CMC Cellulose at ang Structure Characterization nito

Gamit ang straw cellulose bilang raw material, binago ito ng etherification.Sa pamamagitan ng solong kadahilanan at pagsubok ng pag-ikot, ang pinakamainam na mga kondisyon para sa paghahanda ng carboxymethyl cellulose ay tinutukoy na: oras ng etherification 100min, temperatura ng etherification 70℃, NaOH dosis 3.2g at monochloroacetic acid dosis 3.0g, ang maximum na pagpapalit Ang antas ay 0.53.

Mga pangunahing salita: CMCselulusa;monochloroacetic acid;etherification;pagbabago

Carboxymethyl celluloseay ang pinakaginagawa at naibentang cellulose ether sa mundo.Ito ay malawakang ginagamit sa detergent, pagkain, toothpaste, tela, pag-print at pagtitina, paggawa ng papel, petrolyo, pagmimina, gamot, keramika, mga elektronikong sangkap, goma, Mga pintura, pestisidyo, mga pampaganda, katad, plastik at pagbabarena ng langis, atbp., na kilala bilang "industrial monosodium glutamate".Ang Carboxymethyl cellulose ay isang water-soluble cellulose eter derivative na nakuha sa pamamagitan ng chemically modifying natural cellulose.Ang selulusa, ang pangunahing hilaw na materyal para sa produksyon ng carboxymethyl cellulose, ay isa sa pinakamaraming likas na renewable resources sa mundo, na may taunang produksyon na daan-daang bilyong tonelada.ang aking bansa ay isang malaking bansang agrikultural at isa sa mga bansang may pinakamaraming yamang dayami.Ang dayami ay palaging isa sa mga pangunahing panggatong ng pamumuhay para sa mga residente sa kanayunan.Ang mga mapagkukunang ito ay hindi makatwiran na binuo sa mahabang panahon, at wala pang 2% ng mga basurang pang-agrikultura at panggugubat tulad ng dayami ang ginagamit sa mundo bawat taon.Ang palay ang pangunahing pang-ekonomiyang pananim sa Lalawigan ng Heilongjiang, na may lugar na pagtatanim na higit sa 2 milyong hm2, taunang output na 14 milyong tonelada ng bigas, at 11 milyong toneladang dayami.Ang mga magsasaka sa pangkalahatan ay direktang sinusunog ang mga ito sa bukid bilang basura, na hindi lamang isang malaking pag-aaksaya ng mga likas na yaman, ngunit nagdudulot din ng malubhang polusyon sa kapaligiran.Samakatuwid, ang pagsasakatuparan ng paggamit ng mapagkukunan ng dayami ay ang pangangailangan ng sustainable development strategy ng agrikultura.

1. Mga pang-eksperimentong materyales at pamamaraan

1.1 Mga pang-eksperimentong materyales at kagamitan

Straw cellulose, self-made sa laboratoryo;JJ～1 uri ng electric mixer, Jintan Guowang Experimental Instrument Factory;SHZW2C uri ng RS—Isang vacuum pump, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.;pHS-3C pH meter, Mettler-Toledo Co., Ltd.;DGG-9070A electric heating constant temperature drying oven, Beijing North Lihui Test Instrument Equipment Co., Ltd.;HITACHI-S ~ 3400N scanning electron microscope, Hitachi Instruments;ethanol;sodium hydroxide;chloroacetic acid, atbp. (ang mga reagents sa itaas ay analytically dalisay).

1.2 Eksperimental na paraan

1.2.1 Paghahanda ng carboxymethyl cellulose

(1) Ang paraan ng paghahanda ng carboxymethyl cellulose: Timbangin ang 2 g ng cellulose sa isang three-necked flask, magdagdag ng 2.8 g ng NaOH, 20 mL ng 75% ethanol solution, at ibabad sa alkali sa isang pare-parehong temperatura na paliguan ng tubig sa 25°C sa loob ng 80 min.Haluin gamit ang isang panghalo upang pagsamahin ng mabuti.Sa prosesong ito, ang cellulose ay tumutugon sa alkaline solution upang bumuo ng alkali cellulose.Sa yugto ng etherification, magdagdag ng 10 mL ng 75% ethanol solution at 3 g ng chloroacetic acid sa tatlong-leeg na flask na na-react sa itaas, itaas ang temperatura sa 65-70° C., at tumugon sa loob ng 60 minuto.Magdagdag ng alkali sa pangalawang pagkakataon, pagkatapos ay magdagdag ng 0.6g NaOH sa reaction flask sa itaas upang mapanatili ang temperatura sa 70°C, at ang oras ng reaksyon ay 40min upang makakuha ng krudo Na—CMC (sodium carboxymethylcellulose).

