Σύνθεση και χαρακτηρισμός του βουτανιοσουλφονικού κυτταρινικού αιθέρα νερού αναγωγικού

Ως πρώτη ύλη χρησιμοποιήθηκε μικροκρυσταλλική κυτταρίνη (MCC) με ορισμένο βαθμό πολυμερισμού, η οποία ελήφθη με όξινη υδρόλυση πολτού βαμβακιού κυτταρίνης. Υπό την ενεργοποίηση υδροξειδίου του νατρίου, αντέδρασε με 1,4-βουτανοσουλφονική (BS) για να ληφθεί ένας αναγωγέας νερού βουτυλοσουλφονικής κυτταρίνης (SBC) με καλή διαλυτότητα στο νερό. Η δομή του προϊόντος χαρακτηρίστηκε με φασματοσκοπία υπέρυθρης ακτινοβολίας (FT-IR), φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR), ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), περίθλαση ακτίνων Χ (XRD) και άλλες αναλυτικές μεθόδους, και διερευνήθηκαν ο βαθμός πολυμερισμού, η αναλογία πρώτης ύλης και η αντίδραση του MCC. Επιδράσεις των συνθηκών συνθετικής διεργασίας, όπως η θερμοκρασία, ο χρόνος αντίδρασης και ο τύπος του παράγοντα εναιώρησης, στην απόδοση μείωσης νερού του προϊόντος. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι: όταν ο βαθμός πολυμερισμού της πρώτης ύλης MCC είναι 45, η αναλογία μάζας των αντιδρώντων είναι: AGU (μονάδα γλυκοζίτη κυτταρίνης): n (NaOH): n (BS) = 1,0: 2,1: 2,2, Ο παράγοντας εναιώρησης είναι ισοπροπανόλη, ο χρόνος ενεργοποίησης της πρώτης ύλης σε θερμοκρασία δωματίου είναι 2 ώρες και ο χρόνος σύνθεσης του προϊόντος είναι 5 ώρες. Όταν η θερμοκρασία είναι 80°C, το λαμβανόμενο προϊόν έχει τον υψηλότερο βαθμό υποκατάστασης ομάδων βουτανοσουλφονικού οξέος και το προϊόν έχει την καλύτερη απόδοση μείωσης του νερού.

Λέξεις-κλειδιά:κυτταρίνη· βουτυλοσουλφονική κυτταρίνη· παράγοντας μείωσης του νερού· απόδοση μείωσης του νερού

1、Εισαγωγή

Ο υπερπλαστικοποιητής σκυροδέματος είναι ένα από τα απαραίτητα συστατικά του σύγχρονου σκυροδέματος. Ακριβώς λόγω της εμφάνισης του μειωτικού παράγοντα νερού, μπορεί να εγγυηθεί την υψηλή εργασιμότητα, την καλή ανθεκτικότητα και ακόμη και την υψηλή αντοχή του σκυροδέματος. Οι ευρέως χρησιμοποιούμενοι μειωτές νερού υψηλής απόδοσης που χρησιμοποιούνται σήμερα περιλαμβάνουν κυρίως τις ακόλουθες κατηγορίες: μειωτή νερού με βάση ναφθαλίνη (SNF), μειωτή νερού με βάση σουλφονωμένη ρητίνη μελαμίνης (SMF), μειωτή νερού με βάση σουλφονικό (ASP), τροποποιημένο υπερπλαστικοποιητή λιγνοσουλφονικού (ML) και υπερπλαστικοποιητή πολυκαρβοξυλικού (PC), ο οποίος επί του παρόντος ερευνάται πιο ενεργά. Αναλύοντας τη διαδικασία σύνθεσης μειωτών νερού, οι περισσότεροι από τους προηγούμενους παραδοσιακούς μειωτές νερού συμπυκνωμάτων χρησιμοποιούν φορμαλδεΰδη με έντονη οσμή ως πρώτη ύλη για την αντίδραση πολυσυμπύκνωσης και η διαδικασία σουλφόνωσης πραγματοποιείται γενικά με εξαιρετικά διαβρωτικό ατμίζον θειικό οξύ ή πυκνό θειικό οξύ. Αυτό αναπόφευκτα θα προκαλέσει αρνητικές επιπτώσεις στους εργαζόμενους και στο περιβάλλον και θα δημιουργήσει επίσης μεγάλη ποσότητα υπολειμμάτων αποβλήτων και υγρών αποβλήτων, κάτι που δεν ευνοεί τη βιώσιμη ανάπτυξη. Ωστόσο, αν και οι πολυκαρβοξυλικοί μειωτές νερού έχουν τα πλεονεκτήματα της μικρής απώλειας σκυροδέματος με την πάροδο του χρόνου, της χαμηλής δοσολογίας, της καλής ροής. Έχουν τα πλεονεκτήματα της υψηλής πυκνότητας και της έλλειψης τοξικών ουσιών όπως η φορμαλδεΰδη, αλλά είναι δύσκολο να προωθηθούν στην Κίνα λόγω της υψηλής τιμής. Από την ανάλυση της πηγής των πρώτων υλών, δεν είναι δύσκολο να διαπιστωθεί ότι οι περισσότεροι από τους προαναφερθέντες μειωτές νερού συντίθενται με βάση πετροχημικά προϊόντα/παραπροϊόντα, ενώ το πετρέλαιο, ως μη ανανεώσιμος πόρος, είναι ολοένα και πιο σπάνιο και η τιμή του αυξάνεται συνεχώς. Επομένως, ο τρόπος χρήσης φθηνών και άφθονων φυσικών ανανεώσιμων πόρων ως πρώτων υλών για την ανάπτυξη νέων υπερπλαστικοποιητών σκυροδέματος υψηλής απόδοσης έχει γίνει μια σημαντική ερευνητική κατεύθυνση για τους υπερπλαστικοποιητές σκυροδέματος.

