Synthese a Charakteriséierung vu Butansulfonat-Celluloseether-Waasserreduktor

Mikrokristallin Zellulose (MCC) mat engem bestëmmte Polymerisatiounsgrad, déi duerch sauer Hydrolyse vu Cellulose-Baumwollmasse kritt gouf, gouf als Rohmaterial benotzt. Ënner der Aktivéierung vun Natriumhydroxid gouf se mat 1,4-Butansulfon (BS) reagéiert fir e Waasserreduzéierer aus Cellulosebutylsulfonat (SBC) mat gudder Waasserléislechkeet z'entwéckelen. D'Produktstruktur gouf duerch Infraroutspektroskopie (FT-IR), Kärmagnetresonanzspektroskopie (NMR), Rasterelektronemikroskopie (SEM), Röntgendiffraktioun (XRD) an aner analytesch Methoden charakteriséiert, an de Polymerisatiounsgrad, de Rohmaterialverhältnis an d'Reaktioun vum MCC goufen ënnersicht. Auswierkunge vu synthetesche Prozessbedingungen wéi Temperatur, Reaktiounszäit an Aart vum Suspensionsmëttel op d'Waasserreduzéierungsleistung vum Produkt. D'Resultater weisen datt: wann de Polymerisatiounsgrad vum Réimaterial MCC 45 ass, ass de Masseverhältnis vun de Reaktanten: AGU (Celluloseglukosid-Eenheet): n (NaOH): n (BS) = 1,0: 2,1: 2,2, Den Suspensionsmëttel ass Isopropanol, d'Aktivéierungszäit vum Réimaterial bei Raumtemperatur 2 Stonnen ass, an d'Synthesezäit vum Produkt 5 Stonnen ass. Wann d'Temperatur 80°C ass, huet dat kritt Produkt den héchste Substitutiounsgrad vu Butansulfonsäuregruppen, an d'Produkt huet déi bescht Waasserreduzéierungsleistung.

Schlësselwierder:Cellulose; Cellulosebutylsulfonat; Waasserreduzéierungsmëttel; Waasserreduzéierungsleistung

1、Aféierung

Beton-Superplastifizéierer ass ee vun den onverzichtbaren Komponenten vum moderne Beton. Et ass genee wéinst dem Optriede vu Waasserreduktiounsmëttel, datt déi héich Veraarbechtbarkeet, gutt Haltbarkeet a souguer héich Festigkeit vum Beton garantéiert kënne ginn. Déi aktuell wäit verbreet héicheffizient Waasserreduktiounsmëttel enthalen haaptsächlech déi folgend Kategorien: Naphthalin-baséiert Waasserreduktiounsmëttel (SNF), sulfonéiert Melaminharz-baséiert Waasserreduktiounsmëttel (SMF), Sulfamat-baséiert Waasserreduktiounsmëttel (ASP), modifizéiert Lignosulfonat-Superplastifizéierer (ML) a Polycarboxylat-Superplastifizéierer (PC), iwwer déi de Moment méi aktiv erfuerscht gëtt. Bei der Analyse vum Syntheseprozess vu Waasserreduktiounsmëttel hu sech erausgestallt, datt déi meescht vun de fréiere traditionelle Kondensatwasserreduktiounsmëttel Formaldehyd mat engem staarke schaarfe Geroch als Rohmaterial fir d'Polykondensatiounsreaktioun benotzen, an de Sulfonatiounsprozess gëtt allgemeng mat héich korrosiver, dampender Schwefelsäure oder konzentréierter Schwefelsäure duerchgefouert. Dëst wäert zwangsleefeg negativ Auswierkungen op d'Aarbechter an d'Ëmwelt hunn, a wäert och eng grouss Quantitéit un Offallreschter a Flëssegkeet generéieren, wat net fir eng nohalteg Entwécklung förderlech ass; Obwuel Polycarboxylat-Waasserreduzéierer d'Virdeeler vun engem klenge Betonverloscht mat der Zäit, enger gerénger Doséierung a guddem Floss hunn, ass et awer schwéier, se a China wéinst dem héije Präis ze promoten. Aus der Analyse vun der Quell vun de Réistoffer ass et net schwéier festzestellen, datt déi meescht vun den uewe genannten Waasserreduzéierer op Basis vu petrochemesche Produkter/Nebenprodukter synthetiséiert ginn, während Pëtrol, als net erneierbar Ressource, ëmmer méi rar gëtt a säi Präis stänneg klëmmt. Dofir ass d'Fuerschungsrichtung fir Beton-Superplastizéierer fir bëlleg an iwwerflësseg natierlech erneierbar Ressourcen als Réistoffer fir d'Entwécklung vun neien héichperformante Beton-Superplastizéierer zu enger wichteger Fuerschungsrichtung fir Beton-Superplastizéierer ginn.

