CMC целулоза и нейната структурна характеристика

Използвайки сламена целулоза като суровина, тя е модифицирана чрез етерификация.Чрез единичен фактор и ротационен тест оптималните условия за получаване на карбоксиметил целулоза са определени като: време на етерификация 100 минути, температура на етерификация 70℃, доза NaOH 3,2 g и доза монохлороцетна киселина 3,0 g, максималната степен на заместване е 0,53.

Ключови думи: CMCцелулоза;монохлороцетна киселина;етерификация;модификация

Карбоксиметил целулозае най-произвежданият и продаван целулозен етер в света.Той се използва широко в детергенти, храни, паста за зъби, текстил, печат и боядисване, производство на хартия, петрол, минно дело, медицина, керамика, електронни компоненти, каучук, бои, пестициди, козметика, кожа, пластмаси и сондиране на нефт и др. като „промишлен мононатриев глутамат“.Карбоксиметилцелулозата е водоразтворимо производно на целулозен етер, получено чрез химическо модифициране на естествена целулоза.Целулозата, основната суровина за производството на карбоксиметил целулоза, е един от най-разпространените природни възобновяеми ресурси на земята, с годишно производство от стотици милиарди тонове.моята страна е голяма селскостопанска страна и една от страните с най-изобилни ресурси от слама.Сламата винаги е била едно от основните горива за живот на селските жители.Тези ресурси не са били рационално разработени от дълго време и по-малко от 2% от селскостопанските и горските отпадъци като слама се използват в света всяка година.Оризът е основната икономическа култура в провинция Хейлундзян, със засадена площ от повече от 2 милиона hm2, годишно производство от 14 милиона тона ориз и 11 милиона тона слама.Фермерите обикновено ги изгарят директно на полето като отпадък, което е не само огромна загуба на природни ресурси, но и причинява сериозно замърсяване на околната среда.Следователно, реализирането на ресурсното използване на сламата е необходимост от стратегията за устойчиво развитие на селското стопанство.

1. Експериментални материали и методи

1.1 Експериментални материали и оборудване

Сламена целулоза, собствено производство в лаборатория;Джей Джей～1 тип електрически миксер, Jintan Guowang Experimental Instrument Factory;SHZW2C тип RS—Вакуумна помпа, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.;рН метър pHS-3C, Mettler-Toledo Co., Ltd.;DGG-9070A електрическа нагревателна сушилня с постоянна температура, Beijing North Lihui Test Instrument Equipment Co., Ltd.;Сканиращ електронен микроскоп HITACHI-S ~ 3400N, Hitachi Instruments;етанол;натриев хидроксид;хлороцетна киселина и др. (горните реактиви са аналитично чисти).

1.2 Експериментален метод

1.2.1 Получаване на карбоксиметил целулоза

(1) Методът за получаване на карбоксиметил целулоза: Претеглете 2 g целулоза в колба с три гърла, добавете 2,8 g NaOH, 20 mL 75% разтвор на етанол и накиснете в основа във водна баня с постоянна температура при 25°C за 80 минути.Разбъркайте с миксер, за да се смесят добре.По време на този процес целулозата реагира с алкален разтвор, за да образува алкална целулоза.В етапа на етерификация добавете 10 mL 75% разтвор на етанол и 3 g хлороцетна киселина към тригърлена колба, реагирала по-горе, повишете температурата до 65-70° C. и реагират в продължение на 60 минути.Добавете алкали за втори път, след това добавете 0,6 g NaOH към горната реакционна колба, за да поддържате температурата на 70°С, а реакционното време е 40 минути за получаване на суров Na—CMC (натриева карбоксиметилцелулоза).

Неутрализиране и промиване: добавете 1moL·L-1 солна киселина и реакцията се неутрализира при стайна температура до рН=7~8.След това се измива два пъти с 50% етанол, след това се измива веднъж с 95% етанол, филтрува се чрез изсмукване и се изсушава при 80-90°C за 2 часа.

(2) Определяне на степента на заместване на пробата: метод за определяне с измервател на киселинността: Претеглете 0,2 g (с точност до 0,1 mg) от пречистената и изсушена Na-CMC проба, разтворете я в 80 ml дестилирана вода, разбъркайте я електромагнитно в продължение на 10 минути и регулирайте с киселина или основа. Разтворът довежда рН на разтвора до 8. След това титруйте тестовия разтвор със стандартен разтвор на сярна киселина в чаша, оборудвана с електрод за рН метър, и наблюдавайте показанията на рН метъра, докато титрувате, докато рН стане 3.74.Отбележете обема на използвания стандартен разтвор на сярна киселина.

