ЦМК целлюлозасы және оның құрылымының сипаттамасы

Шикізат ретінде сабан целлюлозасын пайдаланып, оны эфирлеу арқылы өзгертті.Бір фактор және айналу сынағы арқылы карбоксиметилцеллюлозаны дайындаудың оңтайлы шарттары анықталды: эфирлену уақыты 100 мин, эфирлену температурасы 70℃, NaOH мөлшері 3,2 г және монохлорсірке қышқылының мөлшері 3,0 г, ең жоғары алмастыру дәрежесі 0,53.

Негізгі сөздер: CMCцеллюлоза;монохлорсірке қышқылы;эфиризация;модификация

Карбоксиметил целлюлозаәлемдегі ең көп өндірілетін және сатылатын целлюлоза эфирі болып табылады.Ол жуғыш зат, тамақ, тіс пастасы, тоқыма, баспа және бояу, қағаз жасау, мұнай, тау-кен өнеркәсібі, медицина, керамика, электронды компоненттер, резеңке, бояулар, пестицидтер, косметика, былғары, пластмасса және май бұрғылауда және т.б. кеңінен қолданылады. «өнеркәсіптік натрий глутаматы» ретінде.Карбоксиметил целлюлоза табиғи целлюлозаны химиялық түрлендіру арқылы алынған суда еритін целлюлоза эфирінің туындысы.Карбоксиметилцеллюлоза өндірісінің негізгі шикізаты болып табылатын целлюлоза жыл сайын жүздеген миллиард тонна өндірілетін жер бетіндегі ең көп табиғи жаңартылатын ресурстардың бірі болып табылады.менің елім - ірі ауылшаруашылық ел және сабан ресурстары ең көп елдердің бірі.Сабан әрқашан ауыл тұрғындары үшін негізгі отынның бірі болды.Бұл ресурстар ұзақ уақыт бойы ұтымды игерілмеді және жыл сайын әлемде сабан сияқты ауыл шаруашылығы және орман шаруашылығы қалдықтарының 2% -дан азы пайдаланылады.Күріш Хэйлунцзян провинциясының негізгі экономикалық дақылы болып табылады, оның егістік ауданы 2 миллион км2-ден астам, жылдық өнімі 14 миллион тонна күріш, 11 миллион тонна сабан.Шаруа қожалықтары оларды әдетте далада қалдық ретінде өртеп жібереді, бұл табиғи ресурстардың орасан шығыны ғана емес, сонымен бірге қоршаған ортаны қатты ластайды.Сондықтан сабан ресурстарын пайдалануды жүзеге асыру ауыл шаруашылығының тұрақты даму стратегиясының қажеттілігі болып табылады.

1. Эксперименттік материалдар мен әдістер

1.1 Эксперименттік материалдар мен жабдықтар

Лабораторияда өздігінен жасалған сабан целлюлозасы;JJ～1 типті электр араластырғыш, Jintan Guowang эксперименталды аспаптар зауыты;SHZW2C түрі RS—Вакуумдық сорғы, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.;pHS-3C рН өлшегіш, Mettler-Toledo Co., Ltd.;DGG-9070A электр жылыту тұрақты температура кептіру пеші, Beijing North Lihui Test Instrument Equipment Co., Ltd.;HITACHI-S ~ 3400N сканерлеуші ​​электрондық микроскоп, Hitachi Instruments;этанол;натрий гидроксиді;хлорсірке қышқылы және т.б. (жоғарыдағы реагенттер аналитикалық таза).