Cellulose ass e lineart Makromolekül, dat duerch d'Verbindung vu ville D-Glucopyranose mat β-(1-4)-Glykosidbindunge geformt gëtt. Et ginn dräi Hydroxylgruppen op all Glucopyranosylring. Déi richteg Behandlung kann eng gewëssen Reaktivitéit erreechen. An dëser Aarbecht gouf Cellulose-Baumwollmasse als initialt Rohmaterial benotzt, an no der Säurehydrolyse fir mikrokristallin Cellulose mat engem passenden Polymerisatiounsgrad ze kréien, gouf se duerch Natriumhydroxid aktivéiert a mat 1,4-Butansulfon reagéiert fir Butylsulfonat-Säurecelluloseether-Superplastifizéierer ze preparéieren, an d'Aflossfaktoren vun all Reaktioun goufen diskutéiert.

2. Experimentéieren

2.1 Réistoffer

Cellulose-Baumwollmasse, Polymerisatiounsgrad 576, Xinjiang Aoyang Technology Co., Ltd.; 1,4-Butansulton (BS), Industriequalitéit, produzéiert vu Shanghai Jiachen Chemical Co., Ltd.; 52.5R gewéinleche Portlandzement, Urumqi Liwwerung vun der Zementfabréck; China ISO Standard Sand, produzéiert vu Xiamen Ace Ou Standard Sand Co., Ltd.; Natriumhydroxid, Salzsäure, Isopropanol, wasserfrei Methanol, Ethylacetat, n-Butanol, Petroleumether, etc., sinn all analytesch reng, kommerziell verfügbar.

2.2 Experimentell Method

Eng gewëssen Quantitéit Kottengpulp ofweegen a richteg zermalen, an eng Dräihalsfläsch ginn, eng gewëssen Konzentratioun vun verdënntem Salzsäure derbäiginn, fir eng gewëssen Zäit erhëtzen an hydrolyséieren, op Raumtemperatur ofkille loossen, filteren, mat Waasser wäschen bis et neutral ass, a bei 50°C vakuumdréchnen, fir dat ze kréien. Nodeems Dir mikrokristallin Cellulose-Rohmaterial mat verschiddene Polymerisatiounsgraden hutt, hire Polymerisatiounsgrad no der Literatur moossen, an eng Dräihals-Reaktiounsfläsch ginn, mat engem Suspendéierungsmëttel suspendéiert ginn, dat 10 Mol méi grouss ass wéi seng Mass, eng gewëssen Quantitéit Natriumhydroxid-wässerlech Léisung ënner Réieren derbäiginn, bei Raumtemperatur fir eng gewëssen Zäit réieren an aktivéieren, déi berechent Quantitéit vun 1,4-Butansulfon (BS) derbäiginn, op d'Reaktiounstemperatur erhëtzen, bei konstanter Temperatur fir eng gewëssen Zäit reagéieren, d'Produkt op Raumtemperatur ofkille loossen, an dat réi Produkt duerch Saugfiltratioun kréien. Dräimol mat Waasser a Methanol ofspullen, a mat Saugfilter filteren, fir dat fäerdegt Produkt ze kréien, nämlech Cellulosebutylsulfonat-Waasserreduzéierer (SBC).

2.3 Produktanalyse a Charakteriséierung

2.3.1 Bestëmmung vum Schwefelgehalt vum Produkt a Berechnung vum Substitutiounsgrad

Den Elementanalysator FLASHEA-PE2400 gouf benotzt fir eng Elementanalys vum gedréchenten Cellulose-Butylsulfonat-Waasserreduzéiererprodukt duerchzeféieren, fir de Schwefelgehalt ze bestëmmen.

