CMC tsellyuloza va uning tuzilishi xarakteristikasi

Xom ashyo sifatida somon tsellyulozasidan foydalanib, u eterifikatsiya yo'li bilan o'zgartirildi. Yagona omil va aylanish testi orqali karboksimetil tsellyulozani tayyorlash uchun optimal sharoitlar aniqlandi: eterlanish vaqti 100 min, eterlanish harorati 70℃, NaOH dozasi 3,2 g va monoxloroasetik kislota dozasi 3,0 g, maksimal almashtirish darajasi 0,53.

Kalit so'zlar: CMCtsellyuloza; monoxloroasetik kislota; eterifikatsiya; modifikatsiya

Karboksimetil tsellyulozadunyodagi eng ko'p ishlab chiqarilgan va sotiladigan tsellyuloza efiridir. U detarjan, oziq-ovqat, tish pastasi, to'qimachilik, matbaa va bo'yash, qog'oz ishlab chiqarish, neft, tog'-kon sanoati, tibbiyot, keramika, elektron komponentlar, kauchuk, bo'yoqlar, pestitsidlar, kosmetika, charm, plastmassa va neft burg'ulash va boshqalarda keng qo'llaniladi. "sanoat mononatriy glutamat" sifatida. Karboksimetil tsellyuloza tabiiy tsellyulozani kimyoviy modifikatsiya qilish natijasida olingan suvda eruvchan tsellyuloza efir hosilasidir. Karboksimetiltsellyuloza ishlab chiqarish uchun asosiy xom ashyo bo'lgan tsellyuloza er yuzidagi eng ko'p tabiiy qayta tiklanadigan resurslardan biri bo'lib, yiliga yuzlab milliard tonna ishlab chiqariladi. mening mamlakatim yirik qishloq xo'jaligi mamlakati va eng ko'p somon resurslariga ega mamlakatlardan biri. Somon har doim qishloq aholisi uchun asosiy tirik yoqilg'ilardan biri bo'lib kelgan. Bu resurslar uzoq vaqt davomida oqilona ishlab chiqilmagan va har yili dunyoda somon kabi qishloq va o'rmon xo'jaligi chiqindilarining 2% dan kamrog'i ishlatiladi. Sholi Heilongjiang provintsiyasida asosiy iqtisodiy ekin bo'lib, ekin maydoni 2 million hm2 dan ortiq, yillik 14 million tonna sholi va 11 million tonna somon ishlab chiqariladi. Fermerlar, odatda, ularni to'g'ridan-to'g'ri dalada chiqindi sifatida yoqib yuboradilar, bu nafaqat tabiiy resurslarning katta isrof qilinishi, balki atrof-muhitning jiddiy ifloslanishiga olib keladi. Shu sababli, somon resurslaridan foydalanishni amalga oshirish qishloq xo'jaligini barqaror rivojlantirish strategiyasining zarurati hisoblanadi.

1. Tajriba materiallari va usullari

1.1 Eksperimental materiallar va jihozlar

Laboratoriyada o'z-o'zidan ishlab chiqarilgan somon tsellyulozasi; JJ～1 turdagi elektr mikser, Jintan Guowang eksperimental asboblar fabrikasi; SHZW2C turi RS—Vakuum nasosi, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.; pHS-3C pH o'lchagich, Mettler-Toledo Co., Ltd.; DGG-9070A elektr isitish doimiy haroratli quritish pechi, Pekin Shimoliy Lihui Test Instrument Equipment Co., Ltd.; HITACHI-S ~ 3400N skanerlash elektron mikroskopi, Hitachi Instruments; etanol; natriy gidroksidi; xloroasetik kislota va boshqalar (yuqoridagi reaktivlar analitik jihatdan toza).

