Tóm tắt:Để thay thế bùn polyvinyl Alcohol (PVA) không phân hủy, cellulose ether-hydroxypropyl methylcellulose thân cây gai dầu đã được điều chế từ thân cây gai dầu thải nông nghiệp và trộn với tinh bột cụ thể để chuẩn bị bùn. Sợi pha polyester-bông T/C65/35 14,7 tex đã được định cỡ và hiệu suất định cỡ của nó đã được kiểm tra. Quy trình sản xuất hydroxypropyl methylcellulose tối ưu như sau: phần khối lượng của dung dịch kiềm là 35%; hệ số nén cellulose kiềm là 2,4; Tỷ lệ thể tích lỏng của metan và propylene oxit là 7:3; pha loãng bằng isopropanol; áp suất phản ứng là 2. 0MPa. Kích thước được điều chế bằng cách trộn hydroxypropyl methylcellulose và tinh bột cụ thể có COD thấp hơn và thân thiện với môi trường hơn, đồng thời tất cả các chỉ số định cỡ đều có thể thay thế kích thước PVA.
Từ khóa:thân cây gai dầu; ete cellulose thân cây gai dầu; rượu polyvinyl; định cỡ ete cellulose
0.Lời nói đầu
Trung Quốc là một trong những nước có nguồn tài nguyên rơm rạ tương đối phong phú. Sản lượng trồng trọt hơn 700 triệu tấn, tỷ lệ tận dụng rơm rạ mỗi năm chỉ 3%. Một lượng lớn nguồn rơm rạ chưa được tận dụng. Rơm rạ là một nguyên liệu thô lignocellulose tự nhiên phong phú, có thể được sử dụng trong thức ăn chăn nuôi, phân bón, dẫn xuất cellulose và các sản phẩm khác.
Hiện nay, ô nhiễm nước thải trong quá trình sản xuất dệt may đã trở thành một trong những nguồn gây ô nhiễm lớn nhất. Nhu cầu oxy hóa học của PVA rất cao. Sau khi nước thải công nghiệp do PVA tạo ra trong quá trình in và nhuộm được thải ra sông, nó sẽ ức chế hoặc thậm chí phá hủy quá trình hô hấp của các sinh vật dưới nước. Hơn nữa, PVA làm trầm trọng thêm việc giải phóng và di chuyển kim loại nặng trong trầm tích trong các vùng nước, gây ra nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng hơn. Để thực hiện nghiên cứu thay thế PVA bằng bùn xanh, không chỉ cần đáp ứng yêu cầu của quá trình sàng lọc mà còn phải giảm thiểu ô nhiễm nước và không khí trong quá trình sàng lọc.
Trong nghiên cứu này, thân cây gai dầu cellulose ether-hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) được điều chế từ thân cây gai dầu thải nông nghiệp và quy trình sản xuất nó đã được thảo luận. Và trộn hydroxypropyl methylcellulose và kích thước tinh bột cụ thể theo kích thước để định cỡ, so sánh với kích thước PVA và thảo luận về hiệu suất định cỡ của nó.
1. Thí nghiệm
1 . 1 Vật liệu và dụng cụ
Thân cây gai dầu, Hắc Long Giang; sợi pha polyester-bông T/C65/3514.7 tex; thân cây gai dầu tự chế cellulose ether-hydroxypropyl methylcellulose; FS-101, tinh bột biến tính, PVA-1799, PVA-0588, Công ty TNHH Dệt may Triều Dương của Tập đoàn Liaoning Zhongze; propanol, loại cao cấp; propylen oxit, axit axetic băng, natri hydroxit, isopropanol, tinh khiết phân tích; metyl clorua, nitơ có độ tinh khiết cao.
Ấm phản ứng GSH-3L, bể nước khuấy từ màn hình kỹ thuật số JRA-6, lò sấy nhiệt độ không đổi gia nhiệt bằng điện DHG-9079A, máy khuấy cơ học trên cao IKARW-20, máy định cỡ mẫu ESS-1000, máy đo độ bền sợi đơn điện tử YG 061/PC, Máy thử độ mài mòn sợi vi tính LFY-109B.
