тел.: 8 (812) 953-52-84

Диспергирование бензилцеллюлозы

Процент содержания углерода в бензилцеллюлозе достигает своего максимума уже через 2—3 часа после начала бензилирования. В дальнейшем идет только повышение растворимости и снижение вязкости бензил­целлюлозы. Того же эффекта можно достигнуть последующей обработкой бензил­целлюлозы растворами слабых кислот при нагревании. Вопрос снижения вязкости нитроцеллюлозы с одновременным повышением растворимости с помощью действия кислот, оснований, воды, под давлением хорошо известен. Имеется также ряд патентов, касающихся снижения вязкости при одновременном повышении растворимости бензилцеллюлозы. Патентные описания рекомендуют обрабатывать бензилцеллюлозу с остаточным хлористым бензилом под давлением водяного пара. В ряде патентов указывается на возможность снижения вязкости простых эфиров целлюлозы обработкой разными кислотами под давлением и без такового при высокой температуре.

Целесообразно изыскать условия, при которых было бы возможно сильно повысить растворимость бензилцеллюлозы, не снижая при этом значительно ее вязкости и не ухудшая других свойств. Для проведенных в этом направлении опытов бра­лась бензилцеллюлоза через 2—3 часа после начала реакции, отмывалась спиртом и водой от побочных продуктов реакции и анализировалась. Во всех случаях приводится также анализ той же бензилцеллюлозы через 6 часов бен­зилирования. Диспергирование проводилось разными реагентами в различных усло­виях.

Опыты проводились в следующих условиях: бензилцеллюлоза нагревалась в тече­ние разного времени с 10—5-кратным количеством кислоты при разных темпера­турах, затем отмывалась от кислоты, сушилась и анализировалась.

При обработке бензилцеллюлозы на холоду свойства бензилцеллюлозы не меняются, но происходит обесцвечивание бензилцеллюлозы и значительное уменьшение зольности. Обработка спиртовой HCl при нагревании ведет к уменьшению вязкости и к увеличению растворимости бензилцеллюлозы тем сильнее, чем концентрированнее кислота и длительнее нагревание. Кислота концентрации, большей 1%, вызывает слишком сильное снижение вязкости. Сни­жение концентрации ниже 1%-ной замедляет процесс диспергирования и требует боль­шего времени для достижения тех же результатов, что и при 1%-ной концентра­ции кислоты. Вообще можно сказать, что вязкость может быть снижена до любого (практически) предела в зависимости от времени обработки, тогда как раствори­мость не может превысить определенной величины, независимо от времени. В случае водной HCl, диспергирование затрудняется, что объясняется плохой смачивае­мостью бензилцеллюлозы в этой среде. В случае применения водной HCl снижение вязкости протекает медленней, чем повышение растворимости, что также может быть объяснено плохой смачиваемостью бензилцеллюлозы и затруднением доступа водной кислоты в междумицеллярные промежутки. Остальные физико-механические свойства бензилцеллюлозы остаются без изменения. Как уже упоминалось выше, при такой обработке уменьшается зольность и происходит обесцвечивание бензил­целлюлозы, но достигнуть тех же результатов, что при продлении бензилирования, не удается.

В этом случае вязкость снижается значительно сильнее, а раство­римость бензилцеллюлозы не достигает требуемого предела.

В целях изучения процессов, происходящих с бензилцеллюлозой при диспергировании, нами были поставлены опыты диспергирования спиртовой НС1 раство­римой и нерастворимой чистой бензилцеллюлозы.

Бензилцеллюлоза растворялась в спиртобензоле, отфуговывалась от нерастворимой части и высаждалась в бензин. Про­мытая спиртом и высушенная бензилцеллюлоза диспергировалась 1%-ной спирто­вой НС1. Нерастворимая часть промывалась спирто-бензолом и спиртом и также дис­пергировалась 1%-ной спиртовой НС1. При этом происходит сильное снижение вязкости бензилцеллюлозы. При диспергировании нера­створимой части бензилцеллюлозы, в растворимое состояние переходит 45% эфира, представляющего собой полуторазамещенный эфир, с вязкостью более высокой, чем вязкость эфира. Нерастворимый остаток после первого диспергирования в подвергался повторному диспергированию, при этом в растворимую часть перешло еще 40% эфира с содержанием углерода, соответствующим моноэфиру. Оставшийся нерастворимым остаток представляет собой полузамещенный эфир.

