Реаксияи эфиризатсия дар эфири селлюлоза

Фаъолияти эфиризатсияи целлюлозаро мутаносибан бо мошини хамир ва реактори омехтакунанда омӯхта, селлюлозаи гидроксиэтил ва карбоксиметил селлюлоза бо хлорэтанол ва кислотаи монохлорассетӣ омода карда шуданд. Натиҷаҳо нишон доданд, ки реаксияи этерификатсияи селлюлоза тавассути реактори омехта дар ҳолати ангезиши шиддати баланд гузаронида мешавад. Целлюлоза дорои реактивии хуби этерификатсия аст, ки дар беҳтар кардани самаранокии этерификатсия ва баланд бардоштани интиқоли нури маҳсулот дар маҳлули обӣ беҳтар аз усули хамир аст.) Аз ин рӯ, беҳтар кардани шиддатнокии ҷунбиши раванди реаксия роҳи беҳтари таҳияи ивазкунандаи этерификатсияи селлюлозаи якхела мебошад. махсулот.

Калимаҳои калидӣ:реаксияи эфиризатсия; целлюлоза;Гидроксиэтил целлюлоза; целлюлоза карбоксиметил

Дар коркарди маҳсулоти эфирии селлюлозаи пахтаи тозашуда усули ҳалкунанда васеъ истифода мешавад ва ҳамчун таҷҳизоти реаксия мошини хамиркунанда истифода мешавад. Аммо, селлюлозаи пахта асосан аз минтақаҳои кристаллӣ иборат аст, ки дар он молекулаҳо ба таври дақиқ ва зич ҷойгир шудаанд. Вақте ки мошини хамиркунӣ ҳамчун таҷҳизоти реаксия истифода мешавад, бозуи хамиркунии мошини хамир ҳангоми реаксия суст аст ва муқовимати агенти эфиркунанда барои ворид шудан ба қабатҳои гуногуни селлюлоза калон аст ва суръат суст аст, ки дар натиҷа вақти реаксияи дароз, таносуби зиёди тарафҳо реаксияхо ва нобаробар таксим шудани гуруххои ивазкунанда дар занчирхои молекулавии целлюлоза.

Одатан, реаксияи этерификатсияи селлюлоза реаксияи гетерогении берун ва дарун аст. Агар ягон амали динамикии беруна мавҷуд набошад, ба минтақаи кристаллизатсияи селлюлоза ворид шудани агенти эфиркунанда душвор аст. Ва тавассути коркарди пешакии пахтаи тозашуда (масалан, бо истифода аз усулҳои физикӣ барои зиёд кардани сатҳи пахтаи тозашуда), дар айни замон бо реактори омехта барои таҷҳизоти реаксия, бо истифода аз реаксияи тези этерификатсия, мувофиқи далелҳо, селлюлоза метавонад сахт варам кунад, варам кунад. майдони аморфии селлюлоза ва майдони кристаллизатсия майл ба пайвастагӣ дорад, фаъолияти реаксияро беҳтар мекунад. Тақсимоти якхелаи ҷойгузинҳои эфири селлюлоза дар системаи реаксияи гетерогении этерификатсияро тавассути зиёд кардани қувваи таҳрикдиҳии беруна ба даст овардан мумкин аст. Аз ин ру, ба сифати тачхизоти реакционй бо чойники типи реакционй тайёр кардани махсулоти баландсифати этерификацияи целлюлоза самти тараккиёти ояндаи мамлакати мо хохад буд.

1. Қисми таҷрибавӣ

1.1 Ашёи хоми селлюлозаи пахтаи тозашуда барои озмоиш

Мувофиқи дастгоҳҳои гуногуни реаксия, ки дар таҷриба истифода мешаванд, усулҳои пеш аз коркарди селлюлозаи пахта гуногунанд. Вақте ки хамир ҳамчун таҷҳизоти реаксия истифода мешавад, усулҳои коркарди пешакӣ низ гуногунанд. Вақте ки хамир ҳамчун таҷҳизоти реаксия истифода мешавад, кристаллии селлюлозаи пахтаи тозашуда 43,9% ва дарозии миёнаи селлюлозаи пахтаи тозашуда 15 ~ 20 мм аст. Кристаллии селлюлозаи пахтаи тозашуда 32,3% ва дарозии миёнаи селлюлозаи пахтаи тозашуда дар вақти ба сифати таҷҳизоти реаксия истифода бурдани реактори омехта камтар аз 1 мм аст.

1.2 Коркарди целлюлозаи карбоксиметил ва гидроксиэтилселлюлоза

Тайёр кардани селлюлозаи карбоксиметил ва гидроксиэтилселлюлозаро метавон бо истифода аз хамиркунандаи 2л ба сифати тачхизоти реаксия (суръати миёна хангоми реаксия 50р/даки) ва реактори омехтаи 2л (суръати миёнаи хангоми реаксия 500р/дакика) анчом дод.

