ბუტან სულფონატის ცელულოზის ეთერული წყლის შემამცირებლის სინთეზი და დახასიათება

ნედლეულად გამოყენებული იქნა ცელულოზის ბამბის პულპის მჟავა ჰიდროლიზით მიღებული მიკროკრისტალური ცელულოზა (MCC) გარკვეული ხარისხის პოლიმერიზაციის მქონე. ნატრიუმის ჰიდროქსიდის გააქტიურებისას, იგი რეაქციაში შევიდა 1,4-ბუტან სულტონთან (BS) და მიღებულ იქნა წყალში კარგი ხსნადობის მქონე ცელულოზის ბუტილ სულფონატის (SBC) წყალში შემამცირებელი საშუალება. პროდუქტის სტრუქტურა დახასიათდა ინფრაწითელი სპექტროსკოპიით (FT-IR), ბირთვულ-მაგნიტურ-რეზონანსული სპექტროსკოპიით (NMR), სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპიით (SEM), რენტგენის დიფრაქციით (XRD) და სხვა ანალიტიკური მეთოდებით, ხოლო პოლიმერიზაციის ხარისხი, ნედლეულის თანაფარდობა და MCC-ის რეაქცია გამოკვლეული იქნა. სინთეზური პროცესის ისეთი პირობების, როგორიცაა ტემპერატურა, რეაქციის დრო და სუსპენზიის ტიპი, გავლენა პროდუქტის წყლის შემამცირებელ მახასიათებლებზე. შედეგები აჩვენებს, რომ: როდესაც ნედლეულის MCC-ის პოლიმერიზაციის ხარისხი 45-ია, რეაგენტების მასური თანაფარდობაა: AGU (ცელულოზის გლუკოზიდური ერთეული): n (NaOH): n (BS) = 1.0: 2.1: 2.2, სუსპენზიის აგენტია იზოპროპანოლი, ნედლეულის გააქტიურების დრო ოთახის ტემპერატურაზე 2 საათია, ხოლო პროდუქტის სინთეზის დრო 5 საათი. როდესაც ტემპერატურა 80°C-ია, მიღებულ პროდუქტს აქვს ბუტანსულფონის მჟავა ჯგუფების ჩანაცვლების უმაღლესი ხარისხი და პროდუქტს აქვს საუკეთესო წყლის შემამცირებელი თვისებები.

საკვანძო სიტყვები:ცელულოზა; ცელულოზის ბუტილსულფონატი; წყლის შემამცირებელი აგენტი; წყლის შემამცირებელი მოქმედება

1、შესავალი

ბეტონის სუპერპლასტიზატორი თანამედროვე ბეტონის ერთ-ერთი შეუცვლელი კომპონენტია. სწორედ წყლის შემამცირებელი აგენტის არსებობის წყალობით არის გარანტირებული ბეტონის მაღალი დამუშავებადობა, კარგი გამძლეობა და მაღალი სიმტკიცეც კი. ამჟამად ფართოდ გამოყენებადი მაღალეფექტური წყლის შემამცირებლები ძირითადად მოიცავს შემდეგ კატეგორიებს: ნაფტალინის ბაზაზე დამზადებული წყლის შემამცირებელი (SNF), სულფონირებული მელამინის ფისზე დამზადებული წყლის შემამცირებელი (SMF), სულფამატზე დამზადებული წყლის შემამცირებელი (ASP), მოდიფიცირებული ლიგნოსულფონატის სუპერპლასტიზატორი (ML) და პოლიკარბოქსილატის სუპერპლასტიზატორი (PC), რომელიც ამჟამად უფრო აქტიურად იკვლევა. წყლის შემამცირებლების სინთეზის პროცესის ანალიზისას, წინა ტრადიციული კონდენსატის წყლის შემამცირებლების უმეტესობა პოლიკონდენსაციის რეაქციისთვის ნედლეულად იყენებს ფორმალდეჰიდს ძლიერი მძაფრი სუნით, ხოლო სულფონაციის პროცესი ძირითადად ხორციელდება ძლიერ კოროზიული მბოლავი გოგირდმჟავით ან კონცენტრირებული გოგირდმჟავით. ეს გარდაუვლად გამოიწვევს უარყოფით გავლენას მუშაკებსა და გარემოზე და ასევე წარმოქმნის დიდი რაოდენობით ნარჩენ ნარჩენებს და ნარჩენ სითხეს, რაც არ უწყობს ხელს მდგრად განვითარებას; თუმცა, მიუხედავად იმისა, რომ პოლიკარბოქსილატის წყლის შემამცირებლებს აქვთ ბეტონის მცირე დანაკარგის, დაბალი დოზირების და კარგი დინების უპირატესობები. მათ აქვთ მაღალი სიმკვრივის და ფორმალდეჰიდის მსგავსი ტოქსიკური ნივთიერებების არარსებობის უპირატესობები, მაგრამ მათი პოპულარიზაცია ჩინეთში მაღალი ფასის გამო რთულია. ნედლეულის წყაროს ანალიზიდან არ არის რთული იმის დადგენა, რომ ზემოხსენებული წყლის შემამცირებლების უმეტესობა სინთეზირდება ნავთობქიმიური პროდუქტების/ქვეპროდუქტების საფუძველზე, მაშინ როდესაც ნავთობი, როგორც არაგანახლებადი რესურსი, სულ უფრო იშვიათია და მისი ფასი მუდმივად იზრდება. ამიტომ, იაფი და უხვი ბუნებრივი განახლებადი რესურსების ნედლეულად გამოყენების გზები ახალი მაღალი ხარისხის ბეტონის სუპერპლასტიფიკატორების შესაქმნელად ბეტონის სუპერპლასტიფიკატორების მნიშვნელოვან კვლევით მიმართულებად იქცა.

