Syntéza a reologické vlastnosti éteru hydroxyetylcelulózy

V prítomnosti vlastného alkalického katalyzátora, priemyselného hydroxyetylu celulóza reagovala s N-(2,3-epoxypropyl)trimetylamóniumchloridom (GTA) kationizačným činidlom, aby sa pripravilo vysoko substitučné kvartérne amónium suchým spôsobom éter hydroxyetylcelulózy soľného typu (HEC). Účinky pomeru GTA k hydroxyetylcelulóze (HEC), pomeru NaOH k HEC, reakčnej teploty a reakčného času na účinnosť reakcie boli skúmané jednotným experimentálnym plánom a optimalizované podmienky procesu boli získané prostredníctvom Monte Carlo simulácia. A reakčná účinnosť katiónového eterifikačného činidla dosahuje 95 % prostredníctvom experimentálneho overenia. Zároveň sa diskutovalo o jeho reologických vlastnostiach. Výsledky ukázali, že riešenieHEC vykazovali charakteristiky nenewtonskej kvapaliny a jej zjavná viskozita sa zvyšovala so zvyšujúcou sa hmotnostnou koncentráciou roztoku; v určitej koncentrácii soľného roztoku, zdanlivá viskozita oHEC klesal so zvyšujúcou sa koncentráciou pridanej soli. Pri rovnakej šmykovej rýchlosti je zjavná viskozitaHEC v systéme roztoku CaCl2 je vyšší ako systémHEC v systéme roztoku NaCl.

kľúčové slová:Hydroxyetyléter celulózy; suchý proces; reologické vlastnosti

Celulóza má vlastnosti bohatých zdrojov, biologickú odbúrateľnosť, biologickú kompatibilitu a jednoduchú derivatizáciu a je centrom výskumu v mnohých oblastiach. Katiónová celulóza je jedným z najvýznamnejších predstaviteľov derivátov celulózy. Medzi katiónovými polymérmi pre produkty osobnej ochrany registrovanými CTFA Asociácie priemyslu vôní je jeho spotreba prvá. Môže byť široko používaný v kondicionéroch vlasových kondicionérov, zmäkčovadlách, inhibítoroch hydratácie bridlíc a krvných antikoagulačných činidlách a iných oblastiach.

V súčasnosti je spôsob prípravy kvartérneho amóniového katiónového éteru hydroxyetylcelulózy rozpúšťadlový spôsob, ktorý vyžaduje veľké množstvo drahých organických rozpúšťadiel, je nákladný, nebezpečný a znečisťuje životné prostredie. V porovnaní s rozpúšťadlovou metódou má suchá metóda vynikajúce výhody jednoduchého procesu, vysokej účinnosti reakcie a menšieho znečistenia životného prostredia. V tomto článku bol katiónový éter celulózy syntetizovaný suchou metódou a bolo študované jeho reologické správanie.

1. Experimentálna časť

1.1 Materiály a činidlá

Hydroxyetylcelulóza (priemyselný produkt HEC, jej stupeň molekulárnej substitúcie DS je 1,8~2,0); kationizačné činidlo N-(2,3-epoxypropyl)trimetylamóniumchlorid (GTA), pripravený z epoxychloridu Propán a trimetylamín sa za určitých podmienok vyrábajú sami; vlastný alkalický katalyzátor; etanol a ľadová kyselina octová sú analyticky čisté; NaCl, KCl, CaCl2 a AlCl3 sú chemicky čisté činidlá.

1.2 Príprava kvartérnej amóniovej katiónovej celulózy

Pridajte 5 g hydroxyetylcelulózy a vhodné množstvo podomácky vyrobeného alkalického katalyzátora do valcového oceľového valca vybaveného miešadlom a miešajte 20 minút pri teplote miestnosti; potom sa pridá určité množstvo GTA, pokračuje sa v miešaní počas 30 minút pri teplote miestnosti a pri určitej teplote a čase sa nechá reagovať, čím sa získa pevný surový produkt v podstate na báze. Surový produkt sa namočí do etanolového roztoku obsahujúceho vhodné množstvo kyseliny octovej, prefiltruje, premyje a vysuší vo vákuu, čím sa získa prášková kvartérna amóniová katiónová celulóza.

1.3 Stanovenie hmotnostného podielu dusíka v kvartérnej amóniovej katiónovej hydroxyetylcelulóze

Hmotnostný podiel dusíka vo vzorkách bol stanovený Kjeldahlovou metódou.

