ЦМЦ целулоза и карактеризација њене структуре

Користећи сламнату целулозу као сировину, модификована је етерификацијом.Једнофакторским и ротационим тестом утврђени су оптимални услови за припрему карбоксиметил целулозе: време етерификације 100мин, температура етерификације 70°Ц.℃, доза НаОХ 3,2г и доза монохлоросирћетне киселине 3,0г, максимална супституција Степен је 0,53.

Кључне речи: ЦМЦцелулоза;монохлоросирћетна киселина;етерификација;модификација

Карбоксиметил целулозаје најпродаванији целулозни етар на свету.Широко се користи у детерџентима, храни, пастама за зубе, текстилу, штампању и фарбању, производњи папира, нафти, рударству, медицини, керамици, електронским компонентама, гуми, бојама, пестицидима, козметици, кожи, пластици и бушењу уља, итд. као „индустријски мононатријум глутамат“.Карбоксиметил целулоза је дериват целулозног етра растворљив у води добијен хемијском модификацијом природне целулозе.Целулоза, главна сировина за производњу карбоксиметил целулозе, један је од најзаступљенијих природних обновљивих ресурса на земљи, са годишњом производњом од стотине милијарди тона.моја земља је велика пољопривредна земља и једна од земаља са најбогатијим ресурсима сламе.Слама је одувек била једно од главних животних горива за сеоске становнике.Ови ресурси се дуго нису рационално развијали, а годишње се у свету користи мање од 2% пољопривредног и шумског отпада попут сламе.Пиринач је главна економска култура у провинцији Хеилонгјианг, са површином за садњу већом од 2 милиона хм2, годишњом производњом од 14 милиона тона пиринча и 11 милиона тона сламе.Пољопривредници их углавном сагоревају директно у пољу као отпад, што не само да представља огроман губитак природних ресурса, већ изазива и озбиљно загађивање животне средине.Стога је остваривање коришћења ресурса сламе потреба стратегије одрживог развоја пољопривреде.

1. Експериментални материјали и методе

1.1 Експериментални материјали и опрема

Целулоза од сламе, само-израђена у лабораторији;ЈЈ～1 тип електрични миксер, Фабрика експерименталних инструмената Јинтан Гуованг;СХЗВ2Ц тип РС—Вакум пумпа, Схангхаи Пенгфу Елецтромецханицал Цо., Лтд.;пХС-3Ц пХ метар, Меттлер-Толедо Цо., Лтд.;ДГГ-9070А електрично грејање пећница за сушење константне температуре, Пекинг Нортх Лихуи Тест Инструмент Екуипмент Цо., Лтд.;ХИТАЦХИ-С ~ 3400Н скенирајући електронски микроскоп, Хитацхи Инструментс;етанол;натријум хидроксид;хлорсирћетна киселина и др. (наведени реагенси су аналитички чисти).

1.2 Експериментална метода

1.2.1 Припрема карбоксиметил целулозе

(1) Метода припреме карбоксиметил целулозе: Одмерити 2 г целулозе у балон са три грла, додати 2,8 г НаОХ, 20 мЛ 75% раствора етанола и потопити у алкалну воду у воденом купатилу константне температуре на 25°Ц.°Ц 80 мин.Умутити миксером да се добро сједини.Током овог процеса, целулоза реагује са алкалним раствором да би се формирала алкална целулоза.У фази етерификације, додајте 10 мЛ 75% раствора етанола и 3 г хлорсирћетне киселине у боцу са три грла која је горе реаговала, подигните температуру на 65-70° Ц., и реаговати 60 минута.Додати алкалију по други пут, затим додати 0,6 г НаОХ у горњу реакциону тиквицу да би се температура одржала на 70°Ц, а време реакције је 40 мин да би се добио сирови На—ЦМЦ (натријум карбоксиметилцелулоза).

Неутрализација и прање: додати 1моЛ·Л-1 хлороводоничне киселине, и неутралисати реакцију на собној температури до пХ=7~8.Затим исперите два пута са 50% етанолом, затим једном исперите са 95% етанолом, филтрирајте са усисавањем и осушите на 80-90°Ц 2 сата.