ცელულოზა არის წრფივი მაკრომოლეკულა, რომელიც წარმოიქმნება მრავალი D-გლუკოპირანოზის β-(1-4) გლიკოზიდური ბმებით შეერთებით. თითოეულ გლუკოპირანოზილის რგოლზე სამი ჰიდროქსილის ჯგუფია. სათანადო დამუშავებით შესაძლებელია გარკვეული რეაქტიულობის მიღწევა. ამ ნაშრომში, ცელულოზის ბამბის რბილობი გამოყენებული იქნა საწყის ნედლეულად, ხოლო მჟავა ჰიდროლიზის შემდეგ, შესაბამისი ხარისხის პოლიმერიზაციის მქონე მიკროკრისტალური ცელულოზის მისაღებად, იგი გააქტიურდა ნატრიუმის ჰიდროქსიდით და რეაქციაში შევიდა 1,4-ბუტან სულტონთან ბუტილ სულფონატის მისაღებად. მჟავა ცელულოზის ეთერის სუპერპლასტიზატორი. განხილული იყო თითოეული რეაქციის გავლენის ფაქტორები.

2. ექსპერიმენტი

2.1 ნედლეული

ცელულოზის ბამბის რბილობი, პოლიმერიზაციის ხარისხი 576, Xinjiang Aoyang Technology Co., Ltd.; 1,4-ბუტან სულტონი (BS), სამრეწველო კლასის, წარმოებული Shanghai Jiachen Chemical Co., Ltd.-ის მიერ; 52.5R ჩვეულებრივი პორტლანდცემენტი, ურუმჩი, მოწოდებული ცემენტის ქარხნის მიერ; ჩინეთის ISO სტანდარტის ქვიშა, წარმოებული Xiamen Ace Ou Standard Sand Co., Ltd.-ის მიერ; ნატრიუმის ჰიდროქსიდი, მარილმჟავა, იზოპროპანოლი, უწყლო მეთანოლი, ეთილის აცეტატი, n-ბუტანოლი, ნავთობის ეთერი და ა.შ., ყველა ანალიტიკურად სუფთაა, კომერციულად ხელმისაწვდომია.

2.2 ექსპერიმენტული მეთოდი

აწონეთ ბამბის რბილობი გარკვეული რაოდენობით და კარგად დაფქვით, მოათავსეთ სამყელიან ბოთლში, დაუმატეთ განზავებული მარილმჟავას გარკვეული კონცენტრაცია, მოურიეთ გაცხელებამდე და ჰიდროლიზებამდე გარკვეული დროის განმავლობაში, გააგრილეთ ოთახის ტემპერატურამდე, გაფილტრეთ, გარეცხეთ წყლით ნეიტრალურ მდგომარეობამდე და გააშრეთ მტვერსასრუტით 50°C-ზე. სხვადასხვა ხარისხის პოლიმერიზაციის მქონე მიკროკრისტალური ცელულოზის ნედლეულის მიღების შემდეგ, გაზომეთ მათი პოლიმერიზაციის ხარისხი ლიტერატურის მიხედვით, მოათავსეთ სამყელიან რეაქციის ბოთლში, შეასხურეთ მასის 10-ჯერ დიდი ზომის სუსპენზიის მქონე აგენტით, მორევის ქვეშ დაუმატეთ ნატრიუმის ჰიდროქსიდის წყალხსნარის გარკვეული რაოდენობა, მოურიეთ და გაააქტიურეთ ოთახის ტემპერატურაზე გარკვეული დროის განმავლობაში, დაუმატეთ 1,4-ბუტან სულტონის (BS) გამოთვლილი რაოდენობა, გააცხელეთ რეაქციის ტემპერატურამდე, რეაგირება მოახდინეთ მუდმივ ტემპერატურაზე გარკვეული დროის განმავლობაში, გააგრილეთ პროდუქტი ოთახის ტემპერატურამდე და მიიღეთ ნედლი პროდუქტი შეწოვის ფილტრაციით. 3-ჯერ გარეცხეთ წყლით და მეთანოლით და გაფილტრეთ შეწოვის მეთოდით საბოლოო პროდუქტის, კერძოდ, ცელულოზის ბუტილსულფონატის წყლის შემამცირებელი (SBC) მისაღებად.