1.2 Điều chế hydroxypropyl methylcellulose
1. 2. 1 Chuẩn bị sợi kiềm
Tách thân cây gai dầu, dùng máy nghiền thành 20 mắt lưới, thêm bột thân cây gai dầu vào dung dịch nước NaOH 35% và ngâm ở nhiệt độ phòng trong 1 . 5 ~ 2 . 0 giờ. Bóp sợi kiềm đã ngâm tẩm sao cho tỷ lệ khối lượng của kiềm, xenlulo và nước là 1. 2:1. 2:1.
1. 2.2 Phản ứng ete hóa
Ném cellulose kiềm đã chuẩn bị vào ấm phản ứng, thêm 100 mL isopropanol làm chất pha loãng, thêm 140 mL chất lỏng metyl clorua và 60 mL oxit propylen, hút chân không và tạo áp suất đến 2 . 0 MPa, từ từ tăng nhiệt độ lên 45°C trong 1-2 giờ và phản ứng ở 75°C trong 1-2 giờ để điều chế hydroxypropyl methylcellulose.
1. 2. 3 Xử lý hậu kỳ
Điều chỉnh độ pH của ete xenluloza đã ete hóa bằng axit axetic băng đến 6. 5 ~ 7 . 5, rửa bằng propanol ba lần và sấy khô trong lò ở 85°C.
1.3 Quy trình sản xuất hydroxypropyl methylcellulose
1. 3.1 Ảnh hưởng của tốc độ quay đến quá trình điều chế ete xenlulo
Thông thường phản ứng ether hóa là phản ứng không đồng nhất từ trong ra ngoài. Nếu không có nguồn điện bên ngoài, chất ether hóa khó đi vào quá trình kết tinh của cellulose, do đó cần phải kết hợp hoàn toàn chất ether hóa với cellulose bằng cách khuấy. Trong nghiên cứu này, một lò phản ứng khuấy áp suất cao đã được sử dụng. Sau nhiều lần thử nghiệm và trình diễn, tốc độ quay được chọn là 240-350 vòng/phút.
1. 3. 2 Ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến điều chế ete xenlulo
Chất kiềm có thể phá hủy cấu trúc nhỏ gọn của cellulose để làm cho nó trương nở, và khi sự trương nở của vùng vô định hình và vùng kết tinh có xu hướng nhất quán thì quá trình ete hóa diễn ra suôn sẻ. Trong quá trình sản xuất ether cellulose, lượng kiềm được sử dụng trong quá trình kiềm hóa cellulose có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả ether hóa của các sản phẩm ether hóa và mức độ thay thế của các nhóm. Trong quá trình điều chế hydroxypropyl methylcellulose, khi nồng độ dung dịch kiềm tăng lên thì hàm lượng các nhóm methoxyl cũng tăng lên; ngược lại, khi nồng độ dung dịch kiềm giảm thì hàm lượng bazơ của hydroxypropyl methylcellulose càng lớn. Hàm lượng nhóm methoxy tỷ lệ thuận với nồng độ dung dịch kiềm; hàm lượng hydroxypropyl tỷ lệ nghịch với nồng độ dung dịch kiềm. Phần khối lượng của NaOH được chọn là 35% sau khi thử nghiệm lặp lại.
1. 3. 3 Ảnh hưởng của tỷ lệ ép xenluloza kiềm đến điều chế ete xenlulo
Mục đích của việc ép sợi kiềm là kiểm soát hàm lượng nước của cellulose kiềm. Khi tỷ lệ ép quá nhỏ, hàm lượng nước tăng lên, nồng độ dung dịch kiềm giảm, tốc độ ether hóa giảm và tác nhân ether hóa bị thủy phân và các phản ứng phụ tăng lên. , hiệu suất ether hóa giảm đi rất nhiều. Khi tỷ lệ ép quá lớn, hàm lượng nước giảm, cellulose không thể trương nở và không có khả năng phản ứng, tác nhân ether hóa không thể tiếp xúc hoàn toàn với cellulose kiềm và phản ứng không đồng đều. Sau nhiều thử nghiệm và so sánh ép, người ta xác định được tỷ lệ khối lượng của kiềm, nước và xenlulo là 1,2:1. 2:1.
