Сінтэз і характарыстыка бутансульфаната цэлюлознага эфіру, які з'яўляецца рэдуктарам вады

У якасці сыравіны выкарыстоўвалася мікракрышталічная цэлюлоза (МКЦ) з пэўнай ступенню палімерызацыі, атрыманая шляхам кіслотнага гідролізу цэлюлозна-баваўнянай пульпы. Пасля актывацыі гідраксідам натрыю яна рэагавала з 1,4-бутансульфонатам (BS) для атрымання буцілсульфаната цэлюлозы (СБК) з добрай растваральнасцю ў вадзе. Структура прадукту была ахарактарызавана з дапамогай інфрачырвонай спектраскапіі (ФТ-ІЧ), ядзерна-магнітнай рэзананснай спектраскапіі (ЯМР), сканіруючай электроннай мікраскапіі (СЭМ), рэнтгенаўскай дыфракцыі (XRD) і іншых аналітычных метадаў, а таксама былі даследаваны ступень палімерызацыі, суадносіны сыравіны і рэакцыя МКЦ. Уплыў умоў сінтэтычнага працэсу, такіх як тэмпература, час рэакцыі і тып суспендуючага агента, на водааднаўляльныя ўласцівасці прадукту. Вынікі паказваюць, што: пры ступені палімерызацыі сыравіны MCC 45 масавае суадносіны рэагентаў складае: AGU (адзінка глюказіду цэлюлозы): n (NaOH): n (BS) = 1,0: 2,1: 2,2, суспендуючым агентам з'яўляецца ізапрапанол, час актывацыі сыравіны пры пакаёвай тэмпературы складае 2 гадзіны, а час сінтэзу прадукту — 5 гадзін. Пры тэмпературы 80°C атрыманы прадукт мае найвышэйшую ступень замяшчэння груп бутансульфонавай кіслаты і найлепшыя водааднаўляльныя характарыстыкі.

Ключавыя словы:цэлюлоза; буцілсульфанат цэлюлозы; агент па зніжэнні водааддачы; водааднаўляльныя ўласцівасці

1、Уводзіны

Суперпластыфікатар бетону з'яўляецца адным з незаменных кампанентаў сучаснага бетону. Менавіта дзякуючы наяўнасці вадароднага агента можна гарантаваць высокую ўстойлівасць да апрацоўкі, добрую даўгавечнасць і нават высокую трываласць бетону. У цяперашні час шырока выкарыстоўваюцца высокаэфектыўныя вадародныя рэдуктары ў асноўным наступныя катэгорыі: вадародны рэдуктар на аснове нафталіну (SNF), вадародны рэдуктар на аснове сульфаваных меламінавых смол (SMF), вадародны рэдуктар на аснове сульфамата (ASP), мадыфікаваны лігнасульфанатны суперпластыфікатар (ML) і полікарбаксілатны суперпластыфікатар (PC), які ў цяперашні час даследуецца больш актыўна. Аналізуючы працэс сінтэзу вадародных рэдуктараў, большасць папярэдніх традыцыйных вадародных рэдуктараў кандэнсату выкарыстоўваюць фармальдэгід з моцным рэзкім пахам у якасці сыравіны для рэакцыі полікандэнсацыі, а працэс сульфавання звычайна праводзіцца з выкарыстаннем высокаагрэсіўнай дымнай сернай кіслаты або канцэнтраванай сернай кіслаты. Гэта непазбежна прывядзе да негатыўных наступстваў для работнікаў і навакольнага асяроддзя, а таксама прывядзе да ўтварэння вялікай колькасці адходаў і адходаў, што не спрыяе ўстойліваму развіццю; Аднак, хоць полікарбаксілатныя рэдуктары вады маюць перавагі невялікай страты бетону з цягам часу, нізкай дазоўкі, добрай цякучасці. Яны маюць перавагі высокай шчыльнасці і адсутнасці таксічных рэчываў, такіх як фармальдэгід, але іх цяжка прасоўваць у Кітаі з-за высокай цаны. З аналізу крыніц сыравіны няцяжка выявіць, што большасць вышэйзгаданых рэдуктараў вады сінтэзуюцца на аснове нафтахімічных прадуктаў/пабочных прадуктаў, у той час як нафта, як неаднаўляльны рэсурс, становіцца ўсё больш дэфіцытнай, і яе кошт пастаянна расце. Такім чынам, выкарыстанне танных і багатых прыродных аднаўляльных рэсурсаў у якасці сыравіны для распрацоўкі новых высокаэфектыўных суперпластыфікатараў бетону стала важным напрамкам даследаванняў у галіне суперпластыфікатараў бетону.