Ҳангоми реаксия тамоми ашёи хом аз реаксияи қатъии миқдорӣ ба даст меояд. Маҳсулоте, ки аз реаксия гирифта шудааст, бо w=95% этанол шуста мешавад ва сипас бо вакуум дар давоми 24 соат дар зери фишори манфии 60 ℃ ва 0,005 мпа хушк мешавад. Миқдори намии намунаи гирифташуда w=2,7%±0,3% буда, намунаи маҳсулот барои таҳлил то миқдори хокистар w <0,2% шуста мешавад.

Марҳилаҳои тайёр кардани мошини хамир ҳамчун таҷҳизоти реаксия инҳоянд:

Реаксияи этерификатсия → шустани маҳсулот → хушк кардан → гранулизатсияи реза → борпечкунӣ дар хамиркунанда гузаронида мешавад.

Марҳилаҳои омодасозии реактори омехта ҳамчун таҷҳизоти реаксия инҳоянд:

Реаксияи эфиризатсия → шустани маҳсулот → хушк кардан ва гранулизатсия → бастабандӣ дар реактори омехта анҷом дода мешавад.

Мумкин аст, ки хамиркунак хамчун тачхизоти реакционй барои тайёр кардани характеристика-хои самарабахши пасти реакционй, хушккунй ва суфтакунии гранулятсия зина ба зина истифода мешавад ва дар процесси суфтакунй сифати махсулот хеле паст мешавад.

Хусусиятҳои раванди омодагӣ бо реактори омехта ҳамчун таҷҳизоти реаксия инҳоянд: самаранокии баланди реаксия, гранулизатсияи маҳсулот усули анъанавии раванди гранулизатсияи хушккунӣ ва суфтакуниро қабул намекунад ва раванди хушккунӣ ва гранулизатсия дар як вақт бо махсулоти хушкнашуда баъди шустан ва сифати махсулот дар процесси хушк кардан ва гранулкунй бетагьир мемонад.

1.3 Таҳлили дифраксияи рентгенӣ

Таҳлили дифраксияи рентгенӣ бо ёрии дифрактометр Ригаку Д/макс-3А, монохроматори графитӣ гузаронида шуд, кунҷи Θ 8°~30°, шуои CuKα, фишори қубур ва ҷараёни найча 30кВ ва 30мА буд.

1.4 Таҳлили спектри инфрасурх

Барои таҳлили спектри инфрасурх спектрометри инфрасурх Spectrum-2000PE FTIR истифода шуд. Ҳама намунаҳо барои таҳлили спектри инфрасурх вазни 0,0020 г доштанд. Ин намунаҳо мутаносибан бо 0,1600g KBr омехта ва сипас пахш карда шуданд (ғафсӣ аз <0,8мм) ва таҳлил карда шуданд.

1.5 Муайянкунии интиқол

Интиқолро 721 спектрофотометр муайян кард. Маҳлули CMC w=w1% ба табақчаи колориметрии 1см дар дарозии мавҷи 590нм гузошта шуд.

1.6 Дараҷаи ошкор кардани ивазкунӣ

Дараҷаи ивазкунии селлюлозаи гидроксиэтил дар HEC бо усули стандартии таҳлили кимиёвӣ чен карда шуд. Принсип ин аст, ки HEC-ро бо гидроиодати HI дар ҳарорати 123 ℃ таҷзия кардан мумкин аст ва дараҷаи ивазкунии HEC-ро тавассути чен кардани моддаҳои пусидаи этилен ва йодиди этилен, ки ҳосил мешавад, маълум кардан мумкин аст. Дараҷаи ивазшавии селлюлозаи гидроксиметилро инчунин бо усулҳои стандартии таҳлили химиявӣ санҷидан мумкин аст.

