Syntes och reologiska egenskaper hos hydroxietylcellulosater

I närvaro av en egentillverkad alkalikatalysator, industriell hydroxietyl cellulosa bringades att reagera med N-(2,3-epoxipropyl)trimetylammoniumklorid (GTA) katjoniseringsreagens för att framställa kvaternär ammonium med hög substitutionsgrad med torr metod Salttyp Hydroxietylcellulosaeter (HEC). Effekterna av förhållandet mellan GTA och hydroxietylcellulosa (HEC), förhållandet NaOH till HEC, reaktionstemperaturen och reaktionstiden på reaktionseffektiviteten undersöktes med en enhetlig experimentplan, och de optimerade processbetingelserna erhölls genom Monte Carlo simulering. Och reaktionseffektiviteten för det katjoniska företringsreagenset når 95 % genom experimentell verifiering. Samtidigt diskuterades dess reologiska egenskaper. Resultaten visade att lösningen avHEC visade egenskaperna hos icke-newtonsk vätska, och dess skenbara viskositet ökade med ökningen av lösningens massakoncentration; i en viss koncentration av saltlösning, den skenbara viskositeten avHEC minskade med ökningen av den tillsatta saltkoncentrationen. Under samma skjuvhastighet, den skenbara viskositeten avHEC i CaCl2-lösningssystem är högre än det förHEC i NaCl-lösningssystem.

Nyckelord:Hydroxietylcellulosaeter; torr process; reologiska egenskaper

Cellulosa har egenskaperna hos rika källor, biologisk nedbrytbarhet, biokompatibilitet och enkel derivatisering, och är en hotspot för forskning inom många områden. Katjonisk cellulosa är en av de viktigaste representanterna för cellulosaderivat. Bland de katjoniska polymererna för personliga skyddsprodukter registrerade av CTFA från Fragrance Industry Association, är dess konsumtion den första. Det kan användas i stor utsträckning i hårbalsamkonditioneringstillsatser, mjukgörare, hydreringshämmare för borrskiffer och blodantikoagulationsmedel och andra områden.

För närvarande är framställningsmetoden för kvaternär ammoniumkatjonisk hydroxietylcellulosaeter en lösningsmedelsmetod som kräver en stor mängd dyra organiska lösningsmedel, är dyr, osäker och förorenar miljön. Jämfört med lösningsmedelsmetoden har den torra metoden de enastående fördelarna med enkel process, hög reaktionseffektivitet och mindre miljöföroreningar. I detta dokument syntetiserades katjonisk cellulosaeter med torr metod och dess reologiska beteende studerades.

1. Experimentell del

1.1 Material och reagens

Hydroxietylcellulosa (HEC industriprodukt, dess molekylära substitutionsgrad DS är 1,8~2,0); katjoniseringsreagens N-(2,3-epoxipropyl)trimetylammoniumklorid (GTA), framställt av epoxiklorid Propan och trimetylamin är egentillverkade under vissa förhållanden; självtillverkad alkalikatalysator; etanol och isättika är analytiskt rena; NaCl, KCl, CaCl2 och AlCl3 är kemiskt rena reagens.

1.2 Framställning av katjonisk kvaternär ammoniumcellulosa

Tillsätt 5 g hydroxietylcellulosa och en lämplig mängd hemmagjord alkalikatalysator i en cylindrisk stålcylinder utrustad med en omrörare och rör om i 20 minuter vid rumstemperatur; tillsätt sedan en viss mängd GTA, fortsätt omrörningen i 30 minuter vid rumstemperatur och reagera vid en viss temperatur och tid, en fast råprodukt huvudsakligen baserad på erhölls. Råprodukten blötläggs i en etanollösning innehållande en lämplig mängd ättiksyra, filtreras, tvättas och vakuumtorkas för att erhålla pulveriserad kvaternär ammoniumkatjonisk cellulosa.

1.3 Bestämning av kvävemassafraktion av kvaternär ammoniumkatjonisk hydroxietylcellulosa

Massfraktionen av kväve i proverna bestämdes med Kjeldahl-metoden.

