การสังเคราะห์และลักษณะเฉพาะของสารลดน้ำบิวเทนซัลโฟเนตเซลลูโลสอีเธอร์

เซลลูโลสไมโครคริสตัลลีน (MCC) ที่มีระดับพอลิเมอไรเซชันที่แน่นอนที่ได้จากการไฮโดรไลซิสด้วยกรดของเยื่อฝ้ายเซลลูโลสถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบ ภายใต้การกระตุ้นของโซเดียมไฮดรอกไซด์ มันจะถูกทำปฏิกิริยากับ 1,4-บิวเทนซัลโตน (BS) เพื่อให้ได้สารลดน้ำเซลลูโลสบิวทิลซัลโฟเนต (SBC) ที่มีความสามารถในการละลายน้ำได้ดี ได้รับการพัฒนาโครงสร้างผลิตภัณฑ์โดยสเปกโตรสโคปีอินฟราเรด (FT-IR) สเปกโตรสโคปีเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) และวิธีการวิเคราะห์อื่นๆ และระดับพอลิเมอไรเซชัน อัตราส่วนของวัตถุดิบ และปฏิกิริยาของ MCC ได้รับการตรวจสอบผลกระทบของสภาวะกระบวนการสังเคราะห์ เช่น อุณหภูมิ เวลาปฏิกิริยา และประเภทของสารแขวนลอยต่อประสิทธิภาพการลดน้ำของผลิตภัณฑ์ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า: เมื่อระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันของวัตถุดิบ MCC อยู่ที่ 45 อัตราส่วนมวลของสารตั้งต้นคือ: AGU (หน่วยเซลลูโลสกลูโคไซด์): n (NaOH): n (BS) = 1.0: 2.1: 2.2 สารแขวนลอยคือไอโซโพรพานอล เวลาในการกระตุ้นของวัตถุดิบที่อุณหภูมิห้องคือ 2 ชั่วโมง และเวลาสังเคราะห์ของผลิตภัณฑ์คือ 5 ชั่วโมง เมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ 80°C ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีระดับการแทนที่กลุ่มกรดบิวเทนซัลโฟนิกสูงสุด และผลิตภัณฑ์มีประสิทธิภาพในการลดน้ำที่ดีที่สุด

คำสำคัญ:เซลลูโลส; เซลลูโลสบิวทิลซัลโฟเนต; ตัวลดน้ำ; ประสิทธิภาพในการลดน้ำ

1-การแนะนำ

สารลดน้ำคอนกรีตเป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้อย่างหนึ่งของคอนกรีตสมัยใหม่ เนื่องมาจากลักษณะของสารลดน้ำ จึงรับประกันได้ว่าคอนกรีตจะมีความสามารถในการทำงานสูง ทนทานดี และแม้แต่มีความแข็งแรงสูง สารลดน้ำประสิทธิภาพสูงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ได้แก่ สารลดน้ำที่ใช้แนฟทาลีน (SNF) สารลดน้ำที่ใช้เรซินเมลามีนซัลโฟเนต (SMF) สารลดน้ำที่ใช้ซัลเฟเมต (ASP) สารลดน้ำลิกโนซัลโฟเนตดัดแปลง (ML) และสารลดน้ำโพลีคาร์บอกซิเลต (PC) ซึ่งปัจจุบันมีการวิจัยอย่างเข้มข้นมากขึ้น จากการวิเคราะห์กระบวนการสังเคราะห์สารลดน้ำ สารลดน้ำคอนเดนเสทแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ใช้ฟอร์มาลดีไฮด์ที่มีกลิ่นฉุนแรงเป็นวัตถุดิบสำหรับปฏิกิริยาโพลีคอนเดนเซชัน และกระบวนการซัลโฟเนชันโดยทั่วไปจะดำเนินการด้วยกรดซัลฟิวริกที่กัดกร่อนสูงหรือกรดซัลฟิวริกเข้มข้น สิ่งนี้จะส่งผลเสียต่อคนงานและสิ่งแวดล้อมโดยรอบอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และยังจะก่อให้เกิดของเสียตกค้างและของเหลวเสียจำนวนมาก ซึ่งไม่เอื้อต่อการพัฒนาอย่างยั่งยืน อย่างไรก็ตาม แม้ว่าสารลดน้ำโพลีคาร์บอกซิเลตจะมีข้อดีคือสูญเสียคอนกรีตเพียงเล็กน้อยเมื่อเวลาผ่านไป ใช้ปริมาณน้อย ไหลได้ดี แต่ก็มีข้อดีคือมีความหนาแน่นสูงและไม่มีสารพิษ เช่น ฟอร์มาลดีไฮด์ แต่การส่งเสริมการขายในจีนทำได้ยากเนื่องจากราคาสูง จากการวิเคราะห์แหล่งที่มาของวัตถุดิบ พบว่าสารลดน้ำที่กล่าวถึงข้างต้นส่วนใหญ่สังเคราะห์ขึ้นจากผลิตภัณฑ์/ผลพลอยได้จากปิโตรเคมี ในขณะที่ปิโตรเลียมซึ่งเป็นทรัพยากรที่ไม่สามารถทดแทนได้นั้นหายากขึ้นเรื่อยๆ และมีราคาสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ดังนั้น วิธีการใช้ทรัพยากรธรรมชาติหมุนเวียนที่มีราคาถูกและอุดมสมบูรณ์เป็นวัตถุดิบในการพัฒนาสารลดน้ำคอนกรีตประสิทธิภาพสูงชนิดใหม่จึงกลายเป็นแนวทางการวิจัยที่สำคัญสำหรับสารลดน้ำคอนกรีตประสิทธิภาพสูง

