Selüloz eter üzerinde eterleşme reaksiyonu

Selülozun eterleşme aktivitesi sırasıyla yoğurma makinesi ve karıştırma reaktörü ile incelenmiş ve hidroksietil selüloz ve karboksimetil selüloz sırasıyla kloroetanol ve monokloroasetik asit ile hazırlanmıştır. Sonuçlar, selülozun eterleşme reaksiyonunun, yüksek yoğunlukta çalkalama koşulu altında reaktörün karıştırılmasıyla gerçekleştirildiğini gösterdi. Selüloz iyi bir eterifikasyon reaktivitesine sahiptir ve bu, eterleştirme verimliliğini artırma ve ürünün sulu çözeltideki ışık iletimini arttırma açısından yoğurma yönteminden daha iyidir.) Bu nedenle, reaksiyon prosesinin karıştırma yoğunluğunun arttırılması, homojen selüloz eterifikasyonunun ikame edilmesinin geliştirilmesi için daha iyi bir yoldur. ürünler.

Anahtar kelimeler:eterleşme reaksiyonu; Selüloz;Hidroksietil selüloz; Karboksimetil selüloz

Rafine pamuk selüloz eter ürünlerinin geliştirilmesinde solvent yöntemi yaygın olarak kullanılmakta ve reaksiyon ekipmanı olarak yoğurma makinesi kullanılmaktadır. Bununla birlikte, pamuk selüloz esas olarak moleküllerin düzgün ve yakın bir şekilde düzenlendiği kristal bölgelerden oluşur. Yoğurma makinesi reaksiyon ekipmanı olarak kullanıldığında, yoğurma makinesinin yoğurma kolu reaksiyon sırasında yavaştır ve eterleştirici maddenin farklı selüloz katmanlarına girme direnci büyüktür ve hız yavaştır, bu da uzun reaksiyon süresine, yüksek yan malzeme oranına neden olur. selüloz moleküler zincirleri üzerindeki ikame gruplarının reaksiyonları ve eşit olmayan dağılımı.

Genellikle selülozun eterleşme reaksiyonu içte ve dışta heterojen bir reaksiyondur. Harici bir dinamik etki yoksa, eterleştirici ajanın selülozun kristalizasyon bölgesine girmesi zordur. Ve rafine pamuğun ön arıtımı yoluyla (rafine edilmiş pamuğun yüzeyini arttırmak için fiziksel yöntemlerin kullanılması gibi), aynı zamanda reaksiyon ekipmanı için reaktörün karıştırılmasıyla, hızlı karıştırılan eterifikasyon reaksiyonunun kullanılmasıyla, mantığa göre, selüloz güçlü bir şekilde şişebilir, şişebilir Selüloz amorf alanı ve kristalizasyon alanı tutarlı olma eğilimindedir, reaksiyon aktivitesini artırır. Heterojen eterleşme reaksiyon sisteminde selüloz eter ikame edicilerinin homojen dağılımı, harici karıştırma gücünün arttırılmasıyla sağlanabilir. Bu nedenle, reaksiyon ekipmanı olarak karıştırmalı tip reaksiyon kazanı ile yüksek kaliteli selüloz eterifikasyon ürünlerinin geliştirilmesi ülkemizin gelecekteki kalkınma yönü olacaktır.

1. Deneysel kısım

1.1 Test için rafine pamuk selüloz hammaddesi

Deneyde kullanılan farklı reaksiyon ekipmanlarına göre pamuk selülozun ön işlem yöntemleri farklıdır. Reaksiyon ekipmanı olarak yoğurucu kullanıldığında ön işlem yöntemleri de farklıdır. Reaksiyon ekipmanı olarak yoğurucu kullanıldığında, kullanılan rafine pamuk selülozun kristalliği %43,9'dur ve rafine pamuk selülozun ortalama uzunluğu 15~20 mm'dir. Karıştırma reaktörü reaksiyon ekipmanı olarak kullanıldığında rafine pamuk selülozun kristalliği %32,3'tür ve rafine pamuk selülozun ortalama uzunluğu 1 mm'den azdır.

1.2 Karboksimetil selüloz ve hidroksietil selülozun geliştirilmesi

Karboksimetil selüloz ve hidroksietil selülozun hazırlanması, reaksiyon ekipmanı olarak 2 L'lik yoğurucu (reaksiyon sırasındaki ortalama hız 50 dev/dak'dır) ve reaksiyon ekipmanı olarak 2 L'lik karıştırma reaktörü (reaksiyon sırasındaki ortalama hız 500 dev/dak'dır) kullanılarak gerçekleştirilebilir.