Η κυτταρίνη είναι ένα γραμμικό μακρομόριο που σχηματίζεται συνδέοντας πολλές D-γλυκοπυρανόζες με β-(1-4) γλυκοσιδικούς δεσμούς. Υπάρχουν τρεις υδροξυλομάδες σε κάθε γλυκοπυρανοζυλικό δακτύλιο. Η κατάλληλη επεξεργασία μπορεί να επιτύχει μια ορισμένη αντιδραστικότητα. Σε αυτή την εργασία, χρησιμοποιήθηκε πολτός βαμβακιού κυτταρίνης ως αρχική πρώτη ύλη και, μετά από όξινη υδρόλυση για την απόκτηση μικροκρυσταλλικής κυτταρίνης με κατάλληλο βαθμό πολυμερισμού, ενεργοποιήθηκε με υδροξείδιο του νατρίου και αντέδρασε με 1,4-βουτανοσουλφονικό για την παρασκευή βουτυλοσουλφονικού οξέος. Υπερπλαστικοποιητής αιθέρα όξινης κυτταρίνης και συζητήθηκαν οι παράγοντες που επηρεάζουν κάθε αντίδραση.

2. Πειραματιστείτε

2.1 Πρώτες ύλες

Πολτός βαμβακιού κυτταρίνης, βαθμός πολυμερισμού 576, Xinjiang Aoyang Technology Co., Ltd.· 1,4-βουτανοσουλτόνη (BS), βιομηχανικής ποιότητας, που παράγεται από την Shanghai Jiachen Chemical Co., Ltd.· κοινό τσιμέντο Portland 52.5R, Urumqi που παρέχεται από το εργοστάσιο τσιμέντου· άμμος με πρότυπο ISO της Κίνας, που παράγεται από την Xiamen Ace Ou Standard Sand Co., Ltd.· υδροξείδιο του νατρίου, υδροχλωρικό οξύ, ισοπροπανόλη, άνυδρη μεθανόλη, οξικός αιθυλεστέρας, n-βουτανόλη, πετρελαϊκός αιθέρας κ.λπ., είναι όλα αναλυτικά καθαρά, εμπορικά διαθέσιμα.

2.2 Πειραματική μέθοδος

Ζυγίστε μια ορισμένη ποσότητα πολτού βαμβακιού και αλέστε την σωστά, βάλτε την σε ένα μπουκάλι με τρεις λαιμούς, προσθέστε μια ορισμένη συγκέντρωση αραιωμένου υδροχλωρικού οξέος, ανακατέψτε για να θερμανθεί και να υδρολυθεί για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, ψύξτε σε θερμοκρασία δωματίου, διηθήστε, πλύνετε με νερό μέχρι να γίνει ουδέτερο και στεγνώστε υπό κενό στους 50°C για να λάβετε πρώτες ύλες μικροκρυσταλλικής κυτταρίνης με διαφορετικούς βαθμούς πολυμερισμού, μετρήστε τον βαθμό πολυμερισμού τους σύμφωνα με τη βιβλιογραφία, βάλτε την σε ένα μπουκάλι αντίδρασης με τρεις λαιμούς, αιωρήστε την με έναν παράγοντα εναιώρησης 10 φορές τη μάζα της, προσθέστε μια ορισμένη ποσότητα υδατικού διαλύματος υδροξειδίου του νατρίου υπό ανάδευση, αναδεύστε και ενεργοποιήστε σε θερμοκρασία δωματίου για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, προσθέστε την υπολογισμένη ποσότητα 1,4-βουτανοσουλφονικής (BS), θερμάνετε μέχρι τη θερμοκρασία αντίδρασης, αντιδράστε σε σταθερή θερμοκρασία για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, ψύξτε το προϊόν σε θερμοκρασία δωματίου και λάβτε το ακατέργαστο προϊόν με διήθηση με αναρρόφηση. Ξεπλύνετε με νερό και μεθανόλη 3 φορές και διηθήστε με αναρρόφηση για να λάβετε το τελικό προϊόν, δηλαδή βουτυλοσουλφονική κυτταρίνη ως αναγωγικό νερού (SBC).

