1 96 科 技 通 报 14 卷
表 2 正交表对取代度的处理
A
B
C
D
E
F
试验号
1
2
3
4
5
6
7
取 代 度
1
1
1
1
1
1
1
1
0. 556
2
1
1
1
2
2
2
2
0. 538
3
1
2
2
1
1
2
2
0. 608
4
1
2
2
2
2
1
1
0. 542
5
2
1
2
1
2
1
2
0. 738
淀Λ
3 结果与讨论
3. 1 正交实验 由于醚化剂对产品质量起了决定性作用, 因此, 本实验决定采用二水平六因素正交实验方
案, 即采用以纯氯乙酸醚化时温度、时间等五项作一水平, 以新混合醚化剂醚化作另一水平的 二水平方案, 也就是每个因素比较两种不同的条件Λ 由于试验方案均衡搭配, 因此可以从每次 试验结果 (即 8 种产品) 清楚分析每一个因子对取代度的影响Λ
衡量 CM C2N a 质量的主要指标是取代度 (D S) 和粘度Λ一般来说,D S 不同, 则 CM C2N a 的 性质也不同; 取代度增大, 溶液的透明度及稳定性也越好Λ 据报道, CM C2N a 取代度在 0. 7～ 1. 2时透明度较好, 其水溶液粘度在 pH 为 6～ 9 时最大[3]Λ 为保证其质量, 除了选择醚化剂外, 还必须考虑影响取代度和粘度的一些因素, 例如碱与醚化剂之间的用量关系、醚化时间、体系 含水量、温度、pH 值、溶液浓度及盐类等[4]Λ
表 1 各因子在二水平中的具体数值
试验考察因素
A 醚化剂 B 醚化时间 (h) C 醚化温度 (℃) D 溶剂 E 3 配比 (醚化剂 纤维素) F 中和用试剂 3 配比值是经实验所得的较好的理想数值

水平一
A 1= 氯乙酸 B 1= 2 C1= 40 D 1= 异丙醇 E 1= 0. 7 1 F 1= 乙酸
将上述试样中粘度与取代度作图 (见
图 3) Λ
由图 3 可看出, 在一定范围内 (D S > 0. 3) , 2% 溶液粘度随取代度增大而增大, 表明提高D S 可大大改善 CM C2N a 的粘
图 2 CM C2N a 的红外分析图 1. 纤维素 2. 碱纤维 3. CM C2N a 4. CM C2N a (D S 高)
10m l 水解后的溶液, 加入 N aO H 和过量的 I2 标液, 放置, 再加 H 2SO 4 酸化和淀粉指示剂, 用 N a2S2O 3 标液滴定至蓝色恰好褪去Λ 则
(C I2V I2 C 6H 12O 6 (g l) =
1 2
CN a2S2O 3V N a2S2O 3 ) V 试液
×M
C6H 12O 6
×100
2. 3. 5 水分含量的测定 准确称取 3～ 5g 试样倒入已恒重的称量瓶中, 置 105℃下干燥至恒重Λ 则
水份 (%
)=
m m
失 试
×100
2. 3. 6 CM C 2N a 的定性测定 取 2g 试样溶于 100m l 水中, 取 50m l 水溶液, 加入 10m l 1% CuSO 4 产生淡蓝色绒毛状沉
如图 1 所示Λ
溶剂
醚化剂
35%N aO H
异丙醇或乙醇 纯氯乙酸或 1∶1 混合醚化剂
粉碎过筛 40 目
溶剂
HC l 或 HA C
碱化1 2～ 2h30℃
压干
醚化
(1) (2)
2 小时加完醚化剂 40℃ 或 70℃ 2h 或
3h
压干
压干
压干
中和 pH = 6. 5～ 8. 5
95% 乙醇洗涤 5 次
3 期 吴爱耐等. 羧甲基纤维素钠最佳工艺制备条件研究 1 95
粘度 (m Pa·s) = A ×淹没体的因数
2. 3. 3 透明度的测试 配制 1% 的 CM C2N a 溶液, 用浊度计测出浊度, 按透明度2浊度换算表进行换算Λ
2. 3. 4 耐腐败性的测试 (以水解生成葡萄糖量表示) 在 CM C2N a1% 的水溶液中添加纤维素酶 5m g g CM C 2N a, 室温下水解 140h, 准确量取
由表 2 可知, 因子 A、D 的对比绝对值较大, C、E 居次, F、B 较小, 故可将 A、C、D、E 列为 主要因子, B、F 视为次要因子Λ 由对比值的大小确定的最佳合成条件应为A 2B 2C2D 1E2F 2, 但
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主
次
主
主
主
次
1) 、 分别表示各列对应于“1”与“2”两水平的数据 (取代度) 求和 2) 4- 4 表示各列对应于“1”的数据平均值与对应于“2”的数据平均值之差, 称之为各列的对比