2.3.2 Bestëmmung vun der Flëssegkeet vum Mörtel

Gemooss no 6.5 am GB8076-2008. Dat heescht, als éischt d'Waasser/Zement/Standardsand-Mëschung um NLD-3 Zementmörtelfluiditéitstester moossen, wann den Expansiounsduerchmiesser (180±2) mm ass. (Zement, de gemoossene Benchmarkwaasserverbrauch ass 230 g), an dann e Waasserreduzéierungsmëttel bäiginn, deem seng Mass 1% vun der Zementmass zum Waasser ass, laut Zement/Waasserreduzéierungsmëttel/Standardwaasser/Standardsand=450 g/4,5 g/230 g/. D'Verhältnes vun 1350 g gëtt an e JJ-5 Zementmörtelmixer geluecht a gläichméisseg geréiert, an den ausgedehnten Duerchmiesser vum Mörtel um Mörtelfluiditéitstester gëtt gemooss, wat d'gemoossene Mörtelfluiditéit ass.

2.3.3 Produktcharakteriséierung

D'Prouf gouf duerch FT-IR charakteriséiert mat Hëllef vum EQUINOX 55 Typ Fourier Transform Infraroutspektrometer vun der Bruker Company; den H-NMR-Spektrum vun der Prouf gouf mam INOVA ZAB-HS Plow supraleitenden Nuklearmagnetresonanzinstrument vun der Varian Company charakteriséiert; D'Morphologie vum Produkt gouf ënner engem Mikroskop observéiert; eng XRD-Analyse gouf op der Prouf mat Hëllef vun engem Röntgendiffraktometer vun der MAC Company M18XHF22-SRA duerchgefouert.

3. Resultater an Diskussioun

3.1 Charakteriséierungsresultater

3.1.1 Resultater vun der FT-IR-Charakteriséierung

Eng Infraroutanalyse gouf um Rohmaterial mikrokristallinen Zellulose mat engem Polymerisatiounsgrad Dp=45 an dem Produkt SBC, dat aus dësem Rohmaterial synthetiséiert gouf, duerchgefouert. Well d'Absorptiounspeaken vun SC an SH ganz schwaach sinn, si se net gëeegent fir d'Identifikatioun, während S=O e staarken Absorptiounspeak huet. Dofir kann et festgestallt ginn, ob et eng Sulfonsäuregrupp an der molekularer Struktur gëtt, andeems d'Existenz vum S=O-Peak bestätegt gëtt. Offensichtlech gëtt et am Zellulosespektrum e staarken Absorptiounspeak bei enger Wellenzuel vun 3344 cm-1, deen dem Hydroxyl-Streckvibratiounspeak an der Zellulose zougeschriwwe gëtt; de méi staarken Absorptiounspeak bei enger Wellenzuel vun 2923 cm-1 ass de Streckvibratiounspeak vu Methylen (-CH2). Vibratiounspeak; d'Serie vu Bänner, déi aus 1031, 1051, 1114 an 1165 cm-1 zesummegesat sinn, reflektéieren den Absorptiounspeak vun der Hydroxyl-Streckvibratioun an den Absorptiounspeak vun der Etherbindungs- (COC)-Biegungsvibratioun; D'Wellenzuel 1646cm-1 reflektéiert den Waasserstoff, deen duerch Hydroxyl a fräit Waasser geformt gëtt. De Bindungsabsorptiounspeak; d'Band vun 1432~1318cm-1 reflektéiert d'Existenz vun enger Cellulosekristallstruktur. Am IR-Spektrum vun SBC schwächt d'Intensitéit vun der Band 1432~1318cm-1; während d'Intensitéit vum Absorptiounspeak bei 1653 cm-1 eropgeet, wat drop hiweist, datt d'Fäegkeet fir Waasserstoffbindungen ze bilden gestäerkt gëtt; 1040, 605cm-1 erschéngen méi staark Absorptiounspeaken, an dës zwee ginn net am Infraroutspektrum vun der Cellulose reflektéiert, déi éischt ass de charakteristeschen Absorptiounspeak vun der S=O-Bindung, an déi zweet ass de charakteristeschen Absorptiounspeak vun der SO-Bindung. Baséierend op der uewe genannter Analyse kann een erkennen, datt no der Veretherungsreaktioun vun der Cellulose Sulfonsäuregruppen an hirer Molekülkette sinn.

