Selulosa CMC dan Pencirian Strukturnya

Menggunakan selulosa jerami sebagai bahan mentah, ia telah diubah suai melalui pengeteran.Melalui faktor tunggal dan ujian putaran, keadaan optimum untuk penyediaan karboksimetil selulosa ditentukan sebagai: masa pengeteran 100min, suhu pengeteran 70℃, NaOH dos 3.2g dan dos asid monochloroacetic 3.0g, penggantian maksimum Darjah ialah 0.53.

Kata kunci: CMCselulosa;asid monochloroacetic;eterifikasi;pengubahsuaian

Karboksimetil selulosaadalah eter selulosa yang paling banyak dihasilkan dan dijual di dunia.Ia digunakan secara meluas dalam detergen, makanan, ubat gigi, tekstil, percetakan dan pencelupan, pembuatan kertas, petroleum, perlombongan, perubatan, seramik, komponen elektronik, getah, Cat, racun perosak, kosmetik, kulit, plastik dan penggerudian minyak, dsb. sebagai "monosodium glutamat industri".Carboxymethyl cellulose ialah derivatif eter selulosa larut air yang diperoleh dengan mengubah suai selulosa semula jadi secara kimia.Selulosa, bahan mentah utama untuk pengeluaran selulosa karboksimetil, adalah salah satu sumber boleh diperbaharui semula jadi yang paling banyak di bumi, dengan pengeluaran tahunan ratusan bilion tan.negara saya adalah sebuah negara pertanian yang besar dan antara negara yang mempunyai sumber jerami yang paling banyak.Jerami sentiasa menjadi salah satu bahan bakar utama untuk penduduk luar bandar.Sumber-sumber ini tidak dibangunkan secara rasional untuk masa yang lama, dan kurang daripada 2% sisa pertanian dan perhutanan seperti jerami digunakan di dunia setiap tahun.Padi ialah tanaman ekonomi utama di Wilayah Heilongjiang, dengan keluasan penanaman lebih daripada 2 juta hm2, pengeluaran tahunan sebanyak 14 juta tan beras, dan 11 juta tan jerami.Petani secara amnya membakarnya secara langsung di ladang sebagai bahan buangan, yang bukan sahaja merupakan pembaziran besar sumber asli, tetapi juga menyebabkan pencemaran yang serius kepada alam sekitar.Oleh itu, merealisasikan penggunaan sumber jerami adalah keperluan strategi pembangunan mampan pertanian.

1. Bahan dan kaedah eksperimen

1.1 Bahan dan peralatan eksperimen

Selulosa jerami, buatan sendiri di makmal;JJ～1 jenis pengadun elektrik, Kilang Alat Eksperimen Jintan Guowang;SHZW2C jenis RS—Pam vakum, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.;pHS-3C meter pH, Mettler-Toledo Co., Ltd.;DGG-9070A pemanas elektrik ketuhar pengeringan suhu malar, Beijing North Lihui Test Instrument Equipment Co., Ltd.;HITACHI-S ~ 3400N mikroskop elektron pengimbasan, Alat Hitachi;etanol;natrium hidroksida;asid kloroasettik, dsb. (reagen di atas adalah tulen secara analitikal).

1.2 Kaedah eksperimen

1.2.1 Penyediaan karboksimetil selulosa

(1) Kaedah penyediaan selulosa karboksimetil: Timbang 2 g selulosa ke dalam kelalang berleher tiga, tambahkan 2.8 g NaOH, 20 mL larutan etanol 75%, dan rendam dalam alkali dalam tab mandi air suhu malar pada 25°C selama 80 minit.Kacau dengan mixer untuk sebati.Semasa proses ini, selulosa bertindak balas dengan larutan alkali untuk membentuk selulosa alkali.Dalam peringkat pengeteran, tambah 10 mL larutan etanol 75% dan 3 g asid kloroasettik ke dalam kelalang tiga leher yang bertindak balas di atas, naikkan suhu kepada 65-70° C., dan bertindak balas selama 60 minit.Tambah alkali untuk kali kedua, kemudian tambah 0.6g NaOH ke dalam kelalang tindak balas di atas untuk mengekalkan suhu pada 70°C, dan masa tindak balas ialah 40 minit untuk mendapatkan Na kasar—CMC (natrium karboksimetilselulosa).

Peneutralan dan pencucian: tambah 1moL·L-1 asid hidroklorik, dan meneutralkan tindak balas pada suhu bilik sehingga pH=7~8.Kemudian basuh dua kali dengan etanol 50%, kemudian basuh sekali dengan etanol 95%, tapis dengan sedutan, dan keringkan pada suhu 80-90°C selama 2 jam.