2. Натиҷаҳо ва муҳокима

Дар ин чо ду хел чойники реакционй истифода мешавад: яке мошини хамиркуни ба сифати тачхизоти реакционй, дигар чойники реакционии типи омехта хамчун тачхизоти реаксия, дар системаи реаксияи гетерогенй, холати ишколи ва системаи халкунандаи спирти об, реаксияи эфиризатсияи селлюлозаи тозашудаи пахта омухта мешавад. Дар байни онҳо характеристикаҳои технологии мошини хамиркунанда ҳамчун таҷҳизоти реаксия инҳоянд: Дар реаксия суръати дастони хамиркунанда суст, вақти реаксия тӯлонӣ, таносуби аксуламалҳои тарафӣ зиёд, коэффисиенти истифодабарии агенти эфиркунанда паст ва якрангии тақсимоти гурӯҳи ивазкунанда дар реаксияи эфиризатсия суст аст. Раванди тадқиқот метавонад танҳо бо шароити нисбатан танги реаксия маҳдуд карда шавад. Илова бар ин, танзимшаванда ва идорашавандаи шароити реаксияи асосӣ (ба монанди таносуби ванна, консентратсияи сілтӣ, суръати дастони хамиркунандаи мошини хамиркунӣ) хеле паст аст. Ба даст овардани якрангии тахминии реаксияи эфиризатсия ва амиқ гузаронидани масса ва нуфузи ҷараёни реаксияи эфиризатсия душвор аст. Хусусиятҳои процесси реактори омехта ҳамчун таҷҳизоти реаксия инҳоянд: суръати тези реаксия, суръати реаксияи тез, суръати баланди истифодаи агенти эфиризатсия, тақсимоти яксони ивазкунандаи эфиризатсия, шароити асосии реаксияи танзимшаванда ва идорашаванда.

CMC карбоксиметилселлюлозаро мутаносибан таҷҳизоти реаксияи хамиркунанда ва таҷҳизоти реаксияи реактори омехта омода карданд. Вақте ки хамиркунак ҳамчун таҷҳизоти реаксия истифода мешуд, шиддатнокии омехта паст буд ва суръати миёнаи гардиш 50р/дақ буд. Вақте ки реактори омехта ҳамчун таҷҳизоти реаксия истифода мешуд, шиддатнокии омехта баланд буд ва суръати миёнаи гардиш 500р / дақиқа буд. Вақте ки таносуби молярии кислотаи монохлорассусӣ ба моносахариди селлюлоза 1:5:1 буд, вақти реаксия дар 68 ℃ 1,5 соат буд. Гузаронидани нури CMC, ки бо мошини хамир ба даст оварда шудааст, 98,02% ва самаранокии этерификатсия 72% буд, аз сабаби гузариши хуби CM дар агенти эфиркунандаи кислотаи хлорасетитӣ. Вақте ки реактори омехта ҳамчун таҷҳизоти реаксия истифода мешуд, гузариши агенти эфиркунанда беҳтар буд, интиқоли CMC 99,56% ва самаранокии реаксияи эфиризатсия то 81% зиёд шуд.

Гидроксиэтил целлюлоза HEC бо хамиркунанда ва реактори омехта ҳамчун таҷҳизоти реаксия омода карда шуд. Вақте ки хамиркунак ҳамчун таҷҳизоти реаксия истифода мешуд, самаранокии реаксияи агенти эфиризатсия 47% ва ҳалшавандагии об паст буд, вақте ки гузариши агенти эфиркунандаи спирти хлорэтил суст буд ва таносуби молярии хлорэтанол ба моносахариди селлюлоза 3:1 дар 60 ℃ барои 4 соат буд. . Танхо вакте ки таносуби молярии хлорэтанол ба моносахаридхои целлюлоза 6:1 бошад, махсулотхое ба вучуд оварда мешаванд, ки дар об халшавандагии хуб доранд. Вақте ки реактори омехта ҳамчун таҷҳизоти реаксия истифода мешуд, гузариши агенти этилизатсияи спирти хлорэтил дар 68 ℃ барои 4 соат беҳтар шуд. Вақте ки таносуби молярии хлорэтанол ба моносахариди селлюлоза 3: 1 буд, HEC дар натиҷа маҳлулияти беҳтари об дошт ва самаранокии реаксияи этерификатсия то 66% зиёд шуд.

Самаранокии реаксия ва суръати реаксияи агенти хлороэтикӣ нисбат ба хлорэтанол хеле баландтар аст ва реактори таҳриккунанда ҳамчун таҷҳизоти реаксияи эфиризатсия нисбат ба хамир бартариҳои ошкоро дорад, ки самаранокии реаксияи эфиризатсияро хеле беҳтар мекунад. Интиқоли баланди CMC инчунин бавосита нишон медиҳад, ки реактори таҳриккунанда ҳамчун таҷҳизоти реаксияи эфиризатсия метавонад якрангии реаксияи эфиризатсияро беҳтар кунад. Сабаб дар он аст, ки занҷири селлюлоза дар ҳар як ҳалқаи гурӯҳи глюкоза се гурӯҳи гидроксил дорад ва танҳо дар ҳолати сахт варамида ё гудохта ҳамаи ҷуфтҳои гидроксил селлюлоза аз молекулаҳои агенти эфиркунанда дастрас мебошанд. Реаксияи этерификатсияи селлюлоза одатан реаксияи гетерогенӣ аз берун ба дарун аст, махсусан дар минтақаи кристаллии селлюлоза. Вақте ки сохтори кристаллии селлюлоза бе таъсири қувваи беруна бетағйир боқӣ мемонад, ба сохтори кристаллӣ ворид шудани агенти эфиркунанда душвор буда, ба якхела будани реаксияи гетерогенӣ таъсир мерасонад. Аз ин рӯ, тавассути коркарди пешакии пахтаи тозашуда (масалан, баланд бардоштани сатҳи хоси пахтаи тозашуда) реактивии пахтаи тозашударо беҳтар кардан мумкин аст. Дар таносуби ваннаи калон (этанол / селлюлоза ё спирти изопропилӣ / селлюлоза ва реаксияи баландсуръати шӯршавӣ, мувофиқи далелҳо, тартиби минтақаи кристаллизатсияи селлюлоза кам карда мешавад, дар ин вақт селлюлоза метавонад сахт варам кунад, то варам. минтақаи селлюлоза аморфӣ ва кристаллӣ майл ба пайваста бошад, Ҳамин тавр, реактивии минтақаи аморфӣ ва минтақаи кристаллӣ монанд аст.