3.1.2 H NMR Charakteriséierungsresultater

Den H-NMR-Spektrum vu Cellulosebutylsulfonat kann een gesinn: bannent γ=1,74~2,92 ass d'chemesch Verschiebung vum Waasserstoffproton vu Cyclobutyl, an bannent γ=3,33~4,52 ass d'Celluloseanhydroglukose-Eenheet. Déi chemesch Verschiebung vum Sauerstoffproton a γ=4,52~6 ass déi chemesch Verschiebung vum Methylenproton an der Butylsulfonsäuregrupp, déi mam Sauerstoff verbonnen ass, an et gëtt kee Peak bei γ=6~7, wat drop hiweist, datt d'Produkt net ass. Aner Protonen existéieren.

3.1.3 SEM-Charakteriséierungsresultater

SEM-Observatioun vu Cellulose-Baumwollmasse, mikrokristalliner Cellulose a Cellulose-Butylsulfonat als Produkt. Duerch d'Analyse vun den SEM-Analyseresultater vu Cellulose-Baumwollmasse, mikrokristalliner Cellulose a Cellulose-Butansulfonat (SBC) als Produkt gouf festgestallt, datt déi mikrokristallin Cellulose, déi no der Hydrolyse mat HCL kritt gëtt, d'Struktur vun de Cellulosefaseren däitlech verännere kann. Déi fasereg Struktur gouf zerstéiert, a fein agglomeréiert Cellulosepartikel goufen kritt. Den SBC, deen duerch weider Reaktioun mat BS kritt gouf, hat keng fasereg Struktur a gouf grondsätzlech an eng amorph Struktur transforméiert, wat fir seng Opléisung a Waasser virdeelhaft war.

3.1.4 Resultater vun der XRD-Charakteriséierung

D'Kristallinitéit vu Cellulose an hiren Derivater bezitt sech op de Prozentsaz vun der kristalliner Regioun, déi vun der Zellulose-Eenheetsstruktur am Ganzen geformt gëtt. Wann Cellulose an hir Derivater enger chemescher Reaktioun ënnerleien, ginn d'Waasserstoffbindungen am Molekül an tëscht de Molekülen zerstéiert, an déi kristallin Regioun gëtt eng amorph Regioun, wouduerch d'Kristallinitéit reduzéiert gëtt. Dofir ass d'Ännerung vun der Kristallinitéit virun an no der Reaktioun e Mooss fir d'Zellulose. Ee vun de Critèren fir un der Äntwert deelzehuelen oder net. Eng XRD-Analyse gouf op mikrokristalliner Cellulose an dem Produkt Cellulosebutansulfonat duerchgefouert. Am Verglach kann een erkennen, datt sech no der Veretherung d'Kristallinitéit fundamental ännert, an d'Produkt sech komplett an eng amorph Struktur transforméiert huet, sou datt et a Waasser opgeléist ka ginn.

3.2 Den Afloss vum Polymerisatiounsgrad vu Réistoffer op d'Waasserreduktiounsleistung vum Produkt

D'Flëssegkeet vum Mörtel reflektéiert direkt d'Waasserreduktiounsleistung vum Produkt, an de Schwefelgehalt vum Produkt ass ee vun de wichtegste Faktoren, déi d'Flëssegkeet vum Mörtel beaflossen. D'Flëssegkeet vum Mörtel moosst d'Waasserreduktiounsleistung vum Produkt.

Nodeems d'Konditioune vun der Hydrolysereaktioun geännert goufen, fir MCC mat verschiddene Polymerisatiounsgraden ze preparéieren, gëtt no der uewe genannter Method e bestëmmte Syntheseprozess fir d'Preparatioun vu SBC-Produkter ausgewielt, de Schwefelgehalt gemooss fir de Produktsubstitutiounsgrad ze berechnen, an d'SBC-Produkter an d'Waasser/Zement/Standard-Sand-Mëschsystem bäigefüügt. D'Flëssegkeet vum Mörtel gemooss.

