Abstrakt:Um die Aufschlämmung aus nicht abbaubarem Polyvinylalkohol (PVA) zu ersetzen, wurde Hanfstiel-Celluloseether-Hydroxypropylmethylcellulose aus landwirtschaftlichen Hanfstängeln hergestellt und mit spezifischer Stärke gemischt, um die Aufschlämmung herzustellen.Das Polyester-Baumwoll-Mischgarn T/C65/35 14,7 tex wurde geschlichtet und seine Schlichteleistung getestet.Der optimale Herstellungsprozess von Hydroxypropylmethylcellulose war wie folgt: Der Massenanteil der Lauge betrug 35 %;das Kompressionsverhältnis der Alkalizellulose betrug 2,4;Das Flüssigkeitsvolumenverhältnis von Methan und Propylenoxid beträgt 7:3;mit Isopropanol verdünnen;der Reaktionsdruck beträgt 2 .0MPa.Die durch Mischen von Hydroxypropylmethylcellulose und spezifischer Stärke hergestellte Schlichte hat einen geringeren CSB und ist umweltfreundlicher, und alle Schlichteindikatoren können die PVA-Schlichte ersetzen.
Schlüsselwörter:Hanfstiel;Hanfstiel-Celluloseether;Polyvinylalkohol;Schlichte für Celluloseether
0.Vorwort
China ist eines der Länder mit relativ reichen Strohressourcen.Der Ernteertrag beträgt mehr als 700 Millionen Tonnen und die Strohnutzungsrate beträgt nur 3 % pro Jahr.Ein großer Teil der Strohressourcen wurde nicht genutzt.Stroh ist ein reichhaltiger natürlicher Lignozellulose-Rohstoff, der in Futtermitteln, Düngemitteln, Zellulosederivaten und anderen Produkten verwendet werden kann.
Derzeit ist die Verschmutzung von Entschlichtungsabwässern im Textilproduktionsprozess zu einer der größten Verschmutzungsquellen geworden.Der chemische Sauerstoffbedarf von PVA ist sehr hoch.Nachdem das durch PVA beim Druck- und Färbeprozess entstehende Industrieabwasser in den Fluss eingeleitet wird, wird es die Atmung von Wasserorganismen hemmen oder sogar zerstören.Darüber hinaus verstärkt PVA die Freisetzung und Migration von Schwermetallen in Sedimente von Gewässern, was zu schwerwiegenderen Umweltproblemen führt.Um Untersuchungen zum Ersatz von PVA durch Grünschlamm durchzuführen, ist es notwendig, nicht nur die Anforderungen des Schlichteprozesses zu erfüllen, sondern auch die Verschmutzung von Wasser und Luft während des Schlichteprozesses zu minimieren.
In dieser Studie wurde Hanfstängel-Celluloseether-Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) aus landwirtschaftlichen Hanfstängeln hergestellt und der Herstellungsprozess diskutiert.Und mischen Sie Hydroxypropylmethylcellulose und spezifische Stärkeleimung als Leimung, vergleichen Sie sie mit der PVA-Leimung und besprechen Sie deren Leimungsleistung.
1. Experimentieren
1 .1 Materialien und Instrumente
Hanfstiel, Heilongjiang;Polyester-Baumwoll-Mischgarn T/C65/3514,7 tex;selbst hergestellter Hanfstiel-Celluloseether-Hydroxypropylmethylcellulose;FS-101, modifizierte Stärke, PVA-1799, PVA-0588, Liaoning Zhongze Group Chaoyang Textile Co., Ltd.;Propanol, Premiumqualität;Propylenoxid, Eisessig, Natriumhydroxid, Isopropanol, analytisch rein;Methylchlorid, hochreiner Stickstoff.
GSH-3L-Reaktionskessel, JRA-6-Digitalanzeige-Magnetrührwasserbad, DHG-9079A-Trocknungsofen mit elektrischer Heizung und konstanter Temperatur, IKARW-20-Überkopf-Mechanisches Rührwerk, ESS-1000-Probenmessmaschine, YG 061/PC elektronisches Einzelgarnfestigkeitsmessgerät, LFY-109B computergesteuerter Garnabriebtester.