(2) Penentuan tahap penggantian sampel: kaedah penentuan meter keasidan: Timbang 0.2g (tepat hingga 0.1mg) sampel Na-CMC yang telah disucikan dan dikeringkan, larutkan dalam 80mL air suling, kacau secara elektromagnet selama 10 minit, dan laraskan ia dengan asid atau alkali Larutan membawa pH larutan kepada 8. Kemudian titrasi larutan ujian dengan larutan piawai asid sulfurik dalam bikar yang dilengkapi dengan elektrod meter pH, dan perhatikan petunjuk meter pH semasa mentitrasi sehingga pH adalah 3.74.Catatkan isipadu larutan piawai asid sulfurik yang digunakan.

1.2.2 Kaedah ujian faktor tunggal

(1) Kesan jumlah alkali pada tahap penggantian karboksimetil selulosa: menjalankan pengalkalian pada 25℃, rendaman alkali selama 80 minit, kepekatan dalam larutan etanol ialah 75%, mengawal jumlah reagen asid monokloroasettik 3g, suhu etherifikasi ialah 65 ~ 70°C, masa pengeteran ialah 100 minit, dan jumlah natrium hidroksida diubah untuk ujian.

(2) Kesan kepekatan larutan etanol pada tahap penggantian karboksimetil selulosa: jumlah alkali tetap ialah 3.2g, rendaman beralkali dalam tab mandi air suhu malar pada 25°C selama 80min, kepekatan larutan etanol ialah 75%, jumlah reagen asid monokloroasettik dikawal pada 3g, eterifikasi Suhu ialah 65-70°C, masa pengeteran ialah 100min, dan kepekatan larutan etanol diubah untuk eksperimen.

(3) Kesan jumlah asid monokloroasettik pada tahap penggantian karboksimetil selulosa: tetap pada 25°C untuk pengalkalian, rendam dalam alkali selama 80 minit, tambah 3.2g natrium hidroksida untuk menjadikan kepekatan larutan etanol 75%, eter Suhu ialah 65~70°C, masa pengeteran ialah 100min, dan jumlah asid monokloroasettik diubah untuk eksperimen.

(4) Kesan suhu pengeteran pada tahap penggantian karboksimetil selulosa: tetap pada 25°C untuk pengalkalian, rendam dalam alkali selama 80 minit, tambah 3.2g natrium hidroksida untuk menjadikan kepekatan larutan etanol 75%, suhu pengetheran Suhu ialah 65~70℃, masa pengeteran ialah 100min, dan eksperimen dijalankan dengan menukar dos asid monochloroacetic.

(5) Kesan masa pengeteran ke atas tahap penggantian karboksimetil selulosa: tetap pada 25°C untuk pengalkalian, menambah 3.2g natrium hidroksida, dan direndam dalam alkali selama 80min untuk menjadikan kepekatan larutan etanol 75%, dan monochlor terkawal Dos reagen asid asetik ialah 3g, suhu pengekalan ialah 65~70°C, dan masa pengeteran ditukar untuk eksperimen.

1.2.3 Pelan ujian dan pengoptimuman selulosa karboksimetil

Berdasarkan eksperimen faktor tunggal, satu eksperimen gabungan putaran ortogon regresi kuadratik dengan empat faktor dan lima tahap telah direka bentuk.Empat faktor tersebut ialah masa pengeteran, suhu pengeteran, jumlah NaOH dan jumlah asid monokloroasettik.Pemprosesan data menggunakan perisian statistik SAS8.2 untuk pemprosesan data, yang mendedahkan hubungan antara setiap faktor yang mempengaruhi dan tahap penggantian selulosa karboksimetil.undang-undang batin.

1.2.4 Kaedah analisis SEM

Sampel serbuk kering telah ditetapkan pada peringkat sampel dengan gam konduktif, dan selepas penyemburan vakum emas, ia diperhatikan dan diambil gambar di bawah mikroskop elektron pengimbasan Hitachi-S-3400N Hitachi.

2. Keputusan dan analisis

2.1 Kesan faktor tunggal ke atas tahap penggantian karboksimetil selulosa

2.1.1 Kesan jumlah alkali pada tahap penggantian karboksimetil selulosa

Apabila NaOH3.2g ditambah kepada 2g selulosa, tahap penggantian produk adalah yang tertinggi.Jumlah NaOH dikurangkan, yang tidak mencukupi untuk membentuk peneutralan selulosa alkali dan agen pengeteran, dan produk mempunyai tahap penggantian yang kecil dan kelikatan yang rendah.Sebaliknya, jika jumlah NaOH terlalu banyak, tindak balas sampingan semasa hidrolisis asid kloroasettik akan meningkat, penggunaan agen pengeteran akan meningkat, dan kelikatan produk juga akan berkurangan.