1.2.2 Метод за изпитване с един фактор

(1) Ефектът на количеството алкали върху степента на заместване на карбоксиметилцелулозата: извършете алкализиране при 25℃, алкално потапяне за 80 минути, концентрацията в разтвор на етанол е 75%, контролирайте количеството на реагент монохлорооцетна киселина 3g, температурата на етерификация е 65 ~70°С, времето за етерификация е 100 минути и количеството на натриев хидроксид се променя за теста.

(2) Ефектът от концентрацията на разтвор на етанол върху степента на заместване на карбоксиметилцелулозата: количеството на фиксираната основа е 3,2 g, алкално потапяне във водна баня с постоянна температура при 25°С за 80 минути, концентрацията на разтвор на етанол е 75%, количеството на реагента на монохлорооцетната киселина се контролира при 3 g, етерификация Температурата е 65-70°С, времето за етерификация е 100 минути и концентрацията на етаноловия разтвор се променя за експеримента.

(3) Ефектът на количеството монохлороцетна киселина върху степента на заместване на карбоксиметилцелулозата: фиксиране на 25°C за алкализиране, накиснете в основа за 80 минути, добавете 3,2 g натриев хидроксид, за да направите концентрацията на етаноловия разтвор 75%, етер Температурата е 65 ~ 70°С, времето за етерификация е 100 минути и количеството монохлороцетна киселина се променя за експеримента.

(4) Влияние на температурата на етерификация върху степента на заместване на карбоксиметилцелулозата: фиксиране на 25°C за алкализиране, накиснете в основа за 80 минути, добавете 3,2 g натриев хидроксид, за да направите концентрацията на разтвора на етанол 75%, температура на етерификация Температурата е 65 ~ 70℃, времето за етерификация е 100 минути и експериментът се провежда чрез промяна на дозата на монохлороцетната киселина.

(5) Ефект на времето за етерификация върху степента на заместване на карбоксиметил целулозата: фиксирано на 25°C за алкализиране, добавят се 3,2 g натриев хидроксид и се накисват в основа за 80 минути, за да се направи концентрацията на етаноловия разтвор 75%, и контролиран монохлор. Дозировката на реагента на оцетната киселина е 3 g, температурата на етерификация е 65 ~ 70°C и времето за етерификация се променя за експеримента.

1.2.3 План за изпитване и оптимизиране на карбоксиметил целулоза

На базата на еднофакторния експеримент е проектиран комбиниран експеримент с квадратична регресия с ортогонална ротация с четири фактора и пет нива.Четирите фактора са времето за етерификация, температурата на етерификация, количеството NaOH и количеството монохлороцетна киселина.Обработката на данните използва статистически софтуер SAS8.2 за обработка на данни, който разкрива връзката между всеки влияещ фактор и степента на заместване на карбоксиметилцелулозата.вътрешен закон.

1.2.4 Метод за анализ SEM

Изсушената прахообразна проба се фиксира върху основата на пробата с проводящо лепило и след вакуумно пръскане на злато се наблюдава и фотографира под Hitachi-S-3400N Hitachi сканиращ електронен микроскоп.

2. Резултати и анализ

2.1 Ефект на единичен фактор върху степента на заместване на карбоксиметилцелулозата

2.1.1 Ефектът на количеството алкали върху степента на заместване на карбоксиметилцелулозата

Когато NaOH3.2g се добави към 2g целулоза, степента на заместване на продукта е най-висока.Количеството NaOH е намалено, което не е достатъчно за образуване на неутрализация на алкална целулоза и етерифициращ агент, а продуктът има малка степен на заместване и нисък вискозитет.Напротив, ако количеството на NaOH е твърде голямо, страничните реакции по време на хидролизата на хлорооцетната киселина ще се увеличат, консумацията на етерифициращ агент ще се увеличи и вискозитетът на продукта също ще намалее.

