CMC Selüloz ve Yapı Karakterizasyonu

Hammadde olarak saman selülozunu kullanarak eterleştirme yoluyla modifiye edildi. Tek faktör ve rotasyon testi yoluyla karboksimetil selülozun hazırlanmasına yönelik en uygun koşullar şu şekilde belirlendi: eterleştirme süresi 100 dakika, eterleştirme sıcaklığı 70°C°C, NaOH dozajı 3.2g ve monokloroasetik asit dozajı 3.0g, maksimum ikame derecesi 0.53'tür.

Anahtar kelimeler: CMCselüloz; monokloroasetik asit; eterifikasyon; değişiklik

Karboksimetil selülozdünyada en çok üretilen ve satılan selüloz eterdir. Deterjan, gıda, diş macunu, tekstil, baskı ve boyama, kağıt yapımı, petrol, madencilik, ilaç, seramik, elektronik bileşenler, kauçuk, boya, pestisitler, kozmetik, deri, plastik ve petrol sondajı vb. alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. “endüstriyel monosodyum glutamat” olarak. Karboksimetil selüloz, doğal selülozun kimyasal olarak modifiye edilmesiyle elde edilen suda çözünür bir selüloz eter türevidir. Karboksimetil selüloz üretiminin ana hammaddesi olan selüloz, yıllık yüz milyarlarca tonluk üretimiyle yeryüzünde en bol bulunan doğal yenilenebilir kaynaklardan biridir. ülkem büyük bir tarım ülkesi ve saman kaynakları en bol olan ülkelerden biri. Saman her zaman kırsal kesimde yaşayanlar için temel yaşam yakıtlarından biri olmuştur. Bu kaynaklar uzun süredir rasyonel olarak geliştirilememekte ve dünyada her yıl saman gibi tarım ve ormancılık atıklarının %2'den azı kullanılmaktadır. Pirinç, 2 milyon hm2'den fazla ekim alanı, yıllık 14 milyon ton pirinç ve 11 milyon ton saman üretimiyle Heilongjiang Eyaletindeki ana ekonomik üründür. Çiftçiler genellikle bunları doğrudan tarlada atık olarak yakıyor; bu sadece büyük bir doğal kaynak israfı değil, aynı zamanda ciddi çevre kirliliğine de neden oluyor. Bu nedenle samanın kaynak kullanımının farkına varılması tarımın sürdürülebilir kalkınma stratejisinin ihtiyacıdır.

1. Deneysel materyaller ve yöntemler

1.1 Deneysel materyaller ve ekipmanlar

Laboratuvarda kendi kendine üretilen saman selülozu; JJ~1 tip elektrikli karıştırıcı, Jintan Guowang Deneysel Enstrüman Fabrikası; SHZW2C tipi RS—Bir vakum pompası, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.; pHS-3C pH ölçer, Mettler-Toledo Co., Ltd.; DGG-9070A elektrikli ısıtma sabit sıcaklıkta kurutma fırını, Pekin Kuzey Lihui Test Cihazı Equipment Co., Ltd.; HITACHI-S ~ 3400N taramalı elektron mikroskobu, Hitachi Instruments; etanol; sodyum hidroksit; kloroasetik asit vb. (yukarıdaki reaktifler analitik olarak saftır).

1.2 Deneysel yöntem

1.2.1 Karboksimetil selülozun hazırlanması

(1) Karboksimetil selülozun hazırlama yöntemi: Üç boyunlu bir şişeye 2 g selüloz tartın, 2,8 g NaOH, 20 mL %75 etanol çözeltisi ekleyin ve 25°C'de sabit sıcaklıktaki bir su banyosunda alkaliye batırın.°80 dakika boyunca C. İyice birleşmesi için mikserle karıştırın. Bu işlem sırasında selüloz alkali çözelti ile reaksiyona girerek alkali selüloz oluşturur. Eterifikasyon aşamasında, yukarıda reaksiyona giren üç boyunlu şişeye 10 mL %75 etanol çözeltisi ve 3 g kloroasetik asit eklenir, sıcaklık 65-70°C'ye yükseltilir.° C. ve 60 dakika boyunca reaksiyona girin. İkinci kez alkali ekleyin, ardından sıcaklığı 70°C'de tutmak için yukarıdaki reaksiyon şişesine 0.6g NaOH ekleyin.°C ve ham Na elde etmek için reaksiyon süresi 40 dakikadır.—CMC (sodyum karboksimetilselüloz).

Nötralizasyon ve yıkama: 1moL ekleyin·L-1 hidroklorik asitle çözün ve reaksiyonu oda sıcaklığında pH=7~8 olana kadar nötrleştirin. Daha sonra iki kez %50 etanolle yıkayın, ardından bir kez %95 etanolle yıkayın, emme yoluyla filtreleyin ve 80-90°C'de kurutun.°C'de 2 saat.