Aus den experimentellen Resultater kann een erkennen, datt am Fuerschungsberäich, wann de Polymerisatiounsgrad vum mikrokristalline Cellulose-Rohmaterial héich ass, de Schwefelgehalt (Substitutiounsgrad) vum Produkt an d'Flëssegkeet vum Mörtel niddreg sinn. Dëst läit dorun, datt: d'Molekulargewiicht vum Rohmaterial kleng ass, wat zu enger gläichméisseger Mëschung vum Rohmaterial an der Penetratioun vum Veretherungsmëttel bäidréit, wouduerch de Grad vun der Veretherung vum Produkt verbessert gëtt. D'Waasserreduktiounsquote vum Produkt klëmmt awer net riicht mat der Ofsenkung vum Polymerisatiounsgrad vun de Rohmaterialien. Déi experimentell Resultater weisen, datt d'Mörtelflëssegkeet vum Zementmörtelmëschung mat SBC gemëscht, déi mat mikrokristalliner Cellulose mat engem Polymerisatiounsgrad Dp<96 (Molekulargewiicht<15552) preparéiert gouf, méi grouss wéi 180 mm ass (wat méi grouss ass wéi ouni Waasserreduzéierer). Dëst weist drop hin, datt SBC mat Cellulose mat engem Molekulargewiicht vu manner wéi 15552 preparéiert ka ginn, an eng gewësse Waasserreduzéierungsquote erreecht ka ginn; SBC gëtt mat Hëllef vu mikrokristalliner Zellulose mat engem Polymerisatiounsgrad vu 45 (Molekulargewiicht: 7290) hiergestallt, an an d'Betonmëschung bäigefüügt, ass déi gemoossene Flëssegkeet vum Mörtel am gréissten, dofir gëtt ugeholl, datt d'Zellulose mat engem Polymerisatiounsgrad vu ronn 45 am beschte fir d'Virbereedung vun SBC gëeegent ass; wann de Polymerisatiounsgrad vun de Réimaterialien méi grouss wéi 45 ass, hëlt d'Flëssegkeet vum Mörtel graduell of, wat bedeit, datt d'Waasserreduktiounsquote erofgeet. Dëst ass well wann d'Molekulargewiicht grouss ass, op der enger Säit d'Viskositéit vum Mëschungssystem eropgeet, d'Dispersiounsuniformitéit vum Zement verschlechtert gëtt, an d'Dispersioun am Beton lues ass, wat den Dispersiounseffekt beaflosst; op der anerer Säit, wann d'Molekulargewiicht grouss ass, sinn d'Makromolekülle vum Superplastifizéierer an enger zoufälleger Spiralkonformatioun, déi relativ schwéier op der Uewerfläch vun den Zementpartikelen ze adsorbéieren ass. Mee wann de Polymerisatiounsgrad vum Réimaterial manner wéi 45 ass, obwuel de Schwefelgehalt (Substitutiounsgrad) vum Produkt relativ grouss ass, fänkt d'Flëssegkeet vun der Mörtelmëschung och un ze falen, awer den Ofsenkung ass ganz kleng. De Grond ass, datt wann d'Molekulargewiicht vum Waasserreduzéiermëttel kleng ass, obwuel d'Molekulardiffusioun einfach ass an eng gutt Benetzbarkeet huet, d'Adsorptiounsschnellheet vum Molekül méi grouss ass wéi déi vum Molekül, an d'Waassertransportkette ganz kuerz ass, an d'Reibung tëscht de Partikelen grouss ass, wat schiedlech fir de Beton ass. Den Dispersiounseffekt ass net sou gutt wéi dee vum Waasserreduzéiermëttel mat engem méi grousse Molekulargewiicht. Dofir ass et ganz wichteg, d'Molekulargewiicht vun der Pigface (Cellulosesegment) richteg ze kontrolléieren, fir d'Leeschtung vum Waasserreduzéiermëttel ze verbesseren.