2.3 პროდუქტის ანალიზი და დახასიათება

2.3.1 პროდუქტის გოგირდის შემცველობის განსაზღვრა და ჩანაცვლების ხარისხის გაანგარიშება

გოგირდის შემცველობის დასადგენად, გამომშრალი ცელულოზის ბუტილ სულფონატის წყლის შემამცირებელი პროდუქტის ელემენტარული ანალიზის ჩასატარებლად გამოყენებული იქნა FLASHEA-PE2400 ელემენტარული ანალიზატორი.

2.3.2 ნაღმტყორცნის სითხის განსაზღვრა

GB8076-2008-ის 6.5-ის მიხედვით გაზომილი. ანუ, თავდაპირველად, NLD-3 ცემენტის ნაღმტყორცნის სითხის ტესტერზე გაზომეთ წყლის/ცემენტის/სტანდარტული ქვიშის ნარევი, როდესაც გაფართოების დიამეტრი (180±2) მმ-ია (ცემენტი, გაზომილი წყლის მოხმარება 230 გ-ია), შემდეგ წყალს დაუმატეთ წყლის შემამცირებელი აგენტი, რომლის მასა ცემენტის მასის 1%-ია, ცემენტის/წყლის შემამცირებელი აგენტის/სტანდარტული წყლის/სტანდარტული ქვიშის მიხედვით = 450 გ/4.5 გ/230 გ. 1350 გ თანაფარდობა მოთავსებულია JJ-5 ცემენტის ნაღმტყორცნის შემრევში და თანაბრად ურიეთ, რის შემდეგაც ნაღმტყორცნის სითხის ტესტერზე იზომება ნაღმტყორცნის გაფართოებული დიამეტრი, რაც წარმოადგენს ნაღმტყორცნის გაზომილ სითხეს.

2.3.3 პროდუქტის დახასიათება

ნიმუში დახასიათდა FT-IR მეთოდით Bruker Company-ის EQUINOX 55 ტიპის ფურიეს გარდაქმნის ინფრაწითელი სპექტრომეტრის გამოყენებით; ნიმუშის H NMR სპექტრი დახასიათდა Varian Company-ის INOVA ZAB-HS plow ზეგამტარი ბირთვულ-მაგნიტური რეზონანსის ინსტრუმენტით; პროდუქტის მორფოლოგია დაკვირვებული იქნა მიკროსკოპის ქვეშ; XRD ანალიზი ჩატარდა ნიმუშზე MAC Company M18XHF22-SRA რენტგენის დიფრაქტომეტრის გამოყენებით.

3. შედეგები და განხილვა

3.1 დახასიათების შედეგები

3.1.1 FT-IR დახასიათების შედეგები

ინფრაწითელი ანალიზი ჩატარდა ნედლეულ მიკროკრისტალურ ცელულოზაზე პოლიმერიზაციის ხარისხით Dp=45 და ამ ნედლეულიდან სინთეზირებულ პროდუქტ SBC-ზე. რადგან SC-სა და SH-ს შთანთქმის პიკები ძალიან სუსტია, ისინი იდენტიფიკაციისთვის შესაფერისი არ არის, ხოლო S=O-ს აქვს ძლიერი შთანთქმის პიკი. ამიტომ, მოლეკულურ სტრუქტურაში სულფონმჟავას ჯგუფის არსებობა შეიძლება განისაზღვროს S=O პიკის არსებობის დადასტურებით. ცხადია, ცელულოზის სპექტრში 3344 სმ-1 ტალღის რიცხვზე არის ძლიერი შთანთქმის პიკი, რაც ცელულოზაში ჰიდროქსილის გაჭიმვის ვიბრაციის პიკს მიეწერება; 2923 სმ-1 ტალღის რიცხვზე უფრო ძლიერი შთანთქმის პიკი მეთილენის (-CH2) გაჭიმვის ვიბრაციის პიკია. ვიბრაციის პიკი; 1031, 1051, 1114 და 1165 სმ-1-ისგან შემდგარი ზოლების სერია ასახავს ჰიდროქსილის გაჭიმვის ვიბრაციის შთანთქმის პიკს და ეთერული ბმის (COC) მოხრის ვიბრაციის შთანთქმის პიკს; ტალღის რიცხვი 1646cm-1 ასახავს ჰიდროქსილისა და თავისუფალი წყლის მიერ წარმოქმნილ წყალბადს. ბმის შთანთქმის პიკი; 1432~1318cm-1 ზოლი ასახავს ცელულოზის კრისტალური სტრუქტურის არსებობას. SBC-ის ინფრაწითელ სპექტრში 1432~1318cm-1 ზოლის ინტენსივობა სუსტდება; მაშინ როდესაც 1653 cm-1-ზე შთანთქმის პიკის ინტენსივობა იზრდება, რაც მიუთითებს წყალბადური ბმების წარმოქმნის უნარის გაძლიერებაზე; 1040, 605cm-1 უფრო ძლიერ შთანთქმის პიკებს აჩვენებს და ეს ორი არ აისახება ცელულოზის ინფრაწითელ სპექტრში, პირველი არის S=O ბმის დამახასიათებელი შთანთქმის პიკი, ხოლო მეორე არის SO ბმის დამახასიათებელი შთანთქმის პიკი. ზემოთ მოცემული ანალიზის საფუძველზე ჩანს, რომ ცელულოზის ეთერიფიკაციის რეაქციის შემდეგ, მის მოლეკულურ ჯაჭვში არის სულფონმჟავას ჯგუფები.

