Reagimi i eterifikimit në eterin e celulozës

Aktiviteti i eterifikimit të celulozës u studiua përkatësisht me makinën e brumosjes dhe reaktorin nxitës, dhe hidroksietil celuloza dhe karboksimetil celuloza u përgatitën përkatësisht nga kloroetanoli dhe acidi monokloroacetik. Rezultatet treguan se reaksioni i eterifikimit të celulozës u krye me nxitje të reaktorit në kushtet e trazimit me intensitet të lartë. Celuloza ka reaktivitet të mirë të eterifikimit, i cili është më i mirë se metoda e brumosjes në përmirësimin e efikasitetit të eterifikimit dhe rritjen e transmetimit të dritës së produktit në tretësirën ujore.) Prandaj, përmirësimi i intensitetit të trazimit të procesit të reagimit është një mënyrë më e mirë për të zhvilluar zëvendësimin e eterifikimit homogjen të celulozës produkteve.

Fjalët kyçe:reaksioni i eterifikimit; Celuloza;Hidroksietil celulozë; Celuloza karboksimetil

Në zhvillimin e produkteve të rafinuara të eterit të celulozës së pambukut, përdoret gjerësisht metoda e tretësit dhe makina e zierjes përdoret si pajisje reagimi. Sidoqoftë, celuloza e pambukut përbëhet kryesisht nga zona kristalore ku molekulat janë rregulluar mirë dhe ngushtë. Kur makina e zierjes përdoret si pajisje reaksioni, krahu i zierjes së makinës së zierjes është i ngadalshëm gjatë reagimit, dhe rezistenca e agjentit eterifikues për të hyrë në shtresa të ndryshme të celulozës është e madhe dhe shpejtësia është e ngadaltë, duke rezultuar në kohë të gjatë reagimi, përqindje të lartë të anës reaksionet dhe shpërndarja e pabarabartë e grupeve të zëvendësuesve në zinxhirët molekularë të celulozës.

Zakonisht reaksioni i eterifikimit të celulozës është një reaksion heterogjen jashtë dhe brenda. Nëse nuk ka veprim dinamik të jashtëm, agjenti eterifikues është i vështirë të hyjë në zonën e kristalizimit të celulozës. Dhe përmes para-trajtimit të pambukut të rafinuar (siç është përdorimi i metodave fizike për të rritur sipërfaqen e pambukut të rafinuar), në të njëjtën kohë me reaktorin nxitës për pajisjet e reagimit, duke përdorur reagimin e eterifikimit me nxitje të shpejtë, sipas arsyetimit, celuloza mund të fryjë fort, ënjtjen Zona amorfe e celulozës dhe zona e kristalizimit ka tendencë të jetë e qëndrueshme, përmirëson aktivitetin e reagimit. Shpërndarja homogjene e zëvendësuesve të eterit të celulozës në sistemin e reaksionit heterogjen të eterifikimit mund të arrihet duke rritur fuqinë nxitëse të jashtme. Pra, do të jetë drejtimi i ardhshëm i zhvillimit të vendit tonë zhvillimi i produkteve të eterifikimit të celulozës me cilësi të lartë me kazan reaksioni të përzier si pajisje reagimi.

1. Pjesa eksperimentale

1.1 Lëndë e parë celuloze pambuku e rafinuar për provë

Sipas pajisjeve të ndryshme të reagimit të përdorura në eksperiment, metodat e paratrajtimit të celulozës së pambukut janë të ndryshme. Kur brumosësi përdoret si pajisje reagimi, metodat e paratrajtimit janë gjithashtu të ndryshme. Kur brumosësi përdoret si pajisje reagimi, kristaliniteti i celulozës së pambukut të rafinuar të përdorur është 43.9%, dhe gjatësia mesatare e celulozës së pambukut të rafinuar është 15 ~ 20 mm. Kristaliniteti i celulozës së pambukut të rafinuar është 32.3% dhe gjatësia mesatare e celulozës së pambukut të rafinuar është më pak se 1 mm kur reaktori trazues përdoret si pajisje reagimi.

1.2 Zhvillimi i celulozës karboksimetil dhe hidroksietil celulozës

Përgatitja e karboksimetil celulozës dhe hidroksietil celulozës mund të kryhet duke përdorur brumosës 2L si pajisje reagimi (shpejtësia mesatare gjatë reaksionit është 50r/min) dhe reaktorin trazues 2L si pajisje reagimi (shpejtësia mesatare gjatë reaksionit është 500r/min).

