CMC 셀룰로오스 및 그 구조 특성

짚 셀룰로오스를 원료로 하여 에테르화 처리하여 개질하였습니다.단일 인자 및 회전 테스트를 통해 카복시메틸 셀룰로오스 제조를 위한 최적 조건은 에테르화 시간 100분, 에테르화 온도 70°C로 결정되었습니다.℃, NaOH 투여량 3.2g 및 모노클로로아세트산 투여량 3.0g, 최대 치환도는 0.53입니다.

핵심 단어: CMC셀룰로오스;모노클로로아세트산;에테르화;가감

카르복시메틸셀룰로오스세계에서 가장 많이 생산되고 판매되는 셀룰로오스 에테르입니다.그것은 세제, 식품, 치약, 섬유, 인쇄 및 염색, 제지, 석유, 광업, 의약품, 도자기, 전자 부품, 고무, 페인트, 살충제, 화장품, 가죽, 플라스틱 및 석유 시추 등에 널리 사용됩니다. "공업용 글루타민산나트륨"으로 불립니다.카르복시메틸셀룰로오스는 천연 셀룰로오스를 화학적으로 변형하여 얻은 수용성 셀룰로오스 에테르 유도체입니다.카르복시메틸 셀룰로오스 생산의 주요 원료인 셀룰로오스는 연간 수천억 톤의 생산량을 자랑하는 지구상에서 가장 풍부한 천연 재생 자원 중 하나입니다.우리 나라는 대규모 농업 국가이자 가장 풍부한 짚 자원을 보유한 국가 중 하나입니다.짚은 항상 농촌 주민들의 주요 생활 연료 중 하나였습니다.이러한 자원은 오랫동안 합리적으로 개발되지 않았으며, 매년 전 세계에서 짚 등 농림업 폐기물이 사용되는 비율은 2% 미만입니다.쌀은 흑룡강성의 주요 경제작물이며 재배면적은 200만 ㎡ 이상, 연간 쌀 생산량은 1,400만 톤, 짚은 1,100만 톤이다.농부들은 일반적으로 이를 밭에서 직접 폐기물로 소각하는데, 이는 엄청난 천연자원 낭비일 뿐만 아니라 환경에 심각한 오염을 초래합니다.따라서 짚의 자원 활용을 실현하는 것은 농업의 지속 가능한 발전 전략의 필요성입니다.

1. 실험재료 및 방법

1.1 실험 재료 및 장비

실험실에서 직접 만든 밀짚 셀룰로오스;JJ～1종 전기 믹서, Jintan Guowang 실험 장비 공장;SHZW2C 유형 RS—진공 펌프, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.;pHS-3C pH 측정기(Mettler-Toledo Co., Ltd.);DGG-9070A 전기 가열 항온 건조 오븐, 베이징 북리회 시험 장비 유한 회사;HITACHI-S ~ 3400N 주사 전자 현미경, Hitachi Instruments;에탄올;수산화 나트륨;클로로아세트산 등(위 시약은 분석적으로 순수함).

1.2 실험방법

1.2.1 카르복시메틸 셀룰로오스의 제조

(1) 카르복시메틸셀룰로오스의 제조방법 : 셀룰로오스 2g을 3구플라스크에 달아 NaOH 2.8g, 75% 에탄올용액 20mL를 넣고 25℃ 항온수조에 알칼리액에 담근다.°C에서 80분 동안.믹서로 잘 섞이도록 저어주세요.이 과정에서 셀룰로오스는 알칼리 용액과 반응하여 알칼리 셀룰로오스를 형성합니다.에테르화 단계에서는 위에서 반응시킨 3구 플라스크에 75% 에탄올용액 10mL와 클로로아세트산 3g을 넣고 65~70℃로 온도를 올린다.° C., 60분 동안 반응시킨다.두 번째로 알칼리를 첨가한 후, 위의 반응 플라스크에 NaOH 0.6g을 첨가하여 온도를 70도로 유지합니다.°C, 조 Na를 얻기 위한 반응 시간은 40분이다.—CMC(카르복시메틸셀룰로오스 나트륨).

중화 및 세척: 1moL 추가·L-1 염산을 넣고 실온에서 pH=7~8이 될 때까지 반응을 중화시킵니다.그런 다음 50% 에탄올로 두 번 세척한 다음 95% 에탄올로 한 번 세척하고 흡입 여과하고 80~90℃에서 건조합니다.°C에서 2시간 동안.