1.2 Herstellung von Hydroxypropylmethylcellulose
1. 2. 1 Herstellung von Alkalifasern
Teilen Sie den Hanfstängel, zerkleinern Sie ihn mit einem Pulverisierer auf 20 Maschen, geben Sie das Hanfstängelpulver zu einer 35 %igen wässrigen NaOH-Lösung und lassen Sie es 1 Minute lang bei Raumtemperatur einweichen.5 ~ 2 .0 Uhr.Drücken Sie die imprägnierte Alkalifaser so zusammen, dass das Massenverhältnis von Alkali, Zellulose und Wasser 1,2:1 beträgt.2:1.
1. 2. 2 Veretherungsreaktion
Werfen Sie die vorbereitete Alkalizellulose in den Reaktionskessel, geben Sie 100 ml Isopropanol als Verdünnungsmittel hinzu, fügen Sie flüssige 140 ml Methylchlorid und 60 ml Propylenoxid hinzu, evakuieren Sie und setzen Sie den Druck auf 2 .0 MPa, erhöhen Sie die Temperatur langsam 1–2 Stunden lang auf 45°C und reagieren Sie 1–2 Stunden lang bei 75°C, um Hydroxypropylmethylcellulose herzustellen.
1. 2. 3 Nachbearbeitung
Stellen Sie den pH-Wert des veretherten Celluloseethers mit Eisessig auf 6 ein.5 ~ 7 .5, dreimal mit Propanol gewaschen und in einem Ofen bei 85 °C getrocknet.
1.3 Herstellungsprozess von Hydroxypropylmethylcellulose
1. 3. 1 Der Einfluss der Drehzahl auf die Herstellung von Celluloseether
Normalerweise ist die Veretherungsreaktion eine heterogene Reaktion von innen nach innen.Wenn keine externe Energie vorhanden ist, ist es für das Veretherungsmittel schwierig, in die Kristallisation der Cellulose einzudringen, daher ist es notwendig, das Veretherungsmittel durch Rühren vollständig mit der Cellulose zu verbinden.In dieser Studie wurde ein Hochdruckrührreaktor verwendet.Nach wiederholten Experimenten und Demonstrationen lag die gewählte Drehzahl bei 240-350 U/min.
1. 3. 2 Der Einfluss der Alkalikonzentration auf die Herstellung von Celluloseether
Alkali kann die kompakte Struktur der Cellulose zerstören und sie zum Quellen bringen, und wenn die Quellung des amorphen Bereichs und des kristallinen Bereichs tendenziell gleichmäßig ist, verläuft die Veretherung reibungslos.Im Herstellungsprozess von Celluloseether hat die Menge an Alkali, die im Cellulose-Alkalisierungsprozess verwendet wird, einen großen Einfluss auf die Veretherungseffizienz der Veretherungsprodukte und den Substitutionsgrad von Gruppen.Bei der Herstellung von Hydroxypropylmethylcellulose steigt mit steigender Laugenkonzentration auch der Gehalt an Methoxylgruppen;umgekehrt, wenn die Konzentration der Lauge abnimmt, ist der Basengehalt an Hydroxypropylmethylcellulose größer.Der Gehalt an Methoxygruppen ist direkt proportional zur Konzentration der Lauge;der Gehalt an Hydroxypropyl ist umgekehrt proportional zur Konzentration der Lauge.Der Massenanteil an NaOH wurde nach wiederholten Versuchen mit 35 % gewählt.
1. 3. 3 Der Einfluss des Pressverhältnisses von Alkalicellulose auf die Herstellung von Celluloseether
Der Zweck des Pressens von Alkalifasern besteht darin, den Wassergehalt von Alkalicellulose zu kontrollieren.Wenn das Pressverhältnis zu klein ist, steigt der Wassergehalt, die Laugenkonzentration nimmt ab, die Veretherungsgeschwindigkeit nimmt ab, das Veretherungsmittel wird hydrolysiert und es kommt zu einer Zunahme von Nebenreaktionen., wird die Veretherungseffizienz stark reduziert.Wenn das Pressverhältnis zu groß ist, nimmt der Wassergehalt ab, die Cellulose kann nicht gequollen werden und weist keine Reaktivität auf, und das Veretherungsmittel kann nicht vollständig mit der Alkalicellulose in Kontakt kommen und die Reaktion ist ungleichmäßig.Nach vielen Tests und Pressvergleichen wurde festgestellt, dass das Massenverhältnis von Alkali, Wasser und Zellulose 1,2:1 betrug.2:1.