2.3 Ανάλυση και χαρακτηρισμός προϊόντος

2.3.1 Προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε θείο του προϊόντος και υπολογισμός του βαθμού υποκατάστασης

Ο στοιχειακός αναλυτής FLASHEA-PE2400 χρησιμοποιήθηκε για τη διεξαγωγή στοιχειακής ανάλυσης στο αποξηραμένο προϊόν αναγωγής νερού βουτυλοσουλφονικής κυτταρίνης για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε θείο.

2.3.2 Προσδιορισμός ρευστότητας κονιάματος

Μετρήθηκε σύμφωνα με το 6.5 στο GB8076-2008. Δηλαδή, πρώτα μετρήστε το μείγμα νερού/τσιμέντου/τυπικής άμμου στον ελεγκτή ρευστότητας τσιμεντοκονίας NLD-3 όταν η διάμετρος διαστολής είναι (180±2) mm. τσιμέντο, η μετρούμενη κατανάλωση νερού αναφοράς είναι 230 g) και στη συνέχεια προσθέστε ένα αναγωγικό μέσο νερού του οποίου η μάζα είναι 1% της μάζας του τσιμέντου στο νερό, σύμφωνα με την αναλογία τσιμέντου/νερού αναγωγικό μέσο/τυπικό νερό/τυπική άμμο = 450 g/4.5 g/230 g. Η αναλογία 1350 g τοποθετείται σε έναν αναμικτήρα τσιμεντοκονίας JJ-5 και αναδεύεται ομοιόμορφα, και μετράται η διαστολή του κονιάματος στον ελεγκτή ρευστότητας κονιάματος, η οποία είναι η μετρούμενη ρευστότητα του κονιάματος.

2.3.3 Χαρακτηρισμός Προϊόντος

Το δείγμα χαρακτηρίστηκε με FT-IR χρησιμοποιώντας το φασματόμετρο υπερύθρου μετασχηματισμού Fourier τύπου EQUINOX 55 της Bruker Company. Το φάσμα H NMR του δείγματος χαρακτηρίστηκε με το υπεραγώγιμο όργανο πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού INOVA ZAB-HS plow της Varian Company. Η μορφολογία του προϊόντος παρατηρήθηκε με μικροσκόπιο. Η ανάλυση XRD πραγματοποιήθηκε στο δείγμα χρησιμοποιώντας ένα περιθλασίμετρο ακτίνων Χ της MAC Company M18XHF22-SRA.

3. Αποτελέσματα και συζήτηση

3.1 Αποτελέσματα χαρακτηρισμού

3.1.1 Αποτελέσματα χαρακτηρισμού FT-IR

Η ανάλυση υπερύθρων πραγματοποιήθηκε στην πρώτη ύλη μικροκρυσταλλική κυτταρίνη με βαθμό πολυμερισμού Dp=45 και στο προϊόν SBC που συντέθηκε από αυτήν την πρώτη ύλη. Δεδομένου ότι οι κορυφές απορρόφησης των SC και SH είναι πολύ ασθενείς, δεν είναι κατάλληλες για ταυτοποίηση, ενώ το S=O έχει ισχυρή κορυφή απορρόφησης. Επομένως, το εάν υπάρχει ομάδα σουλφονικού οξέος στη μοριακή δομή μπορεί να προσδιοριστεί επιβεβαιώνοντας την ύπαρξη της κορυφής S=O. Προφανώς, στο φάσμα της κυτταρίνης, υπάρχει ισχυρή κορυφή απορρόφησης σε αριθμό κύματος 3344 cm-1, η οποία αποδίδεται στην κορυφή δόνησης τάνυσης υδροξυλίου στην κυτταρίνη. η ισχυρότερη κορυφή απορρόφησης σε αριθμό κύματος 2923 cm-1 είναι η κορυφή δόνησης τάνυσης του μεθυλενίου (-CH2). Κορυφή δόνησης. η σειρά ζωνών που αποτελείται από 1031, 1051, 1114 και 1165 cm-1 αντανακλά την κορυφή απορρόφησης της δόνησης τάνυσης υδροξυλίου και την κορυφή απορρόφησης της δόνησης κάμψης του αιθερικού δεσμού (COC). Ο αριθμός κύματος 1646cm-1 αντανακλά το υδρογόνο που σχηματίζεται από το υδροξύλιο και το ελεύθερο νερό. Η κορυφή απορρόφησης του δεσμού. Η ζώνη 1432~1318cm-1 αντανακλά την ύπαρξη κρυσταλλικής δομής κυτταρίνης. Στο φάσμα IR του SBC, η ένταση της ζώνης 1432~1318cm-1 εξασθενεί. Ενώ η ένταση της κορυφής απορρόφησης στα 1653 cm-1 αυξάνεται, υποδεικνύοντας ότι η ικανότητα σχηματισμού δεσμών υδρογόνου ενισχύεται. Τα 1040, 605cm-1 εμφανίζονται ισχυρότερες κορυφές απορρόφησης, και αυτές οι δύο δεν αντανακλώνται στο υπέρυθρο φάσμα της κυτταρίνης, η πρώτη είναι η χαρακτηριστική κορυφή απορρόφησης του δεσμού S=O, και η δεύτερη είναι η χαρακτηριστική κορυφή απορρόφησης του δεσμού SO. Με βάση την παραπάνω ανάλυση, μπορεί να φανεί ότι μετά την αντίδραση αιθεροποίησης της κυτταρίνης, υπάρχουν ομάδες σουλφονικού οξέος στην μοριακή της αλυσίδα.