Цэлюлоза — гэта лінейная макрамалекула, якая ўтвараецца шляхам злучэння многіх D-глюкапіраназ з дапамогай β-(1-4) гліказідных сувязей. На кожным глюкапіраназільным кольцы ёсць тры гідраксільныя групы. Правільная апрацоўка можа дасягнуць пэўнай рэакцыйнай здольнасці. У гэтай працы ў якасці зыходнай сыравіны выкарыстоўвалася цэлюлозная баваўняная пульпа, якая пасля кіслотнага гідролізу для атрымання мікракрышталічнай цэлюлозы з адпаведнай ступенню палімерызацыі была актывавана гідраксідам натрыю і ўведзена ў рэакцыю з 1,4-бутансульфонатам для атрымання суперпластыфікатара буцілсульфаната кіслага эфіру цэлюлозы, і абмяркоўваліся фактары, якія ўплываюць на кожную рэакцыю.

2. Эксперымент

2.1 Сыравіна

Цэлюлозна-баваўняная пульпа, ступень палімерызацыі 576, Xinjiang Aoyang Technology Co., Ltd.; 1,4-бутансульфон (BS), прамысловага класа, вытворчасці Shanghai Jiachen Chemical Co., Ltd.; звычайны портландцэмент 52.5R, Урумчы, пастаўляецца цэментным заводам; пясок стандарту ISO Кітая, вытворчасці Xiamen Ace Ou Standard Sand Co., Ltd.; гідраксід натрыю, саляная кіслата, ізапрапанол, бязводны метанол, этылацэтат, н-бутанол, петролейный эфір і г.д., усе аналітычна чыстыя, камерцыйна даступныя.

2.2 Эксперыментальны метад

Узважце пэўную колькасць баваўнянай пульпы і старанна здрабніце яе, пакладзеце ў трохгорлую бутэльку, дадайце пэўную канцэнтрацыю разведзенай салянай кіслаты, памешвайце да нагрэву і гідралізу на працягу пэўнага перыяду часу, астудзіце да пакаёвай тэмпературы, адфільтруйце, прамыйце вадой да нейтральнай рэакцыі і высушыце ў вакууме пры тэмпературы 50°C. Пасля атрымання мікракрышталічнай цэлюлознай сыравіны з рознай ступенню палімерызацыі вымерайце яе ступень палімерызацыі ў адпаведнасці з літаратурай, пакладзеце яе ў трохгорлую рэакцыйную бутэльку, суспендуйце яе з суспендуючым агентам у 10 разоў большым за яе масу, дадайце пэўную колькасць воднага раствора гідраксіду натрыю пры памешванні, памешвайце і актывуйце пры пакаёвай тэмпературы на працягу пэўнага перыяду часу, дадайце разлічаную колькасць 1,4-бутансульфонату (BS), нагрэйце да тэмпературы рэакцыі, рэагуйце пры пастаяннай тэмпературы на працягу пэўнага перыяду часу, астудзіце прадукт да пакаёвай тэмпературы і атрымлівайце сыры прадукт шляхам адсмоктвання. Прамыйце вадой і метанолам 3 разы і адсмоктвайце, каб атрымаць канчатковы прадукт, а менавіта буцілсульфанат цэлюлозы, які рэдуктар вады (SBC).

2.3 Аналіз і характарыстыка прадукту

2.3.1 Вызначэнне ўтрымання серы ў прадукце і разлік ступені замяшчэння

Для правядзення элементнага аналізу высушанага прадукту рэдуктара вады на аснове буцілсульфаната цэлюлозы з мэтай вызначэння ўтрымання серы выкарыстоўваўся элементны аналізатар FLASHEA-PE2400.