1. 3. 4 Einfluss der Temperatur auf die Herstellung von Celluloseether
Kontrollieren Sie bei der Herstellung von Hydroxypropylmethylcellulose zunächst die Temperatur auf 50–60 °C und halten Sie sie 2 Stunden lang auf einer konstanten Temperatur.Die Hydroxypropylierungsreaktion kann bei etwa 30 °C durchgeführt werden, und die Geschwindigkeit der Hydroxypropylierungsreaktion steigt bei 50 °C stark an;Erhöhen Sie die Temperatur langsam auf 75 °C und kontrollieren Sie die Temperatur 2 Stunden lang.Bei 50 °C erfolgt die Methylierungsreaktion kaum, bei 60 °C ist die Reaktionsgeschwindigkeit langsam und bei 75 °C ist die Methylierungsreaktionsgeschwindigkeit stark beschleunigt.
Die Herstellung von Hydroxypropylmethylcellulose mit mehrstufiger Temperaturkontrolle kann nicht nur das Gleichgewicht von Methoxyl- und Hydroxypropylgruppen steuern, sondern auch dazu beitragen, Nebenreaktionen und Nachbehandlungen zu reduzieren und Produkte mit angemessener Struktur zu erhalten.
1. 3. 5 Einfluss des Dosierungsverhältnisses des Veretherungsmittels auf die Herstellung von Celluloseether
Da es sich bei Hydroxypropylmethylcellulose um einen typischen nichtionischen Mischether handelt, sind die Methyl- und Hydroxypropylgruppen an verschiedenen makromolekularen Ketten der Hydroxypropylmethylcellulose substituiert, d. h. an jeder Glucoseringposition ist ein unterschiedliches C vorhanden.Andererseits weist das Verteilungsverhältnis von Methyl und Hydroxypropyl eine größere Streuung und Zufälligkeit auf.Die Wasserlöslichkeit von HPMC hängt vom Gehalt an Methoxygruppen ab.Wenn der Gehalt an Methoxygruppen niedrig ist, kann es in starkem Alkali gelöst werden.Mit zunehmendem Methoxylgehalt wird es empfindlicher gegenüber Wasserquellung.Je höher der Methoxygehalt, desto besser ist die Wasserlöslichkeit und es kann zu einer Aufschlämmung formuliert werden.
Die Menge an Veretherungsmittel Methylchlorid und Propylenoxid hat einen direkten Einfluss auf den Gehalt an Methoxyl und Hydroxypropyl.Um Hydroxypropylmethylcellulose mit guter Wasserlöslichkeit herzustellen, wurde das Flüssigkeitsvolumenverhältnis von Methylchlorid und Propylenoxid mit 7:3 gewählt.
1.3.6 Der optimale Herstellungsprozess von Hydroxypropylmethylcellulose
Die Reaktionsausrüstung ist ein Hochdruck-Rührreaktor;die Drehzahl beträgt 240-350 U/min;der Massenanteil der Lauge beträgt 35 %;das Kompressionsverhältnis von Alkalicellulose beträgt 2,4;Hydroxypropoxylierung bei 50 °C für 2 Stunden, Methoxylierung bei 75 °C für 2 Stunden;Veretherungsmittel Methylchlorid und Propylenoxid-Flüssigkeitsvolumenverhältnis 7:3;Vakuum;Druck 2 .0 MPa;Verdünnungsmittel ist Isopropanol.
2. Erkennung und Anwendung
2.1 REM von Hanfzellulose und Alkalizellulose
Beim Vergleich der unbehandelten Hanfzellulose mit der mit 35 % NaOH behandelten Hanfzellulose lässt sich deutlich feststellen, dass die alkalisierte Zellulose mehr Oberflächenrisse, eine größere Oberfläche, eine höhere Aktivität und eine leichtere Veretherungsreaktion aufweist.
2.2 Infrarotspektroskopische Bestimmung
Die aus Hanfstielen nach der Behandlung extrahierte Cellulose und das Infrarotspektrum von HPMC, hergestellt aus Hanfstiel-Cellulose.Darunter ist die starke und breite Absorptionsbande bei 3295 cm –1 die Streckschwingungsabsorptionsbande der HPMC-Assoziationshydroxylgruppe, die Absorptionsbande bei 1250 ~ 1460 cm –1 ist die Absorptionsbande von CH, CH2 und CH3 und die Absorption Die Bande bei 1600 cm -1 ist die Absorptionsbande von Wasser im Polymerabsorptionsband.Die Absorptionsbande bei 1025 cm -1 ist die Absorptionsbande von C-O-C im Polymer.