1.2 Eksperimental usul

1.2.1 Karboksimetiltsellyulozani tayyorlash

(1) Karboksimetil tsellyulozani tayyorlash usuli: 2 g tsellyulozani uch bo'yinli kolbaga torting, 2,8 g NaOH, 20 ml 75% etanol eritmasi qo'shing va 25 gradusli doimiy haroratli suv hammomida ishqorga soling.°C 80 daqiqa davomida. Yaxshi aralashtirish uchun mikser bilan aralashtiring. Bu jarayonda tsellyuloza ishqoriy eritma bilan reaksiyaga kirishib, ishqoriy tsellyuloza hosil qiladi. Eterifikatsiya bosqichida yuqorida reaksiyaga kirishgan uch bo'yinli kolbaga 10 ml 75% li etanol eritmasi va 3 g xlorosirka kislota qo'shing, haroratni 65-70 darajaga ko'taring.° C. va 60 daqiqa davomida reaksiyaga kirishing. Ikkinchi marta ishqor qo'shing, so'ngra yuqoridagi reaksiya kolbasiga 0,6 g NaOH qo'shing, harorat 70 darajada ushlab turiladi.°C va xom Na olish uchun reaksiya vaqti 40 minut—CMC (natriy karboksimetilselüloza).

Neytrallash va yuvish: 1 moL qo'shing·L-1 xlorid kislotasi va reaksiyani xona haroratida pH=7~8 ga qadar neytrallashtiring. Keyin ikki marta 50% etanol bilan yuving, so'ngra bir marta 95% etanol bilan yuving, so'rg'ich bilan filtrlang va 80-90 haroratda quriting.°C 2 soat davomida.

(2) Namunani almashtirish darajasini aniqlash: kislotalilik o'lchagichni aniqlash usuli: tozalangan va quritilgan Na-CMC namunasidan 0,2 g (0,1 mg gacha aniq) torting, uni 80 ml distillangan suvda eritib, 10 daqiqa davomida elektromagnit bilan aralashtiramiz va sozlang. uni kislota yoki ishqor bilan Eritma eritmaning pH qiymatini 8 ga keltirdi. Keyin tekshirilayotgan eritmani pH o'lchagich elektrodi bilan jihozlangan stakanda sulfat kislota standart eritmasi bilan titrlang va pH ni tashkil etguncha titrlashda pH o'lchagich ko'rsatkichini kuzating. 3.74. Ishlatilgan sulfat kislota standart eritmasining hajmiga e'tibor bering.

1.2.2 Bir faktorli test usuli

(1) gidroksidi miqdorining karboksimetil tsellyuloza o'rnini bosish darajasiga ta'siri: 25 da ishqorlanishni amalga oshiring.℃, 80 daqiqa davomida gidroksidi suvga cho'mish, etanol eritmasidagi konsentratsiya 75%, monokloroatsetik kislota reaktivi miqdorini nazorat qilish 3g, eterifikatsiya harorati 65 ~ 70°C, eterifikatsiya vaqti 100 minutni tashkil etdi va natriy gidroksid miqdori sinov uchun o'zgartirildi.

(2) Etanol eritmasi konsentratsiyasining karboksimetil tsellyuloza o'rnini bosish darajasiga ta'siri: qattiq ishqor miqdori 3,2 g, gidroksidi suv hammomida doimiy haroratda 25 ga botiriladi.°80 min C, etanol eritmasining konsentratsiyasi 75%, monoxloroatsetik kislota reaktivining miqdori 3 g da nazorat qilinadi, eterifikatsiya Harorat 65-70°C, eterifikatsiya vaqti 100 minut va etanol eritmasining konsentratsiyasi tajriba uchun o'zgartiriladi.

(3) Monoxloroasetik kislota miqdorining karboksimetil tsellyuloza o'rnini bosish darajasiga ta'siri: 25 ga mahkamlang°Alkalizatsiya uchun C, ishqorda 80 daqiqa davomida namlang, etanol eritmasining konsentratsiyasi 75%, efir harorati 65 ~ 70 bo'lishi uchun 3,2 g natriy gidroksid qo'shing.°C, eterlanish vaqti 100 minut, monoxloroasetik kislota miqdori tajriba uchun o'zgartiriladi.

(4) Eterifikatsiya haroratining karboksimetil tsellyulozani almashtirish darajasiga ta'siri: 25 ga mahkamlang°Ishqorlanish uchun C, ishqorda 80 daqiqa namlang, etanol eritmasining konsentratsiyasini 75% qilish uchun 3,2 g natriy gidroksid qo'shing, eterlanish harorati Harorat 65 ~ 70℃, eterlanish vaqti 100 minut bo'lib, monoxloroasetik kislota dozasini o'zgartirish orqali tajriba o'tkaziladi.

