Анотація:Щоб замінити суспензію полівінілового спирту (ПВС), що не розкладається, ефір целюлози стебла коноплі-гідроксипропілметилцелюлозу готували з сільськогосподарських відходів стебел коноплі та змішували зі специфічним крохмалем для приготування суспензії. Поліестерно-бавовняна змішана пряжа T/C65/35 14,7 текс була проклеєна та перевірена її ефективність проклеювання. Оптимальний процес виробництва гідроксипропілметилцелюлози був таким: масова частка лугу 35 %; ступінь стиснення лужної целюлози становила 2,4; Співвідношення об’ємів рідини метану та пропіленоксиду становить 7 : 3; розвести ізопропанолом ; тиск реакції 2 . 0 МПа. Клей, отриманий змішуванням гідроксипропілметилцелюлози та специфічного крохмалю, має нижчу ХПК і є більш екологічним, а всі показники проклейки можуть замінити клеї ПВА.
Ключові слова:стебло коноплі; ефір целюлози стебла коноплі; полівініловий спирт; проклеювання ефіром целюлози
0.Передмова
Китай є однією з країн з відносно багатими ресурсами соломи. Виробництво врожаю становить понад 700 мільйонів тонн, а коефіцієнт використання соломи становить лише 3% щороку. Велика кількість солом’яних ресурсів не використана. Солома є багатою природною лігноцелюлозною сировиною, яку можна використовувати в кормах, добривах, похідних целюлози та інших продуктах.
В даний час забруднення стічних вод, що виникають у процесі виробництва текстилю, стало одним із найбільших джерел забруднення. Хімічна потреба ПВС у кисні дуже висока. Після того, як промислові стічні води, утворені ПВА в процесі друку та фарбування, скидаються в річку, вони пригнічують або навіть знищують дихання водних організмів. Крім того, PVA посилює виділення та міграцію важких металів у відкладеннях у водоймах, викликаючи більш серйозні екологічні проблеми. Щоб провести дослідження щодо заміни ПВА на зелену суспензію, необхідно не тільки відповідати вимогам процесу проклейки, але й мінімізувати забруднення води та повітря під час процесу проклейки.
У цьому дослідженні ефір целюлози стебла коноплі-гідроксипропілметилцелюлоза (HPMC) була отримана з сільськогосподарських відходів стебла коноплі, і був обговорений процес її виробництва. І змішайте гідроксипропілметилцелюлозу та конкретний розмір крохмалю як розмір для проклейки, порівняйте з розміром PVA та обговоріть його ефективність проклейки.
1. Експеримент
1 . 1 Матеріали та інструменти
Стебло коноплі, Хейлунцзян; змішана поліефірно-бавовняна пряжа T/C65/3514.7 tex; ефір целюлози стебла коноплі власного виробництва-гідроксипропілметилцелюлоза; FS-101, модифікований крохмаль, ПВА-1799, ПВА-0588, Liaoning Zhongze Group Chaoyang Textile Co., Ltd.; пропанол вищий сорт; оксид пропілену, кислота оцтова крижана, гідроксид натрію, ізопропанол аналітично чистий; хлористий метил, азот високої чистоти.
GSH-3L реакційний чайник, JRA-6 цифровий дисплей з магнітною мішалкою, водяна баня, DHG-9079A електрична сушильна шафа з постійною температурою, верхня механічна мішалка IKARW-20, машина для сортування зразків ESS-1000, електронний вимірювач міцності однієї пряжі YG 061/PC, Комп'ютеризований тестер пряжі на стирання LFY-109B.
1.2 Отримання гідроксипропілметилцелюлози
1. 2. 1 Приготування лужного волокна
Розділіть стебло коноплі, подрібніть його до 20 меш за допомогою пульверизатора, додайте порошок стебла коноплі до 35% водного розчину NaOH і замочіть його при кімнатній температурі на 1 . 5 ~ 2 . 0 год. Відіжміть просочене лугом волокно так, щоб масове співвідношення лугу, целюлози та води становило 1. 2:1. 2:1.
1. 2. 2 Реакція етерифікації
Влийте підготовлену лужну целюлозу в реакційний котел, додайте 100 мл ізопропанолу як розріджувач, додайте рідину 140 мл метилхлориду та 60 мл пропіленоксиду, вакуумуйте та підвищте тиск до 2 . 0 МПа, повільно підвищують температуру до 45°C протягом 1-2 годин і вступають у реакцію при 75°C протягом 1-2 годин, щоб отримати гідроксипропілметилцелюлозу.
1. 2. 3 Постобробка
Доведіть рН етеризованого ефіру целюлози за допомогою крижаної оцтової кислоти до 6. 5 ~ 7 . 5, тричі промивають пропанолом і сушать у печі при 85°С.