เซลลูโลสเป็นโมเลกุลเชิงเส้นขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นจากการเชื่อม D-กลูโคไพรานอสจำนวนมากเข้ากับพันธะไกลโคซิดิก β-(1-4) วงแหวนกลูโคไพรานอซิลแต่ละวงมีกลุ่มไฮดรอกซิลสามกลุ่ม การบำบัดที่เหมาะสมสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาได้ในระดับหนึ่ง ในบทความนี้ เยื่อฝ้ายเซลลูโลสถูกใช้เป็นวัตถุดิบเริ่มต้น และหลังจากการไฮโดรไลซิสด้วยกรดเพื่อให้ได้เซลลูโลสไมโครคริสตัลไลน์ที่มีระดับพอลิเมอไรเซชันที่เหมาะสม เซลลูโลสจะถูกกระตุ้นด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์และทำปฏิกิริยากับ 1,4-บิวเทนซัลโทนเพื่อเตรียมบิวทิลซัลโฟเนต เซลลูโลสกรดอีเธอร์สารลดน้ำพิเศษ และมีการหารือถึงปัจจัยที่มีอิทธิพลของปฏิกิริยาแต่ละอย่าง

2. การทดลอง

2.1 วัตถุดิบ

เยื่อฝ้ายเซลลูโลส ระดับการเกิดพอลิเมอร์ 576 บริษัท Xinjiang Aoyang Technology Co., Ltd.; 1,4-butane sultone (BS) เกรดอุตสาหกรรม ผลิตโดย Shanghai Jiachen Chemical Co., Ltd.; ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ธรรมดา 52.5R เมืองอุรุมชี จัดหาโดยโรงงานปูนซีเมนต์; ทรายมาตรฐาน ISO ของจีน ผลิตโดย Xiamen Ace Ou Standard Sand Co., Ltd.; โซเดียมไฮดรอกไซด์ กรดไฮโดรคลอริก ไอโซโพรพานอล เมทานอลไร้น้ำ เอทิลอะซิเตท n-butanol ปิโตรเลียมอีเธอร์ ฯลฯ ทั้งหมดเป็นสารบริสุทธิ์สำหรับวิเคราะห์ มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์

2.2 วิธีการทดลอง

ชั่งเยื่อฝ้ายในปริมาณที่กำหนดและบดให้ละเอียด ใส่ในขวดสามคอ เติมกรดไฮโดรคลอริกเจือจางในความเข้มข้นที่กำหนด คนให้ร้อนและไฮโดรไลซ์เป็นเวลาช่วงระยะเวลาหนึ่ง แล้วทำให้เย็นลงที่อุณหภูมิห้อง กรอง ล้างด้วยน้ำจนเป็นกลาง แล้วดูดแห้งที่อุณหภูมิ 50°C เพื่อให้ได้ หลังจากที่มีวัตถุดิบเซลลูโลสไมโครคริสตัลไลน์ที่มีระดับพอลิเมอไรเซชันต่างกันแล้ว ให้วัดระดับพอลิเมอไรเซชันตามเอกสารประกอบ แล้วใส่ในขวดปฏิกิริยาสามคอ แขวนลอยด้วยสารแขวนลอยที่มีมวล 10 เท่าของมวลเดิม เติมโซเดียมไฮดรอกไซด์สารละลายน้ำในปริมาณที่กำหนดขณะกวน คนและกระตุ้นที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลาช่วงระยะเวลาหนึ่ง เติม 1,4-บิวเทนซัลโตน (BS) ในปริมาณที่คำนวณได้ ให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิปฏิกิริยา ทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิคงที่เป็นเวลาช่วงระยะเวลาหนึ่ง ทำให้ผลิตภัณฑ์เย็นลงที่อุณหภูมิห้อง แล้วได้ผลิตภัณฑ์ดิบโดยการกรองแบบดูด ล้างด้วยน้ำและเมทานอล 3 ครั้ง แล้วกรองด้วยแรงดูดเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย คือ สารลดน้ำเซลลูโลสบิวทิลซัลโฟเนต (SBC)