3.1.2 Αποτελέσματα χαρακτηρισμού H NMR

Το φάσμα H NMR της βουτυλοσουλφονικής κυτταρίνης μπορεί να φανεί: εντός γ=1,74~2,92 είναι η χημική μετατόπιση του πρωτονίου υδρογόνου του κυκλοβουτυλίου και εντός γ=3,33~4,52 είναι η μονάδα ανυδρογλυκόζης κυτταρίνης. Η χημική μετατόπιση του πρωτονίου οξυγόνου στο γ=4,52~6 είναι η χημική μετατόπιση του πρωτονίου μεθυλενίου στην ομάδα βουτυλοσουλφονικού οξέος που συνδέεται με το οξυγόνο και δεν υπάρχει κορυφή στο γ=6~7, υποδεικνύοντας ότι το προϊόν δεν είναι. Υπάρχουν άλλα πρωτόνια.

3.1.3 Αποτελέσματα χαρακτηρισμού SEM

Παρατήρηση SEM πολτού βαμβακιού κυτταρίνης, μικροκρυσταλλικής κυτταρίνης και προϊόντος βουτυλοσουλφονικής κυτταρίνης. Αναλύοντας τα αποτελέσματα της ανάλυσης SEM πολτού βαμβακιού κυτταρίνης, μικροκρυσταλλικής κυτταρίνης και του προϊόντος βουτανοσουλφονικής κυτταρίνης (SBC), διαπιστώθηκε ότι η μικροκρυσταλλική κυτταρίνη που λαμβάνεται μετά από υδρόλυση με HCL μπορεί να αλλάξει σημαντικά τη δομή των ινών κυτταρίνης. Η ινώδης δομή καταστράφηκε και ελήφθησαν λεπτά συσσωματωμένα σωματίδια κυτταρίνης. Το SBC που ελήφθη με περαιτέρω αντίδραση με BS δεν είχε ινώδη δομή και ουσιαστικά μετασχηματίστηκε σε άμορφη δομή, η οποία ήταν ευεργετική για τη διάλυσή του στο νερό.

3.1.4 Αποτελέσματα χαρακτηρισμού XRD

Η κρυσταλλικότητα της κυτταρίνης και των παραγώγων της αναφέρεται στο ποσοστό της κρυσταλλικής περιοχής που σχηματίζεται από τη δομή της μονάδας κυτταρίνης στο σύνολο. Όταν η κυτταρίνη και τα παράγωγά της υφίστανται χημική αντίδραση, οι δεσμοί υδρογόνου στο μόριο και μεταξύ των μορίων καταστρέφονται και η κρυσταλλική περιοχή γίνεται άμορφη, μειώνοντας έτσι την κρυσταλλικότητα. Επομένως, η αλλαγή στην κρυσταλλικότητα πριν και μετά την αντίδραση είναι ένα μέτρο της κυτταρίνης. Ένα από τα κριτήρια για τη συμμετοχή στην απόκριση ή όχι. Η ανάλυση XRD πραγματοποιήθηκε σε μικροκρυσταλλική κυτταρίνη και το προϊόν βουτανοσουλφονική κυτταρίνη. Συγκριτικά, μπορεί να φανεί ότι μετά την αιθεροποίηση, η κρυσταλλικότητα αλλάζει ριζικά και το προϊόν έχει μετατραπεί πλήρως σε άμορφη δομή, έτσι ώστε να μπορεί να διαλυθεί σε νερό.

3.2 Η επίδραση του βαθμού πολυμερισμού των πρώτων υλών στην απόδοση μείωσης νερού του προϊόντος

Η ρευστότητα του κονιάματος αντικατοπτρίζει άμεσα την απόδοση μείωσης του νερού του προϊόντος και η περιεκτικότητα του προϊόντος σε θείο είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που επηρεάζουν τη ρευστότητα του κονιάματος. Η ρευστότητα του κονιάματος μετρά την απόδοση μείωσης του νερού του προϊόντος.

Αφού αλλάξετε τις συνθήκες αντίδρασης υδρόλυσης για την παρασκευή MCC με διαφορετικούς βαθμούς πολυμερισμού, σύμφωνα με την παραπάνω μέθοδο, επιλέξτε μια συγκεκριμένη διαδικασία σύνθεσης για την παρασκευή προϊόντων SBC, μετρήστε την περιεκτικότητα σε θείο για να υπολογίσετε τον βαθμό υποκατάστασης του προϊόντος και προσθέστε τα προϊόντα SBC στο σύστημα ανάμειξης νερού/τσιμέντου/τυπικής άμμου. Μετρήστε τη ρευστότητα του κονιάματος.