2.3.2 Вызначэнне цякучасці раствора

Вымяраецца ў адпаведнасці з пунктам 6.5 у GB8076-2008. Гэта значыць, спачатку вымяраецца сумесь вады/цэменту/стандартнага пяску на прыборы для вымярэння цякучасці цэментнага раствора NLD-3 пры дыяметры пашырэння (180±2) мм. (Для цэменту вымераны расход вады складае 230 г), а затым дадаецца вадародны рэдуктар, маса якога складае 1% ад масы цэменту, згодна з суадносінамі цэмент/вадародны рэдуктар/стандартная вада/стандартны пясок = 450 г/4,5 г/230 г/. 1350 г змяшчаюць у цэментазмяшальнік JJ-5 і раўнамерна змешваюць, пасля чаго вымяраецца пашыраны дыяметр раствора на прыборы для вымярэння цякучасці раствора, што і з'яўляецца вымеранай цякучасцю раствора.

2.3.3 Характарыстыка прадукту

Узор характарызавалі метадам ІЧ-Фур'е з выкарыстаннем інфрачырвонага спектрометра з пераўтварэннем Фур'е тыпу EQUINOX 55 кампаніі Bruker; спектр ЯМР 1H узору характарызавалі з дапамогай прыбора для звышправоднага ядзернага магнітнага рэзанансу INOVA ZAB-HS кампаніі Varian; марфалогія прадукту назіралася пад мікраскопам; рэнтгенаструктурны аналіз праводзіўся на ўзоры з выкарыстаннем рэнтгенаўскага дыфрактометра M18XHF22-SRA кампаніі MAC.

3. Вынікі і абмеркаванне

3.1 Вынікі характарыстыкі

3.1.1 Вынікі характарыстыкі з дапамогай ІЧ-спектраскапіі з пераўтварэннем Фурэя

Інфрачырвоны аналіз быў праведзены на мікракрышталічнай цэлюлозе-сыравіне са ступенню палімерызацыі Dp=45 і прадукце SBC, сінтэзаваным з гэтай сыравіны. Паколькі пікі паглынання SC і SH вельмі слабыя, яны не падыходзяць для ідэнтыфікацыі, у той час як S=O мае моцны пік паглынання. Такім чынам, наяўнасць сульфонавай групы ў малекулярнай структуры можна вызначыць, пацвердзіўшы наяўнасць піка S=O. Відавочна, што ў спектры цэлюлозы прысутнічае моцны пік паглынання пры хвалевым ліку 3344 см-1, які адносіцца да піка валентных ваганняў гідраксільнай групы ў цэлюлозе; больш моцны пік паглынання пры хвалевым ліку 2923 см-1 - гэта пік валентных ваганняў метылену (-CH2). Пік ваганняў: серыя палос, якая складаецца з 1031, 1051, 1114 і 1165 см-1, адлюстроўвае пік паглынання валентных ваганняў гідраксільнай групы і пік паглынання дэфармацыйных ваганняў эфірнай сувязі (COC); хвалевы лік 1646 см-1 адлюстроўвае вадарод, утвораны гідраксільнай групай і свабоднай вадой. Пік паглынання сувязі; Паласа 1432~1318 см-1 адлюстроўвае наяўнасць крышталічнай структуры цэлюлозы. У ІЧ-спектры SBC інтэнсіўнасць паласы 1432~1318 см-1 слабее; у той час як інтэнсіўнасць піка паглынання пры 1653 см-1 павялічваецца, што сведчыць аб умацаванні здольнасці ўтвараць вадародныя сувязі; пры 1040, 605 см-1 назіраюцца больш моцныя пікі паглынання, і гэтыя два не адлюстроўваюцца ў ІЧ-спектры цэлюлозы, першы з'яўляецца характэрным пікам паглынання сувязі S=O, а другі - характэрным пікам паглынання сувязі SO. Зыходзячы з вышэйзгаданага аналізу, можна бачыць, што пасля рэакцыі этэрыфікацыі цэлюлозы ў яе малекулярным ланцугу прысутнічаюць сульфонакіслотныя групы.

3.1.2 Вынікі характарыстыкі 1H ЯМР

Спектр ЯМР 1H буцілсульфаната цэлюлозы відаць наступным чынам: у межах γ = 1,74~2,92 адбываецца хімічны зрух пратона вадароду цыклабутылу, а ў межах γ = 3,33~4,52 — ангідраглюкознага блока цэлюлозы. Хімічны зрух пратона кіслароду ў γ = 4,52~6 — гэта хімічны зрух метыленавага пратона ў буцілсульфонавай кіслотнай групе, злучанай з кіслародам, і піка пры γ = 6~7 няма, што сведчыць аб адсутнасці іншых пратонаў прадукту.