3.3 Den Afloss vun de Reaktiounsbedingungen op d'Waasserreduktiounsleistung vum Produkt

Duerch Experimenter gouf festgestallt, datt nieft dem Polymerisatiounsgrad vum MCC, och de Verhältnis vun de Reaktanten, d'Reaktiounstemperatur, d'Aktivéierung vun de Rohmaterialien, d'Produktsynthesezäit an d'Aart vum Suspensionsmëttel d'Waasserreduzéierungsleistung vum Produkt beaflossen.

3.3.1 Reaktantverhältnis

(1) D'Doséierung vu BS

Ënner de Konditiounen, déi duerch aner Prozessparameter bestëmmt ginn (de Polymerisatiounsgrad vum MCC ass 45, n(MCC):n(NaOH)=1:2,1, d'Suspendéierungsmëttel ass Isopropanol, d'Aktivéierungszäit vun der Cellulose bei Raumtemperatur ass 2 Stonnen, d'Synthesetemperatur ass 80°C an d'Synthesezäit 5 Stonnen), fir den Effekt vun der Quantitéit vum Veretherungsmëttel 1,4-Butansulfon (BS) op de Substitutiounsgrad vu Butansulfonsäuregruppen vum Produkt an d'Flëssegkeet vum Mörtel z'ënnersichen.

Et ass ze gesinn, datt mat der Quantitéit u BS, de Grad vun der Substitutioun vun de Butansulfonsäuregruppen an d'Flëssegkeet vum Mörtel däitlech eropgoen. Wann d'Verhältnes vu BS zu MCC 2,2:1 erreecht, erreecht d'Flëssegkeet vum DS an dem Mörtel hire Maximumwäert. Et gëtt ugeholl, datt d'Waasserreduktiounsleistung zu dësem Zäitpunkt am beschten ass. De BS-Wäert ass weider eropgaang, an souwuel de Grad vun der Substitutioun wéi och d'Flëssegkeet vum Mörtel hunn ugefaang erofzegoen. Dëst ass well wann de BS ze héich ass, reagéiert de BS mat NaOH fir HO-(CH2)4SO3Na ze generéieren. Dofir wielt dës Aarbecht dat optimalt Materialverhältnes vu BS zu MCC op 2,2:1.

(2) D'Doséierung vun NaOH

Ënner de Konditiounen, déi duerch aner Prozessparameter bestëmmt ginn (de Polymerisatiounsgrad vum MCC ass 45, n(BS):n(MCC)=2,2:1. Den Suspensionsmëttel ass Isopropanol, d'Aktivéierungszäit vun der Cellulose bei Raumtemperatur ass 2 Stonnen, d'Synthesetemperatur ass 80°C an d'Synthesezäit 5 Stonnen), fir den Effekt vun der Quantitéit un Natriumhydroxid op de Substitutiounsgrad vu Butansulfonsäuregruppen am Produkt an d'Flëssegkeet vum Mörtel z'ënnersichen.

Et ass ze gesinn, datt mat der Erhéijung vun der Reduktiounsquantitéit de Substitutiounsgrad vun SBC séier eropgeet, an ufänkt ofzehuelen, nodeems deen héchste Wäert erreecht gouf. Dëst läit dorun, datt wann den NaOH-Gehalt héich ass, ze vill fräi Basen am System sinn, an d'Wahrscheinlechkeet vun Niewereaktiounen eropgeet, wat dozou féiert, datt méi Veretherungsagenten (BS) un den Niewereaktiounen deelhuelen, wouduerch de Substitutiounsgrad vu Sulfonsäuregruppen am Produkt reduzéiert gëtt. Bei enger méi héijer Temperatur wäert d'Präsenz vun ze vill NaOH och d'Zellulose ofbauen, an d'Waasserreduzéierungsleistung vum Produkt gëtt bei engem méi niddrege Polymerisatiounsgrad beaflosst. No den experimentellen Resultater ass de Substitutiounsgrad am gréissten, wann de molare Verhältnis vun NaOH zu MCC ongeféier 2,1 ass, dofir bestëmmt dës Aarbecht, datt de molare Verhältnis vun NaOH zu MCC 2,1:1,0 ass.