1.3 Процес виробництва гідроксипропілметилцелюлози
1. 3. 1 Вплив швидкості обертання на отримання ефіру целюлози
Зазвичай реакція етерифікації є гетерогенною реакцією зсередини всередину. Якщо зовнішнього джерела живлення немає, агенту етерифікації важко увійти до кристалізації целюлози, тому необхідно повністю з’єднати агент етерифікації з целюлозою шляхом перемішування. У цьому дослідженні використовувався реактор з перемішуванням високого тиску. Після повторних експериментів і демонстрацій обрана швидкість обертання 240-350 об/хв.
1. 3. 2 Вплив концентрації лугу на отримання ефіру целюлози
Луги можуть руйнувати компактну структуру целюлози, щоб змусити її набухати, і коли набухання аморфної області та кристалічної області мають тенденцію бути послідовними, етерифікація протікає плавно. У процесі виробництва ефіру целюлози кількість лугу, що використовується в процесі підлужнення целюлози, має великий вплив на ефективність етерифікації продуктів етерифікації та ступінь заміщення груп. У процесі одержання гідроксипропілметилцелюлози зі збільшенням концентрації лугу також збільшується вміст метоксилових груп; і навпаки, коли концентрація лугу зменшується, вміст гідроксипропілметилцелюлози основи стає більшим. Вміст метоксигрупи прямо пропорційний концентрації лугу; вміст гідроксипропілу обернено пропорційний концентрації лугу. Масову частку NaOH після повторних випробувань вибрали 35%.
1. 3. 3 Вплив коефіцієнта пресування лужної целюлози на приготування ефіру целюлози
Метою пресування лужного волокна є контроль вмісту води в лужній целюлозі. Коли коефіцієнт пресування занадто малий, вміст води збільшується, концентрація лугу зменшується, швидкість етерифікації зменшується, а агент етерифікації гідролізується, і побічні реакції збільшуються. , ефективність етерифікації значно знижується. Коли коефіцієнт пресування занадто великий, вміст води зменшується, целюлоза не може набрякати і не має реакційної здатності, а агент етерифікації не може повністю контактувати з лужною целюлозою, і реакція відбувається нерівномірно. Після багатьох випробувань і наполегливих порівнянь було встановлено, що масове співвідношення лугу, води та целюлози становило 1,2:1. 2:1.
1. 3. 4 Вплив температури на отримання ефіру целюлози
У процесі приготування гідроксипропілметилцелюлози спочатку контролюйте температуру 50-60 °C і витримуйте її при постійній температурі протягом 2 годин. Реакцію гідроксипропілювання можна проводити приблизно при 30 ℃, а швидкість реакції гідроксипропілювання значно зростає при 50 ℃; повільно підвищуйте температуру до 75 ℃ і контролюйте температуру протягом 2 годин. При 50 °C реакція метилювання майже не реагує, при 60 °C швидкість реакції є повільною, а при 75 °C швидкість реакції метилювання значно прискорюється.
Приготування гідроксипропілметилцелюлози з багатоступеневим контролем температури може не тільки контролювати баланс метоксильних і гідроксипропілових груп, але також допомагає зменшити побічні реакції та дообробку, а також отримати продукти з розумною структурою.
1. 3. 5 Вплив співвідношення доз етерифікатора на приготування ефіру целюлози
Оскільки гідроксипропілметилцелюлоза є типовим неіонним змішаним ефіром, метилова та гідроксипропілова групи заміщені на різних макромолекулярних ланцюгах гідроксипропілметилцелюлози, тобто різні C у кожному положенні кільця глюкози. З іншого боку, співвідношення розподілу метилу та гідроксипропілу має більшу дисперсію та випадковість. Розчинність HPMC у воді пов'язана з вмістом метоксигрупи. Коли вміст метоксигрупи низький, його можна розчинити в сильному лугу. Зі збільшенням вмісту метоксилу він стає більш чутливим до набухання у воді. Чим вищий вміст метокси, тим краща розчинність у воді, і його можна сформулювати у вигляді суспензії.
Кількість етерифікатора хлористого метилу та оксиду пропілену безпосередньо впливає на вміст метоксилу та гідроксипропілу. Щоб одержати гідроксипропілметилцелюлозу з хорошою розчинністю у воді, об’ємне співвідношення рідини метилхлориду та пропіленоксиду було вибрано рівним 7:3.
1.3.6 Оптимальний процес виробництва гідроксипропілметилцелюлози
Реакційне обладнання являє собою реактор з перемішуванням високого тиску; швидкість обертання 240-350 об/хв; масова частка лугу 35 %; ступінь стиснення лужної целюлози 2,4; Гідроксипропоксилювання при 50°C протягом 2 годин, метоксилування при 75°C протягом 2 годин; об'ємне співвідношення агента етерифікації хлористого метилу та оксиду пропілену 7:3; вакуумні; тиск 2. 0 МПа; розріджувач - ізопропанол.