考虑列B (醚化时间) 是次要因子, 缩短时间可增加产量, 所以拟选用B 1 (2h) Λ中和试剂 F 也是 次要因子, 用 F 2 (HC l) 会使产品中 C l- 含量增加, 用 F 1 (HA C ) 可改善, 且使用 HA C 对取代度 影响不大, 故中和试剂用 F 1 (HA C ) Λ
打散干燥 60～ 80℃
成品
图 1 实验流程示意图
2. 2 实验药品及仪器 纤维素 (F 900) 一氯乙酸 (A R ) 氯乙酸异丙酯 (自制) 氢氧化钠 (A R ) 乙醇 (A R 95% ) 异丙醇 (A R ) 乙酸 (A R ) 盐酸 (A R ) 红外分光光度计 (P 2E683) 浊度计 (V 27 型水质提测计) 等
本样品对羧酸负离子 (- CH 2COO - )
的测试: 谱图上振动吸收峰发生红移, 由
1620cm - 1移向低频位, 从图中 1600cm - 1处
和 1420cm - 1处可看到出现强的吸收峰Λ
3. 3 CM C-Na 性能测试结果 以表 3 数据为依据, 就下列问题展开
讨论Λ
3. 3. 1 取代度 (D S) 对溶液粘度的影响
2. 3 CM C-Na 各项性能指标的测试 2. 3. 1 取代度的测试 (酸碱法, 又称灰碱法)
用分析天平称取 1g 左右干燥试样于瓷坩埚中, 先于电炉上炭化, 然后移入 400℃的茂福 炉中灼烧, 升温至 670℃, 2 小时后取出, 稍冷后移入已预先加有 50m l 蒸馏水、25. 00m l 0. 1 m o l L H 2SO 4 标液的烧杯中, 加热煮沸 10m in, 冷却, 2～ 3d 甲基红, 用 0. 1m o l L N aO H 标液 滴定至红色恰褪, 计算取代度 (D S)
2 实验部分
2. 1 实验流程
收稿日期: 1997204208
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1 94 科 技 通 报 14 卷
第14 199
卷第3 8年5
期月
科技通报
19 3
羧甲基纤维素钠最佳工艺制备条件研究
吴爱耐
斯公敏
(杭州化工职工大学 杭州 310002)
(杭州大学化学系 杭州 310028)
摘 要
研究了由氯乙酸和氯乙酸异丙酯为醚化剂制备羧甲基纤维素钠 (CM C2N a) 的工艺条件, 讨论 了在制备过程中的一些影响因素, 找到了最佳制备工艺条件Λ用本工艺获得的产品, 其取代度 (D S) 可在 0. 738 以上Λ
关键词: CM C2N a CM C2N a 制备 取代度 工艺 制备条件
1 前 言
羧甲基纤维素钠 (sod ium ca rboxym ethyl cellu lo se, 简称 CM C2N a) 是以废棉花和废纸浆 为原料而合成的一种阴离子型高分子化合物Λ 分子量 6400 (±1000) , 具有优良的水溶性与成 膜性, 广泛应用于石油、地质、日化、轻工、食品、医药等工业中, 被誉为“工业的味精”[1]Λ 1989 年 4 月化工部曾将 CM C2N a 列为“新领域精细化工‘八五’规划产品”Λ
性能
1
2
DS
0. 556
0. 538
氯化物 (N aC l% ) 15. 15
31. 00
2% 粘度 (m Pa·s) 160
175
透明度 (cm )
29
43
耐腐败性 (g L ) 3
20
26
含水量 (% )
9
8
3 以每升中葡萄糖所含克数表示
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3 期 吴爱耐等. 羧甲基纤维素钠最佳工艺制备条件研究 1 97
本文目的旨在降低成本, 提高质量, 通过改用新混合醚化剂 (氯乙酸和氯乙酸异丙酯为 1 ∶1) , 按正交法从六大因素—— 醚化剂、温度、醚化时间、媒体、溶剂种类、醚化剂配比分别合 成, 并由取代度入手, 检验各种产品的性能, 研究各因子对取代度的影响, 进而得出在基本不改 变原设备及生产流程情况下 CM C2N a 的最佳合成条件Λ
D SCl=
CA gNO 3V A gNO 3 ×58. G
44×100
2. 3. 2 粘度的测试
在分析天平上称取 2g 干燥试样, 置于 200m l 烧杯中, 加入 98m l 水使之完全溶解, 用爱米