3.1.3 Вынікі характарыстыкі SEM

СЭМ-назіранне цэлюлозна-баваўнянай пульпы, мікракрышталічнай цэлюлозы і прадукту бутансульфаната цэлюлозы. Аналізуючы вынікі СЭМ-аналізу цэлюлозна-баваўнянай пульпы, мікракрышталічнай цэлюлозы і прадукту бутансульфаната цэлюлозы (SBC), было ўстаноўлена, што мікракрышталічная цэлюлоза, атрыманая пасля гідролізу з дапамогай HCL, можа значна змяніць структуру цэлюлозных валокнаў. Валакнісстая структура была разбурана, і былі атрыманы дробныя агламераваныя часціцы цэлюлозы. SBC, атрыманы шляхам далейшай рэакцыі з BS, не меў валакністай структуры і ў асноўным ператварыўся ў аморфную структуру, што спрыяла яго растварэнню ў вадзе.

3.1.4 Вынікі рэнтгенаўскай дыфракцыйнай спектраскапіі

Крышталічнасць цэлюлозы і яе вытворных адносіцца да працэнтнай долі крышталічнай вобласці, утворанай адзінкай цэлюлозы, у цэлым. Калі цэлюлоза і яе вытворныя ўступаюць у хімічную рэакцыю, вадародныя сувязі ў малекуле і паміж малекуламі руйнуюцца, і крышталічная вобласць становіцца аморфнай, тым самым зніжаючы крышталічнасць. Такім чынам, змена крышталічнасці да і пасля рэакцыі з'яўляецца адным з крытэрыяў, якія сведчаць аб удзеле цэлюлозы ў рэакцыі ці не. Рэнтгенаструктурны аналіз быў праведзены на мікракрышталічнай цэлюлозе і атрыманым прадукце бутансульфанаце цэлюлозы. Параўнанне паказвае, што пасля этэрыфікацыі крышталічнасць кардынальна змяняецца, і прадукт цалкам ператвараецца ў аморфную структуру, што дазваляе растварацца ў вадзе.

3.2 Уплыў ступені палімерызацыі сыравіны на водазніжальныя ўласцівасці прадукту

Цякучасць раствора непасрэдна адлюстроўвае водазніжальныя ўласцівасці прадукту, а ўтрыманне серы ў прадукце з'яўляецца адным з найважнейшых фактараў, якія ўплываюць на цякучасць раствора. Цякучасць раствора вымярае водазніжальныя ўласцівасці прадукту.

Пасля змены ўмоў рэакцыі гідролізу для атрымання МКЦ з рознай ступенню палімерызацыі, згодна з вышэйапісаным метадам, выбіраюць пэўны працэс сінтэзу для атрымання прадуктаў СБК, вымяраюць утрыманне серы для разліку ступені замяшчэння прадукту і дадаюць прадукты СБК у сістэму змешвання вада/цэмент/стандартны пясок. Вымяраюць цякучасць раствора.