Диспергирование бензилцеллюлозы после 2-х часов бен­зилирования остаток после выделения под­вергался повторному диспергированию. При этом, как и выше, в рас­творимую часть перешло 43% эфира (анализ его не был произведен) и в нерас- творимой части остался эфир с замещением ниже полуэфира. Для более полного изучения всех процессор происходящих при диспергировании с растворимой частью бензилцеллюлозы, было проведено фракционирование до и после диспергирования. Фракционирование проводилось в тех же условиях, что и при изучении механизма реакции. При диспергировании наибольшее изменение претерпевают фракции бензилцел­люлозы. Здесь происходит значительное снижение вязкости, тогда как вязкость фракции V снижается значительно меньше и не ниже определенного предела при данных условиях (такой же предел наблюдается при бензилировании и соответствует концентрации щелочи, взятой для реакции). Температура плавления от­дельных фракций, в особенности последней, снижается после диспергирования.

При фракционировании замечается некоторое повышение темпера­туры плавления первых фракций и снижение содержания углерода в них, что объясняется тем, что в этом случае фракционированию подвергалась растворимая часть бензилцеллюлозы, которая перед тем была диспергирована. При этом в рас­творимое состояние перешла менее замещенная бензилцеллюлоза, которая и повысила температуру плавления первых фракций. Однородность бензилцеллюлозы после диспергирования увеличивается в отношении величины ча­стичек, химическая же однородность уменьшается за счет перехода в растворимое состояние менее бензилированных частей. В результате проведенных работ видно, что нерастворимая часть бензилцеллюлозы не представляет собой чистой целлю­лозы, а смесь малозамещенных эфиров, нерастворимых вследствие невысо­кой степени дисперсности.  Можно сказать, что растворимость бензилцеллюлозы не яв­ляется только функцией степени замещения, а также зависит от степени дисперсности частиц.

 Для опытов, диспергирования разными кислотами под давлением при высокой температуре, бралась та же бензилцеллюлоза ма­лого времени бензилирования и низкой рас­творимости. Из приведенных опытов видно, что при обработке бензилцеллюлозы слабыми растворами щавелевой и уксусной кислот не происходит увеличения растворимости бензилцеллюлозы; вязкость также остается почти без изменения. При действии 1%-ной щавелевой и уксусной кислот под давлением в автоклаве происходит повышение раство­римости бензилцеллюлозы при одновремен­ном снижении вязкости. Повышение концен­трации кислоты сильно увеличивает падение вязкости при небольшом увеличении раство­римости. Нагревание бензилцеллюлозы под давлением с водой не оказывает никакого влияния на свойства бензилцеллюлозы (чем она и отличается от нитроцеллюлозы). Дей­ствием на бензилцеллюлозу 5%-ными рас­творами NaOH под давлением при повышенной температуре удается достигнуть большего увели­чения растворимости при небольшом сниже­нии вязкости; при этом все остальные свой­ства остаются без изменения.

Наибольшего повышения растворимости можно достиг­нуть обработкой 5%-ным раствором NaOH под давлением. Наименьшее снижение вязкости дает обработка водной HCl, что объясняется, как уже указывалось выше, плохой смачиваемостью бензилцеллюлозы. При такой обработке идет одновременно очистка бензилцеллюлозы от минеральных загрязнений, а также отбелка.

Выводы

Обработкой бензилцеллюлозы слабыми минеральными кислотами и щелочами можно повысить растворимость бензилцеллюлозы при одновременном снижении вязкости. При этом увеличивается физико-химическая однородность бензилцеллю­лозы. Температура плавления и механические свойства остаются почти без изменения.

© 2019 www.rotoform.ru
Санкт-Петербург