Povzetek:Da bi nadomestili gnojevko iz nerazgradljivega polivinilalkohola (PVA), smo iz stebel konoplje iz kmetijskih odpadkov pripravili celulozo eter-hidroksipropil metilcelulozo iz stebel konoplje in jo zmešali s specifičnim škrobom za pripravo brozge.Mešana preja iz poliestra in bombaža T/C65/35 14,7 tex je bila kalibrirana in testirana je bila njena učinkovitost kalitve.Optimalen proizvodni proces hidroksipropil metilceluloze je bil naslednji: masni delež luga je bil 35 %;kompresijsko razmerje alkalne celuloze je bilo 2,4;Volumsko razmerje tekočine med metanom in propilen oksidom je 7 : 3;razredčimo z izopropanolom;reakcijski tlak je 2.0MPa.Masa, pripravljena z mešanjem hidroksipropil metilceluloze in specifičnega škroba, ima nižjo KPK in je bolj okolju prijazna, vsi indikatorji velikosti pa lahko nadomestijo velikost PVA.
Ključne besede:steblo konoplje;celulozni eter konopljinega stebla;polivinilalkohol;klejenje celuloznega etra
0.Predgovor
Kitajska je ena od držav z relativno bogatimi viri slame.Pridelek je več kot 700 milijonov ton, stopnja izkoriščenosti slame pa je le 3% vsako leto.Velika količina virov slame ni bila izkoriščena.Slama je bogata naravna lignocelulozna surovina, ki se lahko uporablja v krmi, gnojilih, celuloznih derivatih in drugih izdelkih.
Trenutno je onesnaženje odpadnih voda v proizvodnem procesu tekstila postalo eden največjih virov onesnaževanja.Kemična potreba po kisiku pri PVA je zelo visoka.Ko se industrijska odpadna voda, ki jo proizvaja PVA v procesu tiskanja in barvanja, izpusti v reko, bo zavirala ali celo uničila dihanje vodnih organizmov.Poleg tega PVA poslabša sproščanje in migracijo težkih kovin v usedlinah v vodnih telesih, kar povzroča resnejše okoljske težave.Za izvedbo raziskav o zamenjavi PVA z zeleno brozgo je potrebno ne samo izpolnjevati zahteve postopka klejenja, ampak tudi čim bolj zmanjšati onesnaževanje vode in zraka med postopkom klejenja.
V tej študiji je bila celuloza konopljinega stebla eter-hidroksipropil metilceluloza (HPMC) pripravljena iz kmetijskih odpadkov konopljinih stebel in obravnavan je bil postopek njene proizvodnje.In zmešajte hidroksipropil metilcelulozo in specifično velikost škroba kot velikost za velikost, primerjajte z velikostjo PVA in razpravljajte o njeni učinkovitosti velikosti.
1. Eksperimentirajte
1.1 Materiali in instrumenti
Konopljino steblo, Heilongjiang;poliestersko-bombažna mešana preja T/C65/3514.7 tex;lastno izdelana celuloza iz konopljinega stebla eter-hidroksipropil metilceluloza;FS-101, modificiran škrob, PVA-1799, PVA-0588, Liaoning Zhongze Group Chaoyang Textile Co., Ltd.;propanol, premium razred;propilen oksid, ledocetna kislina, natrijev hidroksid, izopropanol, analitsko čist;metil klorid, dušik visoke čistosti.
GSH-3L reakcijski kotliček, JRA-6 digitalni zaslon z magnetno mešalno vodno kopeljo, DHG-9079A električna grelna sušilna peč s konstantno temperaturo, IKARW-20 nadzemni mehanski mešalnik, ESS-1000 stroj za določanje velikosti vzorcev, YG 061/PC elektronski merilnik moči ene preje, LFY-109B računalniški tester obrabe preje.
1.2 Priprava hidroksipropil metilceluloze
1. 2. 1 Priprava alkalnih vlaken
Konopljino steblo razrežemo, z drobilnikom zdrobimo na 20 meshov, prah konopljinega stebla dodamo v 35% vodno raztopino NaOH in namočimo pri sobni temperaturi 1 .5 ~ 2 .0 hStisnite impregnirano alkalno vlakno tako, da je masno razmerje alkalije, celuloze in vode 1. 2:1.2:1.
1. 2. 2 Reakcija eterifikacije
Pripravljeno alkalno celulozo vrzite v reakcijski kotel, dodajte 100 mL izopropanola kot razredčila, dodajte tekočih 140 mL metil klorida in 60 mL propilen oksida, vakuumirajte in povečajte tlak na 2 .0 MPa, počasi dvignite temperaturo na 45 °C za 1-2 uri in reagirajte pri 75 °C 1-2 uri, da pripravite hidroksipropil metilcelulozo.
1. 2. 3 Naknadna obdelava
Naravnajte pH eterificiranega celuloznega etra z ledocetno kislino na 6.5 ~ 7 .5, trikrat opran s propanolom in posušen v sušilniku pri 85 °C.