1.2 Эксперименттік әдіс

1.2.1 Карбоксиметилцеллюлозаны алу

(1) Карбоксиметилцеллюлозаны дайындау әдісі: 2 г целлюлозаны үш мойынды колбаға өлшеп алып, 2,8 г NaOH, 20 мл 75% этанол ерітіндісін қосып, 25 градус температурада тұрақты су моншасында сілтіге батырыңыз.°C 80 мин.Жақсылап араластыру үшін араластырғышпен араластырыңыз.Бұл процесс кезінде целлюлоза сілтілі ерітіндімен әрекеттесіп, сілтілі целлюлоза түзеді.Этерификация сатысында жоғарыда әрекеттесетін үш мойынды колбаға 10 мл 75% этанол ерітіндісін және 3 г хлорсірке қышқылын қосады, температураны 65-70 градусқа дейін көтереді.° C. және 60 минут бойы әрекеттесіңіз.Екінші рет сілтіні қосады, содан кейін температураны 70 градуста ұстау үшін жоғарыдағы реакциялық колбаға 0,6 г NaOH қосыңыз.°C, ал реакция уақыты шикі Na алу үшін 40 мин—CMC (натрий карбоксиметилцеллюлозасы).

Бейтараптандыру және жуу: 1 мол қосыңыз·L-1 тұз қышқылын және реакцияны бөлме температурасында рН=7~8 дейін бейтараптандырыңыз.Содан кейін 50% этанолмен екі рет жуыңыз, содан кейін 95% этанолмен бір рет жуыңыз, сорғышпен сүзеді және 80-90 температурада кептіріңіз.°C 2 сағат бойы.

(2) Үлгіні алмастыру дәрежесін анықтау: қышқылдықты өлшегішті анықтау әдісі: тазартылған және кептірілген Na-CMC үлгісінің 0,2 г (дәлдігі 0,1 мг) өлшеп, оны 80 мл тазартылған суда ерітіңіз, 10 минут бойы электромагниттік түрде араластырыңыз және реттеңіз. оны қышқылмен немесе сілтімен Ерітінді ерітіндінің рН мәнін 8-ге дейін жеткізді. Содан кейін зерттелетін ерітіндіні рН өлшегіш электродпен жабдықталған стакандағы күкірт қышқылының стандартты ерітіндісімен титрлейді және титрлеу кезінде рН өлшегіштің көрсеткішін рН болғанша бақылаңыз. 3.74.Қолданылған күкірт қышқылының стандартты ерітіндісінің көлемін жазып алыңыз.

1.2.2 Бір факторлы сынақ әдісі

(1) Сілті мөлшерінің карбоксиметилцеллюлозаның орын басу дәрежесіне әсері: 25-те сілтілеуді жүргізіңіз.℃, 80 минут сілтіге батыру, этанол ерітіндісіндегі концентрациясы 75%, монохлорсірке қышқылы реагентінің мөлшерін бақылау 3г, эфирлену температурасы 65 ~70°C, эфирлеу уақыты 100 минут болды, ал натрий гидроксидінің мөлшері сынақ үшін өзгертілді.

(2) Этанол ерітіндісінің концентрациясының карбоксиметилцеллюлозаның орын басу дәрежесіне әсері: бекітілген сілтінің мөлшері 3,2 г, сілтілі су моншасында тұрақты температурада 25 градусқа батыру.°С 80мин, этанол ерітіндісінің концентрациясы 75%, монохлорсірке қышқылы реагентінің мөлшері 3г бақыланады, эфирлеу Температурасы 65-70.°C, эфирлеу уақыты 100 мин, ал этанол ерітіндісінің концентрациясы тәжірибе үшін өзгертілді.

(3) Монохлорсірке қышқылы мөлшерінің карбоксиметилцеллюлозаның орын басу дәрежесіне әсері: 25-те бекітіңіз.°сілтілеу үшін C, 80 минут сілтіге салып, этанол ерітіндісінің концентрациясын 75% ету үшін 3,2 г натрий гидроксиді қосыңыз, эфир Температурасы 65~70°C, эфирлену уақыты 100 мин, ал монохлорсірке қышқылының мөлшері тәжірибе үшін өзгертіледі.

(4) Этерификация температурасының карбоксиметилцеллюлозаның орын басу дәрежесіне әсері: 25-те бекіту°С сілтілеу үшін C, 80 минут сілтіге салып, этанол ерітіндісінің концентрациясын 75% ету үшін 3,2 г натрий гидроксиді қосыңыз, эфирлену температурасы Температура 65 ~ 70℃, эфирлену уақыты 100 мин, ал эксперимент монохлорсірке қышқылының дозасын өзгерту арқылы жүргізіледі.