Reaksiyon sırasında tüm ham maddeler sıkı kantitatif reaksiyondan elde edilir. Reaksiyondan elde edilen ürün w=%95 etanol ile yıkanır ve ardından 60°C ve 0.005mpa negatif basınç altında 24 saat boyunca vakumla kurutulur. Elde edilen numunenin nem içeriği w=%2,7±%0,3'tür ve analiz için ürün numunesi, kül içeriği w < %0,2 olana kadar yıkanır.

Yoğurma makinesinin reaksiyon ekipmanı olarak hazırlanma adımları aşağıdaki gibidir:

Eterleşme reaksiyonu → ürün yıkama → kurutma → rendelenmiş granülasyon → paketleme yoğurucuda gerçekleştirilir.

Reaksiyon ekipmanı olarak karıştırma reaktörünün hazırlanma adımları aşağıdaki gibidir:

Eterifikasyon reaksiyonu → ürün yıkama → kurutma ve granülasyon → paketleme, karıştırılan bir reaktörde gerçekleştirilir.

Düşük reaksiyon verimliliği, kurutma ve granülasyonun adım adım öğütülmesi özelliklerinin hazırlanması için yoğurucunun reaksiyon ekipmanı olarak kullanıldığı ve öğütme işleminde ürünün kalitesinin büyük ölçüde azalacağı görülebilir.

Reaksiyon ekipmanı olarak karıştırılan reaktörle hazırlama prosesinin özellikleri şunlardır: yüksek reaksiyon verimliliği, ürün granülasyonu geleneksel granülasyon prosesi kurutma ve öğütme yöntemini benimsemez ve kurutma ve granülasyon işlemi aynı anda gerçekleştirilir. Kurutulmamış ürünler yıkama sonrasında elde edilir ve kurutma ve granülasyon prosesinde ürün kalitesi değişmeden kalır.

1.3 X-ışını kırınım analizi

X-ışını kırınım analizi Rigaku D/max-3A X-ışını difraktometresi, grafit monokromatör, Θ Açısı 8°~30°, CuKa ışını, tüp basıncı ve tüp akışı 30kV ve 30mA ile gerçekleştirildi.

1.4 Kızılötesi spektrum analizi

Kızılötesi spektrum analizi için Spectrum-2000PE FTIR kızılötesi spektrometre kullanıldı. Kızılötesi spektrum analizine yönelik tüm numunelerin ağırlığı 0,0020 gramdı. Bu numuneler sırasıyla 0,1600g KBr ile karıştırıldı ve ardından preslendi (<0,8 mm kalınlıkta) ve analiz edildi.

1.5 Geçirgenlik tespiti

Geçirgenlik 721 spektrofotometre ile tespit edildi. CMC çözeltisi w=w%1, 590 nm dalga boyunda 1 cm'lik bir kolorimetrik tabağa konuldu.

1.6 İkame tespit derecesi

Hidroksietil selülozun HEC ikame derecesi standart kimyasal analiz yöntemiyle ölçüldü. Prensip, HEC'nin 123 ° C'de HI hidroiyodat ile ayrıştırılabilmesi ve HEC'nin ikame derecesinin, üretilen ayrışmış maddeler etilen ve etilen iyodürün ölçülmesiyle bilinebilmesidir. Hidroksimetil selülozun ikame derecesi standart kimyasal analiz yöntemleriyle de test edilebilir.

2. Sonuçlar ve tartışma

Burada iki tür reaksiyon kazanı kullanılmaktadır: biri reaksiyon ekipmanı olarak yoğurma makinesi, diğeri reaksiyon ekipmanı olarak karıştırma tipi reaksiyon kazanı, heterojen reaksiyon sisteminde, alkali koşulda ve alkollü su solvent sisteminde, rafine pamuk selülozun eterleşme reaksiyonu incelenmektedir. Bunlar arasında, reaksiyon ekipmanı olarak yoğurma makinesinin teknolojik özellikleri şunlardır: Reaksiyonda, yoğurma kolunun hızı yavaştır, reaksiyon süresi uzundur, yan reaksiyonların oranı yüksektir, eterleştirici maddenin kullanım oranı düşüktür ve eterleştirme reaksiyonunda ikame grup dağılımının tekdüzeliği zayıftır. Araştırma süreci yalnızca nispeten dar reaksiyon koşullarıyla sınırlandırılabilir. Ayrıca ana reaksiyon koşullarının (banyo oranı, alkali konsantrasyonu, yoğurma makinesinin yoğurma kolunun hızı gibi) ayarlanabilirliği ve kontrol edilebilirliği çok zayıftır. Eterleşme reaksiyonunun yaklaşık tekdüzeliğini elde etmek ve eterleşme reaksiyonu sürecinin kütle transferini ve nüfuzunu derinlemesine incelemek zordur. Reaksiyon ekipmanı olarak karıştırma reaktörünün proses özellikleri şunlardır: reaksiyonda hızlı karıştırma hızı, hızlı reaksiyon hızı, eterleştirici maddenin yüksek kullanım oranı, eterleştirici ikame edicilerin düzgün dağılımı, ayarlanabilir ve kontrol edilebilir ana reaksiyon koşulları.