З эксперыментальных вынікаў відаць, што ў межах даследчага дыяпазону, калі ступень палімерызацыі мікракрышталічнай цэлюлозы (сыравіна) высокая, утрыманне серы (ступень замяшчэння) у прадукце і цякучасць раствора нізкія. Гэта звязана з тым, што: малекулярная маса сыравіны невялікая, што спрыяе раўнамернаму змешванню сыравіны і пранікненню этэрыфікатара, тым самым паляпшаючы ступень этэрыфікацыі прадукту. Аднак хуткасць зніжэння вады ў прадукце не павялічваецца прамалінейна са зніжэннем ступені палімерызацыі сыравіны. Эксперыментальныя вынікі паказваюць, што цякучасць раствора цэментнай сумесі з SBC, прыгатаванай з выкарыстаннем мікракрышталічнай цэлюлозы са ступенню палімерызацыі Dp<96 (малекулярная маса<15552), перавышае 180 мм (што больш, чым без рэдуктара вады). (эталонная цякучасць), што сведчыць аб тым, што SBC можна прыгатаваць з выкарыстаннем цэлюлозы з малекулярнай масай менш за 15552, і можна дасягнуць пэўнай хуткасці зніжэння вады; СБК рыхтуецца з выкарыстаннем мікракрышталічнай цэлюлозы са ступенню палімерызацыі 45 (малекулярная маса: 7290), і пры даданні ў бетонную сумесь вымераная цякучасць раствора з'яўляецца найбольшай, таму лічыцца, што цэлюлоза са ступенню палімерызацыі каля 45 найбольш падыходзіць для падрыхтоўкі СБК; калі ступень палімерызацыі сыравіны перавышае 45, цякучасць раствора паступова зніжаецца, што азначае зніжэнне хуткасці водаадвядзення. Гэта звязана з тым, што пры вялікай малекулярнай масе, з аднаго боку, павялічваецца глейкасць сумесі, пагаршаецца аднастайнасць дысперсіі цэменту і дысперсія ў бетоне павольная, што ўплывае на эфект дысперсіі; з іншага боку, пры вялікай малекулярнай масе макрамалекулы суперпластыфікатара знаходзяцца ў канфармацыі выпадковага клубка, які адносна цяжка адсарбуецца на паверхні часціц цэменту. Але калі ступень палімерызацыі сыравіны меншая за 45, хоць утрыманне серы (ступень замяшчэння) у прадукце адносна вялікае, цякучасць растворнай сумесі таксама пачынае змяншацца, але гэта змяншэнне вельмі нязначнае. Прычына ў тым, што пры малой малекулярнай масе вадароднага агента, хоць малекулярная дыфузія лёгкая і мае добрую змочвальнасць, хуткасць адсорбцыі малекулы большая, чым у малекулы, ланцуг пераносу вады вельмі кароткі, а трэнне паміж часціцамі вялікае, што шкодна для бетону. Эфект дысперсіі не такі добры, як у вадароднага агента з большай малекулярнай масай. Таму вельмі важна правільна кантраляваць малекулярную масу цэлюлознага сегмента, каб палепшыць прадукцыйнасць вадароднага агента.

3.3 Уплыў умоў рэакцыі на водааднаўляльныя ўласцівасці прадукту

Эксперыментальна было ўстаноўлена, што акрамя ступені палімерызацыі МКЦ, на водааднаўляльныя ўласцівасці прадукту ўплываюць суадносіны рэагентаў, тэмпература рэакцыі, актывацыя сыравіны, час сінтэзу прадукту і тып суспендуючага агента.

3.3.1 Суадносіны рэагентаў

(1) Дазаванне BS

Ва ўмовах, вызначаных іншымі параметрамі працэсу (ступень палімерызацыі МКЦ — 45, n(МКЦ):n(NaOH)=1:2,1, суспендуючы агент — ізапрапанол, час актывацыі цэлюлозы пры пакаёвай тэмпературы — 2 гадзіны, тэмпература сінтэзу — 80°C, а час сінтэзу — 5 гадзін), даследаваць уплыў колькасці этэрыфікацыйнага агента 1,4-бутансульфона (BS) на ступень замяшчэння бутансульфонакіслотных груп прадукту і цякучасць раствора.

Можна заўважыць, што па меры павелічэння колькасці BS ступень замяшчэння груп бутансульфонавай кіслаты і цякучасць раствора значна павялічваюцца. Калі суадносіны BS да MCC дасягаюць 2,2:1, цякучасць DS і раствора дасягае максімальнага значэння, лічыцца, што водазніжальная здольнасць у гэты час найлепшая. Значэнне BS працягвае павялічвацца, і ступень замяшчэння, і цякучасць раствора пачынаюць змяншацца. Гэта адбываецца таму, што пры празмернай колькасці BS BS рэагуе з NaOH, утвараючы HO-(CH2)4SO3Na. Таму ў гэтай працы аптымальнае суадносіны матэрыялаў BS да MCC абрана як 2,2:1.

(2) Дазаванне NaOH

Ва ўмовах, вызначаных іншымі параметрамі працэсу (ступень палімерызацыі МКЦ — 45, n(BS):n(MCC)=2,2:1. Суспендуючым агентам з'яўляецца ізапрапанол, час актывацыі цэлюлозы пры пакаёвай тэмпературы — 2 гадзіны, тэмпература сінтэзу — 80°C, а час сінтэзу — 5 гадзін), даследаваць уплыў колькасці гідраксіду натрыю на ступень замяшчэння груп бутансульфонавай кіслаты ў прадукце і цякучасць раствора.

