroja ako reakčného zariadenia sú nasledovné:

Éterifikačná reakcia → premývanie produktu → sušenie → strúhaná granulácia → balenie prebieha v miesiči.

Kroky prípravy miešacieho reaktora ako reakčného zariadenia sú nasledovné:

Éterifikačná reakcia → premývanie produktu → sušenie a granulácia → balenie sa uskutočňuje v miešanom reaktore.

Je zrejmé, že hnetač sa používa ako reakčné zariadenie na prípravu charakteristík nízkej účinnosti reakcie, sušenia a mletia granulácie krok za krokom a kvalita produktu sa v procese mletia výrazne zníži.

Charakteristiky procesu prípravy s miešaným reaktorom ako reakčným zariadením sú nasledovné: vysoká reakčná účinnosť, granulácia produktu neprijíma tradičnú metódu granulačného procesu sušenia a mletia a proces sušenia a granulácie sa vykonáva súčasne s nevysušené produkty po praní a kvalita produktu zostáva nezmenená v procese sušenia a granulácie.

1.3 Rôntgenová difrakčná analýza

Rôntgenová difrakčná analýza sa uskutočnila rôntgenovým difraktometrom Rigaku D/max-3A, grafitovým monochromátorom, Uhol 8 bol 8°~30°, lúč CuKa, tlak v trubici a prietok trubice boli 30 kV a 30 mA.

1.4 Infračervená spektrálna analýza

Na analýzu infračerveného spektra sa použil infračervený spektrometer Spectrum-2000PE FTIR. Všetky vzorky na infračervenú spektrálnu analýzu mali hmotnosť 0,0020 g. Tieto vzorky sa zmiešali s 0,1600 g KBr a potom sa lisovali (s hrúbkou < 0,8 mm) a analyzovali.

1.5 Detekcia priepustnosti

Priepustnosť bola detekovaná spektrofotometrom 721. Roztok CMC w=w1% sa vložil do 1 cm kolorimetrickej misky pri vlnovej dĺžke 590 nm.

1.6 Stupeň detekcie substitúcie

Stupeň HEC substitúcie hydroxyetylcelulózy sa meral štandardnou chemickou analytickou metódou. Princípom je, že HEC môže byť rozložený HI hydrojodátom pri 123 °C a stupeň substitúcie HEC môže byť známy meraním rozložených látok vyrobených etylénom a etylénjodidom. Stupeň substitúcie hydroxymetylcelulózy môže byť tiež testovaný štandardnými metódami chemickej analýzy.

2. Výsledky a diskusia

Používajú sa tu dva druhy reakčného kotla: jeden je hnetací stroj ako reakčné zariadenie, druhý je miešací typ reakčného kotla ako reakčné zariadenie, v heterogénnom reakčnom systéme, alkalickom stave a systéme alkoholovej vody sa študuje eterifikačná reakcia rafinovanej bavlnenej celulózy. Medzi nimi technologické charakteristiky hnetacieho stroja ako reakčného zariadenia sú: Pri reakcii je rýchlosť hnetiaceho ramena nízka, reakčný čas je dlhý, podiel vedľajších reakcií je vysoký, miera využitia éterifikačného činidla je nízka, rovnomernosť distribúcie substitučných skupín pri éterizačnej reakcii je slabá. Výskumný proces môže byť obmedzený len na relatívne úzke reakčné podmienky. Okrem toho, nastaviteľnosť a regulovateľnosť hlavných reakčných podmienok (ako je pomer kúpeľa, koncentrácia alkálií, rýchlosť hnetiaceho ramena hnetacieho stroja) sú veľmi zlé. Je ťažké dosiahnuť približnú jednotnosť eterifikačnej reakcie a do hĺbky študovať prenos hmoty a penetráciu procesu eterifikačnej reakcie. Procesné vlastnosti miešacieho reaktora ako reakčného zariadenia sú: rýchla rýchlosť miešania v reakcii, rýchla reakčná rýchlosť, vysoká miera využitia éterizačného činidla, rovnomerná distribúcia éterizačných substituentov, nastaviteľné a kontrolovateľné hlavné reakčné podmienky.

Karboxymetylcelulóza CMC sa pripravila v miesiacom reakčnom zariadení a miešacom reaktorovom reakčnom zariadení. Keď sa ako reakčné zariadenie použil hnetač, intenzita miešania bola nízka a priemerná rýchlosť otáčania bola 50 otáčok/min. Keď sa ako reakčné zariadenie použil miešací reaktor, intenzita miešania bola vysoká a priemerná rýchlosť otáčania bola 500 otáčok/min. Keď bol molárny pomer kyseliny monochlóroctovej k monosacharidu celulózy 1:5:1, reakčný čas bol 1,5 hodiny pri 68 °C. Svetelná priepustnosť CMC získanej miesiacim strojom bola 98,02 % a účinnosť éterifikácie bola 72 % v dôsledku dobrej permeability CM v éterifikačnom činidle kyseliny chlóroctovej. Keď sa ako reakčné zariadenie použil miešací reaktor, permeabilita éterifikačného činidla bola lepšia, priepustnosť CMC bola 99,56 % a účinnosť éterizačnej reakcie sa zvýšila na 81 %.

