Совершенствование технологии твердофазного синтеза натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы с заданной степенью полимеризации

• Автор: Обрезкова, Марина Викторовна
• Шифр специальности: 05.17.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 115 с. : ил.

1 Аналитический обзор.

1.1 Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы и е производство

1.1.1 Структура молекул целлюлозы и карбоксиметилцеллюлозы

1.1.2 Механизм образования натрийкарбоксиметилцеллюлозы

1.1.3 Физикохимические свойства натрийкарбоксиметилцеллюлозы

1.1.4 Промышленные марки натрийкарбоксиметилцеллюлозы свойства и применение

1.1.5 Виды целлюлозного сырья для получения натрийкарбоксиметилцеллюлозы.

1.1.6 Способы получения натрийкарбоксиметилцеллюлозы

1.2 Деструкция натрийкарбоксиметилцеллюлозы и целлюлозы

1.2.1 Физическая деструкция полимеров

1.2.2 Биологическая деструкция полимеров.

1.2.3 Химическая деструкция полимеров
1.3 Кинетика деструкции полимеров
1.4 Экспериментальные методы исследования деструкции полимеров. Методы определения молекулярной массы целлюлозы и е эфиров
1.5 Цели, задачи и объект исследования.
2 Математическое моделирование деструкции натрийкарбоксиметилцеллюлозы в процессе е синтеза.
2.1 Основные допущения.
2.2 Анализ основных закономерностей процесса деструкции натрийкарбоксиметилцеллюлозы в ходе е синтеза
3 Экспериментальное исследование деструкции натрийкарбоксиметилцеллюлозы
3.1 Описание экспериментальных установок
3.1.1 Установка для исследования деструкции щелочной целлюлозы и натрийкарбоксиметилцеллюлозы в условиях тепло и массообмена.
3.1.2 Установка для исследования деструкции натрийкарбоксиметилцеллюлозы в адиабатических условиях
3.2 Методики проведения экспериментов.
3.2.1 Методика исследования деструкции щелочной целлюлозы
3.2.2 Методика исследования кинетики деструкции натрийкарбоксиметилцеллюлозы в адиабатических условиях
3.2.3 Методика исследования кинетики деструкции натрийкарбоксиметилцеллюлозы в условиях тепло и массообмена
3.2.4 Методика определения степени полимеризации
3.3 Обсуждение результатов экспериментальных исследований
3.3.1 Исследование кинетики деструкции щелочной целлюлозы
3.3.2 Исследование кинетики деструкции натрийкарбоксиметилцеллюлозы в адиабатических условиях.
3.3.3 Проверка адекватности математической модели деструкции натрийкарбоксиметилцеллюлозы в условиях тепло и массообмена
4 Анализ работы промышленных реакторов карбоксиметилирования и подбор режимов их работы для получения натрийкарбоксиметилцеллюлозы с заданной степенью полимеризации
4.1 Описание технологической схемы производства натрийкарбоксиметилцеллюлозы .
4.2 Анализ работы промышленного реактора для карбоксиметилирования адиабатического типа
4.3 Стадия карбоксиметилирования с использованием реактора шнекового типа
Заключение.
Список используемой литературы


В первом случае кристаллические области молекулярные цепи расположены параллельно или почти параллельно, в последнем аморфные области макромолекулы располагаются хаотично одна относительно другой. Эти области, являющиеся элементами так называемой надмолекулярной структуры, не имеют четко очерченных границ и постепенно переходят друг в друга. Одна и та же макромолекула целлюлозы благодаря большой длине проходит одновременно через несколько таких областей . Эти элементы структуры относятся к числу факторов, влияющих на реакционную способность целлюлозы. Химическое замещение гидроксильных групп и воздействие на глюкозидные связи, соединяющие соседние звенья, затрудняются в зависимости от конформации заместителей в тех или иных структурных элементах. Так, группы, находящиеся в аморфных областях, легко вступают во все химические реакции, т. В кристаллических участках с плотной упаковкой цепей и сильным межмолекулярным взаимодействием эти группы мало доступны и практически не участвуют в реакции. Различная доступность функциональных групп или глюкозидных связей для реагента приводит к неоднородности продуктов реакции. Различные показатели, характеризующие надмолекулярную структуру, такие, как степень совершенства кристаллической решетки, количество и размеры кристаллических участков, положение или ориентация, дефектность кристаллитов, зависят от происхождения целлюлозного материала и способа выделения из сырья . Другие элементы надмолекулярной структуры, например тип кристаллической решетки, определяются характером химических обработок. В настоящее время обнаружено минимум четыре кристаллических модификаций целлюлозы. В промышленном отношении интересны модификации, соответствующие природной целлюлозе целлюлоза I и обработанной раствором гидроксида натрия с концентрацией выше восьми процентов целлюлоза II 1. Каждый остаток ангидроглюкозы имеет три гидроксильные группы в положениях С2, Сз, Сб, которые могут быть замещены при получении натрийКМЦ. Теоретически реакция замещения должна заканчиваться введением трех карбоксиметильных групп в ангидроглюкозное звено. Фактически в цепной молекуле натрийКМЦ присутствуют как незамещенные, так и моно и дизамещенные ангидроглюкозные единицы. Идеализированная структура молекулы натрийКМЦ со степенью замещения 0 изображена на рисунке 1. Рисунок 1. Реакционная способность гидроксильных групп при реакции карбоксиметилирования с монохлоруксусной кислотой рассмотрена в работах 2, . Показано что, в этой реакции наибольшей реакционной способностью обладает гидроксильная группа, находящаяся у шестого углеродного атома. Это обеспечивает большую однородность замещения продукта реакции, поскольку реакция замещения гидроксильных групп в целлюлозе на карбоксиметильные будет проходить преимущественно в положении Сб . Из двух соседних вторичных гидроксильных групп целлюлозы только одна замещается карбоксиметильным радикалом. Указанное обстоятельство объясняется влиянием сил отталкивания между отрицательно заряженными хлорацетатными ионами и карбоксиметильными группами, находящимися в положении С2 или С3. Исходя из стерических и электростатических соображений, нельзя ожидать одновременного замещения гидроксильных групп в положениях С2, С3, Сб 2. Длина молекулярной цепочки макромолекулы натрийКМЦ и количество карбоксиметильных групп, распределение заместителей вдоль молекулярных цепей формируют такие свойства данного полимера как его растворимость в различных растворителях и вязкость растворов. Кристалличность натрийКМЦ определяется видом исходной целлюлозы. При карбоксиметилировании степень кристалличности целлюлозы сильно изменяется. Кроме того, при одинаковой степени кристалличности исходной целлюлозы степень кристалличности натрийКМЦ определяется степенью замещения по карбоксиметильным группам . Натрийкарбоксиметилцеллюлозу получают при химическом взаимодействии щелочной целлюлозы с монохлоруксусной кислотой МХУК или ее натриевой солью натрийМХУК. Процесс получения натрийКМЦ можно разбить на две последовательные стадии активацию целлюлозы и карбоксиметилирование активированной целлюлозы.