3.1.2 H NMR დახასიათების შედეგები

ცელულოზის ბუტილ სულფონატის H NMR სპექტრი ჩანს: γ=1.74~2.92 დიაპაზონში არის ციკლობუტილის წყალბადის პროტონის ქიმიური წანაცვლება, ხოლო γ=3.33~4.52 დიაპაზონში არის ცელულოზის ანჰიდროგლუკოზის ერთეული. ჟანგბადის პროტონის ქიმიური წანაცვლება γ=4.52~6 დიაპაზონში არის მეთილენის პროტონის ქიმიური წანაცვლება ბუტილ სულფონმჟავას ჯგუფში, რომელიც დაკავშირებულია ჟანგბადთან და γ=6~7 დიაპაზონში არ არის პიკი, რაც მიუთითებს, რომ პროდუქტი არ არის. სხვა პროტონები არსებობს.

3.1.3 SEM დახასიათების შედეგები

ცელულოზის ბამბის პულპის, მიკროკრისტალური ცელულოზისა და ცელულოზის ბუტილსულფონატის SEM დაკვირვება. ცელულოზის ბამბის პულპის, მიკროკრისტალური ცელულოზისა და ცელულოზის ბუტანსულფონატის (SBC) SEM ანალიზის შედეგების ანალიზით დადგინდა, რომ HCL-ით ჰიდროლიზის შემდეგ მიღებულ მიკროკრისტალურ ცელულოზას შეუძლია მნიშვნელოვნად შეცვალოს ცელულოზის ბოჭკოების სტრუქტურა. ბოჭკოვანი სტრუქტურა განადგურდა და მიღებული იქნა წვრილი აგლომერირებული ცელულოზის ნაწილაკები. BS-თან შემდგომი რეაქციით მიღებულ SBC-ს არ ჰქონდა ბოჭკოვანი სტრუქტურა და ძირითადად გარდაიქმნა ამორფულ სტრუქტურად, რაც სასარგებლო იყო მისი წყალში გახსნისთვის.

3.1.4 XRD დახასიათების შედეგები

ცელულოზისა და მისი წარმოებულების კრისტალურობა გულისხმობს ცელულოზის ერთეული სტრუქტურის მიერ წარმოქმნილი კრისტალური რეგიონის პროცენტულ მაჩვენებელს მთლიანობაში. როდესაც ცელულოზა და მისი წარმოებულები განიცდიან ქიმიურ რეაქციას, მოლეკულაში და მოლეკულებს შორის წყალბადის ბმები იშლება და კრისტალური რეგიონი ამორფულ რეგიონად იქცევა, რითაც მცირდება კრისტალურობა. ამიტომ, რეაქციამდე და მის შემდეგ კრისტალურობის ცვლილება ცელულოზის საზომია. რეაქციაში მონაწილეობის ერთ-ერთი კრიტერიუმი. რენტგენის დიფრაქციის ანალიზი ჩატარდა მიკროკრისტალურ ცელულოზასა და პროდუქტ ცელულოზის ბუტანსულფონატზე. შედარების შედეგად ჩანს, რომ ეთერიფიკაციის შემდეგ კრისტალურობა ფუნდამენტურად იცვლება და პროდუქტი მთლიანად გარდაიქმნება ამორფულ სტრუქტურად, ისე, რომ მისი წყალში გახსნა შესაძლებელია.

3.2 ნედლეულის პოლიმერიზაციის ხარისხის გავლენა პროდუქტის წყლის შემამცირებელ მახასიათებლებზე

ნაღმტყორცნის სითხეობა პირდაპირ ასახავს პროდუქტის წყლის შემამცირებელ მახასიათებლებს, ხოლო პროდუქტში გოგირდის შემცველობა ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორია, რომელიც გავლენას ახდენს ნაღმტყორცნის სითხეობაზე. ნაღმტყორცნის სითხეობა ზომავს პროდუქტის წყლის შემამცირებელ მახასიათებლებს.