(2) 시료 치환도 측정 : 산도계 측정방법 : 정제 및 건조된 Na-CMC 시료 0.2g(정확도 0.1mg)을 달아 증류수 80mL에 녹인 후 10분간 전자기적으로 저어준 후 조정한다. 이 용액의 pH를 8로 조정한 다음 pH계 전극이 달린 비이커에 시험용액을 황산표준용액으로 적정하고 pH가 될 때까지 적정하면서 pH계의 지시를 관찰한다. 3.74.사용된 황산표준용액의 양을 기록한다.

1.2.2 단일 인자 시험 방법

(1) 카르복시메틸셀룰로오스의 치환도에 대한 알칼리량의 영향: 25에서 알칼리화한다.℃, 80분간 알칼리 침지, 에탄올 용액의 농도는 75%, 모노클로로아세트산 시약의 양은 3g으로 조절, 에테르화 온도는 65~70°C에서 에테르화 시간은 100분으로 하였고, 시험을 위해 수산화나트륨의 양을 변경하였다.

(2) 에탄올 용액의 농도가 카르복시메틸셀룰로오스의 치환도에 미치는 영향: 고정된 알칼리량은 3.2g, 25℃ 항온수조에 알칼리 침지한다.°C에서 80분, 에탄올 용액의 농도는 75%, 모노클로로아세트산 시약의 양은 3g으로 조절, 에테르화 온도는 65-70°C에서 에테르화 시간은 100분이며, 실험을 위해 에탄올 용액의 농도를 변경하였다.

(3) 모노클로로아세트산의 양이 카르복시메틸셀룰로오스의 치환도에 미치는 영향 : 25로 고정°C를 알칼리화하고 알칼리에 80분간 담근 후 수산화나트륨 3.2g을 첨가하여 에탄올용액의 농도를 75%로 하고, 에테르의 온도는 65~70이다.°C에서 에테르화 시간은 100min이며, 실험을 위해 모노클로로아세트산의 양을 변경하였다.

(4) 에테르화 온도가 카르복시메틸셀룰로오스 치환도에 미치는 영향: 25로 고정°C를 알칼리화하고 알칼리에 80분간 담근 후 수산화나트륨 3.2g을 첨가하여 에탄올 용액의 농도를 75%로 만들고, 에테르화 온도는 65~70이다.℃, 에테르화 시간은 100min이며, 모노클로로아세트산의 투여량을 변화시켜 실험을 진행하였다.

(5) 에테르화 시간이 카르복시메틸셀룰로오스 치환도에 미치는 영향: 25로 고정°C를 알칼리화하고, 수산화나트륨 3.2g을 첨가하고, 알칼리에 80분 동안 담가서 에탄올 용액의 농도를 75%로 만들고, 모노클로르를 조절하였다. 아세트산 시약의 투여량은 3g, 에테르화 온도는 65~70이다.°C로 하고, 실험을 위해 에테르화 시간을 변경하였다.

1.2.3 카르복시메틸 셀룰로오스의 테스트 계획 및 최적화

단일요인 실험을 바탕으로 4개 요인과 5개 수준의 2차 회귀직교회전결합실험을 설계하였다.네 가지 요소는 에테르화 시간, 에테르화 온도, NaOH 양 및 모노클로로아세트산 양입니다.데이터 처리는 데이터 처리를 위해 SAS8.2 통계 소프트웨어를 사용하여 각 영향 요인과 카르복시메틸 셀룰로오스의 치환 정도 간의 관계를 나타냅니다.내면의 법칙.

1.2.4 SEM 분석 방법

건조된 분말 샘플을 전도성 접착제로 샘플 스테이지에 고정하고, 금을 진공 분사한 후 Hitachi-S-3400N Hitachi 주사전자현미경으로 관찰 및 촬영하였다.

2. 결과 및 분석

2.1 단일 인자가 카르복시메틸 셀룰로오스의 치환도에 미치는 영향

2.1.1 카복시메틸셀룰로오스의 치환도에 대한 알칼리량의 영향

셀룰로오스 2g에 NaOH 3.2g을 첨가한 경우 제품의 치환도가 가장 높았다.NaOH의 양이 감소되어 알칼리성 셀룰로오스와 에테르화제의 중화를 형성하기에 충분하지 않으며 제품의 치환도가 낮고 점도가 낮습니다.반대로, NaOH의 양이 너무 많으면 클로로아세트산의 가수분해 시 부반응이 증가하고 에테르화제의 소모가 증가하며 제품의 점도도 감소하게 됩니다.