Neutralisasyon at paghuhugas: magdagdag ng 1moL·L-1 hydrochloric acid, at neutralisahin ang reaksyon sa temperatura ng silid hanggang pH=7~8.Pagkatapos ay hugasan nang dalawang beses gamit ang 50% na ethanol, pagkatapos ay hugasan nang isang beses gamit ang 95% na ethanol, i-filter gamit ang pagsipsip, at tuyo sa 80-90°C sa loob ng 2 oras.

(2) Pagtukoy sa antas ng pagpapalit ng sample: paraan ng pagtukoy ng acidity meter: Timbangin ang 0.2g (tumpak sa 0.1mg) ng napurified at pinatuyong sample ng Na-CMC, i-dissolve ito sa 80mL distilled water, haluin ito ng electromagnetically sa loob ng 10min, at ayusin ito na may acid o alkalina Dinala ng solusyon ang pH ng solusyon sa 8. Pagkatapos ay i-titrate ang test solution gamit ang sulfuric acid standard solution sa isang beaker na nilagyan ng pH meter electrode, at obserbahan ang indikasyon ng pH meter habang nagti-titrate hanggang sa ang pH ay 3.74.Tandaan ang dami ng sulfuric acid standard solution na ginamit.

1.2.2 Paraan ng pagsubok na nag-iisang kadahilanan

(1) Ang epekto ng dami ng alkali sa antas ng pagpapalit ng carboxymethyl cellulose: isagawa ang alkalization sa 25℃, alkali immersion para sa 80 minuto, ang konsentrasyon sa ethanol solution ay 75%, kontrolin ang halaga ng monochloroacetic acid reagent 3g, ang temperatura ng etherification ay 65 ~ 70°C, ang oras ng etherification ay 100 minuto, at ang halaga ng sodium hydroxide ay binago para sa pagsubok.

(2) Ang epekto ng konsentrasyon ng ethanol solution sa antas ng pagpapalit ng carboxymethyl cellulose: ang halaga ng nakapirming alkali ay 3.2g, alkaline na paglulubog sa isang pare-pareho ang temperatura na paliguan ng tubig sa 25°C para sa 80min, ang konsentrasyon ng ethanol solution ay 75%, ang halaga ng monochloroacetic acid reagent ay kinokontrol sa 3g, etherification Ang temperatura ay 65-70°C, ang oras ng etherification ay 100min, at ang konsentrasyon ng ethanol solution ay binago para sa eksperimento.

(3) Ang epekto ng dami ng monochloroacetic acid sa antas ng pagpapalit ng carboxymethyl cellulose: ayusin sa 25°C para sa alkalization, magbabad sa alkali sa loob ng 80 minuto, magdagdag ng 3.2g ng sodium hydroxide upang gawing 75% ang konsentrasyon ng ethanol solution, eter Ang temperatura ay 65~70°C, ang oras ng etherification ay 100min, at ang halaga ng monochloroacetic acid ay binago para sa eksperimento.

(4) Epekto ng temperatura ng etherification sa antas ng pagpapalit ng carboxymethyl cellulose: ayusin sa 25°C para sa alkalization, magbabad sa alkali sa loob ng 80 minuto, magdagdag ng 3.2g ng sodium hydroxide upang gawing 75% ang konsentrasyon ng ethanol solution, temperatura ng etherification Ang temperatura ay 65~70℃, ang oras ng etherification ay 100min, at ang eksperimento ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagbabago ng dosis ng monochloroacetic acid.