Можна заўважыць, што са павелічэннем колькасці аднаўлення ступень замяшчэння СБК хутка павялічваецца і пачынае змяншацца пасля дасягнення найвышэйшага значэння. Гэта адбываецца таму, што пры высокім утрыманні NaOH у сістэме занадта шмат свабодных асноў, і верагоднасць пабочных рэакцый павялічваецца, у выніку чаго ў пабочных рэакцыях удзельнічае большая колькасць этэрыфікацыйных агентаў (BS), тым самым зніжаючы ступень замяшчэння сульфонакіслотных груп у прадукце. Пры больш высокай тэмпературы прысутнасць занадта вялікай колькасці NaOH таксама будзе разбураць цэлюлозу, і вадааднаўляльныя ўласцівасці прадукту будуць пагаршацца пры больш нізкай ступені палімерызацыі. Згодна з эксперыментальнымі вынікамі, калі малярнае суадносіны NaOH да MCC складае каля 2,1, ступень замяшчэння найбольшая, таму ў гэтай працы вызначана, што малярнае суадносіны NaOH да MCC складае 2,1:1,0.

3.3.2 Уплыў тэмпературы рэакцыі на водааддачу прадукту

Ва ўмовах, вызначаных іншымі параметрамі працэсу (ступень палімерызацыі МКК — 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2,1:2,2, суспендуючы агент — ізапрапанол, час актывацыі цэлюлозы пры пакаёвай тэмпературы — 2 гадзіны. Час актывацыі — 5 гадзін), быў даследаваны ўплыў тэмпературы рэакцыі сінтэзу на ступень замяшчэння бутансульфонакіслотных груп у прадукце.

Можна заўважыць, што па меры павышэння тэмпературы рэакцыі ступень замяшчэння сульфонакіслоты DS у SBC паступова павялічваецца, але калі тэмпература рэакцыі перавышае 80 °C, DS дэманструе тэндэнцыю да зніжэння. Рэакцыя этэрыфікацыі паміж 1,4-бутансульфонам і цэлюлозай з'яўляецца эндатэрмічнай рэакцыяй, і павышэнне тэмпературы рэакцыі спрыяе рэакцыі паміж этэрыфікуючым агентам і гідраксільнай групай цэлюлозы, але з павышэннем тэмпературы ўплыў NaOH і цэлюлозы паступова ўзмацняецца. Ён становіцца моцным, што прыводзіць да дэградацыі і адвальвання цэлюлозы, што прыводзіць да зніжэння малекулярнай масы цэлюлозы і ўтварэння нізкамалекулярных цукроў. Рэакцыя такіх малых малекул з этэрыфікуючымі агентамі адбываецца адносна лёгка, і будзе спажывацца больш этэрыфікуючых агентаў, што ўплывае на ступень замяшчэння прадукту. Такім чынам, у гэтай дысертацыі лічыцца, што найбольш прыдатная тэмпература рэакцыі этэрыфікацыі BS і цэлюлозы складае 80 ℃.

3.3.3 Уплыў часу рэакцыі на здольнасць прадукту зніжаць колькасць вады

Час рэакцыі падзяляецца на актывацыю сыравіны пры пакаёвай тэмпературы і час сінтэзу прадуктаў пры пастаяннай тэмпературы.

(1) Час актывацыі сыравіны пры пакаёвай тэмпературы

Пры вышэйзгаданых аптымальных умовах працэсу (ступень палімерызацыі MCC 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2,1:2,2, суспендуючы агент - ізапрапанол, тэмпература рэакцыі сінтэзу 80°C, час сінтэзу прадукту пры пастаяннай тэмпературы 5 гадзін), даследавалі ўплыў часу актывацыі пры пакаёвай тэмпературы на ступень замяшчэння прадукту бутансульфонавай кіслотнай групай.

Можна заўважыць, што ступень замяшчэння бутансульфонавай групы ў прадукце SBC спачатку павялічваецца, а затым памяншаецца з падаўжэннем часу актывацыі. Прычынай аналізу можа быць тое, што з павелічэннем часу дзеяння NaOH адбываецца сур'ёзнае раскладанне цэлюлозы. Зніжэнне малекулярнай масы цэлюлозы прыводзіць да ўтварэння нізкамалекулярных цукроў. Рэакцыя такіх малых малекул з этэрыфікатарамі адбываецца адносна лёгка, і будзе спажывацца больш этэрыфікатараў, што ўплывае на ступень замяшчэння прадукту. Такім чынам, у гэтай працы разглядаецца, што час актывацыі сыравіны пры пакаёвай тэмпературы складае 2 гадзіны.