2.3 Viskositätsbestimmung
Nehmen Sie die vorbereitete Celluloseetherprobe aus Cannabisstielen und geben Sie sie in ein Becherglas, um eine 2 %ige wässrige Lösung herzustellen, rühren Sie sie gründlich um, messen Sie ihre Viskosität und Viskositätsstabilität mit einem Viskosimeter und messen Sie die durchschnittliche Viskosität dreimal.Die Viskosität der vorbereiteten Cannabisstängel-Celluloseether-Probe betrug 11 .8 mPa·s.
2.4 Dimensionierungsanwendung
2.4.1 Schlammkonfiguration
Die Aufschlämmung wurde zu 1000 ml einer Aufschlämmung mit einem Massenanteil von 3,5 % verarbeitet, mit einem Mixer gleichmäßig gerührt und dann in ein Wasserbad gegeben und 1 Stunde lang auf 95 °C erhitzt.Beachten Sie gleichzeitig, dass der Tresterkochbehälter gut verschlossen sein sollte, um zu verhindern, dass die Konzentration der Gülle durch Wasserverdunstung zunimmt.
2.4.2 pH-Wert, Mischbarkeit und CSB der Schlammformulierung
Mischen Sie Hydroxypropylmethylcellulose und spezifische Stärkegröße, um eine Aufschlämmung (1#~4#) herzustellen, und vergleichen Sie sie mit der PVA-Formelaufschlämmung (0#), um pH-Wert, Mischbarkeit und CSB zu analysieren.Das Polyester-Baumwoll-Mischgarn T/C65/3514,7 tex wurde auf der Probenschlichtemaschine ESS1000 geschlichtet und seine Schlichteleistung analysiert.
Es ist ersichtlich, dass der hausgemachte Hanfstiel-Celluloseether und die spezifische Stärkegröße 3 # die optimale Größenformulierung darstellen: 25 % Hanfstiel-Celluloseether, 65 % modifizierte Stärke und 10 % FS-101.
Alle Leimungsdaten sind mit den Leimungsdaten der PVA-Leimung vergleichbar, was darauf hinweist, dass die gemischte Leimung aus Hydroxypropylmethylcellulose und spezifischer Stärke eine gute Leimungsleistung aufweist;sein pH-Wert ist eher neutral;Hydroxypropylmethylcellulose und spezifische Stärke Der CSB (17459,2 mg/L) der spezifischen Stärkemischgröße war deutlich niedriger als der der PVA-Größe (26448,0 mg/L) und die Umweltschutzleistung war gut.
3. Fazit
Der optimale Produktionsprozess zur Herstellung von Hanfstängel-Celluloseether-Hydroxypropylmethylcellulose zur Leimung ist wie folgt: ein Hochdruck-Rührreaktor mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 240–350 U/min, einem Massenanteil an Lauge von 35 % und einem Kompressionsverhältnis Alkalicellulose 2,4, die Methylierungstemperatur beträgt 75 °C und die Hydroxypropylierungstemperatur beträgt 50 °C, jeweils 2 Stunden lang gehalten, das Flüssigkeitsvolumenverhältnis von Methylchlorid und Propylenoxid beträgt 7:3, Vakuum, der Reaktionsdruck beträgt 2,0 MPa, Isopropanol ist das Verdünnungsmittel.
Hanfstiel-Celluloseether wurde als Ersatz für PVA-Schlichte für die Leimung verwendet, und das optimale Größenverhältnis war: 25 % Hanfstiel-Celluloseether, 65 % modifizierte Stärke und 10 % FS-101.Der pH-Wert der Aufschlämmung beträgt 6,5 und der CSB (17459,2 mg/L) ist deutlich niedriger als der der PVA-Aufschlämmung (26448,0 mg/L), was eine gute Umweltleistung zeigt.
Zum Schlichten des Polyester-Baumwoll-Mischgarns T/C 65/3514,7tex wurde Hanfstiel-Celluloseether anstelle der PVA-Schlichte verwendet.Der Größenindex ist gleichwertig.Die neue gemischte Schlichte aus Hanfstängel-Celluloseether und modifizierter Stärke kann die PVA-Schlichte ersetzen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 20. Februar 2023