2. Experimentálny návrh a optimalizácia procesu suchej syntézy

Pri navrhovaní experimentu bola použitá metóda jednotného dizajnu a skúmali sa účinky pomeru GTA k hydroxyetylcelulóze (HEC), pomeru NaOH k HEC, reakčnej teploty a reakčného času na účinnosť reakcie.

3. Výskum reologických vlastností

3.1 Vplyv koncentrácie a rýchlosti otáčania

Vplyv šmykovej rýchlosti na zdanlivú viskozituHEC pri rôznych koncentráciách Ds=0,11 ako príklad možno vidieť, že ako sa šmyková rýchlosť postupne zvyšuje z 0,05 na 0,5 s-1, zdanlivá viskozitaHEC roztok klesá, najmä pri 0,05 ~ 0,5 s-1 zdanlivá viskozita prudko klesla zo 160 MPa·s až 40 MPa·s, strihové riedenie, čo naznačuje, žeHEC vodný roztok vykazoval nenewtonské reologické vlastnosti. Účinkom aplikovaného šmykového napätia je zníženie interakčnej sily medzi časticami dispergovanej fázy. Za určitých podmienok platí, že čím väčšia sila, tým väčšia zdanlivá viskozita.

Je to vidieť aj zo zdanlivých viskozít 3 % a 4 %HEC vodných roztokov, pričom hmotnostná koncentrácia je 3 % a 4 % pri rôznych šmykových rýchlostiach. Zdanlivá viskozita roztoku naznačuje, že jeho schopnosť zvyšovať viskozitu sa zvyšuje s koncentráciou. Dôvodom je, že so zvyšujúcou sa koncentráciou v systéme roztoku dochádza k vzájomnému odpudzovaniu medzi molekulami hlavného reťazcaHEC a medzi molekulovými reťazcami sa zvyšuje a zdanlivá viskozita sa zvyšuje.

3.2 Vplyv rôznych koncentrácií pridanej soli

KoncentráciaHEC bol fixovaný na 3 % a skúmal sa vplyv pridania soli NaCl na viskozitné vlastnosti roztoku pri rôznych šmykových rýchlostiach.

Z výsledkov je možné vidieť, že zdanlivá viskozita klesá so zvyšujúcou sa koncentráciou pridanej soli, čo ukazuje zjavný jav polyelektrolytu. Je to preto, že časť Na+ v roztoku soli je viazaná na aniónHEC bočný reťazec. Čím väčšia je koncentrácia roztoku soli, tým väčší je stupeň neutralizácie alebo tienenia polyiónu protiiónom a zníženie elektrostatického odpudzovania, čo vedie k zníženiu hustoty náboja polyiónu. polymérový reťazec sa zmršťuje a krúti a zdanlivá koncentrácia klesá.

3.3 Vplyv rôznych pridaných solí na

Je to zrejmé z vplyvu dvoch rôznych pridaných solí, Nacl a CaCl2, na zdanlivú viskozituHEC roztoku, že zdanlivá viskozita klesá s pridaním pridanej soli a pri rovnakej šmykovej rýchlosti sa zdanlivá viskozitaHEC roztok v systéme roztoku CaCl2 Zdanlivá viskozita je výrazne vyššia ako viskozitaHEC roztoku v systéme roztoku NaCl. Dôvodom je, že vápenatá soľ je dvojmocný ión a ľahšie sa viaže na Cl- bočného reťazca polyelektrolytu. Kombinácia kvartérnej amóniovej skupiny naHEC s Cl- sa zníži a tienenie je menšie a hustota náboja polymérneho reťazca je vyššia, čo vedie k elektrostatickému odpudzovaniu polymérneho reťazca je väčšie a polymérny reťazec je natiahnutý, takže zdanlivá viskozita je vyššia.

4. Záver

Suchá príprava vysoko substituovanej katiónovej celulózy je ideálny spôsob prípravy s jednoduchou obsluhou, vysokou reakčnou účinnosťou a menším znečistením a môže zabrániť vysokej spotrebe energie, znečisteniu životného prostredia a toxicite spôsobenej použitím rozpúšťadiel.

Roztok katiónového éteru celulózy má vlastnosti nenewtonskej tekutiny a má vlastnosti šmykového stenčovania; so zvyšovaním hmotnostnej koncentrácie roztoku sa zvyšuje jeho zdanlivá viskozita; v určitej koncentrácii soľného roztoku,HEC zdanlivá viskozita sa zvyšuje so zvyšovaním a znižovaním. Pri rovnakej šmykovej rýchlosti je zjavná viskozitaHEC v systéme roztoku CaCl2 je vyšší ako systémHEC v systéme roztoku NaCl.