Gjatë reaksionit, të gjitha lëndët e para rrjedhin nga reaksioni i rreptë sasior. Produkti i përftuar nga reaksioni lahet me w=95% etanol dhe më pas thahet me vakum për 24 orë nën presionin negativ prej 60℃ dhe 0.005mpa. Përmbajtja e lagështisë së kampionit të marrë është w=2,7%±0,3%, dhe mostra e produktit për analizë lahet deri në përmbajtjen e hirit w < 0,2%.

Hapat e përgatitjes së makinës së zierjes si pajisje reagimi janë si më poshtë:

Reagimi i eterifikimit → larja e produktit → tharja → granulimi i grirë → paketimi kryhet në brumosëse.

Hapat e përgatitjes së reaktorit nxitës si pajisje reagimi janë si më poshtë:

Reagimi i eterifikimit → larja e produktit → tharja dhe granulimi → paketimi kryhet në një reaktor të trazuar.

Mund të shihet se brumosësi përdoret si pajisje reagimi për përgatitjen e karakteristikave të efikasitetit të ulët të reagimit, tharjes dhe bluarjes së granulimit hap pas hapi, dhe cilësia e produktit do të ulet shumë në procesin e bluarjes.

Karakteristikat e procesit të përgatitjes me reaktor të trazuar si pajisje reagimi janë si më poshtë: efikasitet i lartë i reaksionit, granulimi i produktit nuk adopton metodën tradicionale të procesit të granulimit të tharjes dhe bluarjes, dhe procesi i tharjes dhe granulimit kryhen në të njëjtën kohë me produktet e pa thara pas larjes, dhe cilësia e produktit mbetet e pandryshuar në procesin e tharjes dhe granulimit.

1.3 Analiza e difraksionit me rreze X

Analiza e difraksionit me rreze X është kryer nga difraktometri i rrezeve X Rigaku D/max-3A, monokromatik grafiti, Këndi Θ ishte 8°~30°, rrezet CuKα, presioni i tubit dhe prurja e tubit ishin 30kV dhe 30mA.

1.4 Analiza e spektrit infra të kuqe

Spektrometri infra të kuqe Spectrum-2000PE FTIR u përdor për analizën e spektrit infra të kuq. Të gjitha mostrat për analizën e spektrit infra të kuqe kishin një peshë prej 0.0020 g. Këto mostra u përzien përkatësisht me 0,1600 g KBr dhe më pas u shtypën (me trashësi < 0,8 mm) dhe u analizuan.

1.5 Zbulimi i transmetimit

Transmetimi u zbulua nga spektrofotometra 721. Tretësira CMC w=w1% u vendos në një enë kolorimetrike 1 cm në gjatësi vale 590 nm.

1.6 Shkalla e zbulimit të zëvendësimit

Shkalla e zëvendësimit HEC të celulozës hidroksietil u mat me metodën standarde të analizës kimike. Parimi është që HEC mund të zbërthehet nga HI hydrojodate në 123℃, dhe shkalla e zëvendësimit të HEC mund të njihet duke matur substancat e dekompozuara etilen dhe etilen jodur të prodhuar. Shkalla e zëvendësimit të celulozës hidroksimetil mund të testohet gjithashtu me metoda standarde të analizës kimike.