ჰიდროლიზის რეაქციის პირობების შეცვლის შემდეგ, პოლიმერიზაციის სხვადასხვა ხარისხით MCC-ის მოსამზადებლად, ზემოთ აღნიშნული მეთოდის მიხედვით, აირჩიეთ გარკვეული სინთეზის პროცესი SBC პროდუქტების მოსამზადებლად, გაზომეთ გოგირდის შემცველობა პროდუქტის ჩანაცვლების ხარისხის გამოსათვლელად და დაამატეთ SBC პროდუქტები წყლის/ცემენტის/სტანდარტული ქვიშის შერევის სისტემაში. გაზომეთ ნაღმტყორცნის სითხეობა.

ექსპერიმენტული შედეგებიდან ჩანს, რომ კვლევის ფარგლებში, როდესაც მიკროკრისტალური ცელულოზის ნედლეულის პოლიმერიზაციის ხარისხი მაღალია, პროდუქტის გოგირდის შემცველობა (ჩანაცვლების ხარისხი) და ნაღმტყორცნის სითხეობა დაბალია. ეს გამოწვეულია შემდეგი ფაქტორებით: ნედლეულის მოლეკულური წონა მცირეა, რაც ხელს უწყობს ნედლეულის ერთგვაროვან შერევას და ეთერიფიკაციის აგენტის შეღწევას, რითაც აუმჯობესებს პროდუქტის ეთერიფიკაციის ხარისხს. თუმცა, პროდუქტის წყლის შემცირების სიჩქარე სწორხაზოვნად არ იზრდება ნედლეულის პოლიმერიზაციის ხარისხის შემცირებასთან ერთად. ექსპერიმენტული შედეგები აჩვენებს, რომ მიკროკრისტალური ცელულოზის გამოყენებით პოლიმერიზაციის ხარისხით Dp <96 (მოლეკულური წონა <15552) მომზადებული SBC-ით შერეული ცემენტის ნაღმტყორცნის ნარევის სითხეობა 180 მმ-ზე მეტია (რაც წყლის შემამცირებლის გარეშე არსებულზე მეტია). საორიენტაციო სითხეობა, რაც მიუთითებს, რომ SBC-ის მომზადება შესაძლებელია 15552-ზე ნაკლები მოლეკულური წონის ცელულოზის გამოყენებით და შესაძლებელია გარკვეული წყლის შემცირების სიჩქარის მიღწევა; SBC მზადდება 45 პოლიმერიზაციის ხარისხის მქონე მიკროკრისტალური ცელულოზის გამოყენებით (მოლეკულური წონა: 7290) და ბეტონის ნარევში დამატებისას, ნაღმტყორცნის გაზომილი სითხეობა ყველაზე დიდია, ამიტომ ითვლება, რომ დაახლოებით 45 პოლიმერიზაციის ხარისხის მქონე ცელულოზა ყველაზე შესაფერისია SBC-ის მოსამზადებლად; როდესაც ნედლეულის პოლიმერიზაციის ხარისხი 45-ზე მეტია, ნაღმტყორცნის სითხეობა თანდათან მცირდება, რაც ნიშნავს, რომ წყლის შემცირების სიჩქარე მცირდება. ეს იმიტომ ხდება, რომ როდესაც მოლეკულური წონა დიდია, ერთი მხრივ, იზრდება ნარევის სისტემის სიბლანტე, უარესდება ცემენტის დისპერსიის ერთგვაროვნება და შენელდება დისპერსიის ეფექტზე; მეორე მხრივ, როდესაც მოლეკულური წონა დიდია, სუპერპლასტიფიკატორის მაკრომოლეკულები შემთხვევითი ხვეულის კონფორმაციაშია, რაც შედარებით რთულია ცემენტის ნაწილაკების ზედაპირზე ადსორბცია. მაგრამ როდესაც ნედლეულის პოლიმერიზაციის ხარისხი 45-ზე ნაკლებია, მიუხედავად იმისა, რომ პროდუქტის გოგირდის შემცველობა (ჩანაცვლების ხარისხი) შედარებით მაღალია, ნაღმტყორცნის ნარევის სითხეობაც იწყებს შემცირებას, მაგრამ ეს შემცირება ძალიან მცირეა. მიზეზი ის არის, რომ როდესაც წყლის შემამცირებელი აგენტის მოლეკულური წონა მცირეა, მიუხედავად იმისა, რომ მოლეკულური დიფუზია მარტივია და კარგი დასველებადია, მოლეკულის ადსორბციული სისწრაფე უფრო დიდია, ვიდრე მოლეკულის, წყლის ტრანსპორტირების ჯაჭვი ძალიან მოკლეა და ნაწილაკებს შორის ხახუნი დიდია, რაც საზიანოა ბეტონისთვის. დისპერსიის ეფექტი ისეთი კარგი არ არის, როგორც წყლის შემამცირებელი უფრო დიდი მოლეკულური წონით. ამიტომ, ძალიან მნიშვნელოვანია ღორის ზედაპირის (ცელულოზის სეგმენტის) მოლეკულური წონის სწორად კონტროლი, რათა გაუმჯობესდეს წყლის შემამცირებელი.

