塩化水素触媒によるセルロースの気相ホルマル化

Abstract

本研究の目的は塩化水素を触媒としてセルロースをホルマル化し, 従来から問題になっている, 塩化水素による機械的強度の低下をできるだけ小さく抑え, しかも高度の寸法安定性が得られるように反応系を工夫すること, および適正な反応条件を見い出すことにある。反応は気相で行い, 反応系内の水分を出来る限り取り除くためにホルムアルデヒドおよび塩化水素のいずれもメタノール溶液を調整し, これを試薬蒸気の発生源として用いた。気相中のホルムアルデヒドおよび塩化水素の濃度範囲はそれぞれ0. 61×10_-4 - 2. 69×10_-4 mole/l, 1. 06×10_-6 - 1. 26×10_-4 mole/1, また温度範囲は50 - 140℃であった。得られたホルムアルデヒド反応量, x, と反応時間, t, の関係に拡散律速の反応速度式 dx/dt=K'/x_n を適用した。ここでK' およびnは定数である。nは試薬の試料内部への拡散に対する抵抗の尺度を表す。nの値は塩化水素蒸気濃度の増加とともに大きくなる傾向を示した。このことから, 必要以上に高濃度の塩化水素を用いることは機械的強度の低下をきたすばかりでなく, 架橋が試料表面に偏在し, ひいては寸法安定化にも悪影響をもたらすと考えられる。反応温度, ホルムアルデヒド蒸気濃度のnに及ぼす影響は明らかでなかった。

The vapor phase reaction between cellulose and formaldehyde catalyzed by hydrogen chloride was studied. In order to make the reaction system moisture-free, both formaldehyde and hydrogen chloride were prepared as methanol solution, and were used as the sources of reagent vapors. The vapor concentrations of formaldehyde and hydrogen chloride were 0.61×10-4-2.69×10-4mole/1 and 1.06×10-6-1.26×10-4mole/1, respectively. And the range of reaction temperature was 50-140℃. The relationship between bound formaldehyde x, and the reaction time t, was expressed as [Figure omitted] where K' and n are constants. The value n represents the measure of resistance against the diffusion of reagents into the internal surface. With increasing hydrogen chloride concentration n tends to become large. It was concluded that the lower concentration of hydrogen chloride would bring less deterioration of the material and higher dimensional stability due to more homogeneous distribution of crosslinking. The dependence of n both on the reaction temperature and on the concentration of formaldehyde vapor were obscure.