Реакція етерифікації на ефірі целюлози

Етерифікаційну активність целюлози досліджували за допомогою місильної машини та реактора з перемішуванням відповідно, а гідроксиетилцелюлозу та карбоксиметилцелюлозу одержували відповідно хлоретанолом та монохлороцтовою кислотою. Результати показали, що реакцію етерифікації целюлози проводили в реакторі з перемішуванням в умовах високої інтенсивності перемішування. Целюлоза має хорошу реакційну здатність до етерифікації, яка є кращою, ніж метод змішування, у покращенні ефективності етерифікації та посиленні світлопроникності продукту у водному розчині.) Таким чином, покращення інтенсивності перемішування в процесі реакції є кращим способом розвитку замінної етерифікації гомогенної целюлози. продуктів.

Ключові слова:реакція етерифікації; целюлоза;Гідроксіетилцелюлоза; Карбоксиметилцелюлоза

У розробці рафінованих ефірних продуктів бавовняної целюлози широко використовується метод розчинника, а місильна машина використовується як реакційне обладнання. Проте бавовняна целюлоза в основному складається з кристалічних областей, де молекули розташовані акуратно й близько. Коли тістомісильна машина використовується як реакційне обладнання, місильна рука тістомісильної машини повільна під час реакції, а опір ефірного агента проникненню в різні шари целюлози великий, а швидкість повільна, що призводить до тривалого часу реакції, високої частки сторони реакції та нерівномірний розподіл груп замісників на молекулярних ланцюгах целюлози.

Зазвичай реакція етерифікації целюлози є гетерогенною реакцією зовні і всередині. Якщо немає зовнішньої динамічної дії, етерифікатору важко потрапити в зону кристалізації целюлози. І через попередню обробку очищеної бавовни (наприклад, використання фізичних методів для збільшення поверхні очищеної бавовни), одночасно з реактором для перемішування для реакційного обладнання, використовуючи реакцію етерифікації швидкого перемішування, згідно з міркуваннями, целюлоза може сильно набухати, набухати аморфна область целюлози та область кристалізації мають тенденцію бути послідовними, покращують активність реакції. Гомогенний розподіл замісників ефіру целюлози в гетерогенній реакційній системі етерифікації може бути досягнутий шляхом збільшення сили зовнішнього перемішування. Таким чином, майбутнім напрямком розвитку нашої країни буде розробка високоякісних продуктів етерифікації целюлози з реакційним котлом типу перемішування як реакційним обладнанням.

1. Експериментальна частина

1.1 Рафінована бавовняна целюлозна сировина для випробування

Відповідно до різного реакційного обладнання, що використовується в експерименті, методи попередньої обробки бавовняної целюлози відрізняються. Коли змішувач використовується як реакційне обладнання, методи попередньої обробки також відрізняються. Коли змішувач використовується як реакційне обладнання, кристалічність очищеної бавовняної целюлози, що використовується, становить 43,9%, а середня довжина очищеної бавовняної целюлози становить 15~20 мм. Кристалічність очищеної бавовняної целюлози становить 32,3%, а середня довжина очищеної бавовняної целюлози становить менше 1 мм, коли в якості реакційного обладнання використовується реактор для перемішування.

1.2 Розробка карбоксиметилцелюлози та гідроксиетилцелюлози

Приготування карбоксиметилцелюлози та гідроксіетилцелюлози можна здійснити за допомогою 2-літрового змішувача як реакційного обладнання (середня швидкість під час реакції становить 50 об/хв) і 2-літрового реактора для перемішування як реакційного обладнання (середня швидкість під час реакції становить 500 об/хв).

Під час реакції вся сировина виходить із суворої кількісної реакції. Продукт, отриманий в результаті реакції, промивають 95% етанолом, а потім сушать у вакуумі протягом 24 годин під негативним тиском 60 ℃ і 0,005 мПа. Вміст вологи в отриманому зразку становить w=2,7%±0,3%, і зразок продукту для аналізу промивають до вмісту золи w < 0,2%.

Етапи підготовки тістомісильної машини як реакційного обладнання є такими:

Реакція етерифікації → промивання продукту → сушіння → терте гранулювання → фасування здійснюється в місильну машину.

Етапи підготовки реактора з перемішуванням як реакційного обладнання є такими:

Реакція етерифікації → промивання продукту → сушіння та гранулювання → упаковка здійснюється в реакторі з перемішуванням.

Можна побачити, що місильна машина використовується як реакційне обладнання для приготування характеристик низької ефективності реакції, сушіння та подрібнення грануляції крок за кроком, і якість продукту буде значно знижена в процесі подрібнення.