(5) Этерификация уақытының карбоксиметилцеллюлозаның орын басу дәрежесіне әсері: 25-те бекітілген°С сілтілеу үшін, 3,2 г натрий гидроксиді қосып, этанол ерітіндісінің концентрациясын 75% және бақыланатын монохлорды жасау үшін 80 минут бойы сілтіге малынған Сірке қышқылы реагентінің дозасы 3 г, эфирлену температурасы 65 ~ 70.°C, ал этерификация уақыты эксперимент үшін өзгертіледі.

1.2.3 Карбоксиметилцеллюлозаны сынау жоспары және оптимизациясы

Бір факторлы эксперимент негізінде төрт фактор мен бес деңгейлі квадраттық регрессиялық ортогональды айналдыру біріктірілген эксперимент құрастырылды.Төрт фактор – эфирлену уақыты, эфирлену температурасы, NaOH мөлшері және монохлорсірке қышқылының мөлшері.Деректерді өңдеуде деректерді өңдеу үшін SAS8.2 статистикалық бағдарламалық жасақтамасы қолданылады, ол әрбір әсер етуші фактор мен карбоксиметил целлюлозаның орын басу дәрежесі арасындағы байланысты ашады.ішкі заң.

1.2.4 SEM талдау әдісі

Кептірілген ұнтақ үлгісі сынама сатысында өткізгіш желіммен бекітіліп, алтынды вакуумда бүркуден кейін Hitachi-S-3400N Hitachi сканерлеуші ​​электронды микроскоп астында бақыланып, суретке түсірілді.

2. Нәтижелер мен талдаулар

2.1 Карбоксиметилцеллюлозаның орын басу дәрежесіне бір фактордың әсері

2.1.1 Сілті мөлшерінің карбоксиметилцеллюлозаның орын басу дәрежесіне әсері.

2 г целлюлозаға NaOH3,2 г қосқанда өнімнің алмастыру дәрежесі ең жоғары болды.NaOH мөлшері азаяды, бұл сілтілі целлюлоза мен эфирлік агенттің бейтараптандырылуын қалыптастыруға жеткіліксіз, ал өнімде аз орын басу дәрежесі және тұтқырлығы төмен.Керісінше, егер NaOH мөлшері тым көп болса, хлорсірке қышқылының гидролизі кезіндегі жанама реакциялар артып, эфирлеуші ​​заттың шығыны артып, өнімнің тұтқырлығы да төмендейді.

2.1.2 Этанол ерітіндісінің концентрациясының карбоксиметилцеллюлозаның орын басу дәрежесіне әсері

Этанол ерітіндісіндегі судың бір бөлігі целлюлозадан тыс реакциялық ортада, ал қалған бөлігі целлюлозада болады.Егер судың мөлшері тым үлкен болса, эфирлеу кезінде CMC суда ісініп, желе түзеді, бұл өте біркелкі емес реакцияға әкеледі;егер су мөлшері тым аз болса, реакция ортасының жоқтығынан реакцияның жүруі қиын болады.Әдетте, 80% этанол ең қолайлы еріткіш болып табылады.

2.1.3 Монохлорсірке қышқылының дозасының карбоксиметилцеллюлозаның орын басу дәрежесіне әсері

Монохлорсірке қышқылы мен натрий гидроксидінің мөлшері теориялық түрде 1:2, бірақ реакцияны ЦМС түзу бағытына жылжыту үшін реакция жүйесінде қолайлы бос негіздің болуын қамтамасыз ету керек, осылайша карбоксиметиляция бірқалыпты жүруі мүмкін.Осы себепті артық сілті әдісі қабылданған, яғни қышқыл мен сілті заттардың молярлық қатынасы 1:2,2.

