Eterifieringsreaktion på cellulosaeter

Etherifieringsaktiviteten hos cellulosa studerades med knådningsmaskin respektive omrörande reaktor, och hydroxietylcellulosa och karboximetylcellulosa framställdes genom kloretanol respektive monoklorättiksyra. Resultaten visade att eterifieringsreaktionen av cellulosa genomfördes genom omrörande reaktor under tillståndet av hög intensitet. Cellulosa har god eterifieringsreaktivitet, vilket är bättre än knader -metoden för att förbättra eterifieringseffektiviteten och förbättra ljusöverföringen av produkten i vattenhaltig lösning.) Därför är förbättring av reaktionsprocessens omrörande intensitet ett bättre sätt att utveckla att ersätta homogen cellulosa eterifiering Produkter.

Nyckelord:eterifieringsreaktion; Cellulosa;Hydroxietylcellulosa; Karboximetylcellulosa

Vid utvecklingen av raffinerad bomullscellulosa eterprodukter används lösningsmedelsmetoden i stor utsträckning och knådmaskin används som reaktionsutrustning. Emellertid består bomullscellulosa huvudsakligen av kristallregioner där molekyler är ordnade snyggt och nära. När knådmaskinen används som reaktionsutrustning är knådningsarmen för knådmaskinen långsam under reaktion, och motståndet hos eterifierande medel för att komma in i olika lager av cellulosa är stor och hastigheten är långsam, vilket resulterar i lång reaktionstid, hög andel av sidan Reaktioner och ojämn fördelning av substituentgrupper på cellulosa molekylkedjor.

Vanligtvis är eterifieringsreaktionen av cellulosa en heterogen reaktion utanför och inuti. Om det inte finns någon extern dynamisk verkan är eterifierande medel svårt att komma in i cellulosa med kristallisationszonen. Och genom förbehandlingen av raffinerad bomull (såsom att använda fysiska metoder för att öka ytan på raffinerad bomull), samtidigt med omrörningsreaktor för reaktionsutrustning, med hjälp av snabb omrörande eterifieringsreaktion, enligt resonemang, kan cellulosa starkt svullnad, svullnad av cellulosa amorft område och kristallisationsområde tenderar att vara konsekvent, förbättra reaktionsaktiviteten. Den homogena fördelningen av cellulosa etersubstituenter i heterogena eterifieringsreaktionssystem kan uppnås genom att öka den yttre omrörningseffekten. Så det kommer att vara den framtida utvecklingsriktningen för vårt land att utveckla cellulosa eterifieringsprodukter med hög kvalitet med reaktionskokare som reaktionskokare som reaktionsutrustning.

1. Experimentell del

1.1 Raffinerad bomullscellulosa råmaterial för test

Enligt den olika reaktionsutrustningen som användes i experimentet är förbehandlingsmetoderna för bomullscellulosa olika. När knaddaren används som reaktionsutrustning är förbehandlingsmetoderna också olika. När knaderen används som reaktionsutrustning är kristalliniteten hos den raffinerade bomullscellulosa som används 43,9%, och den genomsnittliga längden för den raffinerade bomullscellulosan är 15 ~ 20 mm. Kristalliniteten hos raffinerad bomullscellulosa är 32,3% och den genomsnittliga längden för raffinerad bomullscellulosa är mindre än 1 mm när omrörningsreaktor används som reaktionsutrustning.

1.2 Utveckling av karboximetylcellulosa och hydroxietylcellulosa

Beredningen av karboximetylcellulosa och hydroxietylcellulosa kan utföras med användning av 2L -knader som reaktionsutrustning (medelhastigheten under reaktionen är 50R/min) och 2L -omrörningsreaktor som reaktionsutrustning (medelhastigheten under reaktionen är 500R/min).

Under reaktionen härrör alla råvaror från den strikta kvantitativa reaktionen. Produkten erhållen från reaktionen tvättas med W = 95% etanol och torkas sedan med vakuum under 24 timmar under det negativa trycket på 60 ℃ och 0,005MPa. Fuktinnehållet i det erhållna provet är W = 2,7%± 0,3%, och produktprovet för analys tvättas tills askinnehållet W <0,2%.

Förberedelsestegen för knådmaskinen som reaktionsutrustning är följande:

Etherifieringsreaktion → Produkttvätt → Torkning → Riven granulering → Förpackning utförs i knader.

Beredningsstegen för omrörningsreaktor som reaktionsutrustning är följande:

Etherifieringsreaktion → Produkttvätt → Torkning och granulering → Förpackning utförs i en omrörd reaktor.

Det kan ses att knaderen används som reaktionsutrustning för framställning av egenskaperna för låg reaktionseffektivitet, torkning och slipning av granulering steg för steg, och produktens kvalitet kommer att reduceras kraftigt i slipprocessen.