3.3.2 Afloss vun der Reaktiounstemperatur op d'Waasserreduktiounsleistung vum Produkt

Ënner de Konditiounen, déi duerch aner Prozessparameter bestëmmt goufen (de Polymerisatiounsgrad vum MCC ass 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2,1:2,2, den Suspensionsmëttel ass Isopropanol, an d'Aktivéierungszäit vun der Cellulose bei Raumtemperatur ass 2 Stonnen, Zäit 5 Stonnen), gouf den Afloss vun der Synthesereaktiounstemperatur op de Substitutiounsgrad vu Butansulfonsäuregruppen am Produkt ënnersicht.

Et ass ze gesinn, datt mat der Erhéijung vun der Reaktiounstemperatur den Substitutiounsgrad vun der Sulfonsäure (DS) vum SBC graduell eropgeet, awer wann d'Reaktiounstemperatur iwwer 80 °C geet, weist den DS en no ënnen Trend. D'Veräterungsreaktioun tëscht 1,4-Butansulfon a Cellulose ass eng endotherm Reaktioun, an d'Erhéijung vun der Reaktiounstemperatur ass virdeelhaft fir d'Reaktioun tëscht dem Veräterungsmëttel an der Cellulosehydroxylgrupp, awer mat der Erhéijung vun der Temperatur klëmmt den Effekt vun NaOH a Cellulose graduell. En gëtt staark, wouduerch d'Cellulose ofgebaut a fällt of, wat zu enger Ofsenkung vum Molekulargewiicht vun der Cellulose an der Bildung vu klenge molekulare Zocker féiert. D'Reaktioun vun esou klenge Molekülle mat Veräterungsmëttel ass relativ einfach, a méi Veräterungsmëttel ginn verbraucht, wat de Substitutiounsgrad vum Produkt beaflosst. Dofir gëtt an dëser Aarbecht dovun ausgaangen, datt déi gëeegentst Reaktiounstemperatur fir d'Veräterungsreaktioun vu BS a Cellulose 80 ℃ ass.

3.3.3 Afloss vun der Reaktiounszäit op d'Waasserreduktiounsleistung vum Produkt

D'Reaktiounszäit gëtt opgedeelt an d'Aktivéierung vu Réistoffer bei Raumtemperatur an d'Synthesezäit vu Produkter bei konstanter Temperatur.

(1) Aktivéierungszäit vu Réistoffer bei Raumtemperatur

Ënner den uewe genannten optimale Prozessbedingungen (MCC-Polymerisatiounsgrad ass 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2,1:2,2, Suspensionsmëttel ass Isopropanol, Synthesereaktiounstemperatur ass 80°C, d'Synthesezäit vum Produkt bei konstanter Temperatur ass 5 Stonnen), gëtt den Afloss vun der Aktivéierungszäit bei Raumtemperatur op de Substitutiounsgrad vun der Butansulfonsäuregrupp vum Produkt ënnersicht.

Et ass ze gesinn, datt de Grad vun der Substitutioun vun der Butansulfonsäuregrupp vum Produkt SBC als éischt eropgeet an dann erofgeet mat der Verlängerung vun der Aktivéierungszäit. De Grond fir d'Analyse kéint sinn, datt mat der Erhéijung vun der NaOH-Wierkungszäit den Ofbau vun der Cellulose eescht ass. Reduzéiert d'Molekulargewiicht vun der Cellulose fir kleng molekulare Zocker ze generéieren. D'Reaktioun vun esou klenge Moleküle mat Veretherungsmëttel ass relativ einfach, a méi Veretherungsmëttel ginn verbraucht, wat de Grad vun der Substitutioun vum Produkt beaflosst. Dofir gëtt an dëser Aarbecht dovun ausgaangen, datt d'Aktivéierungszäit vu Rohmaterialien bei Raumtemperatur 2 Stonnen ass.