Karboksimetil selüloz CMC, sırasıyla yoğurma reaksiyon ekipmanı ve karıştırma reaktörü reaksiyon ekipmanı kullanılarak hazırlandı. Reaksiyon ekipmanı olarak yoğurucu kullanıldığında, karıştırma yoğunluğu düşüktü ve ortalama dönüş hızı 50 dev/dak idi. Reaksiyon ekipmanı olarak karıştırma reaktörü kullanıldığında, karıştırma yoğunluğu yüksekti ve ortalama dönüş hızı 500 dev/dak idi. Monokloroasetik asidin selüloz monosakarite molar oranı 1:5:1 olduğunda reaksiyon süresi 68°C'de 1,5 saatti. Yoğurma makinesi ile elde edilen CMC'nin ışık geçirgenliği %98,02 ve CM'nin kloroasetik asit eterleştirici madde içindeki iyi geçirgenliği nedeniyle eterleştirme verimliliği %72 olmuştur. Reaksiyon ekipmanı olarak karıştırma reaktörü kullanıldığında, eterleştirme maddesinin geçirgenliği daha iyi oldu, CMC'nin geçirgenliği %99,56 oldu ve eterleştirme reaksiyonu verimliliği %81'e çıkarıldı.

Hidroksietil selüloz HEC, reaksiyon ekipmanı olarak yoğurucu ve karıştırma reaktörü ile hazırlandı. Reaksiyon ekipmanı olarak yoğurucu kullanıldığında, eterleştirme maddesinin reaksiyon verimliliği %47 idi ve kloroetil alkol eterleştirme maddesinin geçirgenliği zayıf olduğunda ve kloroetanolün selüloz monosakkarite molar oranı 60°C'de 4 saat boyunca 3:1 olduğunda suda çözünürlüğü zayıftı. . Yalnızca kloroetanolün selüloz monosakkaritlere molar oranı 6:1 olduğunda suda çözünürlüğü iyi olan ürünler oluşturulabilir. Karıştırma reaktörü reaksiyon ekipmanı olarak kullanıldığında, kloroetil alkol eterifikasyon maddesinin geçirgenliği 68°C'de 4 saat boyunca daha iyi hale geldi. Kloroetanolün selüloz monosakkarite molar oranı 3:1 olduğunda, elde edilen HEC'nin suda çözünürlüğü daha iyi oldu ve eterifikasyon reaksiyonunun verimliliği %66'ya yükseldi.

Eterleştirici ajan kloroasetik asidin reaksiyon verimliliği ve reaksiyon hızı, kloroetanolünkinden çok daha yüksektir ve eterleştirici reaksiyon ekipmanı olarak karıştırma reaktörü, eterleştirici reaksiyon verimliliğini büyük ölçüde artıran yoğurucuya göre belirgin avantajlara sahiptir. CMC'nin yüksek geçirgenliği ayrıca dolaylı olarak eterleştirme reaksiyon ekipmanı olarak karıştırma reaktörünün eterleştirme reaksiyonunun homojenliğini geliştirebileceğini gösterir. Bunun nedeni, selüloz zincirinin, her glikoz grubu halkasında üç hidroksil grubuna sahip olması ve eterleştirici ajan moleküllerinin tüm selüloz hidroksil çiftlerinin yalnızca güçlü bir şekilde şişmiş veya çözünmüş durumda erişilebilir olmasıdır. Selülozun eterleşme reaksiyonu, özellikle selülozun kristal bölgesinde, genellikle dışarıdan içeriye doğru heterojen bir reaksiyondur. Selülozun kristal yapısı dış kuvvetin etkisi olmadan bozulmadan kaldığında, eterleştirici maddenin kristal yapıya girmesi zordur, bu da heterojen reaksiyonun homojenliğini etkiler. Bu nedenle, rafine pamuğun ön işleme tabi tutulmasıyla (rafine edilmiş pamuğun spesifik yüzeyinin arttırılması gibi), rafine pamuğun reaktivitesi geliştirilebilir. Büyük banyo oranında (etanol/selüloz veya izopropil alkol/selüloz ve yüksek hızlı karıştırma reaksiyonunda, mantığa göre, selüloz kristalizasyon bölgesinin sırası azalacaktır, bu sırada selüloz kuvvetli bir şekilde şişebilir, böylece şişme meydana gelir) Amorf ve kristalin selüloz bölgesinin reaktivitesi tutarlı olma eğilimindedir. Dolayısıyla amorf bölgenin ve kristalin bölgenin reaktivitesi benzerdir.