Egenskaperna hos beredningsprocessen med omrörd reaktor som reaktionsutrustning är följande: Hög reaktionseffektivitet, produktgranuleringen antar inte den traditionella granuleringsprocessmetoden för torkning och slipning, och torknings- och granuleringsprocessen genomförs samtidigt med De odrade produkterna efter tvätt, och produktkvaliteten förblir oförändrad i torknings- och granuleringsprocessen.

1.3 Röntgendiffraktionsanalys

Röntgendiffraktionsanalys utfördes av Rigaku D/MAX-3A röntgendiffraktometer, grafitmonokromator, θ-vinkeln var 8 ° ~ 30 °, CUKa-strålen, rörtrycket och rörflödet var 30 kV och 30 mA.

1.4 Infraröd spektrumanalys

Spektrum-2000PE FTIR-infraröd spektrometer användes för infraröd spektrumanalys. Alla prover för infraröd spektrumanalys hade en vikt på 0,0020 g. Dessa prover blandades med 0,1600 g KBR, och pressades sedan (med en tjocklek av <0,8 mm) och analyserades.

1.5 Transmittance Detection

Transmittansen detekterades av 721 spektrofotometer. CMC -lösning W = W1% placerades i en 1 cm kolorimetrisk skål vid 590 nm våglängd.

1.6 Substitutionsdetektering

HEC -substitutionsgraden för hydroxietylcellulosa mättes med standardkemisk analysmetod. Principen är att HEC kan sönderdelas genom HI -hydroiodat vid 123 ℃, och graden av substitution av HEC kan vara känd genom att mäta de sönderdelade ämnena eten och etenjodid som produceras. Graden av substitution av hydroximetylcellulosa kan också testas med standardkemiska analysmetoder.

2. Resultat och diskussion

Två typer av reaktionskokare används här: den ena är knådningsmaskin som reaktionsutrustning, den andra är omrörande typ reaktionskokare som reaktionsutrustning, i heterogent reaktionssystem, alkaliskt tillstånd och alkoholhaltigt vattenlösningsmedelssystem, eterifieringsreaktion av raffinerad bomullscellulosa studeras. Bland dem är de tekniska egenskaperna hos knådmaskinen som reaktionsutrustning: I reaktionen är knådarmens hastighet långsam, reaktionstiden är lång, andelen sidoreaktioner är hög, användningshastigheten för eterifieringsmedel är låg och Uniformiteten i att ersätta gruppfördelning vid eterisering av reaktionen är dålig. Forskningsprocessen kan endast begränsas till relativt smala reaktionsförhållanden. Dessutom är justerbarheten och styrbarheten av huvudreaktionsförhållandena (såsom badförhållande, alkalikoncentration, knådning armens hastighet av knådningsmaskin) mycket dåliga. Det är svårt att uppnå den ungefärliga enhetligheten av eterifieringsreaktion och att studera massöverföring och penetrering av eterifieringsreaktionsprocessen i djupet. Processfunktionerna för omrörningsreaktor som reaktionsutrustning är: Snabb omrörningshastighet i reaktion, snabb reaktionshastighet, hög användningshastighet för eteriseringsmedel, enhetlig fördelning av eteriserande substituenter, justerbara och kontrollerbara huvudreaktionsförhållanden.

Karboximetylcellulosa CMC framställdes genom knader reaktionsutrustning respektive omrörande reaktorreaktionsutrustning. När knaderen användes som reaktionsutrustning var den omrörningsintensiteten låg och den genomsnittliga rotationshastigheten var 50r/min. När den omrörningsreaktorn användes som reaktionsutrustning var den omrörande intensiteten hög och den genomsnittliga rotationshastigheten var 500R/min. När det molförhållandet mellan monoklorättiksyra och cellulosa monosackarid var 1: 5: 1 var reaktionstiden 1,5 timmar vid 68 ℃. Ljusöverföringen av CMC erhållen med knådningsmaskin var 98,02% och eterifieringseffektiviteten var 72% på grund av den goda permeabiliteten för CM i klorättiksyra eterifieringsmedel. När den omrörande reaktorn användes som reaktionsutrustning, var permeabiliteten för eterifieringsmedel bättre, överföringen av CMC var 99,56%och eteriseringsreaktionseffektiviteten ökades till 81%.

Hydroxietylcellulosa HEC framställdes med knader och omrörande reaktor som reaktionsutrustning. När knader användes som reaktionsutrustning var reaktionseffektiviteten för eteriseringsmedel 47% och vattenlöslighet var dålig när permeabiliteten för kloroetylalkohol eteriseringsmedel var dålig och det molförhållandet mellan kloroetanol och cellulosa monosackarid var 3: 1 vid 60 ℃ för 4H 4H . Först när det molförhållandet av kloretanol och cellulosa monosackarider är 6: 1, kan produkterna med god vattenlöslighet bildas. När den omrörande reaktorn användes som reaktionsutrustning blev permeabiliteten för kloroetylalkohol eterifieringsmedel bättre vid 68 ℃ för 4 timmar. När det molförhållandet av kloretanol och cellulosa monosackarid var 3: 1 hade den resulterande HEC en bättre vattenlöslighet och eterifieringsreaktionseffektiviteten ökades till 66%.