Характеристики процесу підготовки з реактором з перемішуванням як реакційним обладнанням такі: висока ефективність реакції, грануляція продукту не використовує традиційний метод процесу гранулювання сушіння та подрібнення, а процес сушіння та гранулювання здійснюються одночасно з невисушені продукти після миття, а якість продукту залишається незмінною в процесі сушіння та гранулювання.

1.3 Рентгеноструктурний аналіз

Рентгеноструктурний аналіз проводили за допомогою рентгенівського дифрактометра Rigaku D/max-3A, графітового монохроматора, кут Θ становив 8°~30°, проміння CuKα, тиск у трубці та потік у трубці становили 30 кВ і 30 мА.

1.4 Аналіз інфрачервоного спектру

Інфрачервоний спектрометр Spectrum-2000PE FTIR використовувався для аналізу інфрачервоного спектру. Усі зразки для аналізу інфрачервоного спектру мали вагу 0,0020 г. Ці зразки змішували з 0,1600 г KBr, відповідно, а потім пресували (з товщиною < 0,8 мм) і аналізували.

1.5 Виявлення пропускання

Коефіцієнт пропускання було виявлено спектрофотометром 721. Розчин CMC w=w1% поміщали в колориметричну чашку діаметром 1 см при довжині хвилі 590 нм.

1.6 Ступінь виявлення заміщення

Ступінь ГЕК-заміщення гідроксиетилцелюлози вимірювали стандартним методом хімічного аналізу. Принцип полягає в тому, що HEC можна розкласти HI гідроіодатом при 123 ℃, а ступінь заміщення HEC можна дізнатися шляхом вимірювання утворених розкладених речовин етилену та етиленйодиду. Ступінь заміщення гідроксиметилцелюлози також можна перевірити стандартними методами хімічного аналізу.

2. Результати та їх обговорення

Тут використовуються два типи реакційного котла: один - це місильна машина як реакційне обладнання, інший - реакційний котел з перемішуванням як реакційне обладнання, в гетерогенній реакційній системі, лужному стані та системі водно-спиртових розчинників вивчається реакція етерифікації очищеної бавовняної целюлози. Серед них технологічні характеристики тістомісильної машини як реакційного обладнання: у реакції швидкість місильної руки повільна, час реакції тривалий, частка побічних реакцій висока, швидкість використання етерифікуючого агента низька, і рівномірність розподілу груп заміщення в реакції ефіризації погана. Процес дослідження може бути обмежений лише відносно вузькими умовами реакції. Крім того, регульованість і контрольованість основних умов реакції (таких як співвідношення ванни, концентрація лугу, швидкість тістомісильної машини) є дуже поганими. Важко досягти приблизної рівномірності реакції етерифікації та вивчити масообмін і проникнення процесу реакції етерифікації в глибину. Особливостями процесу реактора з перемішуванням як реакційного обладнання є: швидка швидкість перемішування в реакції, швидка швидкість реакції, висока швидкість використання ефірного агента, рівномірний розподіл ефірних замісників, регульовані та контрольовані основні умови реакції.

КМЦ карбоксиметилцелюлози готували за допомогою реакційного обладнання змішувача та реакційного обладнання для перемішування відповідно. Коли місильну машину використовували як реакційне обладнання, інтенсивність перемішування була низькою, а середня швидкість обертання становила 50 об/хв. Коли в якості реакційного обладнання використовувався реактор з перемішуванням, інтенсивність перемішування була високою, а середня швидкість обертання становила 500 об/хв. Коли молярне співвідношення монохлороцтової кислоти до моносахариду целюлози становило 1:5:1, час реакції становив 1,5 години при 68 ℃. Коефіцієнт пропускання світла КМЦ, отриманого за допомогою місильної машини, становив 98,02%, а ефективність етерифікації становила 72% через хорошу проникність КМ у етерифікуючому агенті хлороцтової кислоти. Коли реактор для перемішування використовувався як реакційне обладнання, проникність етерифікуючого агента була кращою, пропускна здатність CMC становила 99,56%, а ефективність реакції етеризації була збільшена до 81%.

Гідроксіетилцелюлозу HEC готували за допомогою змішувача та реактора для перемішування як реакційного обладнання. Коли змішувач використовувався як реакційне обладнання, ефективність реакції ефірного агента становила 47%, а розчинність у воді була поганою, коли проникність ефірного агента хлоретилового спирту була поганою, а молярне співвідношення хлоретанолу до моносахариду целюлози становило 3:1 при 60 ℃ протягом 4 годин. . Тільки коли молярне співвідношення хлоретанолу до моносахаридів целюлози становить 6:1, можуть утворюватися продукти з хорошою розчинністю у воді. Коли реактор для перемішування використовувався як реакційне обладнання, проникність агента етерифікації хлоретилового спирту стала кращою при 68 ℃ протягом 4 годин. Коли молярне співвідношення хлоретанолу до моносахариду целюлози становило 3:1, отриманий ГЕК мав кращу розчинність у воді, а ефективність реакції етерифікації була збільшена до 66%.