2. Rezultatet dhe diskutimi

Këtu përdoren dy lloje të kazanëve të reaksionit: njëra është makineri për zierje si pajisje reagimi, tjetra është kazan i reaksionit trazues si pajisje reagimi, në sistemin e reagimit heterogjen, gjendjen alkaline dhe sistemin e tretësit të ujit alkoolik, studiohet reaksioni i eterifikimit të celulozës së pambukut të rafinuar. Ndër to, karakteristikat teknologjike të makinës së brumosjes si pajisje reaksioni janë: Në reaksion, shpejtësia e krahut të zierjes është e ngadaltë, koha e reagimit është e gjatë, proporcioni i reaksioneve anësore është i lartë, shkalla e përdorimit të agjentit eterifikues është e ulët dhe uniformiteti i shpërndarjes së grupit zëvendësues në reaksionin eterizues është i dobët. Procesi i kërkimit mund të kufizohet vetëm në kushte relativisht të ngushta të reagimit. Për më tepër, rregullueshmëria dhe kontrollueshmëria e kushteve kryesore të reagimit (të tilla si raporti i banjës, përqendrimi i alkalit, shpejtësia e krahut të zierjes së makinës brumosëse) janë shumë të dobëta. Është e vështirë të arrihet uniformiteti i përafërt i reaksionit të eterifikimit dhe të studiohet në thellësi transferimi i masës dhe depërtimi i procesit të reaksionit të eterifikimit. Karakteristikat e procesit të reaktorit nxitës si pajisje reaksioni janë: shpejtësia e shpejtë e trazimit në reaksion, shpejtësia e shpejtë e reagimit, shkalla e lartë e përdorimit të agjentit eterizues, shpërndarja uniforme e zëvendësuesve eterizues, kushtet kryesore të rregullueshme dhe të kontrollueshme të reagimit.

Celuloza karboksimetil CMC u përgatit nga pajisja e reaksionit të brumosjes dhe pajisjet e reagimit të reaktorit nxitës përkatësisht. Kur brumosësi përdorej si pajisje reagimi, intensiteti i trazimit ishte i ulët dhe shpejtësia mesatare e rrotullimit ishte 50 r/min. Kur reaktori trazues përdorej si pajisje reagimi, intensiteti i trazimit ishte i lartë dhe shpejtësia mesatare e rrotullimit ishte 500r/min. Kur raporti molar i acidit monokloroacetik ndaj monosakaridit të celulozës ishte 1:5:1, koha e reagimit ishte 1.5h në 68℃. Transmetimi i dritës i CMC i marrë nga makineria e brumosjes ishte 98.02% dhe efikasiteti i eterifikimit ishte 72% për shkak të përshkueshmërisë së mirë të CM në agjentin eterifikimit të acidit kloroacetik. Kur reaktori nxitës përdorej si pajisje reaksioni, përshkueshmëria e agjentit eterifikues ishte më e mirë, transmetimi i CMC ishte 99,56%, dhe efikasiteti i reaksionit të eterizimit u rrit në 81%.

Hidroksietil celuloza HEC u përgatit me brumosës dhe reaktor nxitës si pajisje reagimi. Kur brumosësi përdorej si pajisje reaksioni, efikasiteti i reagimit të agjentit eterizues ishte 47% dhe tretshmëria në ujë ishte e dobët kur përshkueshmëria e agjentit eterizues të alkoolit kloroetil ishte e dobët dhe raporti molar i kloroetanolit me monosakaridin e celulozës ishte 3:1 në 60℃ për 4 orë. . Vetëm kur raporti molar i kloroetanolit me monosakaridet e celulozës është 6:1, mund të formohen produkte me tretshmëri të mirë në ujë. Kur reaktori nxitës u përdor si pajisje reagimi, përshkueshmëria e agjentit të eterifikimit të alkoolit kloroetilik u bë më e mirë në 68℃ për 4 orë. Kur raporti molar i kloroetanolit me monosakaridin e celulozës ishte 3:1, HEC që rezulton kishte një tretshmëri më të mirë në ujë dhe efikasiteti i reaksionit të eterifikimit u rrit në 66%.

Efikasiteti i reaksionit dhe shpejtësia e reagimit të agjentit eterizues të acidit kloroacetik janë shumë më të larta se ajo e kloroetanolit dhe reaktori trazues si pajisje reaksioni eterizues ka avantazhe të dukshme ndaj brumosësit, gjë që përmirëson shumë efikasitetin e reaksionit të eterizimit. Transmetueshmëria e lartë e CMC gjithashtu tregon në mënyrë indirekte se reaktori nxitës si pajisje e reaksionit eterizues mund të përmirësojë homogjenitetin e reaksionit eterizues. Kjo është për shkak se zinxhiri i celulozës ka tre grupe hidroksil në çdo unazë të grupit të glukozës, dhe vetëm në një gjendje të fryrë ose të tretur fort janë të aksesueshme të gjitha çiftet e molekulave të agjentit eterifikues të celulozës. Reagimi i eterifikimit të celulozës është zakonisht një reaksion heterogjen nga jashtë në brendësi, veçanërisht në rajonin kristalor të celulozës. Kur struktura kristalore e celulozës mbetet e paprekur pa efektin e forcës së jashtme, agjenti eterifikues është i vështirë të hyjë në strukturën kristalore, duke ndikuar në homogjenitetin e reaksionit heterogjen. Prandaj, duke e trajtuar paraprakisht pambukun e rafinuar (siç është rritja e sipërfaqes specifike të pambukut të rafinuar), reaktiviteti i pambukut të rafinuar mund të përmirësohet. Në raportin e madh të banjës (etanol/celulozë ose alkool izopropil/celulozë dhe reaksion nxitjeje me shpejtësi të lartë, sipas arsyetimit, rendi i zonës së kristalizimit të celulozës do të reduktohet, në këtë kohë celuloza mund të fryhet fort, në mënyrë që ënjtja e zonës amorfe dhe kristalore të celulozës priret të jetë konsistente, kështu që reaktiviteti i rajonit amorf dhe rajonit kristalor është i ngjashëm.