2.3 การวิเคราะห์และกำหนดคุณลักษณะของผลิตภัณฑ์

2.3.1 การกำหนดปริมาณกำมะถันของผลิตภัณฑ์และการคำนวณระดับการทดแทน

เครื่องวิเคราะห์ธาตุ FLASHEA-PE2400 ใช้สำหรับทำการวิเคราะห์ธาตุของผลิตภัณฑ์สารลดน้ำเซลลูโลสบิวทิลซัลโฟเนตแห้งเพื่อกำหนดปริมาณกำมะถัน

2.3.2 การกำหนดความเหลวไหลของปูน

วัดตาม 6.5 ใน GB8076-2008 นั่นคือ ให้วัดส่วนผสมน้ำ/ซีเมนต์/ทรายมาตรฐานบนเครื่องทดสอบการไหลของปูน NLD-3 ก่อน เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางการขยายตัวอยู่ที่ (180±2) มม. ปูนซีเมนต์ อัตราการบริโภคน้ำมาตรฐานที่วัดได้คือ 230 กรัม จากนั้นเติมตัวลดน้ำที่มีมวลเท่ากับ 1% ของมวลปูนซีเมนต์ลงในน้ำ ตามตัวลดน้ำ/ซีเมนต์/น้ำมาตรฐาน/ทรายมาตรฐาน=450 กรัม/4.5 กรัม/230 กรัม/ นำอัตราส่วน 1,350 กรัมใส่ในเครื่องผสมปูนซีเมนต์ JJ-5 แล้วคนให้ทั่ว จากนั้นวัดเส้นผ่านศูนย์กลางการขยายตัวของปูนบนเครื่องทดสอบการไหลของปูน ซึ่งก็คือการไหลของปูนที่วัดได้

2.3.3 คุณลักษณะของผลิตภัณฑ์

ตัวอย่างได้รับการกำหนดลักษณะโดย FT-IR โดยใช้เครื่องสเปกโตรมิเตอร์อินฟราเรดแบบแปลงฟูเรียร์ชนิด EQUINOX 55 ของบริษัท Bruker; สเปกตรัม H NMR ของตัวอย่างได้รับการกำหนดลักษณะโดยเครื่องเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ตัวนำยิ่งยวดรุ่น INOVA ZAB-HS ของบริษัท Varian; สัณฐานวิทยาของผลิตภัณฑ์ถูกสังเกตภายใต้กล้องจุลทรรศน์; การวิเคราะห์ XRD ดำเนินการกับตัวอย่างโดยใช้เครื่องเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของบริษัท MAC รุ่น M18XHF22-SRA

3. ผลการศึกษาและการอภิปราย

3.1 ผลการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะ

3.1.1 ผลการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของ FT-IR

การวิเคราะห์อินฟราเรดดำเนินการกับวัตถุดิบเซลลูโลสผลึกเล็กที่มีระดับพอลิเมอไรเซชัน Dp=45 และผลิตภัณฑ์ SBC ที่สังเคราะห์จากวัตถุดิบนี้ เนื่องจากค่าพีคการดูดกลืนของ SC และ SH นั้นอ่อนมาก จึงไม่เหมาะสมสำหรับการระบุ ในขณะที่ S=O มีค่าพีคการดูดกลืนที่แข็งแกร่ง ดังนั้น จึงสามารถระบุได้ว่ามีกลุ่มกรดซัลโฟนิกในโครงสร้างโมเลกุลหรือไม่ โดยยืนยันการมีอยู่ของค่าพีค S=O เห็นได้ชัดว่าในสเปกตรัมเซลลูโลสมีค่าพีคการดูดกลืนที่แข็งแกร่งที่หมายเลขคลื่น 3344 ซม. -1 ซึ่งมาจากค่าพีคการสั่นแบบยืดของไฮดรอกซิลในเซลลูโลส ค่าพีคการดูดกลืนที่แข็งแกร่งกว่าที่หมายเลขคลื่น 2923 ซม. -1 คือค่าพีคการสั่นแบบยืดของเมทิลีน (-CH2) ค่าพีคการสั่น แถบที่ประกอบด้วย 1031, 1051, 1114 และ 1165 ซม. -1 สะท้อนค่าพีคการดูดกลืนของการสั่นแบบยืดของไฮดรอกซิลและค่าพีคการดูดกลืนของการสั่นแบบดัดพันธะอีเธอร์ (COC) หมายเลขคลื่น 1646cm-1 สะท้อนไฮโดรเจนที่เกิดจากไฮดรอกซิลและน้ำอิสระ จุดสูงสุดของการดูดซับพันธะ แถบ 1432~1318cm-1 สะท้อนถึงการมีอยู่ของโครงสร้างผลึกเซลลูโลส ในสเปกตรัม IR ของ SBC ความเข้มของแถบ 1432~1318cm-1 อ่อนลง ในขณะที่ความเข้มของจุดสูงสุดของการดูดซับที่ 1653 cm-1 เพิ่มขึ้น แสดงให้เห็นว่าความสามารถในการสร้างพันธะไฮโดรเจนได้รับการเสริมความแข็งแกร่ง 1040, 605cm-1 ปรากฏว่าจุดสูงสุดของการดูดซับแข็งแกร่งขึ้น และทั้งสองนี้ไม่สะท้อนให้เห็นในสเปกตรัมอินฟราเรดของเซลลูโลส อันดับแรกคือจุดสูงสุดของการดูดซับลักษณะเฉพาะของพันธะ S=O และอันดับหลังคือจุดสูงสุดของการดูดซับลักษณะเฉพาะของพันธะ SO จากการวิเคราะห์ข้างต้น จะเห็นได้ว่าหลังจากปฏิกิริยาอีเทอร์ริฟิเคชันของเซลลูโลส จะมีกลุ่มกรดซัลโฟนิกในห่วงโซ่โมเลกุล