3.3 რეაქციის პირობების გავლენა პროდუქტის წყლის შემამცირებელ მახასიათებლებზე

ექსპერიმენტებით დადგინდა, რომ MCC-ის პოლიმერიზაციის ხარისხის გარდა, პროდუქტის წყლის შემამცირებელ თვისებაზე გავლენას ახდენს რეაგენტების თანაფარდობა, რეაქციის ტემპერატურა, ნედლეულის გააქტიურება, პროდუქტის სინთეზის დრო და სუსპენზიის ტიპი.

3.3.1 რეაგენტების თანაფარდობა

(1) BS-ის დოზირება

სხვა პროცესის პარამეტრებით განსაზღვრულ პირობებში (MCC-ის პოლიმერიზაციის ხარისხია 45, n(MCC):n(NaOH)=1:2.1, სუსპენზიის აგენტია იზოპროპანოლი, ცელულოზის გააქტიურების დრო ოთახის ტემპერატურაზეა 2 საათი, სინთეზის ტემპერატურაა 80°C და სინთეზის დროა 5 საათი), გამოკვლეული იქნა ეთერიფიკაციის აგენტის 1,4-ბუტან სულტონის (BS) რაოდენობის გავლენა პროდუქტის ბუტანსულფონის მჟავა ჯგუფების ჩანაცვლების ხარისხზე და ნაღმტყორცნის სითხეობაზე.

ჩანს, რომ ბუტანსულფონის მჟავას რაოდენობის ზრდასთან ერთად, ბუტანსულფონის მჟავას ჯგუფების ჩანაცვლების ხარისხი და ნაღმტყორცნის სითხე მნიშვნელოვნად იზრდება. როდესაც ბუტანსულფონის მჟავას ჯგუფების თანაფარდობა MCC-თან 2.2:1-ს აღწევს, DS-ის და ნაღმტყორცნის სითხეობა მაქსიმალურ მნიშვნელობას აღწევს, ითვლება, რომ წყლის შემამცირებელი მახასიათებლები ამ დროს საუკეთესოა. BS-ის მნიშვნელობა აგრძელებდა ზრდას და როგორც ჩანაცვლების ხარისხი, ასევე ნაღმტყორცნის სითხე იწყებდა შემცირებას. ეს იმიტომ ხდება, რომ როდესაც BS ჭარბია, BS რეაგირებს NaOH-თან HO-(CH2)4SO3Na-ს წარმოქმნით. ამიტომ, ამ ნაშრომში BS-სა და MCC-ს ოპტიმალური მასალის თანაფარდობა 2.2:1-ია.

(2) NaOH-ის დოზირება

სხვა პროცესის პარამეტრებით განსაზღვრულ პირობებში (MCC-ის პოლიმერიზაციის ხარისხია 45, n(BS):n(MCC)=2.2:1. სუსპენზიის აგენტია იზოპროპანოლი, ცელულოზის გააქტიურების დრო ოთახის ტემპერატურაზეა 2 საათი, სინთეზის ტემპერატურაა 80°C, ხოლო სინთეზის დრო 5 საათი), გამოკვლეული იქნა ნატრიუმის ჰიდროქსიდის რაოდენობის გავლენა პროდუქტში ბუტანსულფონის მჟავა ჯგუფების ჩანაცვლების ხარისხზე და ნაღმტყორცნის სითხეობაზე.

ჩანს, რომ აღდგენის რაოდენობის ზრდასთან ერთად, SBC-ის ჩანაცვლების ხარისხი სწრაფად იზრდება და ყველაზე მაღალი მნიშვნელობის მიღწევის შემდეგ იწყებს შემცირებას. ეს იმიტომ ხდება, რომ როდესაც NaOH-ის შემცველობა მაღალია, სისტემაში ძალიან ბევრი თავისუფალი ფუძეა და გვერდითი რეაქციების ალბათობა იზრდება, რაც იწვევს გვერდით რეაქციებში მეტი ეთერიფიკაციის აგენტის (BS) მონაწილეობას, რითაც მცირდება პროდუქტში სულფონმჟავას ჯგუფების ჩანაცვლების ხარისხი. მაღალ ტემპერატურაზე, NaOH-ის ჭარბი რაოდენობა ასევე დააზიანებს ცელულოზას და პროდუქტის წყლის შემამცირებელ მახასიათებლებზე გავლენას მოახდენს პოლიმერიზაციის დაბალი ხარისხი. ექსპერიმენტული შედეგების მიხედვით, როდესაც NaOH-ისა და MCC-ის მოლური თანაფარდობა დაახლოებით 2.1-ია, ჩანაცვლების ხარისხი ყველაზე დიდია, ამიტომ ეს ნაშრომი განსაზღვრავს, რომ NaOH-ისა და MCC-ის მოლური თანაფარდობა არის 2.1:1.0.