(2) Produktsynthesezäit

Ënner den uewe genannten optimale Prozessbedingungen gouf den Effekt vun der Aktivéierungszäit bei Raumtemperatur op de Substitutiounsgrad vun der Butansulfonsäuregrupp vum Produkt ënnersicht. Et ass ze gesinn, datt mat der Verlängerung vun der Reaktiounszäit de Substitutiounsgrad fir d'éischt eropgeet, awer wann d'Reaktiounszäit 5 Stonnen erreecht, weist den DS en no ënnen Trend. Dëst hänkt mat der fräier Base zesummen, déi an der Veretherungsreaktioun vun der Cellulose präsent ass. Bei méi héijen Temperaturen féiert d'Verlängerung vun der Reaktiounszäit zu enger Erhéijung vum Grad vun der Alkalihydrolyse vun der Cellulose, enger Verkierzung vun der Cellulosemolekülkette, enger Ofsenkung vum Molekulargewiicht vum Produkt an enger Erhéijung vun den Niewereaktiounen, wat zu enger Ofsenkung vum Substitutiounsgrad féiert. An dësem Experiment ass déi ideal Synthesezäit 5 Stonnen.

3.3.4 Den Afloss vun der Aart vum Suspensionsmëttel op d'Waasserreduktiounsleistung vum Produkt

Ënner den optimale Prozessbedingungen (MCC-Polymerisatiounsgrad ass 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2,1:2,2, d'Aktivéierungszäit vun de Réistoffer bei Raumtemperatur ass 2 Stonnen, d'Synthesezäit vun de Produkter mat konstanter Temperatur ass 5 Stonnen, an d'Synthesereaktiounstemperatur 80 ℃), wielt respektiv Isopropanol, Ethanol, n-Butanol, Ethylacetat a Petroleumether als Suspensionsmëttel, a diskutéiert hiren Afloss op d'Waasserreduzéierungsleistung vum Produkt.

Natierlech kënnen Isopropanol, n-Butanol an Ethylacetat all als Suspendéierungsmëttel an dëser Veretherungsreaktioun benotzt ginn. D'Roll vum Suspendéierungsmëttel, nieft der Dispergéierung vun den Reaktanten, kann d'Reaktiounstemperatur kontrolléieren. De Kachpunkt vun Isopropanol ass 82,3°C, dofir gëtt Isopropanol als Suspendéierungsmëttel benotzt, d'Temperatur vum System kann no bei der optimaler Reaktiounstemperatur kontrolléiert ginn, an de Grad vun der Substitutioun vu Butansulfonsäuregruppen am Produkt an d'Flëssegkeet vum Mörtel si relativ héich; wärend de Kachpunkt vun Ethanol ze héich ass (niddreg), entsprécht d'Reaktiounstemperatur net den Ufuerderungen, de Grad vun der Substitutioun vu Butansulfonsäuregruppen am Produkt an d'Flëssegkeet vum Mörtel si niddreg; Petroleumäther kann un der Reaktioun deelhuelen, sou datt kee dispergéiert Produkt kritt ka ginn.

4 Conclusioun

(1) Baumwollmasse als ursprénglecht Rohmaterial benotzen,mikrokristallin Zellulose (MCC)mat engem passenden Polymerisatiounsgrad gouf preparéiert, duerch NaOH aktivéiert a mat 1,4-Butansulfon reagéiert fir waasserléislech Butylsulfonsäure Celluloseether, dat heescht e Waasserreduzéierer op Cellulosebasis, ze preparéieren. D'Struktur vum Produkt gouf charakteriséiert, an et gouf festgestallt, datt no der Veretherungsreaktioun vun der Cellulose Sulfonsäuregruppen op senger Molekülkette waren, déi sech an eng amorph Struktur transforméiert haten, an de Waasserreduzéiererprodukt hat eng gutt Waasserléislechkeet;

(2) Duerch Experimenter gouf festgestallt, datt wann de Polymerisatiounsgrad vun der mikrokristalliner Cellulose 45 ass, d'Waasserreduktiounsleistung vum kritt Produkt am beschten ass; ënner der Bedingung, datt de Polymerisatiounsgrad vun de Réistoffer bestëmmt gëtt, ass de Verhältnis vun de Reaktanten n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2,1:2,2, d'Aktivéierungszäit vun de Réistoffer bei Raumtemperatur ass 2 Stonnen, d'Produktsynthesetemperatur ass 80°C an d'Synthesezäit ass 5 Stonnen. D'Waasserleistung ass optimal.