3.1.2 ผลการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของ H NMR

ไทย สเปกตรัม H NMR ของเซลลูโลสบิวทิลซัลโฟเนตสามารถมองเห็นได้: ภายใน γ=1.74~2.92 คือการเลื่อนทางเคมีของโปรตอนไฮโดรเจนของไซโคลบิวทิล และภายใน γ=3.33~4.52 คือหน่วยเซลลูโลสแอนไฮโดรกลูโคส การเลื่อนทางเคมีของโปรตอนออกซิเจนใน γ=4.52~6 คือการเลื่อนทางเคมีของโปรตอนเมทิลีนในกลุ่มกรดบิวทิลซัลโฟนิกที่เชื่อมต่อกับออกซิเจน และไม่มีพีคที่ γ=6~7 ซึ่งบ่งชี้ว่าผลิตภัณฑ์นั้นไม่มีโปรตอนอื่นอยู่

3.1.3 ผลการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะด้วย SEM

การสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของเยื่อฝ้ายเซลลูโลส เซลลูโลสไมโครคริสตัลไลน์ และเซลลูโลสบิวทิลซัลโฟเนตที่ได้จากการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของเยื่อฝ้ายเซลลูโลส เซลลูโลสไมโครคริสตัลไลน์ และเซลลูโลสบิวเทนซัลโฟเนตที่ได้จากการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน พบว่าเซลลูโลสไมโครคริสตัลไลน์ที่ได้หลังจากการไฮโดรไลซิสด้วย HCL สามารถเปลี่ยนโครงสร้างของเส้นใยเซลลูโลสได้อย่างมีนัยสำคัญ โครงสร้างเส้นใยถูกทำลาย และได้อนุภาคเซลลูโลสที่เกาะกลุ่มกันเป็นก้อนละเอียด SBC ที่ได้จากการทำปฏิกิริยากับ BS ต่อไปไม่มีโครงสร้างเส้นใยและเปลี่ยนเป็นโครงสร้างอสัณฐานซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการละลายในน้ำ

3.1.4 ผลการวิเคราะห์ลักษณะ XRD

ความเป็นผลึกของเซลลูโลสและอนุพันธ์หมายถึงเปอร์เซ็นต์ของบริเวณผลึกที่เกิดจากโครงสร้างหน่วยเซลลูโลสในทั้งหมด เมื่อเซลลูโลสและอนุพันธ์เกิดปฏิกิริยาเคมี พันธะไฮโดรเจนในโมเลกุลและระหว่างโมเลกุลจะถูกทำลาย และบริเวณผลึกจะกลายเป็นบริเวณที่ไม่มีรูปร่าง ส่งผลให้ความเป็นผลึกลดลง ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงของความเป็นผลึกก่อนและหลังปฏิกิริยาจึงเป็นตัววัดเซลลูโลส หนึ่งในเกณฑ์ในการเข้าร่วมการตอบสนองหรือไม่ การวิเคราะห์ XRD ดำเนินการกับเซลลูโลสไมโครคริสตัลไลน์และผลิตภัณฑ์เซลลูโลสบิวเทนซัลโฟเนต เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว จะเห็นได้ว่าหลังจากอีเทอร์ริฟิเคชัน ความเป็นผลึกจะเปลี่ยนไปโดยพื้นฐาน และผลิตภัณฑ์จะเปลี่ยนไปเป็นโครงสร้างที่ไม่มีรูปร่างอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นจึงสามารถละลายในน้ำได้

3.2 ผลของระดับการเกิดพอลิเมอร์ของวัตถุดิบต่อประสิทธิภาพการลดน้ำของผลิตภัณฑ์

การไหลของปูนสะท้อนถึงประสิทธิภาพในการลดน้ำของผลิตภัณฑ์โดยตรง และปริมาณกำมะถันของผลิตภัณฑ์เป็นหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ส่งผลต่อการไหลของปูน การไหลของปูนวัดประสิทธิภาพในการลดน้ำของผลิตภัณฑ์

