Synthese und Charakterisierung von Butansulfonat-Celluloseether-Wasserreduzierer

Als Rohmaterial wurde mikrokristalline Cellulose (MCC) mit einem bestimmten Polymerisationsgrad verwendet, die durch saure Hydrolyse von Zellulose-Baumwollzellstoff gewonnen wurde. Unter der Aktivierung von Natriumhydroxid wurde es mit 1,4-Butansulton (BS) umgesetzt, um ein Cellulosebutylsulfonat (SBC)-Wasserreduzierungsmittel mit guter Wasserlöslichkeit zu erhalten. Die Produktstruktur wurde durch Infrarotspektroskopie (FT-IR), Kernspinresonanzspektroskopie (NMR), Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Röntgenbeugung (XRD) und andere analytische Methoden charakterisiert und der Polymerisationsgrad, das Rohstoffverhältnis, und Reaktion von MCC untersucht. Auswirkungen synthetischer Prozessbedingungen wie Temperatur, Reaktionszeit und Art des Suspensionsmittels auf die wasserreduzierende Leistung des Produkts. Die Ergebnisse zeigen Folgendes: Wenn der Polymerisationsgrad des Rohmaterials MCC 45 beträgt, beträgt das Massenverhältnis der Reaktanten: AGU (Celluloseglucosideinheit): n (NaOH): n (BS) = 1,0: 2,1: 2,2 Das Suspensionsmittel ist Isopropanol, die Aktivierungszeit des Rohmaterials bei Raumtemperatur beträgt 2 Stunden und die Synthesezeit des Produkts beträgt 5 Stunden. Bei einer Temperatur von 80 °C weist das erhaltene Produkt den höchsten Substitutionsgrad an Butansulfonsäuregruppen auf und das Produkt weist die beste wasserreduzierende Leistung auf.

Schlüsselwörter:Zellulose; Cellulosebutylsulfonat; Wasserreduktionsmittel; wasserreduzierende Leistung

1、Einführung

Betonfließmittel ist einer der unverzichtbaren Bestandteile von modernem Beton. Gerade durch das Aussehen des wasserreduzierenden Mittels können eine hohe Verarbeitbarkeit, eine gute Dauerhaftigkeit und sogar eine hohe Festigkeit des Betons gewährleistet werden. Zu den derzeit weit verbreiteten hocheffizienten Wasserreduzierern gehören hauptsächlich die folgenden Kategorien: Wasserreduzierer auf Naphthalinbasis (SNF), Wasserreduzierer auf der Basis von sulfoniertem Melaminharz (SMF), Wasserreduzierer auf Sulfamatbasis (ASP), modifizierter Ligninsulfonat-Superplastifizierer ( ML) und Polycarboxylat-Superplastifizierer (PC), an dem derzeit intensiver geforscht wird. Bei der Analyse des Syntheseprozesses von Wasserreduzierern wird festgestellt, dass die meisten herkömmlichen Kondensatwasserreduzierer Formaldehyd mit einem stark stechenden Geruch als Rohstoff für die Polykondensationsreaktion verwenden und der Sulfonierungsprozess im Allgemeinen mit stark korrosiver rauchender Schwefelsäure oder konzentrierter Schwefelsäure durchgeführt wird. Dies wird unweigerlich negative Auswirkungen auf die Arbeitnehmer und die Umwelt haben und außerdem große Mengen an Abfallrückständen und Abfallflüssigkeiten erzeugen, was einer nachhaltigen Entwicklung nicht förderlich ist. Obwohl Polycarboxylat-Wasserreduzierer die Vorteile eines geringen Betonverlusts im Laufe der Zeit, einer geringen Dosierung und eines guten Fließverhaltens haben, haben sie die Vorteile einer hohen Dichte und des Fehlens giftiger Substanzen wie Formaldehyd, es ist jedoch aufgrund der hohen Konzentration schwierig, sie in China zu fördern Preis. Aus der Analyse der Rohstoffquellen lässt sich leicht erkennen, dass die meisten der oben genannten Wasserreduzierer auf Basis petrochemischer Produkte/Nebenprodukte synthetisiert werden, während Erdöl als nicht erneuerbare Ressource immer knapper wird und immer knapper wird sein Preis steigt ständig. Daher ist die Verwendung billiger und reichlich vorhandener natürlicher erneuerbarer Ressourcen als Rohstoffe zur Entwicklung neuer Hochleistungs-Betonfließmittel zu einer wichtigen Forschungsrichtung für Betonfließmittel geworden.