Από τα πειραματικά αποτελέσματα φαίνεται ότι εντός του ερευνητικού εύρους, όταν ο βαθμός πολυμερισμού της πρώτης ύλης μικροκρυσταλλικής κυτταρίνης είναι υψηλός, η περιεκτικότητα σε θείο (βαθμός υποκατάστασης) του προϊόντος και η ρευστότητα του κονιάματος είναι χαμηλές. Αυτό συμβαίνει επειδή: το μοριακό βάρος της πρώτης ύλης είναι μικρό, γεγονός που ευνοεί την ομοιόμορφη ανάμειξη της πρώτης ύλης και τη διείσδυση του παράγοντα αιθεροποίησης, βελτιώνοντας έτσι τον βαθμό αιθεροποίησης του προϊόντος. Ωστόσο, ο ρυθμός μείωσης του νερού του προϊόντος δεν αυξάνεται ευθύγραμμα με τη μείωση του βαθμού πολυμερισμού των πρώτων υλών. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η ρευστότητα του κονιάματος του μείγματος τσιμεντοκονίας που αναμιγνύεται με SBC που παρασκευάζεται χρησιμοποιώντας μικροκρυσταλλική κυτταρίνη με βαθμό πολυμερισμού Dp<96 (μοριακό βάρος<15552) είναι μεγαλύτερη από 180 mm (που είναι μεγαλύτερη από αυτή χωρίς μειωτήρα νερού). ρευστότητα αναφοράς), υποδεικνύοντας ότι το SBC μπορεί να παρασκευαστεί χρησιμοποιώντας κυτταρίνη με μοριακό βάρος μικρότερο από 15552, και μπορεί να επιτευχθεί ένας ορισμένος ρυθμός μείωσης του νερού. Το SBC παρασκευάζεται χρησιμοποιώντας μικροκρυσταλλική κυτταρίνη με βαθμό πολυμερισμού 45 (μοριακό βάρος: 7290) και προστίθεται στο μείγμα σκυροδέματος, η μετρούμενη ρευστότητα του κονιάματος είναι η μεγαλύτερη, επομένως θεωρείται ότι η κυτταρίνη με βαθμό πολυμερισμού περίπου 45 είναι η καταλληλότερη για την παρασκευή SBC. Όταν ο βαθμός πολυμερισμού των πρώτων υλών είναι μεγαλύτερος από 45, η ρευστότητα του κονιάματος μειώνεται σταδιακά, πράγμα που σημαίνει ότι μειώνεται και ο ρυθμός μείωσης του νερού. Αυτό συμβαίνει επειδή όταν το μοριακό βάρος είναι μεγάλο, αφενός, το ιξώδες του συστήματος μείγματος αυξάνεται, η ομοιομορφία διασποράς του τσιμέντου επιδεινώνεται και η διασπορά στο σκυρόδεμα είναι αργή, γεγονός που επηρεάζει το φαινόμενο διασποράς. Αφετέρου, όταν το μοριακό βάρος είναι μεγάλο, τα μακρομόρια του υπερπλαστικοποιητή βρίσκονται σε τυχαία σπειροειδή διαμόρφωση, η οποία είναι σχετικά δύσκολο να προσροφηθεί στην επιφάνεια των σωματιδίων τσιμέντου. Αλλά όταν ο βαθμός πολυμερισμού της πρώτης ύλης είναι μικρότερος από 45, αν και η περιεκτικότητα σε θείο (βαθμός υποκατάστασης) του προϊόντος είναι σχετικά μεγάλη, η ρευστότητα του μείγματος κονιάματος αρχίζει επίσης να μειώνεται, αλλά η μείωση είναι πολύ μικρή. Ο λόγος είναι ότι όταν το μοριακό βάρος του μειωτικού παράγοντα νερού είναι μικρό, αν και η μοριακή διάχυση είναι εύκολη και έχει καλή διαβρεξιμότητα, η αντοχή προσρόφησης του μορίου είναι μεγαλύτερη από αυτή του μορίου και η αλυσίδα μεταφοράς νερού είναι πολύ σύντομη και η τριβή μεταξύ των σωματιδίων είναι μεγάλη, κάτι που είναι επιβλαβές για το σκυρόδεμα. Το αποτέλεσμα διασποράς δεν είναι τόσο καλό όσο αυτό του μειωτήρα νερού με μεγαλύτερο μοριακό βάρος. Επομένως, είναι πολύ σημαντικό να ελέγχεται σωστά το μοριακό βάρος της επιφάνειας του χοίρου (τμήμα κυτταρίνης) για να βελτιωθεί η απόδοση του μειωτήρα νερού.