2.1.2 Kesan kepekatan larutan etanol ke atas tahap penggantian karboksimetil selulosa

Sebahagian daripada air dalam larutan etanol wujud dalam medium tindak balas di luar selulosa, dan sebahagian lagi wujud dalam selulosa.Jika kandungan air terlalu besar, CMC akan membengkak dalam air untuk membentuk jeli semasa pengeteran, mengakibatkan tindak balas yang sangat tidak sekata;jika kandungan air terlalu kecil, tindak balas akan sukar untuk diteruskan kerana kekurangan medium tindak balas.Secara amnya, 80% etanol adalah pelarut yang paling sesuai.

2.1.3 Kesan dos asid monokloroasettik ke atas tahap penggantian karboksimetil selulosa

Jumlah asid monokloroasettik dan natrium hidroksida secara teori adalah 1:2, tetapi untuk mengalihkan tindak balas ke arah penjanaan CMC, pastikan terdapat bes bebas yang sesuai dalam sistem tindak balas, supaya karboksimetilasi dapat berjalan dengan lancar.Atas sebab ini, kaedah lebihan alkali diguna pakai, iaitu nisbah molar bahan asid dan alkali ialah 1:2.2.

2.1.4 Kesan suhu pengeteran ke atas tahap penggantian karboksimetil selulosa

Semakin tinggi suhu eterifikasi, semakin cepat kadar tindak balas, tetapi tindak balas sampingan juga dipercepatkan.Dari perspektif keseimbangan kimia, peningkatan suhu tidak menguntungkan pembentukan CMC, tetapi jika suhu terlalu rendah, kadar tindak balas adalah perlahan dan kadar penggunaan agen pengeteran adalah rendah.Ia boleh dilihat bahawa suhu optimum untuk pengeteran ialah 70°C.

2.1.5 Kesan masa pengeteran ke atas tahap penggantian karboksimetil selulosa

Dengan peningkatan masa eterifikasi, tahap penggantian CMC meningkat, dan kelajuan tindak balas dipercepatkan, tetapi selepas masa tertentu, tindak balas sampingan meningkat dan tahap penggantian berkurangan.Apabila masa etherifikasi adalah 100min, tahap penggantian adalah maksimum.

2.2 Keputusan ujian ortogon dan analisis kumpulan karboksimetil

Dapat dilihat daripada jadual analisis varians bahawa dalam item primer, empat faktor masa eterifikasi, suhu pengeteran, jumlah NaOH dan jumlah asid monokloroasettik mempunyai kesan yang sangat ketara terhadap tahap penggantian selulosa karboksimetil (p <0.01) .Antara item interaksi, item interaksi masa pengeteran dan jumlah asid monokloroasettik, dan item interaksi suhu pengeteran dan jumlah asid monokloroasettik mempunyai kesan yang sangat ketara terhadap tahap penggantian selulosa karboksimetil (p<0.01).Susunan pengaruh pelbagai faktor ke atas tahap penggantian karboksimetil selulosa ialah: suhu eterifikasi>jumlah asid monokloroasettik>masa pengeteran>jumlah NaOH.

Selepas analisis keputusan ujian reka bentuk gabungan putaran ortogon regresi kuadratik, boleh ditentukan bahawa keadaan proses optimum untuk pengubahsuaian karboksimetilasi ialah: masa pengeteran 100min, suhu pengeteran 70℃, dos NaOH 3.2g dan asid monokloroasettik Dos ialah 3.0g, dan tahap penggantian maksimum ialah 0.53.

2.3 Pencirian prestasi mikroskopik

Morfologi permukaan selulosa, selulosa karboksimetil dan zarah selulosa karboksimetil berkait silang telah dikaji dengan mengimbas mikroskop elektron.Selulosa tumbuh dalam bentuk jalur dengan permukaan licin;pinggir selulosa karboksimetil lebih kasar daripada selulosa yang diekstrak, dan struktur rongga bertambah dan isipadu menjadi lebih besar.Ini kerana struktur berkas menjadi lebih besar akibat pembengkakan selulosa karboksimetil.

3. Kesimpulan

3.1 Penyediaan selulosa tereter karboksimetil Susunan kepentingan empat faktor yang mempengaruhi tahap penggantian selulosa ialah: suhu pengeteran > dos asid monokloroasettik > masa pengeteran > dos NaOH.Keadaan proses optimum bagi pengubahsuaian karboksimetilasi ialah masa etherifikasi 100min, suhu etherifikasi 70℃, dos NaOH 3.2g, dos asid monokloroasettik 3.0g, dan darjah penggantian maksimum 0.53.

3.2 Keadaan teknologi optimum bagi pengubahsuaian karboksimetilasi ialah: masa etherifikasi 100min, suhu etherifikasi 70℃, dos NaOH 3.2g, dos asid monokloroasettik 3.0g, darjah penggantian maksimum 0.53.