1.3 Postopek izdelave hidroksipropil metilceluloze
1. 3. 1 Vpliv vrtilne hitrosti na pripravo celuloznega etra
Običajno je reakcija eterifikacije heterogena reakcija od znotraj navznoter.Če ni zunanjega napajanja, sredstvo za eterifikacijo težko vstopi v kristalizacijo celuloze, zato je treba sredstvo za eterifikacijo popolnoma združiti s celulozo z mešanjem.V tej študiji je bil uporabljen visokotlačni reaktor z mešanjem.Po ponovljenih poskusih in demonstracijah je bila izbrana hitrost vrtenja 240-350 r/min.
1. 3. 2 Vpliv koncentracije alkalij na pripravo celuloznega etra
Alkalije lahko uničijo kompaktno strukturo celuloze, da nabrekne, in ko sta nabrekanje amorfne in kristalne regije enakomerna, eterifikacija poteka gladko.V proizvodnem procesu celuloznega etra ima količina alkalije, uporabljene v procesu alkalizacije celuloze, velik vpliv na učinkovitost eterifikacije produktov eterifikacije in stopnjo substitucije skupin.V procesu priprave hidroksipropil metilceluloze se z večanjem koncentracije luga povečuje tudi vsebnost metoksilnih skupin;nasprotno, ko se koncentracija luga zmanjša, je vsebnost hidroksipropil metilceluloze večja.Vsebnost metoksi skupine je premo sorazmerna s koncentracijo luga;vsebnost hidroksipropila je obratno sorazmerna s koncentracijo luga.Masni delež NaOH je bil po ponovljenih testih izbran na 35 %.
1. 3. 3 Vpliv razmerja stiskanja alkalne celuloze na pripravo celuloznega etra
Namen stiskanja alkalnih vlaken je nadzor vsebnosti vode v alkalni celulozi.Ko je razmerje stiskanja premajhno, se vsebnost vode poveča, koncentracija luga se zmanjša, stopnja eterifikacije se zmanjša, sredstvo za eteriranje pa se hidrolizira in stranske reakcije se povečajo., je učinkovitost eterifikacije močno zmanjšana.Ko je razmerje stiskanja preveliko, se vsebnost vode zmanjša, celuloza ne more nabrekniti in nima reaktivnosti, sredstvo za eterifikacijo pa ne more v celoti stopiti v stik z alkalno celulozo in reakcija je neenakomerna.Po številnih preizkusih in nujnih primerjavah je bilo ugotovljeno, da je masno razmerje alkalije, vode in celuloze 1,2:1.2:1.
1. 3. 4 Vpliv temperature na pripravo celuloznega etra
V procesu priprave hidroksipropil metilceluloze najprej kontrolirajte temperaturo na 50-60 °C in jo vzdržujte pri konstantni temperaturi 2 uri.Reakcijo hidroksipropilacije lahko izvedemo pri približno 30 ℃, hitrost reakcije hidroksipropilacije pa se močno poveča pri 50 ℃;počasi dvignite temperaturo na 75 ℃ in nadzorujte temperaturo 2 uri.Pri 50 °C reakcija metilacije skoraj ne reagira, pri 60 °C je hitrost reakcije počasna, pri 75 °C pa je hitrost reakcije metilacije močno pospešena.
Priprava hidroksipropil metilceluloze z večstopenjskim nadzorom temperature ne more samo nadzorovati ravnotežja metoksilnih in hidroksipropilnih skupin, ampak tudi pomaga zmanjšati stranske reakcije in naknadno obdelavo ter pridobiti izdelke z razumno strukturo.
1. 3. 5 Vpliv razmerja doziranja sredstva za eteriranje na pripravo celuloznega etra
Ker je hidroksipropil metilceluloza tipičen neionski mešani eter, sta metilna in hidroksipropilna skupina substituirani na različnih makromolekularnih verigah hidroksipropil metilceluloze, to je različnih C v vsakem položaju glukoznega obroča.Po drugi strani pa ima porazdelitveno razmerje metila in hidroksipropila večjo disperzijo in naključnost.Topnost HPMC v vodi je povezana z vsebnostjo metoksi skupine.Ko je vsebnost metoksi skupine nizka, jo je mogoče raztopiti v močni alkaliji.Ko se vsebnost metoksilov poveča, postane bolj občutljiv na nabrekanje vode.Višja kot je vsebnost metoksi, boljša je topnost v vodi in se lahko oblikuje v gnojevko.
Količina eteričnega sredstva metil klorida in propilen oksida neposredno vpliva na vsebnost metoksil in hidroksipropil.Za pripravo hidroksipropil metilceluloze z dobro topnostjo v vodi je bilo volumsko razmerje tekočine med metil kloridom in propilen oksidom izbrano kot 7:3.