3.3 Η επίδραση των συνθηκών αντίδρασης στην απόδοση μείωσης νερού του προϊόντος

Μέσω πειραμάτων διαπιστώθηκε ότι εκτός από τον βαθμό πολυμερισμού του MCC, η αναλογία των αντιδρώντων, η θερμοκρασία αντίδρασης, η ενεργοποίηση των πρώτων υλών, ο χρόνος σύνθεσης του προϊόντος και ο τύπος του παράγοντα εναιώρησης επηρεάζουν όλα την απόδοση μείωσης του νερού του προϊόντος.

3.3.1 Αναλογία αντιδρώντων

(1) Η δοσολογία του BS

Υπό τις συνθήκες που καθορίζονται από άλλες παραμέτρους της διεργασίας (ο βαθμός πολυμερισμού του MCC είναι 45, n(MCC):n(NaOH)=1:2,1, ο παράγοντας εναιώρησης είναι ισοπροπανόλη, ο χρόνος ενεργοποίησης της κυτταρίνης σε θερμοκρασία δωματίου είναι 2 ώρες, η θερμοκρασία σύνθεσης είναι 80°C και ο χρόνος σύνθεσης 5 ώρες), για να διερευνηθεί η επίδραση της ποσότητας του παράγοντα αιθεροποίησης 1,4-βουτανοσουλτόνης (BS) στον βαθμό υποκατάστασης των ομάδων βουτανοσουλφονικού οξέος του προϊόντος και στη ρευστότητα του κονιάματος.

Μπορεί να φανεί ότι καθώς αυξάνεται η ποσότητα του BS, ο βαθμός υποκατάστασης των ομάδων βουτανοσουλφονικού οξέος και η ρευστότητα του κονιάματος αυξάνονται σημαντικά. Όταν η αναλογία BS προς MCC φτάσει το 2,2:1, η ρευστότητα του DS και του κονιάματος φτάνει στη μέγιστη τιμή, θεωρείται ότι η απόδοση μείωσης του νερού είναι η καλύτερη αυτή τη στιγμή. Η τιμή BS συνέχισε να αυξάνεται και τόσο ο βαθμός υποκατάστασης όσο και η ρευστότητα του κονιάματος άρχισαν να μειώνονται. Αυτό συμβαίνει επειδή όταν το BS είναι υπερβολικό, το BS θα αντιδράσει με NaOH για να παράγει HO-(CH2)4SO3Na. Επομένως, η παρούσα εργασία επιλέγει τη βέλτιστη αναλογία υλικού BS προς MCC ως 2,2:1.

(2) Η δοσολογία του NaOH

Υπό τις συνθήκες που καθορίζονται από άλλες παραμέτρους της διεργασίας (ο βαθμός πολυμερισμού του MCC είναι 45, n(BS):n(MCC)=2,2:1. Ο παράγοντας εναιώρησης είναι ισοπροπανόλη, ο χρόνος ενεργοποίησης της κυτταρίνης σε θερμοκρασία δωματίου είναι 2 ώρες, η θερμοκρασία σύνθεσης είναι 80°C και ο χρόνος σύνθεσης 5 ώρες), για να διερευνηθεί η επίδραση της ποσότητας υδροξειδίου του νατρίου στον βαθμό υποκατάστασης των ομάδων βουτανοσουλφονικού οξέος στο προϊόν και στη ρευστότητα του κονιάματος.

Μπορεί να φανεί ότι, με την αύξηση της ποσότητας αναγωγής, ο βαθμός υποκατάστασης του SBC αυξάνεται ραγδαία και αρχίζει να μειώνεται αφού φτάσει στην υψηλότερη τιμή. Αυτό συμβαίνει επειδή, όταν η περιεκτικότητα σε NaOH είναι υψηλή, υπάρχουν πάρα πολλές ελεύθερες βάσεις στο σύστημα και η πιθανότητα παράπλευρων αντιδράσεων αυξάνεται, με αποτέλεσμα περισσότεροι παράγοντες αιθεροποίησης (BS) να συμμετέχουν στις παράπλευρες αντιδράσεις, μειώνοντας έτσι τον βαθμό υποκατάστασης των σουλφονικών οξέων στο προϊόν. Σε υψηλότερη θερμοκρασία, η παρουσία υπερβολικής ποσότητας NaOH θα αποικοδομήσει επίσης την κυτταρίνη και η απόδοση του προϊόντος στη μείωση του νερού θα επηρεαστεί σε χαμηλότερο βαθμό πολυμερισμού. Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα, όταν η μοριακή αναλογία NaOH προς MCC είναι περίπου 2,1, ο βαθμός υποκατάστασης είναι ο μεγαλύτερος, επομένως η παρούσα εργασία προσδιορίζει ότι η μοριακή αναλογία NaOH προς MCC είναι 2,1:1,0.