1. 3. 4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình điều chế ete xenlulo
Trong quá trình điều chế hydroxypropyl methylcellulose, trước tiên hãy kiểm soát nhiệt độ ở 50-60 ° C và giữ ở nhiệt độ không đổi trong 2 giờ. Phản ứng hydroxypropyl hóa có thể được thực hiện ở khoảng 30oC và tốc độ phản ứng hydroxypropyl hóa tăng lên rất nhiều ở 50oC; từ từ tăng nhiệt độ lên 75oC và kiểm soát nhiệt độ trong 2 giờ. Ở 50°C, phản ứng methyl hóa hầu như không phản ứng, ở 60°C, tốc độ phản ứng chậm và ở 75°C, tốc độ phản ứng methyl hóa tăng lên rất nhiều.
Việc điều chế hydroxypropyl methylcellulose với kiểm soát nhiệt độ nhiều giai đoạn không chỉ có thể kiểm soát sự cân bằng của các nhóm methoxyl và hydroxypropyl mà còn giúp giảm phản ứng phụ và hậu xử lý, đồng thời thu được sản phẩm có cấu trúc hợp lý.
1. 3. 5 Ảnh hưởng của tỷ lệ liều lượng tác nhân ete đến quá trình điều chế ete xenlulo
Vì hydroxypropyl methylcellulose là một ete hỗn hợp không ion điển hình, nên các nhóm methyl và hydroxypropyl được thay thế trên các chuỗi đại phân tử hydroxypropyl methylcellulose khác nhau, nghĩa là C khác nhau ở mỗi vị trí vòng glucose. Mặt khác, tỷ lệ phân phối methyl và hydroxypropyl có độ phân tán và ngẫu nhiên cao hơn. Độ hòa tan trong nước của HPMC có liên quan đến hàm lượng nhóm methoxy. Khi hàm lượng nhóm methoxy thấp có thể hòa tan trong chất kiềm mạnh. Khi hàm lượng methoxyl tăng lên, nó trở nên nhạy cảm hơn với sự trương nở của nước. Hàm lượng methoxy càng cao thì khả năng hòa tan trong nước càng tốt và có thể tạo thành dạng bùn.
Lượng chất ether hóa methyl clorua và propylene oxit có ảnh hưởng trực tiếp đến hàm lượng methoxyl và hydroxypropyl. Để điều chế hydroxypropyl methylcellulose có khả năng hòa tan trong nước tốt, tỷ lệ thể tích chất lỏng của metyl clorua và propylene oxit được chọn là 7:3.
1.3.6 Quy trình sản xuất hydroxypropyl methylcellulose tối ưu
Thiết bị phản ứng là lò phản ứng khuấy có áp suất cao; tốc độ quay 240-350 vòng/phút; phần khối lượng của dung dịch kiềm là 35%; tỷ số nén của cellulose kiềm là 2,4; Hydroxypropoxyl hóa ở 50°C trong 2 giờ, methoxyl hóa ở 75°C trong 2 giờ; tác nhân ete hóa metyl clorua và tỷ lệ thể tích chất lỏng propylene oxit 7:3; chân không; áp lực 2 . 0 MPa; chất pha loãng là isopropanol.
2. Phát hiện và ứng dụng
2.1 SEM của cellulose gai dầu và cellulose kiềm
So sánh cellulose cây gai dầu chưa được xử lý và cellulose cây gai dầu được xử lý bằng 35% NaOH, có thể thấy rõ rằng cellulose được kiềm hóa có nhiều vết nứt bề mặt hơn, diện tích bề mặt lớn hơn, hoạt tính cao hơn và phản ứng ether hóa dễ dàng hơn.
2.2 Xác định bằng quang phổ hồng ngoại
Cellulose được chiết xuất từ thân cây gai dầu sau khi xử lý và phổ hồng ngoại của HPMC được điều chế từ cellulose thân cây gai dầu. Trong đó, dải hấp thụ mạnh và rộng ở 3295 cm -1 là dải hấp thụ dao động kéo dài của nhóm hydroxyl liên kết HPMC, dải hấp thụ ở 1250 ~ 1460 cm -1 là dải hấp thụ CH, CH2 và CH3, và dải hấp thụ Dải hấp thụ ở 1600 cm -1 là dải hấp thụ của nước trong dải hấp thụ polymer. Dải hấp thụ ở bước sóng 1025cm -1 là dải hấp thụ của C — O — C trong polyme.