Reaktionseffektiviteten och reaktionshastigheten för eteriseringsmedel kloroättiksyra är mycket högre än för kloretanol, och den omrörande reaktorn som eteriserande reaktionsutrustning har uppenbara fördelar jämfört med knader, vilket förbättrar den eteriserande reaktionseffektiviteten. Den höga transmittiviteten för CMC indikerar också indirekt att den omrörande reaktorn som eteriserande reaktionsutrustning kan förbättra homogeniteten i eteriseringsreaktionen. Detta beror på att cellulosakedjan har tre hydroxylgrupper på varje glukosgruppsring, och endast i ett starkt svullet eller upplöst tillstånd är alla cellulosahydroxylpar av eterifierande medelmolekyler tillgängliga. Etherifieringsreaktionen av cellulosa är vanligtvis en heterogen reaktion från utsidan till insidan, särskilt i det kristallina regionen av cellulosa. När kristallstrukturen hos cellulosa förblir intakt utan effekten av yttre kraft, är eterifieringsmedel svårt att komma in i den kristallina strukturen, vilket påverkar homogeniteten hos den heterogena reaktionen. Genom att förbehandla den raffinerade bomullen (såsom att öka den specifika ytan på den raffinerade bomullen) kan reaktiviteten hos den raffinerade bomullen förbättras. I det stora badförhållandet (etanol/cellulosa eller isopropylalkohol/cellulosa och höghastighetsrörande reaktion, enligt resonemanget, kommer ordningen på cellulosakristallisationszonen att reduceras, vid denna tidpunkt kan cellulosan starkt svälla, så att svullnaden Av den amorfa och kristallina celluloszonen tenderar att vara konsekvent, så är reaktiviteten i amorf region och kristallin region liknande.

Med hjälp av infraröd spektrumanalys och röntgendiffraktionsanalys kan eterifieringsreaktionsprocessen för cellulosa förstås mer levande när omrörningsreaktor används som eterifieringsreaktionsutrustning.

Här analyserades infraröda spektra och röntgendiffraktionsspektra. Etherifieringsreaktionen av CMC och HEC genomfördes i en omrörd reaktor under de reaktionsbetingelser som beskrivs ovan.

Den infraröda spektrumanalysen visar att eterationsreaktionen för CMC och HEC regelbundet förändras med förlängning av reaktionstiden, graden av substitution är annorlunda.

Genom analysen av röntgendiffraktionsmönster tenderar kristalliniteten hos CMC och HEC att nollas med förlängningen av reaktionstiden, vilket indikerar att dekrystalliseringsprocessen i princip har realiserats i alkaliseringssteget och värmesteget före eterifieringsreaktionen av förfinad bomull . Därför begränsas karboximetyl- och hydroxietyleterifieringsreaktiviteten hos raffinerad bomull inte längre huvudsakligen av kristalliniteten hos raffinerad bomull. Det är relaterat till permeabiliteten för eterifieringsmedel. Det kan visas att eterifieringsreaktionen av CMC och HEC utförs under omrörningsreaktor som reaktionsutrustning. Under omrörning av hög hastighet är det fördelaktigt för dekrystalliseringsprocessen för den raffinerade bomullen i alkaliseringssteget och värmesteget före eterifieringsreaktion, och hjälper eterifieringsmedel att genomsyra i cellulosa, för att förbättra eterifieringsreaktionseffektiviteten och substitutionens enhetlighet .

Sammanfattningsvis betonar denna studie påverkan av omrörande kraft och andra faktorer på reaktionseffektiviteten under reaktionsprocessen. Därför är förslaget till denna studie baserat på följande skäl: i det heterogena eterationsreaktionssystemet är användningen av stort badförhållande och hög omrörningsintensitet etc. de grundläggande förhållandena för framställning av ungefär homogen cellulosa eter med substituentgrupp distribution; I ett specifikt heterogent eterationsreaktionssystem kan högpresterande cellulosa eter med ungefär enhetlig fördelning av substituenter framställas genom att använda omrörningsreaktor som reaktionsutrustning, vilket visar att cellulosa eterisk lösning har en hög överföring, vilket är av stor betydelse för att utöka egenskaperna och funktioner för cellulosaeter. Knådmaskinen används som reaktionsutrustning för att studera eterifieringsreaktion av raffinerad bomull. På grund av den låga omrörningsintensiteten är det inte bra för penetrering av eterifieringsmedel och har vissa nackdelar såsom hög andel av sidoreaktioner och dålig distributionens enhetlighet hos eterifieringssubstituenter.