CMC sellulose en sy struktuur karakterisering

Deur strooisellulose as grondstof te gebruik, is dit deur verethering gemodifiseer.Deur die enkelfaktor- en rotasietoets is die optimale toestande vir die bereiding van karboksimetielsellulose bepaal as: vereetingstyd 100min, vereetingstemperatuur 70℃, NaOH dosis 3.2g en monochloorasynsuur dosis 3.0g, die maksimum substitusie Die graad is 0.53.

Sleutelwoorde: CMCsellulose;monochloorasynsuur;etering;wysiging

Karboksimetiel selluloseis die mees vervaardigde en verkoopte sellulose-eter ter wêreld.Dit word wyd gebruik in skoonmaakmiddels, voedsel, tandepasta, tekstiel, drukwerk en kleur, papiervervaardiging, petroleum, mynbou, medisyne, keramiek, elektroniese komponente, rubber, verf, plaagdoders, skoonheidsmiddels, leer, plastiek en olieboor, ens. as "industriële monosodiumglutamaat".Karboksimetielsellulose is 'n wateroplosbare sellulose-eterderivaat wat verkry word deur natuurlike sellulose chemies te modifiseer.Sellulose, die belangrikste grondstof vir die vervaardiging van karboksimetielsellulose, is een van die volopste natuurlike hernubare hulpbronne op aarde, met 'n jaarlikse produksie van honderde biljoene ton.my land is 'n groot landbouland en een van die lande met die volopste strooibronne.Strooi was nog altyd een van die belangrikste lewende brandstof vir plattelandse inwoners.Hierdie hulpbronne is lanklaas rasioneel ontwikkel en minder as 2% van landbou- en bosbou-afval soos strooi word jaarliks ​​in die wêreld gebruik.Rys is die belangrikste ekonomiese gewas in Heilongjiang-provinsie, met 'n plantoppervlakte van meer as 2 miljoen hm2, 'n jaarlikse produksie van 14 miljoen ton rys en 11 miljoen ton strooi.Boere verbrand dit oor die algemeen direk in die veld as afval, wat nie net 'n groot vermorsing van natuurlike hulpbronne is nie, maar ook ernstige besoedeling van die omgewing veroorsaak.Daarom is die besef van die hulpbronbenutting van strooi die behoefte van die volhoubare ontwikkelingstrategie van landbou.

1. Eksperimentele materiaal en metodes

1.1 Eksperimentele materiaal en toerusting

Strooisellulose, selfgemaak in die laboratorium;JJ～1 tipe elektriese menger, Jintan Guowang Eksperimentele Instrument Factory;SHZW2C tipe RS—'n Vakuumpomp, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.;pHS-3C pH-meter, Mettler-Toledo Co., Ltd.;DGG-9070A elektriese verwarming konstante temperatuur droogoond, Beijing North Lihui Test Instrument Equipment Co., Ltd.;HITACHI-S ~ 3400N skandeerelektronmikroskoop, Hitachi-instrumente;etanol;natriumhidroksied;chloorasynsuur, ens. (bogenoemde reagense is analities suiwer).

1.2 Eksperimentele metode

1.2.1 Bereiding van karboksimetielsellulose

(1) Die bereidingsmetode van karboksimetielsellulose: Weeg 2 g sellulose in 'n drienekfles, voeg 2,8 g NaOH, 20 ml 75% etanoloplossing by en week in alkali in 'n konstante temperatuur waterbad by 25°C vir 80 min.Roer met 'n menger om goed te kombineer.Tydens hierdie proses reageer sellulose met alkaliese oplossing om alkaliese sellulose te vorm.Voeg in die veretheringstadium 10 ml 75% etanoloplossing en 3 g chloorasynsuur by die drienekfles wat hierbo gereageer het, verhoog die temperatuur tot 65-70° C., en reageer vir 60 minute.Voeg alkali vir die tweede keer by, voeg dan 0,6 g NaOH by die reaksiefles hierbo om die temperatuur op 70 te hou°C, en die reaksietyd is 40min om ru-Na te verkry—CMC (natriumkarboksimetielsellulose).

Neutralisasie en was: voeg 1mol by·L-1 soutsuur, en neutraliseer die reaksie by kamertemperatuur tot pH=7~8.Was dan twee keer met 50% etanol, was dan een keer met 95% etanol, filtreer met suiging en droog teen 80-90°C vir 2 uur.