หลังจากเปลี่ยนสภาวะปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสเพื่อเตรียม MCC ที่มีระดับพอลิเมอไรเซชันต่างกัน ตามวิธีการข้างต้น ให้เลือกกระบวนการสังเคราะห์บางอย่างเพื่อเตรียมผลิตภัณฑ์ SBC วัดปริมาณกำมะถันเพื่อคำนวณระดับการแทนที่ผลิตภัณฑ์ และเพิ่มผลิตภัณฑ์ SBC ลงในระบบผสมน้ำ/ซีเมนต์/ทรายมาตรฐาน วัดการไหลของปูน

จากผลการทดลองพบว่าภายในขอบเขตการวิจัย เมื่อระดับพอลิเมอไรเซชันของวัตถุดิบไมโครคริสตัลไลน์เซลลูโลสสูง ปริมาณกำมะถัน (ระดับการแทนที่) ของผลิตภัณฑ์และความลื่นไหลของปูนจะต่ำ เนื่องจากน้ำหนักโมเลกุลของวัตถุดิบมีขนาดเล็ก ซึ่งทำให้การผสมวัตถุดิบเป็นไปอย่างสม่ำเสมอ และการแทรกซึมของสารอีเทอร์ริฟิเคชันจึงช่วยเพิ่มระดับอีเทอร์ริฟิเคชันของผลิตภัณฑ์ อย่างไรก็ตาม อัตราการลดน้ำของผลิตภัณฑ์จะไม่เพิ่มขึ้นในแนวเส้นตรงตามการลดลงของระดับพอลิเมอไรเซชันของวัตถุดิบ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าความลื่นไหลของปูนของส่วนผสมปูนซีเมนต์ที่ผสมกับ SBC ที่เตรียมโดยใช้ไมโครคริสตัลไลน์เซลลูโลสที่มีระดับพอลิเมอไรเซชัน Dp<96 (น้ำหนักโมเลกุล<15552) มากกว่า 180 มม. (ซึ่งมากกว่าเมื่อไม่มีสารลดน้ำ) ของเหลวมาตรฐาน) ระบุว่าสามารถเตรียม SBC ได้โดยใช้เซลลูโลสที่มีน้ำหนักโมเลกุลน้อยกว่า 15552 และสามารถรับอัตราการลดน้ำได้ในระดับหนึ่ง SBC เตรียมโดยใช้เซลลูโลสไมโครคริสตัลลีนที่มีระดับพอลิเมอไรเซชัน 45 (น้ำหนักโมเลกุล: 7290) และเติมลงในส่วนผสมคอนกรีต ของเหลวที่วัดได้ของปูนจะสูงที่สุด ดังนั้นจึงถือว่าเซลลูโลสที่มีระดับพอลิเมอไรเซชันประมาณ 45 เหมาะสมที่สุดสำหรับการเตรียม SBC เมื่อระดับพอลิเมอไรเซชันของวัตถุดิบมากกว่า 45 ของเหลวของปูนจะค่อยๆ ลดลง ซึ่งหมายความว่าอัตราการลดน้ำจะลดลง เนื่องจากเมื่อน้ำหนักโมเลกุลมีขนาดใหญ่ ความหนืดของระบบผสมจะเพิ่มขึ้น ความสม่ำเสมอของการกระจายตัวของซีเมนต์จะลดลง และการกระจายตัวในคอนกรีตจะช้าลง ซึ่งจะส่งผลต่อเอฟเฟกต์การกระจายตัว ในทางกลับกัน เมื่อน้ำหนักโมเลกุลมีขนาดใหญ่ โมเลกุลขนาดใหญ่ของสารลดน้ำพิเศษจะอยู่ในโครงสร้างขดลวดแบบสุ่ม ซึ่งค่อนข้างยากที่จะดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคซีเมนต์ แต่เมื่อระดับของพอลิเมอไรเซชันของวัตถุดิบน้อยกว่า 45 แม้ว่าปริมาณกำมะถัน (ระดับการทดแทน) ของผลิตภัณฑ์จะค่อนข้างมาก แต่ความลื่นไหลของส่วนผสมปูนก็เริ่มลดลงเช่นกัน แต่การลดลงนั้นน้อยมาก เหตุผลก็คือ เมื่อน้ำหนักโมเลกุลของสารลดน้ำมีขนาดเล็ก แม้ว่าการแพร่กระจายของโมเลกุลจะง่ายและมีความสามารถในการเปียกได้ดี แต่ความคงทนของการดูดซับของโมเลกุลจะมากกว่าโมเลกุล และห่วงโซ่การขนส่งน้ำก็สั้นมาก และแรงเสียดทานระหว่างอนุภาคมีขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นอันตรายต่อคอนกรีต ผลการกระจายไม่ดีเท่าของสารลดน้ำที่มีน้ำหนักโมเลกุลขนาดใหญ่ ดังนั้น จึงมีความสำคัญมากที่จะต้องควบคุมน้ำหนักโมเลกุลของหน้าหมู (ส่วนเซลลูโลส) อย่างถูกต้องเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของสารลดน้ำ