(5) Eterifikatsiya vaqtining karboksimetil tsellyulozaning almashinish darajasiga ta'siri: 25 ga belgilangan°Alkalizatsiya uchun C, 3,2 g natriy gidroksid qo'shildi va etanol eritmasining konsentratsiyasini 75% va nazorat ostida monoxlor qilish uchun 80 daqiqa davomida ishqorda namlanadi Sirka kislotasi reaktivining dozasi 3 g, eterifikatsiya harorati 65 ~ 70°C, va eterifikatsiya vaqti tajriba uchun o'zgartiriladi.

1.2.3 Karboksimetil tsellyulozani sinov rejasi va optimallashtirish

Yagona faktorli eksperiment asosida to'rt omil va besh darajali kvadratik regressiya ortogonal aylanish birlashtirilgan tajriba ishlab chiqilgan. To'rt omil - eterlanish vaqti, efirlanish harorati, NaOH miqdori va monoxloroasetik kislota miqdori. Ma'lumotlarni qayta ishlashda ma'lumotlarni qayta ishlash uchun SAS8.2 statistik dasturiy ta'minotidan foydalaniladi, bu har bir ta'sir etuvchi omil va karboksimetil tsellyuloza o'rnini bosish darajasi o'rtasidagi bog'liqlikni ochib beradi. ichki qonun.

1.2.4 SEM tahlil usuli

Quritilgan kukun namunasi namuna bosqichida o'tkazuvchan elim bilan mahkamlangan va oltinni vakuum bilan purkagandan so'ng, Hitachi-S-3400N Hitachi skanerlash elektron mikroskopi ostida kuzatilgan va suratga olingan.

2. Natijalar va tahlillar

2.1 Karboksimetil tsellyulozaning almashinish darajasiga bitta omilning ta'siri

2.1.1 Ishqor miqdorining karboksimetiltsellyulozaning almashinish darajasiga ta'siri.

2 g tsellyulozaga NaOH3,2g qo'shilganda, mahsulotning almashinish darajasi eng yuqori bo'ldi. NaOH miqdori kamayadi, bu ishqoriy tsellyuloza va eterifikatsiya agentining neytrallanishini shakllantirish uchun etarli emas va mahsulot kichik darajada almashtirish va past viskoziteye ega. Aksincha, NaOH miqdori juda ko'p bo'lsa, xlorosirka kislota gidrolizi paytidagi yon reaktsiyalar kuchayadi, efirlashtiruvchi vositaning sarfi ortadi, mahsulotning yopishqoqligi ham kamayadi.

2.1.2 Etanol eritmasi konsentratsiyasining karboksimetil tsellyulozaning almashinish darajasiga ta'siri.

Etanol eritmasidagi suvning bir qismi tsellyulozadan tashqaridagi reaksiya muhitida, ikkinchi qismi esa tsellyulozada mavjud. Agar suv miqdori juda katta bo'lsa, CMC eterifikatsiya paytida jele hosil qilish uchun suvda shishiradi, bu juda notekis reaktsiyaga olib keladi; agar suv miqdori juda kichik bo'lsa, reaktsiya muhiti yo'qligi sababli reaktsiyani davom ettirish qiyin bo'ladi. Odatda, 80% etanol eng mos erituvchi hisoblanadi.

2.1.3 Karboksimetiltsellyuloza o'rnini bosish darajasiga monoxloroasetik kislota dozasining ta'siri

Monoxloroasetik kislota va natriy gidroksid miqdori nazariy jihatdan 1: 2 ni tashkil qiladi, ammo reaktsiyani CMC hosil qilish yo'nalishiga o'tkazish uchun reaksiya tizimida mos bo'sh asos mavjudligini ta'minlash kerak, shunda karboksimetilatsiya muammosiz davom etadi. Shu sababdan ortiqcha ishqor usuli qo'llaniladi, ya'ni kislota va ishqorli moddalarning molyar nisbati 1:2,2.