2. Experimentell design och optimering av torr syntesprocess

Den enhetliga designmetoden användes för att utforma experimentet, och effekterna av förhållandet mellan GTA och hydroxietylcellulosa (HEC), förhållandet mellan NaOH och HEC, reaktionstemperaturen och reaktionstiden på reaktionseffektiviteten undersöktes.

3. Forskning om reologiska egenskaper

3.1 Inverkan av koncentration och rotationshastighet

Med effekten av skjuvhastigheten på den skenbara viskositeten avHEC vid olika koncentrationer Ds=0,11 som ett exempel, kan man se att när skjuvhastigheten gradvis ökar från 0,05 till 0,5 s-1, kommer den skenbara viskositeten avHEC lösningen minskar, speciellt vid 0,05 ~0,5s-1 sjönk den skenbara viskositeten kraftigt från 160 MPa·s till 40 MPa·s, skjuvgallring, vilket indikerar attHEC vattenlösning uppvisade icke-newtonska reologiska egenskaper. Effekten av den applicerade skjuvspänningen är att minska interaktionskraften mellan partiklarna i den dispergerade fasen. Under vissa förhållanden gäller att ju större kraften är, desto större blir den skenbara viskositeten.

Det kan också ses från de skenbara viskositeterna på 3% och 4%HEC vattenlösningar att masskoncentrationen är 3 % respektive 4 % vid olika skjuvhastigheter. Lösningens skenbara viskositet indikerar att dess viskositetshöjande förmåga ökar med koncentrationen. Anledningen är att när koncentrationen ökar i lösningssystemet, kommer den ömsesidiga repulsionen mellan molekylerna i huvudkedjan avHEC och mellan molekylkedjorna ökar, och den skenbara viskositeten ökar.

3.2 Effekt av olika koncentrationer av tillsatt salt

Koncentrationen avHEC fixerades till 3 %, och effekten av att tillsätta salt NaCl på lösningens viskositetsegenskaper undersöktes vid olika skjuvhastigheter.

Det kan ses från resultaten att den skenbara viskositeten minskar med ökningen av den tillsatta saltkoncentrationen, vilket visar uppenbart polyelektrolytfenomen. Detta beror på att en del av Na+ i saltlösningen är bunden till anjonen avHEC sidokedja. Ju högre koncentrationen av saltlösningen är, desto större är graden av neutralisation eller avskärmning av polyjonen av motjonen, och minskningen av den elektrostatiska repulsionen, vilket resulterar i en minskning av polyjonens laddningstäthet. , polymerkedjan krymper och krullar, och den skenbara koncentrationen minskar.

3.3 Effekt av olika tillsatta salter på

Det kan ses från inverkan av två olika tillsatta salter, Nacl och CaCl2, på den skenbara viskositeten hosHEC lösning att den skenbara viskositeten minskar med tillsatsen av det tillsatta saltet, och med samma skjuvhastighet, den skenbara viskositeten förHEC lösning i CaCl2-lösningssystemet Den skenbara viskositeten är betydligt högre än den förHEC lösning i NaCl-lösningssystem. Anledningen är att kalciumsalt är en tvåvärd jon, och det är lättare att binda på Cl- i polyelektrolytsidokedjan. Kombinationen av den kvartära ammoniumgruppen påHEC med Cl- reduceras, och avskärmningen är mindre, och laddningstätheten hos polymerkedjan är högre, vilket resulterar i Den elektrostatiska repulsionen på polymerkedjan är större och polymerkedjan sträcks, så den skenbara viskositeten är högre.

4. Slutsats

Torr beredning av starkt substituerad katjonisk cellulosa är en idealisk beredningsmetod med enkel användning, hög reaktionseffektivitet och mindre föroreningar, och kan undvika hög energiförbrukning, miljöföroreningar och toxicitet orsakad av användning av lösningsmedel.

Lösningen av katjonisk cellulosaeter uppvisar egenskaperna hos icke-newtonsk vätska och har egenskaperna för skjuvförtunning; när lösningens massakoncentration ökar, ökar dess skenbara viskositet; i en viss koncentration av saltlösning,HEC skenbar viskositet ökar med ökning och minskning. Under samma skjuvhastighet, den skenbara viskositeten avHEC i CaCl2-lösningssystem är högre än det förHEC i NaCl-lösningssystem.