Kızılötesi spektrum analizi ve X-ışını kırınım analizi sayesinde, selülozun eterleşme reaksiyonu süreci, eterleşme reaksiyonu ekipmanı olarak karıştırma reaktörü kullanıldığında daha canlı bir şekilde anlaşılabilmektedir.

Burada kızılötesi spektrumlar ve X-ışını kırınım spektrumları analiz edildi. CMC ve HEC'nin eterifikasyon reaksiyonu, yukarıda açıklanan reaksiyon koşulları altında karıştırılan bir reaktörde gerçekleştirildi.

Kızılötesi spektrum analizi, CMC ve HEC'nin eterasyon reaksiyonunun reaksiyon süresinin uzamasıyla düzenli olarak değiştiğini, ikame derecesinin farklı olduğunu göstermektedir.

X ışını kırınım modelinin analizi yoluyla, CMC ve HEC'nin kristalliği, reaksiyon süresinin uzamasıyla birlikte sıfıra doğru eğilim gösterir; bu, kristal giderme işleminin temel olarak alkalileştirme aşamasında ve rafine pamuğun eterifikasyon reaksiyonundan önceki ısıtma aşamasında gerçekleştirildiğini gösterir. . Bu nedenle, rafine edilmiş pamuğun karboksimetil ve hidroksietil eterifikasyon reaktivitesi artık esasen rafine pamuğun kristalliği ile sınırlı değildir. Eterleştirici ajanın geçirgenliği ile ilgilidir. CMC ve HEC'nin eterleşme reaksiyonunun, reaksiyon ekipmanı olarak karıştırma reaktörü ile gerçekleştirildiği gösterilebilir. Yüksek hızda karıştırma altında, rafine pamuğun alkalileştirme aşamasında ve eterleştirme reaksiyonundan önceki ısıtma aşamasında kristalsizleştirme işlemine faydalıdır ve eterleştirme reaksiyonunun verimliliğini ve ikame tekdüzeliğini geliştirmek için eterleştirme maddesinin selüloza nüfuz etmesine yardımcı olur. .

Sonuç olarak bu çalışma, reaksiyon süreci boyunca karıştırma gücünün ve diğer faktörlerin reaksiyon verimliliği üzerindeki etkisini vurgulamaktadır. Dolayısıyla bu çalışmanın önerisi şu nedenlere dayanmaktadır: Heterojen eterasyon reaksiyon sisteminde, büyük banyo oranının ve yüksek karıştırma yoğunluğunun kullanılması, ikame grubu ile yaklaşık olarak homojen selüloz eterin hazırlanması için temel koşullardır. dağıtım; Spesifik bir heterojen eterasyon reaksiyon sisteminde, ikame edicilerin yaklaşık olarak eşit dağılımına sahip yüksek performanslı selüloz eter, reaksiyon ekipmanı olarak karıştırma reaktörü kullanılarak hazırlanabilir; bu, selüloz eter sulu çözeltisinin yüksek bir geçirgenliğe sahip olduğunu gösterir; bu, özellikleri genişletmek için büyük önem taşır. ve selüloz eterin fonksiyonları. Yoğurma makinesi, rafine pamuğun eterleşme reaksiyonunu incelemek için reaksiyon ekipmanı olarak kullanılır. Düşük karıştırma yoğunluğu nedeniyle, eterleştirme maddesinin penetrasyonu açısından iyi değildir ve yüksek yan reaksiyon oranı ve eterleştirme ikame edicilerinin zayıf dağılım homojenliği gibi bazı dezavantajlara sahiptir.