(5) Epekto ng oras ng etherification sa antas ng pagpapalit ng carboxymethyl cellulose: naayos sa 25°C para sa alkalization, idinagdag ang 3.2g ng sodium hydroxide, at ibabad sa alkali sa loob ng 80min upang gawing 75% ang konsentrasyon ng ethanol solution, at kontroladong monochlor Ang dosis ng acetic acid reagent ay 3g, ang temperatura ng etherification ay 65~70°C, at ang oras ng etherification ay binago para sa eksperimento.

1.2.3 Plano ng pagsubok at pag-optimize ng carboxymethyl cellulose

Sa batayan ng nag-iisang salik na eksperimento, ang isang quadratic regression orthogonal rotation na pinagsamang eksperimento na may apat na salik at limang antas ay idinisenyo.Ang apat na mga kadahilanan ay ang oras ng etherification, temperatura ng etherification, ang halaga ng NaOH at ang halaga ng monochloroacetic acid.Ang pagpoproseso ng data ay gumagamit ng SAS8.2 statistical software para sa pagpoproseso ng data, na nagpapakita ng kaugnayan sa pagitan ng bawat salik na nakakaimpluwensya at ang antas ng pagpapalit ng carboxymethyl cellulose.panloob na batas.

1.2.4 Paraan ng pagsusuri ng SEM

Ang pinatuyong sample ng pulbos ay naayos sa sample stage na may conductive glue, at pagkatapos ng vacuum spraying ng ginto, ito ay naobserbahan at nakuhanan ng litrato sa ilalim ng Hitachi-S-3400N Hitachi scanning electron microscope.

2. Mga resulta at pagsusuri

2.1 Epekto ng solong salik sa antas ng pagpapalit ng carboxymethyl cellulose

2.1.1 Ang epekto ng dami ng alkali sa antas ng pagpapalit ng carboxymethyl cellulose

Kapag ang NaOH3.2g ay idinagdag sa 2g cellulose, ang antas ng pagpapalit ng produkto ang pinakamataas.Ang halaga ng NaOH ay nabawasan, na hindi sapat upang mabuo ang neutralisasyon ng alkaline cellulose at etherification agent, at ang produkto ay may maliit na antas ng pagpapalit at mababang lagkit.Sa kabaligtaran, kung ang halaga ng NaOH ay labis, ang mga side reaction sa panahon ng hydrolysis ng chloroacetic acid ay tataas, ang pagkonsumo ng etherifying agent ay tataas, at ang lagkit ng produkto ay bababa din.

2.1.2 Epekto ng konsentrasyon ng ethanol solution sa antas ng pagpapalit ng carboxymethyl cellulose

Ang bahagi ng tubig sa solusyon ng ethanol ay umiiral sa medium ng reaksyon sa labas ng selulusa, at ang iba pang bahagi ay umiiral sa selulusa.Kung ang nilalaman ng tubig ay masyadong malaki, ang CMC ay bumukol sa tubig upang bumuo ng halaya sa panahon ng etherification, na nagreresulta sa napaka hindi pantay na reaksyon;kung ang nilalaman ng tubig ay masyadong maliit, ang reaksyon ay magiging mahirap na magpatuloy dahil sa kakulangan ng medium ng reaksyon.Sa pangkalahatan, 80% na ethanol ang pinakaangkop na solvent.

2.1.3 Epekto ng dosis ng monochloroacetic acid sa antas ng pagpapalit ng carboxymethyl cellulose

Ang halaga ng monochloroacetic acid at sodium hydroxide ay theoretically 1:2, ngunit upang ilipat ang reaksyon sa direksyon ng pagbuo ng CMC, siguraduhin na mayroong isang angkop na libreng base sa sistema ng reaksyon, upang ang carboxymethylation ay maaaring magpatuloy nang maayos.Para sa kadahilanang ito, ang paraan ng labis na alkali ay pinagtibay, iyon ay, ang molar ratio ng acid at alkali na mga sangkap ay 1: 2.2.