2. Виявлення та застосування
2.1 SEM конопляної целюлози та лужної целюлози
Порівнюючи необроблену конопляну целюлозу та конопляну целюлозу, оброблену 35% NaOH, можна чітко виявити, що підлужена целюлоза має більше поверхневих тріщин, більшу площу поверхні, вищу активність та легшу реакцію етерифікації.
2.2 Визначення за допомогою інфрачервоної спектроскопії
Целюлоза, витягнута зі стебел конопель після обробки, та інфрачервоний спектр HPMC, отриманого з целюлози стебел конопель. Серед них сильна і широка смуга поглинання при 3295 см -1 є смугою поглинання розтяжних коливань гідроксильної групи асоціації HPMC, смуга поглинання при 1250 ~ 1460 см -1 є смугою поглинання CH, CH2 і CH3, а поглинання смуга при 1600 см -1 є смугою поглинання води в смузі поглинання полімеру. Смуга поглинання при 1025 см -1 є смугою поглинання C — O — C у полімері.
2.3 Визначення в'язкості
Відібрати підготовлену пробу ефіру целюлози стебла конопель і додати її в склянку для приготування 2% водного розчину, ретельно перемішати, виміряти в’язкість і стабільність в’язкості віскозиметром і 3 рази виміряти середню в’язкість. В'язкість підготовленого зразка целюлозного ефіру стебла коноплі становила 11. 8 мПа·с.
2.4 Застосування розмірів
2.4.1 Конфігурація гною
Із суспензії готували 1000 мл суспензії з масовою часткою 3,5%, рівномірно перемішували мішалкою, потім поміщали на водяну баню і нагрівали до 95°С протягом 1 год. Водночас зауважте, що ємність для варіння м’якоті повинна бути добре закрита, щоб запобігти збільшенню концентрації суспензії через випаровування води.
2.4.2 Рецептура суспензії рН, змішуваність і ХПК
Змішайте гідроксипропілметилцелюлозу та певний розмір крохмалю, щоб приготувати суспензію (1#~4#), і порівняйте з суспензією формули PVA (0#), щоб проаналізувати рН, змішуваність і ХПК. Поліестерно-бавовняна змішана пряжа T/C65/3514.7 tex була проклеєна на машині для проклеювання зразків ESS1000 і була проаналізована її ефективність проклеювання.
Можна побачити, що домашній ефір целюлози стебла коноплі та специфічний крохмаль розміру 3 # є оптимальною формулою розміру: 25% ефіру целюлози стебла коноплі, 65% модифікованого крохмалю та 10% FS-101.
Усі дані про розміри можна порівняти з даними про розміри PVA, що вказує на те, що суміш із гідроксипропілметилцелюлози та конкретного крохмалю має хороші показники проклейки; його pH ближче до нейтрального; гідроксипропілметилцелюлоза та специфічний крохмаль ХПК (17459,2 мг/л) специфічного змішаного крохмалю був значно нижчим, ніж розмір ПВС (26448,0 мг/л), і ефективність захисту навколишнього середовища була хорошою.
3. Висновок
Оптимальний технологічний процес приготування целюлозного ефіру-гідроксипропілметилцелюлози конопель для калібрування: реактор високого тиску з перемішуванням зі швидкістю обертання 240-350 об/хв, масовою часткою лугу 35 %, ступенем стиснення. лужної целюлози 2,4, температура метилювання становить 75 ℃, а температура гідроксипропілювання становить 50 ℃, кожна підтримується протягом 2 годин, об'ємне співвідношення рідини метилхлориду та пропіленоксиду становить 7:3, вакуум, реакційний тиск 2,0 МПа, ізопропанол є розріджувачем.
Ефір целюлози стебла коноплі використовувався для заміни клею PVA для проклейки, і оптимальне співвідношення розмірів було: 25% ефіру целюлози стебла коноплі, 65% модифікованого крохмалю та 10% FS-101. Рівень pH суспензії становить 6,5, а ХПК (17459,2 мг/л) значно нижчий, ніж у суспензії PVA (26448,0 мг/л), що демонструє хороші екологічні показники.
Ефір целюлози стебла коноплі використовувався для проклеювання замість проклеювання PVA для проклеювання пряжі змішаної поліефіру та бавовни T/C 65/3514.7tex. Розмірний індекс еквівалентний. Новий змішаний ефір целюлози стебла коноплі та модифікований крохмаль може замінити розмір PVA.
Час публікації: 20 лютого 2023 р