(2) Numune ikame derecesinin belirlenmesi: asitlik ölçer belirleme yöntemi: Saflaştırılmış ve kurutulmuş Na-CMC numunesinin 0,2 gramını (0,1 mg'a kadar hassas) tartın, 80 mL damıtılmış suda çözün, 10 dakika boyunca elektromanyetik olarak karıştırın ve ayarlayın. asit veya alkali ile Çözelti, çözeltinin pH'ını 8'e getirdi. Daha sonra test çözeltisini, pH metre elektrotu ile donatılmış bir beher içinde sülfürik asit standart çözeltisiyle titre edin ve pH, 3.74. Kullanılan sülfürik asit standart çözeltisinin hacmini not edin.

1.2.2 Tek faktörlü test yöntemi

(1) Alkali miktarının karboksimetil selülozun ikame derecesi üzerindeki etkisi: alkalizasyonu 25 ° C'de gerçekleştirin°C, 80 dakika alkaliye daldırma, etanol çözeltisindeki konsantrasyon %75, monokloroasetik asit reaktifinin miktarı 3g kontrol, eterifikasyon sıcaklığı 65 ~70°C, eterifikasyon süresi 100 dakikaydı ve test için sodyum hidroksit miktarı değiştirildi.

(2) Etanol çözeltisi konsantrasyonunun karboksimetil selülozun ikame derecesi üzerindeki etkisi: sabit alkali miktarı 3.2g'dir, alkalin 25°C'de sabit sıcaklıktaki bir su banyosuna batırılır.°C'de 80 dakika süreyle, etanol çözeltisinin konsantrasyonu %75'tir, monokloroasetik asit reaktifinin miktarı 3g'de kontrol edilir, eterifikasyon Sıcaklık 65-70°C'dir°C, eterifikasyon süresi 100 dakikadır ve deney için etanol çözeltisinin konsantrasyonu değiştirilir.

(3) Monokloroasetik asit miktarının karboksimetil selülozun ikame derecesi üzerindeki etkisi: 25'te sabitleyin°Alkalileştirme için C, alkalide 80 dakika bekletin, etanol çözeltisinin konsantrasyonunu %75, eter yapmak için 3.2g sodyum hidroksit ekleyin. Sıcaklık 65~70°C, eterifikasyon süresi 100 dakikadır ve deney için monokloroasetik asit miktarı değiştirilir.

(4) Eterifikasyon sıcaklığının karboksimetil selülozun ikame derecesi üzerindeki etkisi: 25°C'de sabitleyin°Alkalileştirme için C, alkalide 80 dakika bekletin, etanol çözeltisinin konsantrasyonunu %75 yapmak için 3.2g sodyum hidroksit ekleyin, eterleşme sıcaklığı Sıcaklık 65~70°Ceterifikasyon süresi 100 dakikadır ve deney, monokloroasetik asit dozajı değiştirilerek gerçekleştirilir.

(5) Eterifikasyon süresinin karboksimetil selülozun ikame derecesi üzerindeki etkisi: 25°C'de sabit°Alkalileştirme için C, 3.2g sodyum hidroksit eklendi ve etanol çözeltisinin konsantrasyonunu %75 yapmak için 80 dakika boyunca alkaliye batırıldı ve kontrollü monoklor Asetik asit reaktifinin dozajı 3g, eterifikasyon sıcaklığı 65~70°C'dir.°C ve eterifikasyon süresi deney için değiştirildi.

1.2.3 Karboksimetil selülozun test planı ve optimizasyonu

Tek faktörlü deney temelinde, dört faktörlü ve beş seviyeli ikinci dereceden regresyonlu ortogonal rotasyon kombine deneyi tasarlandı. Dört faktör eterleşme süresi, eterleşme sıcaklığı, NaOH miktarı ve monokloroasetik asit miktarıdır. Veri işleme, veri işleme için her bir etkileyici faktör ile karboksimetil selülozun ikame derecesi arasındaki ilişkiyi ortaya koyan SAS8.2 istatistik yazılımını kullanır. iç hukuk.

1.2.4 SEM analiz yöntemi

Kurutulmuş toz numunesi iletken yapıştırıcı ile numune tablasına sabitlendi ve vakumlu altın püskürtme sonrasında Hitachi-S-3400N Hitachi taramalı elektron mikroskobu altında gözlemlendi ve fotoğrafı çekildi.

2. Sonuçlar ve analiz

2.1 Tek faktörün karboksimetil selülozun ikame derecesi üzerindeki etkisi

2.1.1 Alkali miktarının karboksimetil selülozun ikame derecesi üzerindeki etkisi

2g selüloza NaOH3.2g eklendiğinde ürünün ikame derecesi en yüksekti. Alkali selüloz ve eterifikasyon maddesinin nötralizasyonunu oluşturmak için yeterli olmayan NaOH miktarı azalır ve ürün küçük bir ikame derecesine ve düşük viskoziteye sahiptir. Tam tersine NaOH miktarının fazla olması durumunda kloroasetik asidin hidrolizi sırasındaki yan reaksiyonlar artacak, eterleştirici madde tüketimi artacak ve ürün viskozitesi azalacaktır.