Cellulose ist ein lineares Makromolekül, das durch die Verknüpfung vieler D-Glucopyranose mit β-(1-4)-glykosidischen Bindungen entsteht. An jedem Glucopyranosylring befinden sich drei Hydroxylgruppen. Durch die richtige Behandlung kann eine gewisse Reaktivität erreicht werden. In dieser Arbeit wurde Zellulose-Baumwollzellstoff als Ausgangsrohstoff verwendet und nach saurer Hydrolyse zur Gewinnung mikrokristalliner Zellulose mit einem geeigneten Polymerisationsgrad mit Natriumhydroxid aktiviert und mit 1,4-Butansulton zur Herstellung von Butylsulfonsäure umgesetzt Celluloseether-Fließmittel und die Einflussfaktoren jeder Reaktion wurden diskutiert.

2. Experimentieren

2.1 Rohstoffe

Zellulose-Baumwollzellstoff, Polymerisationsgrad 576, Xinjiang Aoyang Technology Co., Ltd.; 1,4-Butansulton (BS), Industriequalität, hergestellt von Shanghai Jiachen Chemical Co., Ltd.; 52,5R gewöhnlicher Portlandzement, Urumqi, bereitgestellt von der Zementfabrik; China ISO-Standardsand, hergestellt von Xiamen Ace Ou Standard Sand Co., Ltd.; Natriumhydroxid, Salzsäure, Isopropanol, wasserfreies Methanol, Ethylacetat, n-Butanol, Petrolether usw. sind alle analytisch rein und im Handel erhältlich.

2.2 Experimentelle Methode

Eine bestimmte Menge Baumwollzellstoff abwiegen und gut mahlen, in eine Dreihalsflasche geben, eine bestimmte Konzentration verdünnter Salzsäure zugeben, umrühren, erhitzen und für eine bestimmte Zeit hydrolysieren, auf Raumtemperatur abkühlen lassen, filtrieren, Waschen Sie es mit Wasser, bis es neutral ist, und trocknen Sie es im Vakuum bei 50 °C, um es zu erhalten. Nachdem Sie mikrokristalline Cellulose-Rohstoffe mit unterschiedlichen Polymerisationsgraden erhalten haben, messen Sie deren Polymerisationsgrad gemäß der Literatur, geben Sie es in eine Dreihals-Reaktionsflasche und suspendieren Sie es mit ein Suspensionsmittel mit dem 10-fachen seiner Masse, eine bestimmte Menge wässriger Natriumhydroxidlösung unter Rühren zugeben, rühren und für eine bestimmte Zeit bei Raumtemperatur aktivieren, die berechnete Menge 1,4-Butansulton (BS) zugeben, erhitzen auf die Reaktionstemperatur bringen, bei konstanter Temperatur über einen bestimmten Zeitraum reagieren lassen, das Produkt auf Raumtemperatur abkühlen lassen und das Rohprodukt durch Saugfiltration gewinnen. Dreimal mit Wasser und Methanol spülen und absaugen, um das Endprodukt zu erhalten, nämlich Cellulosebutylsulfonat-Wasserreduzierer (SBC).

2.3 Produktanalyse und -charakterisierung

2.3.1 Bestimmung des Produktschwefelgehalts und Berechnung des Substitutionsgrads

Mit dem Elementaranalysator FLASHEA-PE2400 wurde eine Elementaranalyse des getrockneten Cellulosebutylsulfonat-Wasserreduziererprodukts durchgeführt, um den Schwefelgehalt zu bestimmen.

2.3.2 Bestimmung der Fließfähigkeit von Mörtel

Gemessen gemäß 6,5 in GB8076-2008. Das heißt, messen Sie zuerst die Wasser/Zement/Standardsand-Mischung mit dem Zementmörtel-Fließfähigkeitstester NLD-3, wenn der Expansionsdurchmesser (180 ± 2) mm beträgt. Zement, der gemessene Benchmark-Wasserverbrauch beträgt 230 g), und dann ein Wasserreduktionsmittel hinzufügen, dessen Masse 1 % der Zementmasse beträgt, gemäß Zement/Wasserreduktionsmittel/Standardwasser/Standardsand = 450 g/4,5 g/ 230 g/Das Verhältnis von 1350 g wird in einen Zementmörtelmischer JJ-5 gegeben und gleichmäßig gerührt, und der expandierte Durchmesser des Mörtels wird auf dem Mörtelfließfähigkeitstester gemessen, was der gemessenen Mörtelfließfähigkeit entspricht.