3.3.2 რეაქციის ტემპერატურის გავლენა პროდუქტის წყლის შემცირების მაჩვენებელზე

სხვა პროცესის პარამეტრებით განსაზღვრულ პირობებში (MCC-ის პოლიმერიზაციის ხარისხია 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2.1:2.2, სუსპენზიის აგენტია იზოპროპანოლი, ხოლო ცელულოზის გააქტიურების დრო ოთახის ტემპერატურაზე არის 2 საათი. დრო 5 საათი), გამოკვლეული იქნა სინთეზის რეაქციის ტემპერატურის გავლენა პროდუქტში ბუტანსულფონის მჟავა ჯგუფების ჩანაცვლების ხარისხზე.

ჩანს, რომ რეაქციის ტემპერატურის მატებასთან ერთად, SBC-ის სულფონმჟავას ჩანაცვლების ხარისხი DS თანდათან იზრდება, მაგრამ როდესაც რეაქციის ტემპერატურა 80°C-ს გადააჭარბებს, DS კლების ტენდენციას აჩვენებს. 1,4-ბუტან სულტონსა და ცელულოზას შორის ეთერიფიკაციის რეაქცია ენდოთერმული რეაქციაა და რეაქციის ტემპერატურის აწევა სასარგებლოა ეთერიფიკაციის აგენტსა და ცელულოზის ჰიდროქსილის ჯგუფს შორის რეაქციისთვის, მაგრამ ტემპერატურის მატებასთან ერთად, NaOH-ისა და ცელულოზის ეფექტი თანდათან იზრდება. ის ძლიერდება, რაც იწვევს ცელულოზის დაშლას და დაშლას, რაც იწვევს ცელულოზის მოლეკულური წონის შემცირებას და მცირე მოლეკულური შაქრის წარმოქმნას. ასეთი მცირე მოლეკულების რეაქცია ეთერიფიკაციის აგენტებთან შედარებით მარტივია და მეტი ეთერიფიკაციის აგენტი მოიხმარება, რაც გავლენას ახდენს პროდუქტის ჩანაცვლების ხარისხზე. ამიტომ, ეს ნაშრომი განიხილავს, რომ BS-ისა და ცელულოზის ეთერიფიკაციის რეაქციისთვის ყველაზე შესაფერისი რეაქციის ტემპერატურაა 80℃.

3.3.3 რეაქციის დროის გავლენა პროდუქტის წყლის შემამცირებელ მაჩვენებელზე

რეაქციის დრო იყოფა ნედლეულის ოთახის ტემპერატურაზე გააქტიურების დროდ და პროდუქტების მუდმივი ტემპერატურის სინთეზის დროდ.

(1) ნედლეულის ოთახის ტემპერატურის გააქტიურების დრო

ზემოთ მოცემული ოპტიმალური პროცესის პირობებში (MCC პოლიმერიზაციის ხარისხი 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2.1:2.2, სუსპენზიის აგენტია იზოპროპანოლი, სინთეზის რეაქციის ტემპერატურა 80°C, პროდუქტი მუდმივი ტემპერატურის სინთეზის დრო 5 სთ), გამოიკვლიეთ ოთახის ტემპერატურის აქტივაციის დროის გავლენა პროდუქტის ბუტანსულფონის მჟავა ჯგუფის ჩანაცვლების ხარისხზე.

ჩანს, რომ SBC პროდუქტის ბუტანსულფონის მჟავას ჯგუფის ჩანაცვლების ხარისხი ჯერ იზრდება და შემდეგ მცირდება აქტივაციის დროის გახანგრძლივებასთან ერთად. ანალიზის მიზეზი შეიძლება იყოს ის, რომ NaOH მოქმედების დროის ზრდასთან ერთად, ცელულოზის დაშლა სერიოზულია. ცელულოზის მოლეკულური წონის შემცირება მცირე მოლეკულური შაქრის წარმოსაქმნელად. ასეთი მცირე მოლეკულების რეაქცია ეთერიფიკატორებთან შედარებით მარტივია და მეტი ეთერიფიკატორის მოხმარება მოხდება, რაც გავლენას მოახდენს პროდუქტის ჩანაცვლების ხარისხზე. ამიტომ, ნაშრომში განიხილება, რომ ნედლეულის ოთახის ტემპერატურაზე აქტივაციის დრო 2 საათია.