2.3 Xác định độ nhớt
Lấy mẫu ete cellulose thân cây cần sa đã chuẩn bị sẵn và cho vào cốc thủy tinh để chuẩn bị dung dịch nước 2%, khuấy kỹ, đo độ nhớt và độ ổn định độ nhớt bằng nhớt kế và đo độ nhớt trung bình trong 3 lần. Độ nhớt của mẫu ete cellulose thân cây cần sa đã chuẩn bị là 11. 8 mPa·s.
2.4 Ứng dụng định cỡ
2.4.1 Cấu hình bùn
Huyền phù đặc được chuẩn bị thành 1000mL huyền phù đặc với phần khối lượng là 3,5%, khuấy đều bằng máy trộn, sau đó cho vào nồi cách thủy và đun nóng đến 95°C trong 1 giờ. Đồng thời, lưu ý thùng nấu bột giấy phải được đậy kín để tránh nồng độ bùn tăng cao do bay hơi nước.
2.4.2 Công thức tạo bùn pH, khả năng trộn lẫn và COD
Trộn hydroxypropyl methyl cellulose và lượng tinh bột cụ thể để chuẩn bị huyền phù (1#~4#) và so sánh với huyền phù công thức PVA (0#) để phân tích độ pH, khả năng trộn lẫn và COD. Sợi pha polyester-bông T/C65/3514.7 tex được định cỡ trên máy định cỡ mẫu ESS1000 và hiệu suất định cỡ của nó đã được phân tích.
Có thể thấy, ete xenluloza thân cây gai dầu tự chế và tinh bột cụ thể cỡ 3# là công thức kích thước tối ưu: 25% ete xenluloza thân cây gai dầu, 65% tinh bột biến tính và 10% FS-101.
Tất cả dữ liệu định cỡ đều có thể so sánh với dữ liệu định cỡ của kích thước PVA, cho thấy kích thước hỗn hợp của hydroxypropyl methylcellulose và tinh bột cụ thể có hiệu suất định cỡ tốt; độ pH của nó gần với mức trung tính hơn; hydroxypropyl methylcellulose và tinh bột cụ thể COD (17459,2 mg/L) của kích thước hỗn hợp tinh bột cụ thể thấp hơn đáng kể so với kích thước PVA (26448,0 mg/L) và hiệu quả bảo vệ môi trường rất tốt.
3. Kết luận
Quy trình sản xuất tối ưu để chuẩn bị cellulose ether-hydroxypropyl methylcellulose thân cây gai dầu để định cỡ như sau: lò phản ứng khuấy áp suất cao với tốc độ quay 240-350 vòng/phút, phần khối lượng dung dịch kiềm là 35% và tỷ lệ nén của cellulose kiềm 2,4, nhiệt độ methyl hóa là 75oC và nhiệt độ hydroxypropyl hóa là 50oC, mỗi lần duy trì trong 2 giờ, tỷ lệ thể tích chất lỏng của metyl clorua và propylene oxit là 7: 3, chân không, áp suất phản ứng là 2,0 MPa, isopropanol là chất pha loãng.
Ether cellulose thân cây gai dầu được sử dụng để thay thế kích thước PVA trong định cỡ và tỷ lệ kích thước tối ưu là: 25% ether cellulose thân cây gai dầu, 65% tinh bột biến tính và 10% FS-101. Độ pH của bùn là 6,5 và COD (17459,2 mg/L) thấp hơn đáng kể so với bùn PVA (26448,0 mg/L), cho thấy hiệu quả môi trường tốt.
Ete cellulose thân cây gai dầu được sử dụng để hồ thay vì hồ PVA để hồ sợi pha polyester-bông T/C 65/3514.7tex. Chỉ số kích thước là tương đương. Kích thước hỗn hợp cellulose thân cây gai dầu mới và kích thước hỗn hợp tinh bột biến tính có thể thay thế kích thước PVA.
Thời gian đăng: Feb-20-2023