(2) Bepaling van die graad van monstervervanging: suurheidsmeterbepalingsmetode: Weeg 0.2g (akkuraat tot 0.1mg) van die gesuiwerde en gedroogde Na-CMC-monster, los dit op in 80mL gedistilleerde water, roer dit elektromagneties vir 10min, en pas dit aan dit met suur of alkali Die oplossing het die pH van die oplossing tot 8 gebring. Titreer dan die toetsoplossing met swaelsuur-standaardoplossing in 'n beker wat toegerus is met 'n pH-meter-elektrode, en neem die aanduiding van die pH-meter waar terwyl jy titreer totdat die pH is 3,74.Noteer die volume swaelsuur-standaardoplossing wat gebruik word.

1.2.2 Enkelfaktor toetsmetode

(1) Die effek van die hoeveelheid alkali op die graad van vervanging van karboksimetielsellulose: voer alkalisering uit by 25℃, alkali onderdompeling vir 80 minute, die konsentrasie in etanol oplossing is 75%, beheer die hoeveelheid monochloorasynsuur reagens 3g, veretherings temperatuur is 65 ~ 70°C, was die veretheringstyd 100 minute, en die hoeveelheid natriumhidroksied is vir die toets verander.

(2) Die effek van die konsentrasie van etanoloplossing op die graad van vervanging van karboksimetielsellulose: die hoeveelheid vaste alkali is 3,2g, alkaliese onderdompeling in 'n konstante temperatuur waterbad by 25°C vir 80min, die konsentrasie van etanoloplossing is 75%, die hoeveelheid monochloorasynsuurreagens word beheer teen 3g, verethering Die temperatuur is 65-70°C, die veretheringstyd is 100min, en die konsentrasie van die etanoloplossing word vir die eksperiment verander.

(3) Die effek van die hoeveelheid monochloorasynsuur op die graad van substitusie van karboksimetielsellulose: vasgestel op 25°C vir alkalisering, week in alkali vir 80 minute, voeg 3.2g natriumhidroksied by om die konsentrasie van die etanoloplossing 75% te maak, eter Die temperatuur is 65~70°C, die veretheringstyd is 100 minute, en die hoeveelheid monochloorasynsuur word vir eksperiment verander.

(4) Effek van veretheringstemperatuur op die graad van substitusie van karboksimetielsellulose: vasgestel by 25°C vir alkalisering, week in alkali vir 80 minute, voeg 3.2g natriumhidroksied by om die konsentrasie van etanoloplossing 75% te maak, veretheringstemperatuur Die temperatuur is 65~70℃, die veretheringstyd is 100min, en die eksperiment word uitgevoer deur die dosis monochloorasynsuur te verander.

(5) Effek van veretheringstyd op die graad van substitusie van karboksimetielsellulose: vasgestel op 25°C vir alkalisering, bygevoeg 3.2g natriumhidroksied, en geweek in alkali vir 80min om die konsentrasie van die etanoloplossing 75% te maak, en beheerde monochloor Die dosis asynsuurreagens is 3g, die veretheringstemperatuur is 65~70°C, en die veretheringstyd word vir eksperiment verander.

1.2.3 Toetsplan en optimering van karboksimetielsellulose

Op grond van die enkelfaktor eksperiment is 'n kwadratiese regressie ortogonale rotasie gekombineerde eksperiment met vier faktore en vyf vlakke ontwerp.Die vier faktore is veretheringstyd, veretheringstemperatuur, die hoeveelheid NaOH en die hoeveelheid monochloorasynsuur.Die dataverwerking gebruik SAS8.2 statistiese sagteware vir dataverwerking, wat die verwantskap tussen elke beïnvloedende faktor en die mate van vervanging van karboksimetielsellulose openbaar.innerlike wet.

1.2.4 SEM analise metode

Die gedroogde poeiermonster is met geleidende gom op die monsterverhoog vasgemaak, en na vakuumbespuiting van goud, is dit waargeneem en gefotografeer onder 'n Hitachi-S-3400N Hitachi skandeerelektronmikroskoop.

2. Resultate en ontleding

2.1 Effek van enkelfaktor op graad van substitusie van karboksimetielsellulose

2.1.1 Die effek van die hoeveelheid alkali op die graad van substitusie van karboksimetielsellulose

Wanneer NaOH3.2g by 2g sellulose gevoeg is, was die substitusiegraad van die produk die hoogste.Die hoeveelheid NaOH word verminder, wat nie genoeg is om die neutralisasie van alkaliese sellulose en veretheringsmiddel te vorm nie, en die produk het 'n klein mate van substitusie en lae viskositeit.Inteendeel, as die hoeveelheid NaOH te veel is, sal die newereaksies tydens die hidrolise van chloorasynsuur toeneem, die verbruik van veretheringsmiddel sal toeneem, en die produkviskositeit sal ook afneem.