2.3.3 Produktcharakterisierung

Die Probe wurde durch FT-IR unter Verwendung des Fourier-Transformations-Infrarotspektrometers EQUINOX 55 Typ der Bruker Company charakterisiert; Das H-NMR-Spektrum der Probe wurde mit dem supraleitenden Kernspinresonanzinstrument INOVA ZAB-HS Plow der Varian Company charakterisiert. Die Morphologie des Produkts wurde unter einem Mikroskop beobachtet; An der Probe wurde eine XRD-Analyse mit einem Röntgendiffraktometer der MAC Company M18XHF22-SRA durchgeführt.

3. Ergebnisse und Diskussion

3.1 Charakterisierungsergebnisse

3.1.1 Ergebnisse der FT-IR-Charakterisierung

Eine Infrarotanalyse wurde an dem Rohmaterial mikrokristalliner Cellulose mit einem Polymerisationsgrad Dp=45 und dem aus diesem Rohmaterial synthetisierten Produkt SBC durchgeführt. Da die Absorptionspeaks von SC und SH sehr schwach sind, eignen sie sich nicht zur Identifizierung, während S=O einen starken Absorptionspeak aufweist. Daher kann festgestellt werden, ob in der Molekülstruktur eine Sulfonsäuregruppe vorhanden ist, indem die Existenz des S=O-Peaks bestätigt wird. Offensichtlich gibt es im Cellulosespektrum einen starken Absorptionspeak bei einer Wellenzahl von 3344 cm-1, der dem Hydroxyl-Streckschwingungspeak in Cellulose zugeschrieben wird; Der stärkere Absorptionspeak bei einer Wellenzahl von 2923 cm-1 ist der Streckschwingungspeak von Methylen (-CH2). Vibrationsspitze; Die aus 1031, 1051, 1114 und 1165 cm-1 bestehenden Bandenreihen spiegeln den Absorptionspeak der Hydroxyl-Streckschwingung und den Absorptionspeak der Etherbindungs-(COC)-Biegeschwingung wider. Die Wellenzahl 1646 cm-1 spiegelt den durch Hydroxyl und freies Wasser gebildeten Wasserstoff wider. Der Bindungsabsorptionspeak; Die Bande von 1432~1318 cm-1 spiegelt die Existenz einer Zellulosekristallstruktur wider. Im IR-Spektrum von SBC schwächt sich die Intensität der Bande 1432~1318 cm-1 ab; während die Intensität des Absorptionspeaks bei 1653 cm-1 zunimmt, was darauf hindeutet, dass die Fähigkeit zur Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen gestärkt wird; 1040, 605 cm-1 erscheinen stärkere Absorptionspeaks, und diese beiden spiegeln sich nicht im Infrarotspektrum von Cellulose wider, ersterer ist der charakteristische Absorptionspeak der S=O-Bindung und letzterer ist der charakteristische Absorptionspeak der SO-Bindung. Basierend auf der obigen Analyse ist ersichtlich, dass nach der Veretherungsreaktion der Cellulose Sulfonsäuregruppen in ihrer Molekülkette vorhanden sind.

3.1.2 H-NMR-Charakterisierungsergebnisse

Das H-NMR-Spektrum von Cellulosebutylsulfonat ist zu sehen: Innerhalb von γ = 1,74 bis 2,92 liegt die chemische Verschiebung des Wasserstoffprotons von Cyclobutyl und innerhalb von γ = 3,33 bis 4,52 liegt die Celluloseanhydroglucose-Einheit. Die chemische Verschiebung des Sauerstoffprotons liegt bei γ = 4,52 ~6 ist die chemische Verschiebung des Methylenprotons in der mit Sauerstoff verbundenen Butylsulfonsäuregruppe, und es gibt keinen Peak bei γ=6~7, was darauf hinweist, dass das Produkt nicht vorhanden ist. Andere Protonen existieren.