Тавассути таҳлили спектри инфрасурх ва таҳлили дифраксияи рентгенӣ раванди реаксияи этерификатсияи селлюлозаро ҳангоми истифодаи реактори омехта ҳамчун таҷҳизоти реаксияи эфиризатсия равшантар фаҳмидан мумкин аст.

Дар ин чо спектрхои инфрасурх ва спектрхои дифракционии рентгенй тахлил карда шуданд. Реаксияи этерификатсияи CMC ва HEC дар реактори омехта дар шароити реаксияи дар боло тавсифшуда гузаронида шуд.

Таҳлили спектри инфрасурх нишон медиҳад, ки реаксияи этератсияи CMC ва HEC бо дароз шудани вақти реаксия мунтазам тағир меёбад, дараҷаи ивазкунӣ гуногун аст.

Тавассути таҳлили шакли дифраксияи рентгенӣ, кристаллии CMC ва HEC бо тамдиди вақти реаксия ба сифр баробар мешавад, ки ин нишон медиҳад, ки раванди декристаллизатсия асосан дар марҳилаи алкализатсия ва марҳилаи гармкунӣ пеш аз реаксияи этерификатсияи пахтаи тозашуда ба амал омадааст. . Аз ин рӯ, реактивии этерификатсияи карбоксиметил ва гидроксиэтилии пахтаи тозашуда дигар асосан бо кристаллии пахтаи тозашуда маҳдуд намешавад. Он ба гузариши агенти эфиркунанда алоқаманд аст. Нишон додан мумкин аст, ки реаксияи этерификатсияи CMC ва HEC бо реактори омехта ҳамчун таҷҳизоти реаксия анҷом дода мешавад. Дар зери омехта кардани суръати баланд, он ба раванди декристаллизатсияи пахтаи тозашуда дар марҳилаи алкализатсия ва марҳилаи гармкунӣ пеш аз реаксияи эфиризатсия муфид аст ва ба агенти этерификатсия барои ворид шудан ба селлюлоза кӯмак мекунад, то самаранокии реаксияи эфиризатсия ва якрангии ивазкунӣ беҳтар карда шавад. .

Хулоса, ин тадқиқот таъсири қувваи ҷунбиш ва дигар омилҳоро ба самаранокии реаксия дар ҷараёни реаксия таъкид мекунад. Аз ин рӯ, пешниҳоди ин тадқиқот ба сабабҳои зерин асос ёфтааст: Дар системаи реаксияи гетерогении этератсия истифодаи таносуби ваннаи калон ва шиддатнокии баланди шӯршавӣ ва ғайра шарти асосии тайёр кардани эфири тақрибан якхелаи селлюлоза бо гурӯҳи ивазкунанда мебошад. тақсимот; Дар системаи мушаххаси реаксияи гетерогении этератсия, бо истифода аз реактори омехта ҳамчун таҷҳизоти реаксия, эфири баланди селлюлозаро бо тақрибан якхелаи тақсимоти ивазкунандаҳо омода кардан мумкин аст, ки ин нишон медиҳад, ки маҳлули обии эфири селлюлоза дорои гузариши баланд аст, ки барои васеъ кардани хосиятҳо аҳамияти калон дорад. ва вазифаҳои эфири селлюлоза. Мошини хамиркунанда ҳамчун таҷҳизоти реаксиявӣ барои омӯзиши реаксияи эфиризатсияи пахтаи тозашуда истифода мешавад. Аз сабаби шиддатнокии пасти шӯршавӣ, он барои воридшавии агенти этерификатсия хуб нест ва дорои баъзе нуқсонҳо, аз қабили таносуби баланди аксуламалҳои тарафӣ ва якрангии сусти тақсимоти ивазкунандаи этерификатсия.