Me anë të analizës së spektrit infra të kuqe dhe analizës së difraksionit me rreze X, procesi i reaksionit të eterifikimit të celulozës mund të kuptohet më qartë kur reaktori nxitës përdoret si pajisje e reaksionit të eterifikimit.

Këtu u analizuan spektrat infra të kuqe dhe spektri i difraksionit të rrezeve X. Reaksioni i eterifikimit të CMC dhe HEC u krye në një reaktor të trazuar në kushtet e reagimit të përshkruara më sipër.

Analiza e spektrit infra të kuqe tregon se reaksioni i eterimit të CMC dhe HEC ndryshon rregullisht me zgjatjen e kohës së reagimit, shkalla e zëvendësimit është e ndryshme.

Nëpërmjet analizës së modelit të difraksionit me rreze X, kristaliniteti i CMC dhe HEC tenton në zero me zgjatjen e kohës së reagimit, duke treguar se procesi i dekristalizimit në thelb është realizuar në fazën e alkalizimit dhe në fazën e ngrohjes përpara reaksionit të eterifikimit të pambukut të rafinuar. . Prandaj, reaktiviteti i eterifikimit të karboksimetilit dhe hidroksietilit të pambukut të rafinuar nuk është më i kufizuar kryesisht nga kristaliniteti i pambukut të rafinuar. Ajo lidhet me përshkueshmërinë e agjentit eterifikues. Mund të tregohet se reaksioni i eterifikimit të CMC dhe HEC kryhet me reaktor nxitës si pajisje reagimi. Nën trazimin me shpejtësi të lartë, është i dobishëm për procesin e dekristalizimit të pambukut të rafinuar në fazën e alkalizimit dhe fazën e ngrohjes përpara reaksionit të eterifikimit, dhe ndihmon agjentin eterifikimi të depërtojë në celulozë, në mënyrë që të përmirësojë efikasitetin e reaksionit të eterifikimit dhe uniformitetin e zëvendësimit. .

Si përfundim, ky studim thekson ndikimin e fuqisë nxitëse dhe faktorëve të tjerë në efikasitetin e reaksionit gjatë procesit të reaksionit. Prandaj, propozimi i këtij studimi bazohet në këto arsye: Në sistemin e reaksionit heterogjen të eterimit, përdorimi i raportit të madh të banjës dhe intensitetit të lartë të trazimit etj., është kushtet bazë për përgatitjen e eterit celuloz afërsisht homogjen me grup zëvendësues. shpërndarja; Në një sistem specifik reaksioni heterogjen të eterimit, eteri i celulozës me performancë të lartë me shpërndarje afërsisht uniforme të zëvendësuesve mund të përgatitet duke përdorur reaktorin nxitës si pajisje reaksioni, gjë që tregon se tretësira ujore e eterit të celulozës ka një transmetim të lartë, gjë që ka një rëndësi të madhe për të zgjeruar vetitë. dhe funksionet e eterit të celulozës. Makina e brumosjes përdoret si pajisje reagimi për të studiuar reagimin e eterifikimit të pambukut të rafinuar. Për shkak të intensitetit të ulët të trazimit, nuk është i mirë për depërtimin e agjentit të eterifikimit dhe ka disa disavantazhe si përqindja e lartë e reaksioneve anësore dhe uniformiteti i dobët i shpërndarjes së zëvendësuesve të eterifikimit.