3.3 ผลกระทบของสภาวะปฏิกิริยาต่อประสิทธิภาพการลดน้ำของผลิตภัณฑ์

จากการทดลองพบว่า นอกเหนือจากระดับของการโพลีเมอไรเซชันของ MCC แล้ว อัตราส่วนของสารตั้งต้น อุณหภูมิปฏิกิริยา การกระตุ้นของวัตถุดิบ เวลาในการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ และชนิดของสารแขวนลอย ล้วนส่งผลต่อประสิทธิภาพการลดน้ำของผลิตภัณฑ์ด้วย

3.3.1 อัตราส่วนของสารตั้งต้น

(1) ปริมาณยา BS

ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดโดยพารามิเตอร์กระบวนการอื่นๆ (ระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันของ MCC คือ 45, n(MCC):n(NaOH)=1:2.1, ตัวแทนแขวนลอยคือไอโซโพรพานอล, เวลาในการกระตุ้นเซลลูโลสที่อุณหภูมิห้องคือ 2 ชั่วโมง, อุณหภูมิในการสังเคราะห์คือ 80°C และเวลาสังเคราะห์ 5 ชั่วโมง) เพื่อตรวจสอบผลของปริมาณตัวแทนอีเทอร์ริฟิเคชัน 1,4-บิวเทนซัลโตน (BS) ต่อระดับการแทนที่กลุ่มกรดบิวเทนซัลโฟนิกของผลิตภัณฑ์และความเป็นของเหลวของปูน

จะเห็นได้ว่าเมื่อปริมาณ BS เพิ่มขึ้น ระดับการแทนที่กลุ่มกรดบิวเทนซัลโฟนิกและการไหลของปูนจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ เมื่ออัตราส่วนของ BS ต่อ MCC ถึง 2.2:1 การไหลของ DS และปูนจะถึงค่าสูงสุด ถือว่าประสิทธิภาพการลดน้ำดีที่สุดในเวลานี้ ค่า BS ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และทั้งระดับการแทนที่และการไหลของปูนเริ่มลดลง นั่นเป็นเพราะเมื่อ BS มากเกินไป BS จะทำปฏิกิริยากับ NaOH เพื่อสร้าง HO-(CH2)4SO3Na ดังนั้นบทความนี้จึงเลือกอัตราส่วนวัสดุที่เหมาะสมที่สุดของ BS ต่อ MCC คือ 2.2:1

(2) ปริมาณโซเดียมไฮดรอกไซด์

ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดโดยพารามิเตอร์กระบวนการอื่นๆ (ระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันของ MCC คือ 45, n(BS):n(MCC)=2.2:1 ตัวแทนแขวนลอยคือไอโซโพรพานอล เวลาในการกระตุ้นเซลลูโลสที่อุณหภูมิห้องคือ 2 ชั่วโมง อุณหภูมิในการสังเคราะห์คือ 80°C และเวลาสังเคราะห์ 5 ชั่วโมง) เพื่อตรวจสอบผลของปริมาณโซเดียมไฮดรอกไซด์ต่อระดับการแทนที่ของกลุ่มกรดบิวเทนซัลโฟนิกในผลิตภัณฑ์และความเป็นของเหลวของปูน

จะเห็นได้ว่าเมื่อปริมาณการรีดักชันเพิ่มขึ้น ระดับการทดแทนของ SBC จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และเริ่มลดลงหลังจากถึงค่าสูงสุด เนื่องจากเมื่อปริมาณ NaOH สูง จะมีเบสอิสระมากเกินไปในระบบ และความน่าจะเป็นของปฏิกิริยาข้างเคียงก็เพิ่มขึ้น ส่งผลให้มีตัวแทนอีเทอร์ริฟิเคชัน (BS) เข้าร่วมในปฏิกิริยาข้างเคียงมากขึ้น จึงลดระดับการทดแทนกลุ่มกรดซัลโฟนิกในผลิตภัณฑ์ ที่อุณหภูมิที่สูงขึ้น การมี NaOH มากเกินไปจะทำให้เซลลูโลสเสื่อมสภาพ และประสิทธิภาพการลดน้ำของผลิตภัณฑ์จะได้รับผลกระทบที่ระดับพอลิเมอไรเซชันที่ต่ำลง ตามผลการทดลอง เมื่ออัตราส่วนโมลาร์ของ NaOH ต่อ MCC อยู่ที่ประมาณ 2.1 ระดับการทดแทนจะมากที่สุด ดังนั้นบทความนี้จึงกำหนดว่าอัตราส่วนโมลาร์ของ NaOH ต่อ MCC คือ 2.1:1.0

3.3.2 ผลของอุณหภูมิปฏิกิริยาต่อประสิทธิภาพการลดน้ำของผลิตภัณฑ์

ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดโดยพารามิเตอร์กระบวนการอื่น ๆ (ระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันของ MCC คือ 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2.1:2.2, สารแขวนลอยคือไอโซโพรพานอล และเวลาในการกระตุ้นเซลลูโลสที่อุณหภูมิห้องคือ 2 ชั่วโมง เวลา 5 ชั่วโมง) ได้มีการศึกษาอิทธิพลของอุณหภูมิปฏิกิริยาสังเคราะห์ต่อระดับการแทนที่กลุ่มกรดบิวเทนซัลโฟนิกในผลิตภัณฑ์