2.1.2 Etanol çözeltisi konsantrasyonunun karboksimetil selülozun ikame derecesi üzerindeki etkisi

Etanol çözeltisindeki suyun bir kısmı selüloz dışındaki reaksiyon ortamında, diğer kısmı ise selülozun içinde bulunur. Su içeriği çok büyükse, CMC eterleştirme sırasında suda şişerek jöle oluşturacak ve bu da çok dengesiz bir reaksiyonla sonuçlanacaktır; su içeriği çok küçükse, reaksiyon ortamının bulunmamasından dolayı reaksiyonun ilerlemesi zor olacaktır. Genellikle %80 etanol en uygun çözücüdür.

2.1.3 Monokloroasetik asit dozajının karboksimetil selülozun ikame derecesi üzerindeki etkisi

Monokloroasetik asit ve sodyum hidroksit miktarı teorik olarak 1:2'dir, ancak reaksiyonu CMC oluşturma yönüne taşımak için reaksiyon sisteminde uygun bir serbest baz olduğundan emin olun, böylece karboksimetilasyon sorunsuz bir şekilde ilerleyebilir. Bu nedenle fazla alkali yöntemi benimsenmiştir, yani asit ve alkali maddelerin molar oranı 1:2,2'dir.

2.1.4 Eterifikasyon sıcaklığının karboksimetil selülozun ikame derecesi üzerindeki etkisi

Eterleşme sıcaklığı ne kadar yüksek olursa reaksiyon hızı da o kadar hızlı olur ancak yan reaksiyonlar da hızlanır. Kimyasal denge açısından sıcaklığın artması CMC oluşumu açısından sakıncalıdır, ancak sıcaklığın çok düşük olması durumunda reaksiyon hızı yavaşlar ve eterleştirici maddenin kullanım oranı düşüktür. Eterifikasyon için optimum sıcaklığın 70oC olduğu görülmektedir.°C.

2.1.5 Eterifikasyon süresinin karboksimetil selülozun ikame derecesi üzerindeki etkisi

Eterleşme süresinin artmasıyla CMC'nin ikame derecesi artar ve reaksiyon hızı hızlanır, ancak belirli bir süre sonra yan reaksiyonlar artar ve ikame derecesi azalır. Eterifikasyon süresi 100 dakika olduğunda ikame derecesi maksimumdur.

2.2 Ortogonal test sonuçları ve karboksimetil gruplarının analizi

Varyans analizi tablosundan birincil maddede eterleşme süresi, eterleşme sıcaklığı, NaOH miktarı ve monokloroasetik asit miktarından oluşan dört faktörün karboksimetil selülozun ikame derecesi üzerinde çok önemli bir etkiye sahip olduğu görülebilmektedir (p <0,01) . Etkileşim maddelerinden eterleşme süresi ve monokloroasetik asit miktarı etkileşim maddeleri ile eterleşme sıcaklığı ve monokloroasetik asit miktarı etkileşim maddeleri karboksimetil selülozun ikame derecesi üzerinde oldukça anlamlı etkiye sahipti (p<0.01). Karboksimetil selülozun ikame derecesi üzerinde çeşitli faktörlerin etki sırası şu şekildeydi: eterleşme sıcaklığı>monokloroasetik asit miktarı>eterleşme süresi>NaOH miktarı.

İkinci dereceden regresyon ortogonal rotasyon kombinasyonu tasarımının test sonuçlarının analizinden sonra, karboksimetilasyon modifikasyonu için en uygun işlem koşullarının şöyle olduğu belirlenebilir: eterifikasyon süresi 100 dakika, eterifikasyon sıcaklığı 70°C°C, NaOH dozajı 3,2 g ve monokloroasetik asit Dozaj 3,0 g'dır ve maksimum ikame derecesi 0,53'tür.

2.3 Mikroskobik performans karakterizasyonu

Selüloz, karboksimetil selüloz ve çapraz bağlı karboksimetil selüloz parçacıklarının yüzey morfolojisi taramalı elektron mikroskobu ile incelenmiştir. Selüloz pürüzsüz bir yüzeye sahip şerit şeklinde büyür; karboksimetil selülozun kenarı ekstrakte edilmiş selülozunkinden daha pürüzlüdür ve boşluk yapısı artar ve hacim büyür. Bunun nedeni, karboksimetil selülozun şişmesi nedeniyle demet yapısının büyümesidir.

3. Sonuç

3.1 Karboksimetil eterlenmiş selülozun hazırlanması Selülozun ikame derecesini etkileyen dört faktörün önem sırası şöyledir: eterleşme sıcaklığı > monokloroasetik asit dozajı > eterleşme süresi > NaOH dozajı. Karboksimetilasyon modifikasyonunun optimal işlem koşulları eterifikasyon süresi 100 dakika, eterifikasyon sıcaklığı 70 dakikadır.°C, NaOH dozajı 3.2g, monokloroasetik asit dozajı 3.0g ve maksimum ikame derecesi 0.53.

3.2 Karboksimetilasyon modifikasyonunun optimal teknolojik koşulları şunlardır: eterifikasyon süresi 100 dakika, eterifikasyon sıcaklığı 70 dakika°C, NaOH dozu 3,2 g, monokloroasetik asit dozu 3,0 g, maksimum ikame derecesi 0,53.