(2) Одређивање степена замене узорка: метода одређивања мерача киселости: Измерити 0,2 г (са тачношћу до 0,1 мг) пречишћеног и осушеног На-ЦМЦ узорка, растворити га у 80 мЛ дестиловане воде, мешати електромагнетно 10 минута и подесити са киселином или алкалијом. Раствор је довео пХ раствора до 8. Затим титрирајте тест раствор стандардним раствором сумпорне киселине у чаши опремљеној електродом за пХ метар и посматрајте индикацију пХ метра док титрирате док пХ не буде 3.74.Забележите запремину употребљеног стандардног раствора сумпорне киселине.

1.2.2 Метода испитивања једног фактора

(1) Утицај количине алкалија на степен супституције карбоксиметил целулозе: спровести алкализацију на 25℃, алкално потапање у трајању од 80 минута, концентрација у раствору етанола је 75%, контролисати количину реагенса монохлоросирћетне киселине 3г, температура етерификације је 65 ~ 70°Ц, време етерификације је било 100 минута, а количина натријум хидроксида је промењена за тест.

(2) Утицај концентрације раствора етанола на степен супституције карбоксиметил целулозе: количина фиксне алкалије је 3,2г, алкално потапање у водено купатило константне температуре на 25°Ц током 80мин, концентрација раствора етанола је 75%, количина реагенса монохлорсирћетне киселине се контролише на 3г, етерификација Температура је 65-70°Ц, време етерификације је 100 мин, а концентрација раствора етанола је промењена за експеримент.

(3) Утицај количине монохлорсирћетне киселине на степен супституције карбоксиметил целулозе: фиксирати на 25°Ц за алкализацију, потопити у алкалију 80 минута, додати 3,2 г натријум хидроксида да би концентрација раствора етанола била 75%, етар Температура је 65~70°Ц, време етерификације је 100 мин, а количина монохлорсирћетне киселине је промењена за експеримент.

(4) Утицај температуре етерификације на степен супституције карбоксиметил целулозе: фиксирати на 25°Ц за алкализацију, потопити у алкалију 80 минута, додати 3,2 г натријум хидроксида да би концентрација раствора етанола била 75%, температура етерификације Температура је 65~70℃, време етерификације је 100мин, а експеримент се изводи променом дозе монохлорсирћетне киселине.

(5) Утицај времена етерификације на степен супституције карбоксиметил целулозе: фиксирано на 25°Ц за алкализацију, додато 3,2 г натријум хидроксида и натопљено алкалијом 80 мин да би концентрација раствора етанола била 75%, и контролисан монохлор Дозирање реагенса сирћетне киселине је 3г, температура етерификације је 65~70°Ц, а време етерификације је промењено за експеримент.

1.2.3 План испитивања и оптимизација карбоксиметил целулозе

На основу експеримента са једним фактором дизајниран је комбиновани експеримент квадратне регресије ортогоналне ротације са четири фактора и пет нивоа.Четири фактора су време етерификације, температура етерификације, количина НаОХ и количина монохлорсирћетне киселине.За обраду података користи се статистички софтвер САС8.2 за обраду података, који открива однос између сваког фактора утицаја и степена супституције карбоксиметил целулозе.унутрашњи закон.

1.2.4 Метода СЕМ анализе

Осушени узорак праха је фиксиран на степену узорка проводним лепком, а након вакуумског прскања злата, посматран је и фотографисан под Хитацхи-С-3400Н Хитацхи скенирајућим електронским микроскопом.

2. Резултати и анализа

2.1 Утицај појединачног фактора на степен супституције карбоксиметил целулозе

2.1.1 Утицај количине алкалија на степен супституције карбоксиметил целулозе

Када је НаОХ3.2г додат у 2г целулозе, степен супституције производа је био највећи.Количина НаОХ је смањена, што није довољно за формирање неутрализације алкалне целулозе и агенса за етерификацију, а производ има мали степен супституције и низак вискозитет.Напротив, ако је количина НаОХ превелика, нежељене реакције током хидролизе хлорсирћетне киселине ће се повећати, потрошња етерификационог агенса ће се повећати, а вискозитет производа ће се такође смањити.