จะเห็นได้ว่าเมื่ออุณหภูมิปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น ระดับการแทนที่กรดซัลโฟนิก DS ของ SBC จะค่อยๆ เพิ่มขึ้น แต่เมื่ออุณหภูมิปฏิกิริยาเกิน 80 °C DS จะแสดงแนวโน้มลดลง ปฏิกิริยาอีเธอร์ริฟิเคชันระหว่าง 1,4-บิวเทนซัลโทนและเซลลูโลสเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน และการเพิ่มอุณหภูมิปฏิกิริยาจะส่งผลดีต่อปฏิกิริยาระหว่างตัวแทนอีเธอร์ริฟิเคชันและกลุ่มไฮดรอกซิลเซลลูโลส แต่เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ผลของ NaOH และเซลลูโลสจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ปฏิกิริยาจะรุนแรงขึ้น ทำให้เซลลูโลสสลายตัวและลดลง ส่งผลให้เซลลูโลสมีน้ำหนักโมเลกุลลดลงและเกิดน้ำตาลโมเลกุลเล็กขึ้น ปฏิกิริยาของโมเลกุลเล็กดังกล่าวกับตัวแทนอีเธอร์ริฟิเคชันค่อนข้างง่าย และจะใช้ตัวแทนอีเธอร์ริฟิเคชันมากขึ้น ซึ่งส่งผลต่อระดับการแทนที่ของผลิตภัณฑ์ ดังนั้น วิทยานิพนธ์นี้จึงพิจารณาว่าอุณหภูมิปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุดสำหรับปฏิกิริยาอีเธอร์ริฟิเคชันของ BS และเซลลูโลสคือ 80℃

3.3.3 ผลของเวลาปฏิกิริยาต่อประสิทธิภาพการลดน้ำของผลิตภัณฑ์

เวลาในการเกิดปฏิกิริยาแบ่งออกเป็นการกระตุ้นวัตถุดิบที่อุณหภูมิห้องและเวลาสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ที่อุณหภูมิคงที่

(1) เวลาการกระตุ้นวัตถุดิบที่อุณหภูมิห้อง

ภายใต้เงื่อนไขกระบวนการที่เหมาะสมที่สุดข้างต้น (ระดับ MCC ของการเกิดพอลิเมอไรเซชันคือ 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2.1:2.2, สารแขวนลอยคือไอโซโพรพานอล, อุณหภูมิปฏิกิริยาสังเคราะห์คือ 80°C, เวลาสังเคราะห์ที่อุณหภูมิคงที่ของผลิตภัณฑ์คือ 5 ชั่วโมง) ให้ศึกษาอิทธิพลของเวลาการกระตุ้นที่อุณหภูมิห้องต่อระดับการทดแทนของกลุ่มกรดบิวเทนซัลโฟนิกของผลิตภัณฑ์

จะเห็นได้ว่าระดับการทดแทนของกลุ่มกรดบิวเทนซัลโฟนิกของผลิตภัณฑ์ SBC เพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลงเมื่อระยะเวลาการกระตุ้นยาวนานขึ้น เหตุผลในการวิเคราะห์อาจเป็นเพราะเมื่อระยะเวลาการทำงานของ NaOH เพิ่มขึ้น เซลลูโลสจะเสื่อมสภาพลงอย่างมาก ลดน้ำหนักโมเลกุลของเซลลูโลสเพื่อสร้างน้ำตาลโมเลกุลเล็ก ปฏิกิริยาของโมเลกุลเล็กดังกล่าวกับตัวแทนอีเทอร์ริฟายเออร์ค่อนข้างง่าย และตัวแทนอีเทอร์ริฟายเออร์จะถูกใช้มากขึ้น ซึ่งส่งผลต่อระดับการทดแทนของผลิตภัณฑ์ ดังนั้น เอกสารนี้จึงพิจารณาว่าระยะเวลาการกระตุ้นวัตถุดิบที่อุณหภูมิห้องคือ 2 ชั่วโมง

(2) เวลาการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์

ภายใต้เงื่อนไขกระบวนการที่เหมาะสมข้างต้น ผลของเวลาการกระตุ้นที่อุณหภูมิห้องต่อระดับการทดแทนของกลุ่มกรดบิวเทนซัลโฟนิกของผลิตภัณฑ์ได้รับการตรวจสอบแล้ว จะเห็นได้ว่าเมื่อเวลาปฏิกิริยายาวนานขึ้น ระดับการทดแทนจะเพิ่มขึ้นก่อน แต่เมื่อเวลาปฏิกิริยาถึง 5 ชั่วโมง DS จะแสดงแนวโน้มลดลง ซึ่งเกี่ยวข้องกับเบสอิสระที่มีอยู่ในปฏิกิริยาอีเทอร์ริฟิเคชันของเซลลูโลส ที่อุณหภูมิที่สูงขึ้น การยืดเวลาปฏิกิริยาทำให้ระดับการไฮโดรไลซิสของเซลลูโลสด้วยด่างเพิ่มขึ้น โซ่โมเลกุลของเซลลูโลสสั้นลง น้ำหนักโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ลดลง และปฏิกิริยาข้างเคียงเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ระดับการทดแทนลดลง ในการทดลองนี้ เวลาสังเคราะห์ที่เหมาะสมคือ 5 ชั่วโมง