Hydroxyetylcelulóza HEC sa pripravila s miesičom a miešacím reaktorom ako reakčným zariadením. Keď sa ako reakčné zariadenie použil hnetač, reakčná účinnosť éterizačného činidla bola 47 % a rozpustnosť vo vode bola slabá, keď priepustnosť chlóretylalkoholového éterizačného činidla bola slabá a molárny pomer chlóretanolu k monosacharidu celulózy bol 3:1 pri 60 °C počas 4 hodín. . Len keď je molárny pomer chlóretanolu k monosacharidom celulózy 6:1, môžu vznikať produkty s dobrou rozpustnosťou vo vode. Keď sa ako reakčné zariadenie použil miešací reaktor, permeabilita chlóretylalkoholového éterifikačného činidla sa zlepšila pri 68 °C počas 4 hodín. Keď bol molárny pomer chlóretanolu k monosacharidu celulózy 3:1, výsledný HEC mal lepšiu rozpustnosť vo vode a účinnosť eterifikačnej reakcie sa zvýšila na 66 %.

Reakčná účinnosť a reakčná rýchlosť éterizačného činidla, kyseliny chlóroctovej, sú oveľa vyššie ako u chlóretanolu a miešací reaktor ako éterizačné reakčné zariadenie má oproti hnetači zjavné výhody, čo výrazne zlepšuje účinnosť éterizačnej reakcie. Vysoká priepustnosť CMC tiež nepriamo naznačuje, že miešací reaktor ako éterizačné reakčné zariadenie môže zlepšiť homogenitu éterizačnej reakcie. Je to preto, že celulózový reťazec má tri hydroxylové skupiny na každom kruhu glukózovej skupiny a iba v silne napučanom alebo rozpustenom stave sú všetky celulózové hydroxylové páry molekúl éterifikačného činidla prístupné. Éterifikačná reakcia celulózy je zvyčajne heterogénna reakcia zvonku dovnútra, najmä v kryštalickej oblasti celulózy. Keď kryštálová štruktúra celulózy zostáva neporušená bez vplyvu vonkajšej sily, éterifikačné činidlo je ťažké vstúpiť do kryštalickej štruktúry, čo ovplyvňuje homogenitu heterogénnej reakcie. Preto predúpravou rafinovanej bavlny (ako je zvýšenie špecifického povrchu rafinovanej bavlny) možno zlepšiť reaktivitu rafinovanej bavlny. Vo veľkom pomere kúpeľa (etanol/celulóza alebo izopropylalkohol/celulóza a reakcia pri vysokorýchlostnom miešaní sa podľa zdôvodnenia zníži poradie zóny kryštalizácie celulózy, v tomto čase môže celulóza silne napučať, takže napučiavanie Zóny amorfnej a kryštalickej celulózy majú tendenciu byť konzistentné. Reaktivita amorfnej oblasti a kryštalickej oblasti je teda podobná.

Pomocou infračervenej spektrálnej analýzy a rôntgenovej difrakčnej analýzy možno eterifikačný reakčný proces celulózy pochopiť živšie, keď sa ako eterifikačné reakčné zariadenie použije miešací reaktor.

Tu sa analyzovali infračervené spektrá a rôntgenové difrakčné spektrá. Éterifikačná reakcia CMC a HEC sa uskutočnila v miešanom reaktore za reakčných podmienok opísaných vyššie.

Analýza infračerveného spektra ukazuje, že éterová reakcia CMC a HEC sa pravidelne mení s predlžovaním reakčného času, stupeň substitúcie je rôzny.

Prostredníctvom analýzy röntgenového difraktogramu má kryštalinita CMC a HEC tendenciu k nule s predlžovaním reakčného času, čo naznačuje, že proces dekryštalizácie sa v zásade uskutočnil v štádiu alkalizácie a vo fáze zahrievania pred eterifikačnou reakciou rafinovanej bavlny. . Preto karboxymetylová a hydroxyetylová eterifikačná reaktivita rafinovanej bavlny už nie je obmedzená hlavne kryštalinitou rafinovanej bavlny. Súvisí to s priepustnosťou éterifikačného činidla. Je možné ukázať, že éterifikačná reakcia CMC a HEC sa uskutočňuje s miešacím reaktorom ako reakčným zariadením. Pri vysokorýchlostnom miešaní je prospešné pre proces dekryštalizácie rafinovanej bavlny v alkalizačnej fáze a zahrievacej fáze pred eterifikačnou reakciou a pomáha éterifikačnému činidlu prenikať do celulózy, aby sa zlepšila účinnosť eterifikačnej reakcie a rovnomernosť substitúcie. .

Na záver, táto štúdia zdôrazňuje vplyv sily miešania a ďalších faktorov na účinnosť reakcie počas reakčného procesu. Návrh tejto štúdie je preto založený na nasledujúcich dôvodoch: V systéme heterogénnej éterovej reakcie je použitie veľkého kúpeľového pomeru a vysokej intenzity miešania a pod. základnými podmienkami na prípravu približne homogénneho éteru celulózy so skupinou substituentov. distribúcia; V špecifickom heterogénnom éterovom reakčnom systéme je možné pripraviť vysoko výkonný éter celulózy s približne rovnomernou distribúciou substituentov použitím miešacieho reaktora ako reakčného zariadenia, čo ukazuje, že vodný roztok éteru celulózy má vysokú priepustnosť, čo má veľký význam pre rozšírenie vlastností. a funkcie éteru celulózy. Hnetací stroj sa používa ako reakčné zariadenie na štúdium eterifikačnej reakcie rafinovanej bavlny. V dôsledku nízkej intenzity miešania nie je vhodný na penetráciu eterifikačného činidla a má niektoré nevýhody, ako je vysoký podiel vedľajších reakcií a zlá rovnomernosť distribúcie eterifikačných substituentov.