3.3.2 Επίδραση της θερμοκρασίας αντίδρασης στην απόδοση μείωσης νερού του προϊόντος

Υπό τις συνθήκες που καθορίζονται από άλλες παραμέτρους της διεργασίας (ο βαθμός πολυμερισμού του MCC είναι 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2,1:2, ο παράγοντας εναιώρησης είναι ισοπροπανόλη και ο χρόνος ενεργοποίησης της κυτταρίνης σε θερμοκρασία δωματίου είναι 2 ώρες. Χρόνος 5 ώρες), διερευνήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας της αντίδρασης σύνθεσης στον βαθμό υποκατάστασης των ομάδων βουτανοσουλφονικού οξέος στο προϊόν.

Μπορεί να φανεί ότι καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία αντίδρασης, ο βαθμός υποκατάστασης σουλφονικού οξέος DS του SBC αυξάνεται σταδιακά, αλλά όταν η θερμοκρασία αντίδρασης υπερβεί τους 80 °C, το DS παρουσιάζει πτωτική τάση. Η αντίδραση αιθεροποίησης μεταξύ 1,4-βουτανοσουλτόνης και κυτταρίνης είναι μια ενδόθερμη αντίδραση και η αύξηση της θερμοκρασίας αντίδρασης είναι ευεργετική για την αντίδραση μεταξύ του παράγοντα αιθεροποίησης και της υδροξυλομάδας της κυτταρίνης, αλλά με την αύξηση της θερμοκρασίας, η επίδραση του NaOH και της κυτταρίνης αυξάνεται σταδιακά. Γίνεται ισχυρή, προκαλώντας την αποικοδόμηση και την αποκόλληση της κυτταρίνης, με αποτέλεσμα τη μείωση του μοριακού βάρους της κυτταρίνης και την παραγωγή μικρών μοριακών σακχάρων. Η αντίδραση τέτοιων μικρών μορίων με παράγοντες αιθεροποίησης είναι σχετικά εύκολη και θα καταναλωθούν περισσότεροι παράγοντες αιθεροποίησης, επηρεάζοντας τον βαθμό υποκατάστασης του προϊόντος. Επομένως, η παρούσα διατριβή θεωρεί ότι η καταλληλότερη θερμοκρασία αντίδρασης για την αντίδραση αιθεροποίησης του BS και της κυτταρίνης είναι 80℃.

3.3.3 Επίδραση του χρόνου αντίδρασης στην απόδοση μείωσης νερού του προϊόντος

Ο χρόνος αντίδρασης χωρίζεται σε ενεργοποίηση των πρώτων υλών σε θερμοκρασία δωματίου και χρόνο σύνθεσης προϊόντων σε σταθερή θερμοκρασία.

(1) Χρόνος ενεργοποίησης πρώτων υλών σε θερμοκρασία δωματίου

Υπό τις παραπάνω βέλτιστες συνθήκες διεργασίας (βαθμός πολυμερισμού MCC είναι 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2,1:2, ο παράγοντας εναιώρησης είναι ισοπροπανόλη, η θερμοκρασία αντίδρασης σύνθεσης είναι 80°C, ο χρόνος σύνθεσης του προϊόντος σε σταθερή θερμοκρασία είναι 5 ώρες), διερευνήστε την επίδραση του χρόνου ενεργοποίησης σε θερμοκρασία δωματίου στον βαθμό υποκατάστασης του προϊόντος βουτανοσουλφονικής ομάδας οξέος.

Μπορεί να φανεί ότι ο βαθμός υποκατάστασης της ομάδας βουτανοσουλφονικού οξέος του προϊόντος SBC αυξάνεται πρώτα και στη συνέχεια μειώνεται με την παράταση του χρόνου ενεργοποίησης. Ο λόγος της ανάλυσης μπορεί να είναι ότι με την αύξηση του χρόνου δράσης του NaOH, η αποικοδόμηση της κυτταρίνης είναι σοβαρή. Μειώστε το μοριακό βάρος της κυτταρίνης για να δημιουργήσετε μικρά μοριακά σάκχαρα. Η αντίδραση τέτοιων μικρών μορίων με αιθεροποιητικούς παράγοντες είναι σχετικά εύκολη και θα καταναλωθούν περισσότεροι αιθεροποιητικοί παράγοντες, επηρεάζοντας τον βαθμό υποκατάστασης του προϊόντος. Επομένως, η παρούσα εργασία θεωρεί ότι ο χρόνος ενεργοποίησης των πρώτων υλών σε θερμοκρασία δωματίου είναι 2 ώρες.