(2) Час сінтэзу прадукту

Пры аптымальных умовах працэсу, апісаных вышэй, быў даследаваны ўплыў часу актывацыі пры пакаёвай тэмпературы на ступень замяшчэння бутансульфонавай групы прадукту. Можна заўважыць, што з падаўжэннем часу рэакцыі ступень замяшчэння спачатку павялічваецца, але калі час рэакцыі дасягае 5 гадзін, DS дэманструе тэндэнцыю да зніжэння. Гэта звязана з наяўнасцю свабоднай асновы ў рэакцыі этэрыфікацыі цэлюлозы. Пры больш высокіх тэмпературах падаўжэнне часу рэакцыі прыводзіць да павелічэння ступені шчолачнага гідролізу цэлюлозы, скарачэння малекулярнага ланцуга цэлюлозы, зніжэння малекулярнай масы прадукту і павелічэння пабочных рэакцый, што прыводзіць да зніжэння ступені замяшчэння. У гэтым эксперыменце ідэальны час сінтэзу складае 5 гадзін.

3.3.4 Уплыў тыпу суспендуючага агента на водазніжальныя ўласцівасці прадукту

Пры аптымальных умовах працэсу (ступень палімерызацыі МКЦ 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2,1:2,2, час актывацыі сыравіны пры пакаёвай тэмпературы 2 гадзіны, час сінтэзу прадуктаў пры пастаяннай тэмпературы 5 гадзін, а тэмпература рэакцыі сінтэзу 80 ℃) у якасці суспендуючых агентаў выбіраюць адпаведна ізапрапанол, этанол, н-бутанол, этылацэтат і петролейны эфір, а таксама абмяркоўваюць іх уплыў на водааднаўляльныя ўласцівасці прадукту.

Відавочна, што ізапрапанол, н-бутанол і этылацэтат могуць быць выкарыстаны ў якасці суспендуючага агента ў гэтай рэакцыі этэрыфікацыі. Роля суспендуючага агента, акрамя дыспергавання рэагентаў, можа кантраляваць тэмпературу рэакцыі. Тэмпература кіпення ізапрапанолу складае 82,3°C, таму ізапрапанол выкарыстоўваецца ў якасці суспендуючага агента, тэмпература сістэмы можа кантралявацца паблізу аптымальнай тэмпературы рэакцыі, а ступень замяшчэння груп бутансульфонавай кіслаты ў прадукце і цякучасць раствора адносна высокія; калі тэмпература кіпення этанолу занадта высокая, тэмпература рэакцыі не адпавядае патрабаванням, ступень замяшчэння груп бутансульфонавай кіслаты ў прадукце і цякучасць раствора нізкія; у рэакцыі можа ўдзельнічаць петролейны эфір, таму дыспергаваны прадукт не можа быць атрыманы.

4 Выснова

(1) Выкарыстанне баваўнянай цэлюлозы ў якасці зыходнай сыравіны,мікракрышталічная цэлюлоза (МКЦ)з адпаведнай ступенню палімерызацыі быў падрыхтаваны, актываваны NaOH і ўведзены ў рэакцыю з 1,4-бутансульфонам для атрымання водарастваральнага буцілсульфонавага эфіру цэлюлозы, гэта значыць рэдуктара вады на аснове цэлюлозы. Структура прадукту была ахарактарызавана, і было выяўлена, што пасля рэакцыі этэрыфікацыі цэлюлозы ў яе малекулярным ланцугу прысутнічаюць сульфонакіслотныя групы, якія ператвараюцца ў аморфную структуру, і прадукт рэдуктара вады мае добрую водарастваральнасць;

(2) Эксперыментальна было ўстаноўлена, што пры ступені палімерызацыі мікракрышталічнай цэлюлозы 45 водааднаўляльныя ўласцівасці атрыманага прадукту з'яўляюцца найлепшымі; пры ўмове, што ступень палімерызацыі сыравіны вызначана, суадносіны рэагентаў складае n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2,1:2,2, час актывацыі сыравіны пры пакаёвай тэмпературы складае 2 гадзіны, тэмпература сінтэзу прадукту складае 80°C, а час сінтэзу — 5 гадзін. Водааднаўляльныя ўласцівасці аптымальныя.