2.1.2 에탄올 용액의 농도가 카르복시메틸셀룰로오스의 치환도에 미치는 영향

에탄올 용액에 포함된 물의 일부는 셀룰로오스 외부의 반응 매체에 존재하고, 나머지 부분은 셀룰로오스에 존재합니다.수분 함량이 너무 높으면 CMC는 에테르화 중에 물 속에서 부풀어올라 젤리를 형성하여 반응이 매우 고르지 않게 됩니다.수분 함량이 너무 적으면 반응 매질이 부족하여 반응이 진행되기 어려울 수 있습니다.일반적으로 80% 에탄올이 가장 적합한 용매입니다.

2.1.3 모노클로로아세트산 용량이 카르복시메틸셀룰로오스의 치환도에 미치는 영향

모노클로로아세트산과 수산화나트륨의 첨가량은 이론적으로 1:2이지만, CMC가 생성되는 방향으로 반응을 진행시키기 위해서는 반응계 내에 적절한 유리염기가 있어 카르복시메틸화가 원활하게 진행될 수 있도록 해야 합니다.이러한 이유로 알칼리 과잉법, 즉 산과 알칼리 물질의 몰비가 1:2.2가 되는 방법이 채택된다.

2.1.4 카르복시메틸 셀룰로오스의 치환도에 대한 에테르화 온도의 영향

에테르화 온도가 높을수록 반응 속도는 빨라지지만 부반응도 가속화됩니다.화학적 균형의 관점에서 볼 때, 온도 상승은 CMC 생성에 불리하지만, 온도가 너무 낮으면 반응속도가 느려지고 에테르화제의 활용률도 낮아진다.에테르화를 위한 최적온도는 70℃임을 알 수 있다.°C.

2.1.5 에테르화 시간이 카르복시메틸 셀룰로오스 치환도에 미치는 영향

에테르화 시간이 길어질수록 CMC의 치환도가 증가하여 반응 속도가 빨라지지만, 일정 시간이 지나면 부반응이 증가하고 치환도가 감소한다.에테르화 시간이 100분일 때 치환도가 최대가 된다.

2.2 직교시험 결과 및 카르복시메틸기 분석

분산분석표를 보면 1차 항목에서 에테르화 시간, 에테르화 온도, NaOH의 양, 모노클로로아세트산의 양 등 4가지 요인이 카르복시메틸셀룰로오스의 치환도에 매우 중요한 영향을 미치는 것을 알 수 있다(p <0.01) .상호작용 항목 중 에테르화 시간과 모노클로로아세트산 양의 상호작용 항목, 에테르화 온도와 모노클로로아세트산 양의 상호작용 항목이 카르복시메틸셀룰로오스 치환도에 매우 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다(p<0.01).다양한 요인이 카르복시메틸셀룰로오스의 치환도에 영향을 미치는 순서는 에테르화 온도 > 모노클로로아세트산의 양 > 에테르화 시간 > NaOH의 양 순이었다.

2차 회귀 직교 회전 조합 설계의 테스트 결과를 분석한 후 카르복시메틸화 변형을 위한 최적의 공정 조건은 에테르화 시간 100분, 에테르화 온도 70분인 것으로 결정될 수 있습니다.℃, NaOH 투여량 3.2g, 모노클로로아세트산 투여량은 3.0g, 최대 치환도는 0.53이다.

2.3 미시적 성능 특성화

셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 가교된 카르복시메틸 셀룰로오스 입자의 표면 형태를 주사 전자 현미경으로 연구했습니다.셀룰로오스는 표면이 매끄러운 띠 모양으로 성장합니다.카르복시메틸 셀룰로오스의 가장자리는 추출된 셀룰로오스의 가장자리보다 거칠고 공동 구조가 증가하여 부피가 커집니다.이는 카르복시메틸셀룰로오스의 팽윤으로 인해 다발구조가 커지기 때문이다.

3. 결론

3.1 카르복시메틸 에테르화 셀룰로오스의 제조 셀룰로오스의 치환도에 영향을 미치는 4가지 요소의 중요성 순서는 에테르화 온도 > 모노클로로아세트산 투여량 > 에테르화 시간 > NaOH 투여량입니다.카르복시메틸화 변형의 최적 공정 조건은 에테르화 시간 100분, 에테르화 온도 70입니다.℃, NaOH 투여량 3.2g, 모노클로로아세트산 투여량 3.0g, 최대 치환도 0.53.

3.2 카르복시메틸화 변형의 최적 기술 조건은 에테르화 시간 100분, 에테르화 온도 70입니다.℃, NaOH 투여량 3.2g, 모노클로로아세트산 투여량 3.0g, 최대 치환도 0.53.