1.3.6 Optimalni proizvodni postopek hidroksipropil metilceluloze
Reakcijska oprema je visokotlačni reaktor z mešanjem;hitrost vrtenja je 240-350 vrt / min;masni delež luga je 35%;kompresijsko razmerje alkalne celuloze je 2,4;Hidroksipropoksilacija pri 50 °C 2 uri, metoksilacija pri 75 °C 2 uri;eterifikacijsko sredstvo metil klorid in volumsko razmerje tekočine propilen oksida 7:3;vakuum;tlak 2.0 MPa;razredčilo je izopropanol.
2. Odkrivanje in uporaba
2.1 SEM konopljine celuloze in alkalne celuloze
Če primerjamo neobdelano konopljino celulozo in konopljino celulozo, obdelano s 35% NaOH, lahko jasno ugotovimo, da ima alkalizirana celuloza več površinskih razpok, večjo površino, večjo aktivnost in lažjo reakcijo eterifikacije.
2.2 Določanje z infrardečo spektroskopijo
Celuloza, ekstrahirana iz stebel konoplje po obdelavi, in infrardeči spekter HPMC, pripravljenega iz celuloze stebel konoplje.Med njimi je močan in širok absorpcijski pas pri 3295 cm -1 raztezni pas absorpcije vibracij HPMC asociacijske hidroksilne skupine, absorpcijski pas pri 1250 ~ 1460 cm -1 je absorpcijski pas CH, CH2 in CH3 ter absorpcija pas pri 1600 cm -1 je absorpcijski pas vode v polimernem absorpcijskem pasu.Absorpcijski pas pri 1025 cm -1 je absorpcijski pas C — O — C v polimeru.
2.3 Določanje viskoznosti
Vzemite pripravljen vzorec celuloznega etra konopljinega stebla in ga dodajte v čašo za pripravo 2% vodne raztopine, dobro premešajte, z viskozimetrom izmerite njegovo viskoznost in viskoznostno stabilnost ter 3-krat izmerite povprečno viskoznost.Viskoznost pripravljenega vzorca celuloznega etra stebla konoplje je bila 11 .8 mPa·s.
2.4 Uporaba velikosti
2.4.1 Konfiguracija gnojevke
Goščo smo pripravili v 1000 ml brozge z masnim deležem 3,5 %, enakomerno premešali z mešalnikom, nato pa jo postavili v vodno kopel in segrevali na 95 °C 1 uro.Hkrati upoštevajte, da mora biti posoda za kuhanje kaše dobro zaprta, da preprečite povečanje koncentracije brozge zaradi izhlapevanja vode.
2.4.2 Formulacija gnojevke pH, mešljivost in KPK
Zmešajte hidroksipropil metil celulozo in določeno velikost škroba, da pripravite goščo (1#~4#) in primerjajte z brozgo s formulo PVA (0#), da analizirate pH, mešljivost in KPK.Mešana preja iz poliestra in bombaža T/C65/3514.7 tex je bila kalibrirana na stroju za klejenje vzorcev ESS1000 in analizirana je bila njena učinkovitost kalitve.
Vidimo lahko, da sta domači celulozni eter konopljinega stebla in specifična škrobna velikost 3 # optimalna formulacija velikosti: 25 % celuloznega etra konopljinega stebla, 65 % modificiranega škroba in 10 % FS-101.
Vsi podatki o velikosti so primerljivi s podatki o velikosti PVA velikosti, kar kaže, da ima mešana velikost hidroksipropil metilceluloze in specifičnega škroba dobro učinkovitost velikosti;njegov pH je bližje nevtralnemu;hidroksipropil metilceluloza in specifičen škrob COD (17459,2 mg/L) posebne mešanice škroba je bil znatno nižji od velikosti PVA (26448,0 mg/L), učinkovitost varstva okolja pa je bila dobra.
3. Zaključek
Optimalen proizvodni postopek za pripravo celuloze konopljinega stebla eter-hidroksipropil metilceluloze za klejenje je naslednji: visokotlačni mešalni reaktor s hitrostjo vrtenja 240-350 r/min, masnim deležem luga 35 % in kompresijskim razmerjem. alkalne celuloze 2.4, temperatura metilacije je 75 ℃ in temperatura hidroksipropilacije je 50 ℃, vsako vzdržujemo 2 uri, volumsko razmerje tekočine med metilkloridom in propilen oksidom je 7:3, vakuum, reakcijski tlak je 2,0 MPa, izopropanol je razredčilo.
Za zamenjavo PVA kalibra za klejenje smo uporabili celulozni eter konopljinega stebla, optimalno razmerje velikosti pa je bilo: 25 % celuloznega etra konopljinega stebla, 65 % modificiranega škroba in 10 % FS-101.pH gnojevke je 6,5 in COD (17459,2 mg/L) je znatno nižji kot pri PVA brozgi (26448,0 mg/L), kar kaže na dobro okoljsko učinkovitost.
Celulozni eter konopljinega stebla je bil uporabljen za klejenje namesto PVA kalibra za klejenje preje iz mešanice poliestra in bombaža T/C 65/3514.7tex.Indeks velikosti je enakovreden.Nova mešanica celuloznega etra iz konopljinega stebla in modificiranega škroba lahko nadomesti velikost PVA.
Čas objave: 20. februarja 2023