2.1.2 Утицај концентрације раствора етанола на степен супституције карбоксиметил целулозе

Део воде у раствору етанола постоји у реакционом медијуму ван целулозе, а други део постоји у целулози.Ако је садржај воде превелик, ЦМЦ ће набубрити у води и формирати желе током етерификације, што резултира веома неуједначеном реакцијом;ако је садржај воде премали, реакција ће се тешко одвијати због недостатка реакционог медијума.Генерално, 80% етанол је најпогоднији растварач.

2.1.3 Утицај дозе монохлорсирћетне киселине на степен супституције карбоксиметил целулозе

Количина монохлорсирћетне киселине и натријум хидроксида је теоретски 1:2, али да би се реакција померила у правцу стварања ЦМЦ, обезбедите да у реакционом систему постоји одговарајућа слободна база, тако да карбоксиметилација може да се одвија глатко.Из тог разлога је усвојена метода вишка алкалија, односно моларни однос киселих и алкалних супстанци је 1:2,2.

2.1.4 Утицај температуре етерификације на степен супституције карбоксиметил целулозе

Што је виша температура етерификације, то је бржа брзина реакције, али су и споредне реакције убрзане.Из перспективе хемијске равнотеже, пораст температуре је неповољан за формирање ЦМЦ, али ако је температура прениска, брзина реакције је спора и стопа искоришћења агенса за етерификацију је ниска.Види се да је оптимална температура за етерификацију 70°C.

2.1.5 Утицај времена етерификације на степен супституције карбоксиметил целулозе

Са повећањем времена етерификације, степен супституције ЦМЦ се повећава, а брзина реакције се убрзава, али након одређеног времена, споредне реакције се повећавају и степен супституције се смањује.Када је време етерификације 100 мин, степен супституције је максималан.

2.2 Резултати ортогоналног испитивања и анализа карбоксиметил група

Из табеле анализе варијансе се види да у примарној ставци четири фактора времена етерификације, температуре етерификације, количине НаОХ и количине монохлорсирћетне киселине имају веома значајан утицај на степен супституције карбоксиметил целулозе (п. <0,01) .Међу ставкама интеракције, веома значајан утицај на степен супституције карбоксиметил целулозе (п<0,01) имале су интеракцијске ставке времена етерификације и количине монохлорсирћетне киселине, и интеракцијске ставке температуре етерификације и количине монохлорсирћетне киселине.Редослед утицаја различитих фактора на степен супституције карбоксиметил целулозе био је: температура етерификације>количина монохлоросирћетне киселине>време етерификације>количина НаОХ.

Након анализе резултата испитивања дизајна комбинације ортогоналне ротације квадратне регресије, може се утврдити да су оптимални процесни услови за модификацију карбоксиметилације: време етерификације 100мин, температура етерификације 70°Ц.℃, доза НаОХ 3,2г и монохлоросирћетна киселина Доза је 3,0г, а максимални степен супституције је 0,53.

2.3 Микроскопска карактеризација перформанси

Морфологија површине целулозе, карбоксиметил целулозе и умрежених честица карбоксиметил целулозе проучавана је скенирајућим електронским микроскопом.Целулоза расте у облику траке са глатком површином;ивица карбоксиметил целулозе је грубља од оне екстраховане целулозе, а структура шупљине се повећава и запремина постаје већа.То је зато што структура снопа постаје већа због бубрења карбоксиметил целулозе.

3. Закључак

3.1 Припрема карбоксиметил етерификоване целулозе Редослед важности четири фактора који утичу на степен супституције целулозе је: температура етерификације > доза монохлоросирћетне киселине > време етерификације > доза НаОХ.Оптимални услови процеса модификације карбоксиметилације су време етерификације 100 мин, температура етерификације 70℃, доза НаОХ 3,2 г, доза монохлорсирћетне киселине 3,0 г и максимални степен супституције 0,53.

3.2 Оптимални технолошки услови модификације карбоксиметилације су: време етерификације 100мин, температура етерификације 70℃, доза НаОХ 3,2г, доза монохлоросирћетне киселине 3,0г, максимални степен супституције 0,53.