2.1.4 Этерификация температурасының карбоксиметилцеллюлозаның орын басу дәрежесіне әсері

Эфирлену температурасы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым реакция жылдамдығы жоғарылайды, бірақ жанама реакциялар да жылдамдайды.Химиялық тепе-теңдік тұрғысынан температураның жоғарылауы ЦМС түзілуіне қолайсыз, бірақ егер температура тым төмен болса, реакция жылдамдығы баяу және эфирлеуші ​​агентті пайдалану жылдамдығы төмен.Этерификация үшін оңтайлы температура 70 екенін көруге болады°C.

2.1.5 Эфирлену уақытының карбоксиметилцеллюлозаның орын басу дәрежесіне әсері

Этерификация уақытының ұлғаюымен ЦМС-тың орынбасу дәрежесі жоғарылайды, ал реакция жылдамдығы үдетіледі, бірақ белгілі бір уақыттан кейін жанама реакциялар күшейіп, орынбасу дәрежесі төмендейді.Эфирлену уақыты 100 минут болғанда, алмастыру дәрежесі максималды болады.

2.2 Ортогональды сынау нәтижелері және карбоксиметил топтарының талдауы

Дисперсиялық талдау кестесінен бірінші тармақта эфирлену уақытының төрт факторы, эфирлену температурасы, NaOH мөлшері және монохлорсірке қышқылының мөлшері карбоксиметилцеллюлозаның орын басу дәрежесіне өте маңызды әсер ететінін көруге болады (p). <0,01) .Өзара әрекеттесу элементтерінің ішінде эфирлену уақыты мен монохлорсірке қышқылының мөлшерінің өзара әрекеттесу элементтері, эфирлену температурасы мен монохлорсірке қышқылының мөлшерінің өзара әрекеттесу элементтері карбоксиметилцеллюлозаның орын басу дәрежесіне өте маңызды әсер етті (p<0,01).Карбоксиметилцеллюлозаның орын басу дәрежесіне әртүрлі факторлардың әсер ету реті: эфирлену температурасы>монохлорсірке қышқылының мөлшері>эфирлену уақыты>NaOH мөлшері болды.

Квадраттық регрессияның ортогональды айналу комбинациясы конструкциясының сынақ нәтижелерін талдаудан кейін карбоксиметилдену модификациясының оңтайлы процесінің шарттары: эфирлену уақыты 100 мин, эфирлену температурасы 70 екенін анықтауға болады.℃, NaOH дозасы 3,2 г және монохлорсірке қышқылы Дозасы 3,0 г, ал ең жоғары алмастыру дәрежесі 0,53.

2.3 Микроскопиялық өнімділіктің сипаттамасы

Целлюлоза, карбоксиметилцеллюлоза және кросс-байланыстырылған карбоксиметилцеллюлоза бөлшектерінің беткі морфологиясы сканерлеуші ​​электронды микроскоп арқылы зерттелді.Целлюлоза тегіс беті бар жолақ түрінде өседі;карбоксиметилцеллюлозаның шеті экстракцияланған целлюлозаға қарағанда кедір-бұдыр, ал қуыс құрылымы ұлғаяды және көлемі үлкен болады.Себебі карбоксиметил целлюлозаның ісінуі нәтижесінде шоғыр құрылымы үлкейеді.

3. Қорытынды

3.1 Карбоксиметил эфирленген целлюлозаны дайындау Целлюлозаның орын басу дәрежесіне әсер ететін төрт фактордың маңыздылық реті: эфирлену температурасы > монохлорсірке қышқылының дозасы > эфирлену уақыты > NaOH дозасы.Карбоксиметилдену модификациясының оңтайлы процесінің шарттары - эфирлену уақыты 100 мин, эфирлену температурасы 70℃, NaOH мөлшері 3,2 г, монохлорсірке қышқылының мөлшері 3,0 г, ең жоғары алмастыру дәрежесі 0,53.

3.2 Карбоксиметилдену модификациясының оңтайлы технологиялық шарттары: эфирлену уақыты 100 мин, эфирлену температурасы 70℃, NaOH мөлшері 3,2г, монохлорсірке қышқылының мөлшері 3,0г, ең жоғары алмастыру дәрежесі 0,53.