2.1.4 Epekto ng temperatura ng etherification sa antas ng pagpapalit ng carboxymethyl cellulose

Kung mas mataas ang temperatura ng etherification, mas mabilis ang rate ng reaksyon, ngunit ang mga side reaction ay pinabilis din.Mula sa pananaw ng balanse ng kemikal, ang pagtaas ng temperatura ay hindi pabor sa pagbuo ng CMC, ngunit kung ang temperatura ay masyadong mababa, ang rate ng reaksyon ay mabagal at ang rate ng paggamit ng etherifying agent ay mababa.Makikita na ang pinakamainam na temperatura para sa etherification ay 70°C.

2.1.5 Epekto ng oras ng etherification sa antas ng pagpapalit ng carboxymethyl cellulose

Sa pagtaas ng oras ng etherification, ang antas ng pagpapalit ng CMC ay tumataas, at ang bilis ng reaksyon ay pinabilis, ngunit pagkatapos ng isang tiyak na oras, ang mga side reaction ay tumaas at ang antas ng pagpapalit ay bumababa.Kapag ang oras ng etherification ay 100min, ang antas ng pagpapalit ay pinakamataas.

2.2 Mga resulta ng pagsubok sa orthogonal at pagsusuri ng mga pangkat ng carboxymethyl

Makikita mula sa talahanayan ng pagsusuri ng pagkakaiba-iba na sa pangunahing item, ang apat na mga kadahilanan ng oras ng etherification, temperatura ng etherification, ang halaga ng NaOH at ang halaga ng monochloroacetic acid ay may napakalaking epekto sa antas ng pagpapalit ng carboxymethyl cellulose (p <0.01) .Kabilang sa mga item sa pakikipag-ugnayan, ang mga item ng pakikipag-ugnayan ng oras ng etherification at ang halaga ng monochloroacetic acid, at ang mga item ng pakikipag-ugnayan ng temperatura ng etherification at ang halaga ng monochloroacetic acid ay may napakalaking epekto sa antas ng pagpapalit ng carboxymethyl cellulose (p<0.01).Ang pagkakasunud-sunod ng impluwensya ng iba't ibang mga kadahilanan sa antas ng pagpapalit ng carboxymethyl cellulose ay: temperatura ng etherification>ang dami ng monochloroacetic acid>oras ng etherification>ang halaga ng NaOH.

Matapos ang pagsusuri ng mga resulta ng pagsubok ng quadratic regression orthogonal rotation combination design, matutukoy na ang pinakamainam na kondisyon ng proseso para sa carboxymethylation modification ay: etherification time 100min, etherification temperature 70℃, NaOH dosis 3.2g at monochloroacetic acid Ang dosis ay 3.0g, at ang maximum na antas ng pagpapalit ay 0.53.

2.3 Microscopic na paglalarawan ng pagganap

Ang morpolohiya sa ibabaw ng cellulose, carboxymethyl cellulose at cross-linked carboxymethyl cellulose particle ay pinag-aralan sa pamamagitan ng pag-scan ng electron microscopy.Ang selulusa ay lumalaki sa isang hugis na strip na may makinis na ibabaw;ang gilid ng carboxymethyl cellulose ay mas magaspang kaysa sa nakuhang selulusa, at ang istraktura ng lukab ay tumataas at ang volume ay nagiging mas malaki.Ito ay dahil ang istraktura ng bundle ay nagiging mas malaki dahil sa pamamaga ng carboxymethyl cellulose.

3. Konklusyon

3.1 Paghahanda ng carboxymethyl etherified cellulose Ang pagkakasunud-sunod ng kahalagahan ng apat na salik na nakakaapekto sa antas ng pagpapalit ng cellulose ay: temperatura ng etherification > dosis ng monochloroacetic acid > oras ng etherification > dosis ng NaOH.Ang pinakamainam na kondisyon ng proseso ng pagbabago ng carboxymethylation ay oras ng etherification 100min, temperatura ng etherification 70℃, dosis ng NaOH 3.2g, dosis ng monochloroacetic acid 3.0g, at pinakamataas na antas ng pagpapalit 0.53.

3.2 Ang pinakamainam na teknolohikal na kondisyon ng pagbabago ng carboxymethylation ay: oras ng etherification 100min, temperatura ng etherification 70℃, NaOH dosis 3.2g, monochloroacetic acid dosis 3.0g, maximum na antas ng pagpapalit 0.53.