(2) პროდუქტის სინთეზის დრო

ზემოთ მოცემული ოპტიმალური პროცესის პირობებში, გამოკვლეული იქნა ოთახის ტემპერატურაზე აქტივაციის დროის გავლენა პროდუქტის ბუტანსულფონის მჟავას ჯგუფის ჩანაცვლების ხარისხზე. ჩანს, რომ რეაქციის დროის გახანგრძლივებასთან ერთად, ჩანაცვლების ხარისხი თავდაპირველად იზრდება, მაგრამ როდესაც რეაქციის დრო 5 საათს აღწევს, DS კლების ტენდენციას აჩვენებს. ეს დაკავშირებულია ცელულოზის ეთერიფიკაციის რეაქციაში არსებულ თავისუფალ ფუძესთან. უფრო მაღალ ტემპერატურაზე, რეაქციის დროის გახანგრძლივება იწვევს ცელულოზის ტუტე ჰიდროლიზის ხარისხის ზრდას, ცელულოზის მოლეკულური ჯაჭვის შემოკლებას, პროდუქტის მოლეკულური წონის შემცირებას და გვერდითი რეაქციების ზრდას, რაც იწვევს ჩანაცვლების ხარისხის შემცირებას. ამ ექსპერიმენტში, სინთეზის იდეალური დროა 5 საათი.

3.3.4 სუსპენზიის ტიპის გავლენა პროდუქტის წყლის შემამცირებელ მახასიათებლებზე

ოპტიმალური პროცესის პირობებში (MCC პოლიმერიზაციის ხარისხი 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2.1:2.2, ნედლეულის გააქტიურების დრო ოთახის ტემპერატურაზე 2 საათია, პროდუქტების სინთეზის დრო მუდმივი ტემპერატურის პირობებში 5 საათია, ხოლო სინთეზის რეაქციის ტემპერატურა 80 ℃), სუსპენზიის აგენტებად შესაბამისად აირჩიეთ იზოპროპანოლი, ეთანოლი, n-ბუტანოლი, ეთილის აცეტატი და ნავთობის ეთერი და განიხილეთ მათი გავლენა პროდუქტის წყლის შემამცირებელ მახასიათებლებზე.

ცხადია, ამ ეთერიფიკაციის რეაქციაში სუსპენზიის სახით შეიძლება გამოყენებულ იქნას იზოპროპანოლი, n-ბუტანოლი და ეთილაცეტატი. სუსპენზიის როლი, რეაგენტების გაფანტვის გარდა, რეაქციის ტემპერატურის კონტროლია. იზოპროპანოლის დუღილის წერტილია 82.3°C, ამიტომ იზოპროპანოლი გამოიყენება სუსპენზიის სახით, სისტემის ტემპერატურის კონტროლი შესაძლებელია ოპტიმალურ რეაქციის ტემპერატურასთან ახლოს, ხოლო პროდუქტში ბუტანსულფონის მჟავას ჯგუფების ჩანაცვლების ხარისხი და ნაღმტყორცნის სითხე შედარებით მაღალია; მიუხედავად იმისა, რომ ეთანოლის დუღილის წერტილი ძალიან მაღალია, რეაქციის ტემპერატურა არ აკმაყოფილებს მოთხოვნებს, პროდუქტში ბუტანსულფონის მჟავას ჯგუფების ჩანაცვლების ხარისხი და ნაღმტყორცნის სითხე დაბალია; რეაქციაში შეიძლება მონაწილეობდეს ნავთობის ეთერი, ამიტომ დისპერსიული პროდუქტის მიღება შეუძლებელია.

4 დასკვნა

(1) ბამბის პულპის გამოყენება, როგორც საწყისი ნედლეული,მიკროკრისტალური ცელულოზა (MCC)მომზადდა შესაბამისი ხარისხის პოლიმერიზაციის მქონე პროდუქტი, გააქტიურდა NaOH-ით და რეაქციაში შევიდა 1,4-ბუტან სულტონთან წყალში ხსნადი ბუტილსულფონმჟავას ცელულოზის ეთერის, ანუ ცელულოზაზე დაფუძნებული წყლის აღმდგენის მისაღებად. დახასიათდა პროდუქტის სტრუქტურა და აღმოჩნდა, რომ ცელულოზის ეთერიფიკაციის რეაქციის შემდეგ, მის მოლეკულურ ჯაჭვზე იყო სულფონმჟავას ჯგუფები, რომლებიც ამორფულ სტრუქტურად გარდაიქმნა და წყალში აღმდგენი პროდუქტი კარგად ხსნადი იყო წყალში;

(2) ექსპერიმენტებით დადგინდა, რომ როდესაც მიკროკრისტალური ცელულოზის პოლიმერიზაციის ხარისხი 45-ია, მიღებული პროდუქტის წყლის შემამცირებელი მახასიათებლები საუკეთესოა; იმ პირობით, რომ ნედლეულის პოლიმერიზაციის ხარისხი განისაზღვრება, რეაქტანტების თანაფარდობაა n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2.1:2.2, ნედლეულის გააქტიურების დრო ოთახის ტემპერატურაზე არის 2 საათი, პროდუქტის სინთეზის ტემპერატურაა 80°C, ხოლო სინთეზის დრო 5 საათი. წყლის მახასიათებლები ოპტიმალურია.