Ефективність реакції та швидкість реакції ефірного агента хлороцтової кислоти набагато вищі, ніж у хлоретанолу, і реактор для перемішування як реакційне обладнання для ефіризації має очевидні переваги перед місильною машиною, що значно покращує ефективність реакції ефіризації. Висока пропускна здатність CMC також опосередковано вказує на те, що реактор з перемішуванням як обладнання для реакції етеризації може покращити однорідність реакції етерізації. Це пояснюється тим, що целюлозний ланцюг має три гідроксильні групи на кожному кільці глюкозної групи, і тільки в сильно набряклому або розчиненому стані всі гідроксильні пари целюлози молекул етерифікуючого агента доступні. Реакція етерифікації целюлози зазвичай є гетерогенною реакцією ззовні всередину, особливо в кристалічній області целюлози. Коли кристалічна структура целюлози залишається незмінною без впливу зовнішньої сили, етерифікуючий агент важко проникнути в кристалічну структуру, впливаючи на однорідність гетерогенної реакції. Тому шляхом попередньої обробки очищеної бавовни (наприклад, збільшення питомої поверхні очищеної бавовни) реакційна здатність очищеної бавовни може бути покращена. У великому співвідношенні ванни (етанол/целюлоза або ізопропіловий спирт/целюлоза та реакція високошвидкісного перемішування, згідно з міркуваннями, порядок зони кристалізації целюлози буде зменшено, у цей час целюлоза може сильно набухнути, так що набухання зони аморфної та кристалічної целюлози мають тенденцію бути узгодженими. Таким чином, реакційна здатність аморфної та кристалічної областей подібна.

За допомогою аналізу інфрачервоного спектру та рентгенівського дифракційного аналізу процес реакції етерифікації целюлози можна зрозуміти більш яскраво, коли реактор для перемішування використовується як обладнання для реакції етерифікації.

Тут аналізували інфрачервоні спектри та спектри рентгенівської дифракції. Реакцію етерифікації CMC і HEC проводили в реакторі з перемішуванням в умовах реакції, описаних вище.

Аналіз інфрачервоного спектру показує, що реакція ефіру CMC і HEC змінюється закономірно зі збільшенням часу реакції, ступінь заміщення різний.

Завдяки аналізу рентгенівської дифракційної картини кристалічність CMC і HEC прагне до нуля зі збільшенням часу реакції, що вказує на те, що процес декристалізації в основному був реалізований на стадії підлужнення та стадії нагрівання перед реакцією етерифікації очищеної бавовни. . Таким чином, реакційна здатність очищеної бавовни до етерифікації карбоксиметилу та гідроксиетилового волокна більше не обмежується переважно кристалічністю очищеної бавовни. Це пов'язано з проникністю ефірного агента. Можна продемонструвати, що реакцію етерифікації CMC і HEC проводять за допомогою реактора з перемішуванням як реакційного обладнання. При високошвидкісному перемішуванні це корисно для процесу декристалізації очищеної бавовни на стадії підлужнення та на стадії нагрівання перед реакцією етерифікації та допомагає агенту етерифікації проникати в целюлозу, щоб покращити ефективність реакції етерифікації та однорідність заміщення .

На завершення це дослідження підкреслює вплив потужності перемішування та інших факторів на ефективність реакції під час процесу реакції. Таким чином, пропозиція цього дослідження ґрунтується на наступних причинах: у гетерогенній реакційній системі етерування використання великого співвідношення бань та високої інтенсивності перемішування тощо є основними умовами для отримання приблизно однорідного ефіру целюлози з групою-замісником. розподіл; У конкретній гетерогенній реакційній системі етерування високоефективний ефір целюлози з приблизно рівномірним розподілом замісників можна отримати за допомогою реактора з перемішуванням як реакційного обладнання, що показує, що водний розчин ефіру целюлози має високу пропускну здатність, що має велике значення для розширення властивостей і функції ефіру целюлози. Тістомісильна машина використовується як реакційне обладнання для вивчення реакції етерифікації очищеної бавовни. Через низьку інтенсивність перемішування це погано підходить для проникнення агента етерифікації та має деякі недоліки, такі як висока частка побічних реакцій і погана рівномірність розподілу замінників етерифікації.