3.3.4 ผลของชนิดของสารแขวนลอยต่อประสิทธิภาพการลดน้ำของผลิตภัณฑ์

ภายใต้เงื่อนไขกระบวนการที่เหมาะสมที่สุด (ระดับพอลิเมอไรเซชันของ MCC คือ 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2.1:2.2, เวลาการกระตุ้นของวัตถุดิบที่อุณหภูมิห้องคือ 2 ชั่วโมง, เวลาสังเคราะห์ที่อุณหภูมิคงที่ของผลิตภัณฑ์คือ 5 ชั่วโมง และอุณหภูมิปฏิกิริยาสังเคราะห์คือ 80 ℃) เลือกไอโซโพรพานอล เอธานอล n-บิวทานอล เอทิลอะซิเตท และปิโตรเลียมอีเธอร์เป็นตัวแขวนลอยตามลำดับ และหารือเกี่ยวกับอิทธิพลของสารเหล่านี้ต่อประสิทธิภาพการลดน้ำของผลิตภัณฑ์

เห็นได้ชัดว่าไอโซโพรพานอล เอ็น-บิวทานอล และเอทิลอะซิเตททั้งหมดสามารถใช้เป็นสารแขวนลอยในปฏิกิริยาอีเทอร์ริฟิเคชันนี้ได้ บทบาทของสารแขวนลอยนอกจากจะกระจายตัวของสารตั้งต้นแล้ว ยังควบคุมอุณหภูมิของปฏิกิริยาได้อีกด้วย จุดเดือดของไอโซโพรพานอลอยู่ที่ 82.3°C ดังนั้นจึงใช้ไอโซโพรพานอลเป็นสารแขวนลอย อุณหภูมิของระบบสามารถควบคุมได้ใกล้เคียงกับอุณหภูมิปฏิกิริยาที่เหมาะสม และระดับการแทนที่กลุ่มกรดบิวเทนซัลโฟนิกในผลิตภัณฑ์และการไหลของปูนค่อนข้างสูง ในขณะที่จุดเดือดของเอธานอลสูงเกินไป อุณหภูมิปฏิกิริยาไม่เป็นไปตามข้อกำหนด ระดับการแทนที่กลุ่มกรดบิวเทนซัลโฟนิกในผลิตภัณฑ์และการไหลของปูนก็ต่ำ ปิโตรเลียมอีเธอร์อาจมีส่วนร่วมในปฏิกิริยา ดังนั้นจึงไม่สามารถได้ผลิตภัณฑ์ที่กระจายตัวได้

4 บทสรุป

(1) ใช้เยื่อฝ้ายเป็นวัตถุดิบเริ่มต้นไมโครคริสตัลลีนเซลลูโลส (MCC)ด้วยระดับพอลิเมอไรเซชันที่เหมาะสม ได้ถูกเตรียมขึ้น กระตุ้นด้วย NaOH และทำปฏิกิริยากับ 1,4-บิวเทนซัลโตน เพื่อเตรียมกรดบิวทิลซัลโฟนิกที่ละลายน้ำได้ เซลลูโลสอีเธอร์ หรือสารลดน้ำที่มีเซลลูโลสเป็นฐาน โครงสร้างของผลิตภัณฑ์ได้รับการกำหนดลักษณะ และพบว่า หลังจากปฏิกิริยาอีเธอร์ริฟิเคชันของเซลลูโลส มีกลุ่มกรดซัลโฟนิกอยู่บนโซ่โมเลกุล ซึ่งได้เปลี่ยนเป็นโครงสร้างอสัณฐาน และผลิตภัณฑ์สารลดน้ำมีความสามารถในการละลายน้ำได้ดี

(2) จากการทดลองพบว่าเมื่อระดับพอลิเมอไรเซชันของไมโครคริสตัลลีนเซลลูโลสอยู่ที่ 45 ประสิทธิภาพการลดน้ำของผลิตภัณฑ์ที่ได้จะดีที่สุด ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดระดับพอลิเมอไรเซชันของวัตถุดิบ อัตราส่วนของสารตั้งต้นคือ n(MCC):n(NaOH):n( BS)=1:2.1:2.2 เวลากระตุ้นของวัตถุดิบที่อุณหภูมิห้องคือ 2 ชั่วโมง อุณหภูมิการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์คือ 80°C และเวลาสังเคราะห์คือ 5 ชั่วโมง ประสิทธิภาพของน้ำจะเหมาะสมที่สุด