(2) Χρόνος σύνθεσης προϊόντος

Υπό τις βέλτιστες συνθήκες διεργασίας που αναφέρθηκαν παραπάνω, διερευνήθηκε η επίδραση του χρόνου ενεργοποίησης σε θερμοκρασία δωματίου στον βαθμό υποκατάστασης της ομάδας βουτανοσουλφονικού οξέος του προϊόντος. Μπορεί να φανεί ότι με την παράταση του χρόνου αντίδρασης, ο βαθμός υποκατάστασης αρχικά αυξάνεται, αλλά όταν ο χρόνος αντίδρασης φτάσει τις 5 ώρες, η DS εμφανίζει πτωτική τάση. Αυτό σχετίζεται με την ελεύθερη βάση που υπάρχει στην αντίδραση αιθεροποίησης της κυτταρίνης. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, η παράταση του χρόνου αντίδρασης οδηγεί σε αύξηση του βαθμού αλκαλικής υδρόλυσης της κυτταρίνης, βράχυνση της μοριακής αλυσίδας της κυτταρίνης, μείωση του μοριακού βάρους του προϊόντος και αύξηση των παράπλευρων αντιδράσεων, με αποτέλεσμα τη μείωση του βαθμού υποκατάστασης. Σε αυτό το πείραμα, ο ιδανικός χρόνος σύνθεσης είναι 5 ώρες.

3.3.4 Η επίδραση του τύπου του αιωρηματοποιητή στην απόδοση μείωσης του νερού του προϊόντος

Υπό τις βέλτιστες συνθήκες διεργασίας (βαθμός πολυμερισμού MCC είναι 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2.1:2.2, ο χρόνος ενεργοποίησης των πρώτων υλών σε θερμοκρασία δωματίου είναι 2 ώρες, ο χρόνος σύνθεσης των προϊόντων σε σταθερή θερμοκρασία είναι 5 ώρες και η θερμοκρασία αντίδρασης σύνθεσης 80 ℃), επιλέξτε αντίστοιχα ισοπροπανόλη, αιθανόλη, n-βουτανόλη, οξικό αιθυλεστέρα και πετρελαϊκό αιθέρα ως παράγοντες εναιώρησης και συζητήστε την επίδρασή τους στην απόδοση μείωσης νερού του προϊόντος.

Προφανώς, η ισοπροπανόλη, η n-βουτανόλη και ο οξικός αιθυλεστέρας μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως παράγοντες εναιώρησης σε αυτήν την αντίδραση αιθεροποίησης. Ο ρόλος του παράγοντα εναιώρησης, εκτός από τη διασπορά των αντιδρώντων, μπορεί να ελέγξει τη θερμοκρασία αντίδρασης. Το σημείο βρασμού της ισοπροπανόλης είναι 82,3°C, επομένως η ισοπροπανόλη χρησιμοποιείται ως παράγοντας εναιώρησης, η θερμοκρασία του συστήματος μπορεί να ελεγχθεί κοντά στη βέλτιστη θερμοκρασία αντίδρασης και ο βαθμός υποκατάστασης των ομάδων βουτανοσουλφονικού οξέος στο προϊόν και η ρευστότητα του κονιάματος είναι σχετικά υψηλά. Ενώ το σημείο βρασμού της αιθανόλης είναι πολύ υψηλό, η θερμοκρασία αντίδρασης δεν πληροί τις απαιτήσεις, ο βαθμός υποκατάστασης των ομάδων βουτανοσουλφονικού οξέος στο προϊόν και η ρευστότητα του κονιάματος είναι χαμηλά. Ο πετρελαϊκός αιθέρας μπορεί να συμμετέχει στην αντίδραση, επομένως δεν μπορεί να ληφθεί διασπαρμένο προϊόν.

4 Συμπέρασμα

(1) Χρησιμοποιώντας τον πολτό βαμβακιού ως αρχική πρώτη ύλη,μικροκρυσταλλική κυτταρίνη (MCC)Παρασκευάστηκε ένα μείγμα με κατάλληλο βαθμό πολυμερισμού, ενεργοποιήθηκε με NaOH και αντέδρασε με 1,4-βουτανοσουλτόνη για την παρασκευή υδατοδιαλυτού βουτυλοσουλφονικού οξέος, αιθέρα κυτταρίνης, δηλαδή ενός μειωτή νερού με βάση την κυτταρίνη. Χαρακτηρίστηκε η δομή του προϊόντος και διαπιστώθηκε ότι μετά την αντίδραση αιθεροποίησης της κυτταρίνης, υπήρχαν ομάδες σουλφονικού οξέος στην μοριακή της αλυσίδα, οι οποίες είχαν μετασχηματιστεί σε άμορφη δομή και το προϊόν μειωτή νερού είχε καλή διαλυτότητα στο νερό.

(2) Μέσω πειραμάτων, διαπιστώθηκε ότι όταν ο βαθμός πολυμερισμού της μικροκρυσταλλικής κυτταρίνης είναι 45, η απόδοση μείωσης του νερού του ληφθέντος προϊόντος είναι η καλύτερη. Υπό την προϋπόθεση ότι προσδιορίζεται ο βαθμός πολυμερισμού των πρώτων υλών, η αναλογία των αντιδρώντων είναι n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2,1:2,2, ο χρόνος ενεργοποίησης των πρώτων υλών σε θερμοκρασία δωματίου είναι 2 ώρες, η θερμοκρασία σύνθεσης του προϊόντος είναι 80°C και ο χρόνος σύνθεσης είναι 5 ώρες. Η απόδοση στο νερό είναι βέλτιστη.