Способ определения степени замещения целлюлозы

 

Использование: для анализа и контроля процесса производства полимеров на основе целлюлозы. Сущность изобретения: по способу определяют степень замещения производного целлюлозы на основе анализа амплитуды короткой компоненты сигнала свободной индукции от образца до дейтерирования и от того же образца, прошедшего дейтерирование. 1 табл.

Изобретение относится к физико-химическому анализу и может быть использовано для анализа и контроля процесса производства материалов, производных от целлюлозы, а также в практике научных исследований.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения степени замещения целлюлозы, основанный на возбуждении и регистрации характеристического сигнала инфракрасного спектра образца, и о степени замещения судят по смещению инфракрасного спектра целлюлозы.

Предлагаемый способ решает задачу определения степени замещения активных центров полимеров (например, производных целлюлозы) на промежуточных и конечной стадиях процесса замещения. Анализ кинетики процесса замещения при получении, например, ацетата, диацетата, триацетата целлюлозы позволит оптимизировать длительность процесса при получении продукта с заданными свойствами.

Заявляемый способ определения степени замещения целлюлозы заключается в том, что исследуемый образец предварительно высушивают до постоянной массы, регистрируют сигнал свободной индукции, определяют амплитуду А_к короткой компоненты сигнала, осуществляют полное дейтерирование исследуемого образца, повторно высушивают образец до постоянной массы и регистрируют сигнал, определяют амплитуду А_к^дкороткой компоненты от дейтерированного образца, а степень замещения определяют по формуле γ (1) где n число протонов водорода в замещающем комплексе.

Способ реализуется следующим образом.

Образец для исследования берут на промежуточной или конечной стадии замещения, например берут образец эфира целлюлозы. Высушивают образец до постоянной массы и определяют амплитуду короткой компоненты сигнала свободной индукции (ССИ) от ядер образца. После этого образец подвергают полному дейтерированию, для этого заливают его дейтерием и выдерживают в течение минут 30. Затем высушивают образец до постоянной массы в сушильном шкафу, постепенно доведя температуру в нем до 105^оС, при этой температуре образец выдерживают в шкафу в течение часа. Далее производят измерения амплитуды короткой компоненты ССИ образца, прошедшего дейтерирование. Необходимым условием для получения достоверных результатов является стабильность внешних условий: температуры и влажности, поскольку увеличение температуры приводит к уменьшению амплитуды короткой компоненты ССИ и наоборот, увеличение влажности ведет к увеличению амплитуды короткой компоненты ССИ и наоборот. При выполнении указанного условия амплитуда короткой компоненты А_к ССИ зависит от количества протонов: А_к ≈ N_Н, где N_H число протонов водорода в образце эфира целлюлозы, А_к^д ≈ N_H^д где N_H^д число протонов водорода в образце после замещения дейтерием гидроксильных групп, α где α понижение числа протонов в образце после дейтерирования.

Изменение числа протонов водорода в элементарном звене зависит от степени замещения и определяется следующим образцом: N_H 10 + (n-1) γ где 10 число протонов водорода в звене исходной целлюлозы; (n-1) указывает на то, что вместо одного протона водорода ОН группы появляется число протонов (n-1); γ степень замещения.

Изменение числа протонов водорода в элементарном звене эфира целлюлозы после дейтерирования определяется как N_H^д N_H N_H^OH 10 + (n-1) γ (3- γ), где N_H^OH (3- γ) число протонов водорода в гидроксильных группах элементарного звена эфира целлюлозы. Следовательно,
α ,
α отсюда γ при α .

Эксперимент проведен на образцах эфира целлюлозы с различной степенью ацетилирования, при этом фиксировалось только время процесса ацетилирования.

Определялись А_к и А_к^д согласно предлагаемому способу и степень замещения γ по формуле (1). Как известно, при ацетилировании происходит замещение гидроксильных групп на комплекс (-ОСОСH₃), следовательно, n 3, отсюда
γ .

Результаты приведены в таблице:
Из таблицы следует, что процесс ацетилирования полностью завершился на 30-й минуте обработки сырья и более длительная обработка нецелесообразна.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ЗАМЕЩЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, включающий возбуждение и регистрацию характеристического сигнала исследуемого образца, определение степени замещения по параметрам сигнала, отличающийся тем, что исследуемый образец предварительно высушивают до постоянной массы, в качестве характеристического регистрируют сигнал свободной индукции, определяют амплитуду A_к короткой компоненты сигнала, осуществляют полное дейтерирование исследуемого образца, повторно высушивают образец до постоянной массы и регистрируют сигнал, определяют амплитуду A^д_к короткой компоненты от дейтерированного образца, а степень замещения γ определяют по формуле

где n число протонов водорода в замещающем комплексе.

РИСУНКИ

Рисунок 1