2.1.2 Ефект на концентрацията на етаноловия разтвор върху степента на заместване на карбоксиметилцелулозата

Част от водата в етаноловия разтвор съществува в реакционната среда извън целулозата, а другата част съществува в целулозата.Ако съдържанието на вода е твърде голямо, CMC ще набъбне във вода, за да образува желе по време на етерификация, което води до много неравномерна реакция;ако съдържанието на вода е твърде малко, реакцията ще бъде трудна за протичане поради липса на реакционна среда.Обикновено 80% етанол е най-подходящият разтворител.

2.1.3 Ефект на дозировката на монохлороцетната киселина върху степента на заместване на карбоксиметилцелулозата

Количеството монохлороцетна киселина и натриев хидроксид теоретично е 1:2, но за да се премести реакцията в посоката на генериране на CMC, уверете се, че има подходяща свободна основа в реакционната система, така че карбоксиметилирането да може да протича гладко.Поради тази причина се приема методът на излишък от алкали, т.е. моларното съотношение на киселинни и алкални вещества е 1:2,2.

2.1.4 Ефект на температурата на етерификация върху степента на заместване на карбоксиметилцелулозата

Колкото по-висока е температурата на етерификация, толкова по-бърза е реакцията, но страничните реакции също се ускоряват.От гледна точка на химичния баланс, повишаването на температурата е неблагоприятно за образуването на CMC, но ако температурата е твърде ниска, скоростта на реакцията е бавна и степента на използване на етерифициращия агент е ниска.Вижда се, че оптималната температура за етерификация е 70°C.

2.1.5 Ефект на времето за етерификация върху степента на заместване на карбоксиметилцелулозата

С увеличаването на времето за етерификация степента на заместване на CMC се увеличава и скоростта на реакцията се ускорява, но след известно време страничните реакции се увеличават и степента на заместване намалява.Когато времето за етерификация е 100 минути, степента на заместване е максимална.

2.2 Резултати от ортогонален тест и анализ на карбоксиметилови групи

Може да се види от таблицата с дисперсионен анализ, че в основния елемент четирите фактора време на етерификация, температура на етерификация, количеството на NaOH и количеството монохлороцетна киселина имат много значително влияние върху степента на заместване на карбоксиметил целулоза (p <0,01) .Сред елементите на взаимодействие, елементите на взаимодействие на времето на етерификация и количеството на монохлорооцетната киселина и елементите на взаимодействие на температурата на етерификация и количеството на монохлорооцетната киселина имаха много значителен ефект върху степента на заместване на карбоксиметил целулоза (p<0,01).Редът на влияние на различните фактори върху степента на заместване на карбоксиметилцелулозата е: температура на етерификация>количество монохлороцетна киселина>време на етерификация>количество NaOH.

След анализа на резултатите от теста на комбинирания дизайн на квадратичната регресия с ортогонална ротация, може да се определи, че оптималните условия на процеса за модификация на карбоксиметилиране са: време на етерификация 100 минути, температура на етерификация 70℃, NaOH дозировка 3.2g и монохлороцетна киселина Дозировката е 3.0g, а максималната степен на заместване е 0.53.

2.3 Микроскопска характеристика на характеристиките

Морфологията на повърхността на целулоза, карбоксиметил целулоза и омрежени карбоксиметил целулозни частици е изследвана чрез сканираща електронна микроскопия.Целулозата расте в ивична форма с гладка повърхност;ръбът на карбоксиметил целулозата е по-груб от този на извлечената целулоза и структурата на кухината се увеличава и обемът става по-голям.Това е така, защото структурата на снопа става по-голяма поради набъбването на карбоксиметилцелулозата.

3. Заключение

3.1 Получаване на карбоксиметил етерифицирана целулоза Редът на важност на четирите фактора, влияещи върху степента на заместване на целулозата, е: температура на етерификация > дозировка на монохлороцетна киселина > време на етерификация > доза NaOH.Оптималните условия на процеса на модификация на карбоксиметилирането са време за етерификация 100 минути, температура на етерификация 70℃, доза NaOH 3,2 g, доза монохлороцетна киселина 3,0 g и максимална степен на заместване 0,53.

3.2 Оптималните технологични условия за модификация на карбоксиметилирането са: време на етерификация 100 минути, температура на етерификация 70℃, доза NaOH 3,2 g, доза монохлороцетна киселина 3,0 g, максимална степен на заместване 0,53.