2.1.2 Effek van konsentrasie van etanoloplossing op graad van substitusie van karboksimetielsellulose

'n Deel van die water in die etanoloplossing bestaan ​​in die reaksiemedium buite die sellulose, en die ander deel bestaan ​​in die sellulose.As die waterinhoud te groot is, sal CMC in water swel om jellie te vorm tydens verethering, wat baie ongelyke reaksie tot gevolg het;as die waterinhoud te klein is, sal die reaksie moeilik wees om voort te gaan as gevolg van die gebrek aan reaksiemedium.Oor die algemeen is 80% etanol die mees geskikte oplosmiddel.

2.1.3 Effek van die dosis monochloorasynsuur op die graad van substitusie van karboksimetiel sellulose

Die hoeveelheid monochloorasynsuur en natriumhidroksied is teoreties 1:2, maar om die reaksie na die rigting van die generering van CMC te beweeg, verseker dat daar 'n geskikte vrye basis in die reaksiesisteem is, sodat die karboksimetilering glad kan verloop.Om hierdie rede word die metode van oortollige alkali aangeneem, dit wil sê die molêre verhouding van suur en alkali stowwe is 1:2.2.

2.1.4 Effek van veretheringstemperatuur op graad van substitusie van karboksimetielsellulose

Hoe hoër die veretheringstemperatuur, hoe vinniger is die reaksietempo, maar die newereaksies word ook versnel.Vanuit die perspektief van chemiese balans is stygende temperatuur ongunstig vir die vorming van CMC, maar as die temperatuur te laag is, is die reaksietempo stadig en die benuttingstempo van veretheringsmiddel laag.Dit kan gesien word dat die optimum temperatuur vir verethering 70 is°C.

2.1.5 Effek van veretheringstyd op graad van substitusie van karboksimetielsellulose

Met die verhoging van veretheringstyd neem die graad van substitusie van CMC toe, en die reaksiespoed word versnel, maar na 'n sekere tyd neem die newereaksies toe en die substitusiegraad neem af.Wanneer die veretheringstyd 100 minute is, is die graad van substitusie maksimum.

2.2 Ortogonale toetsresultate en ontleding van karboksimetielgroepe

Uit die variansie-ontledingstabel kan gesien word dat in die primêre item die vier faktore van veretheringstyd, veretheringstemperatuur, die hoeveelheid NaOH en die hoeveelheid monochloorasynsuur 'n baie beduidende impak op die graad van substitusie van karboksimetielsellulose het (p. <0,01).Onder die interaksie-items het die interaksie-items van veretheringstyd en die hoeveelheid monochloorasynsuur, en die interaksie-items van vereetingstemperatuur en die hoeveelheid monochloorasynsuur 'n baie betekenisvolle effek op die graad van substitusie van karboksimetielsellulose (p<0.01).Die volgorde van invloed van verskeie faktore op die graad van substitusie van karboksimetielsellulose was: vereetingstemperatuur>die hoeveelheid monochloorasynsuur>veretheringstyd>die hoeveelheid NaOH.

Na die ontleding van die toetsresultate van die kwadratiese regressie ortogonale rotasie kombinasie ontwerp, kan bepaal word dat die optimale proses toestande vir karboksimetilering modifikasie is: veretering tyd 100min, veretering temperatuur 70℃, NaOH dosis 3.2g en monochloorasynsuur Die dosis is 3.0g, en die maksimum graad van substitusie is 0.53.

2.3 Mikroskopiese prestasiekarakterisering

Die oppervlakmorfologie van sellulose, karboksimetielsellulose en kruisgebonde karboksimetielsellulose deeltjies is bestudeer deur skandeerelektronmikroskopie.Die sellulose groei in 'n strookvorm met 'n gladde oppervlak;die rand van karboksimetielsellulose is growwer as dié van die onttrekselselulose, en die holtestruktuur neem toe en die volume word groter.Dit is omdat die bundelstruktuur groter word as gevolg van die swelling van karboksimetielsellulose.

3. Gevolgtrekking

3.1 Bereiding van karboksimetiel-vereetde sellulose Die volgorde van belangrikheid van die vier faktore wat die mate van substitusie van sellulose beïnvloed, is: vereetingstemperatuur > monochloorasynsuurdosering > vereetingstyd > NaOH-dosering.Die optimale prosestoestande van karboksimetieleringsmodifikasie is vereetingstyd 100min, vereetingstemperatuur 70℃, NaOH dosis 3.2g, monochloorasynsuur dosis 3.0g, en maksimum substitusiegraad 0.53.

3.2 Die optimale tegnologiese toestande van karboksimetileringsmodifikasie is: vereetingstyd 100min, vereetingstemperatuur 70℃, NaOH dosis 3.2g, monochloorasynsuur dosis 3.0g, maksimum substitusiegraad 0.53.