2.1.4 Eterifikatsiya haroratining karboksimetil tsellyulozaning almashinish darajasiga ta'siri

Eterlanish harorati qanchalik yuqori bo'lsa, reaksiya tezligi shunchalik tez bo'ladi, lekin yon reaktsiyalar ham tezlashadi. Kimyoviy muvozanat nuqtai nazaridan, haroratning ko'tarilishi CMC hosil bo'lishi uchun noqulaydir, ammo harorat juda past bo'lsa, reaktsiya tezligi sekin va eterlashtiruvchi vositadan foydalanish darajasi past bo'ladi. Ko'rinib turibdiki, eterifikatsiya uchun optimal harorat 70 dir°C.

2.1.5 Eterifikatsiya vaqtining karboksimetil tsellyulozaning almashinish darajasiga ta'siri

Eterifikatsiya vaqtining oshishi bilan CMC ni almashtirish darajasi oshadi va reaktsiya tezligi tezlashadi, ammo ma'lum vaqtdan keyin yon reaktsiyalar kuchayadi va almashtirish darajasi pasayadi. Eterifikatsiya vaqti 100 min bo'lsa, almashtirish darajasi maksimal bo'ladi.

2.2 Ortogonal test natijalari va karboksimetil guruhlarini tahlil qilish

Dispersiyani tahlil qilish jadvalidan ko'rinib turibdiki, birlamchi elementda efirlanish vaqtining to'rtta omili, efirlanish harorati, NaOH miqdori va monoxloroasetik kislota miqdori karboksimetil tsellyulozaning almashinish darajasiga juda katta ta'sir ko'rsatadi (p). <0,01). O'zaro ta'sir ob'ektlari orasida eterlanish vaqti va monoxloroasetik kislota miqdorining o'zaro ta'sir ob'ektlari, eterlanish harorati va monoxloroasetik kislota miqdorining o'zaro ta'sir elementlari karboksimetil tsellyulozaning almashinish darajasiga juda muhim ta'sir ko'rsatdi (p<0,01). Karboksimetiltsellyulozaning almashinish darajasiga turli omillarning ta'sir qilish tartibi quyidagicha edi: eterlanish harorati>monoxloroasetik kislota miqdori>eterlanish vaqti>NaOH miqdori.

Kvadrat regressiya ortogonal aylanish kombinatsiyasi konstruktsiyasining sinov natijalarini tahlil qilgandan so'ng, karboksimetilatsiyani o'zgartirish uchun optimal jarayon sharoitlari: eterlanish vaqti 100 min, eterlanish harorati 70 ekanligini aniqlash mumkin.℃, NaOH dozasi 3,2 g va monoxloroatsetik kislota Dozasi 3,0 g, almashtirishning maksimal darajasi esa 0,53 ni tashkil qiladi.

2.3 Mikroskopik ishlash tavsifi

Tsellyuloza, karboksimetiltsellyuloza va oʻzaro bogʻlangan karboksimetiltsellyuloza zarralarining sirt morfologiyasi skanerlash elektron mikroskop yordamida oʻrganildi. Tsellyuloza silliq yuzaga ega bo'lgan chiziq shaklida o'sadi; karboksimetil tsellyulozaning qirrasi olingan tsellyulozanikiga qaraganda qo'polroq bo'lib, bo'shliq strukturasi oshadi va hajmi katta bo'ladi. Buning sababi, karboksimetil tsellyulozaning shishishi tufayli to'plam tuzilishi kattalashadi.

3. Xulosa

3.1 Karboksimetil eterlangan tsellyulozani tayyorlash Tsellyulozaning almashinish darajasiga ta'sir etuvchi to'rt omilning ahamiyati tartibi: efirlanish harorati > monoxloroasetik kislota dozasi > eterlanish vaqti > NaOH dozasi. Karboksimetillanish modifikatsiyasining optimal jarayon sharoitlari efirlanish vaqti 100 minut, efirlanish harorati 70℃, NaOH dozasi 3,2 g, monoxloroasetik kislota dozasi 3,0 g va maksimal almashtirish darajasi 0,53.

3.2 Karboksimetilatsiyani modifikatsiyalashning optimal texnologik shartlari: efirlanish vaqti 100 min, efirlanish harorati 70℃, NaOH dozasi 3,2 g, monoxloroasetik kislota dozasi 3,0 g, maksimal almashtirish darajasi 0,53.