3.1.3 SEM-Charakterisierungsergebnisse

SEM-Beobachtung von Zellulose-Baumwollzellstoff, mikrokristalliner Zellulose und dem Produkt Zellulosebutylsulfonat. Durch die Analyse der SEM-Analyseergebnisse von Zellulose-Baumwollzellstoff, mikrokristalliner Zellulose und dem Produkt Zellulosebutansulfonat (SBC) wurde festgestellt, dass die nach der Hydrolyse mit HCL erhaltene mikrokristalline Zellulose die Struktur von Zellulosefasern erheblich verändern kann. Die Faserstruktur wurde zerstört und es wurden feine agglomerierte Cellulosepartikel erhalten. Das durch weitere Reaktion mit BS erhaltene SBC hatte keine faserige Struktur und wandelte sich grundsätzlich in eine amorphe Struktur um, was sich positiv auf seine Auflösung in Wasser auswirkte.

3.1.4 Ergebnisse der XRD-Charakterisierung

Die Kristallinität von Cellulose und ihren Derivaten bezieht sich auf den prozentualen Anteil des kristallinen Bereichs, der von der Cellulose-Einheitsstruktur im Ganzen gebildet wird. Wenn Cellulose und ihre Derivate einer chemischen Reaktion unterliegen, werden die Wasserstoffbrückenbindungen im Molekül und zwischen den Molekülen zerstört und der kristalline Bereich wird zu einem amorphen Bereich, wodurch die Kristallinität verringert wird. Daher ist die Änderung der Kristallinität vor und nach der Reaktion ein Maß dafür, ob Cellulose eines der Kriterien dafür ist, ob sie an der Reaktion teilnimmt oder nicht. Die XRD-Analyse wurde an mikrokristalliner Cellulose und dem Produkt Cellulosebutansulfonat durchgeführt. Durch den Vergleich lässt sich erkennen, dass sich nach der Veretherung die Kristallinität grundlegend ändert und das Produkt vollständig in eine amorphe Struktur übergegangen ist, so dass es in Wasser gelöst werden kann.

3.2 Der Einfluss des Polymerisationsgrads der Rohstoffe auf die wasserreduzierende Leistung des Produkts

Die Fließfähigkeit des Mörtels spiegelt direkt die wasserreduzierende Wirkung des Produkts wider, und der Schwefelgehalt des Produkts ist einer der wichtigsten Faktoren, die die Fließfähigkeit des Mörtels beeinflussen. Die Fließfähigkeit des Mörtels misst die wasserreduzierende Wirkung des Produkts.

Nachdem Sie die Hydrolysereaktionsbedingungen geändert haben, um MCC mit unterschiedlichen Polymerisationsgraden herzustellen, wählen Sie gemäß der oben genannten Methode einen bestimmten Syntheseprozess zur Herstellung von SBC-Produkten aus, messen Sie den Schwefelgehalt, um den Produktsubstitutionsgrad zu berechnen, und fügen Sie die SBC-Produkte dem Wasser hinzu /Zement/Standard-Sandmischsystem Messen Sie die Fließfähigkeit des Mörtels.

Aus den experimentellen Ergebnissen geht hervor, dass im Forschungsbereich bei hohem Polymerisationsgrad des mikrokristallinen Celluloserohmaterials der Schwefelgehalt (Substitutionsgrad) des Produkts und die Fließfähigkeit des Mörtels niedrig sind. Dies liegt daran, dass das Molekulargewicht des Rohmaterials gering ist, was die gleichmäßige Vermischung des Rohmaterials und das Eindringen des Veretherungsmittels begünstigt und dadurch den Veretherungsgrad des Produkts verbessert. Allerdings steigt die Produktwasserreduktionsrate nicht geradlinig mit der Abnahme des Polymerisationsgrads der Rohstoffe. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Mörtelfließfähigkeit der Zementmörtelmischung, gemischt mit SBC, hergestellt unter Verwendung mikrokristalliner Cellulose mit einem Polymerisationsgrad Dp<96 (Molekulargewicht<15552), größer als 180 mm ist (das ist größer als die ohne Wasserreduzierer). . Benchmark-Fließfähigkeit), was darauf hinweist, dass SBC durch die Verwendung von Cellulose mit einem Molekulargewicht von weniger als 15552 hergestellt werden kann und eine bestimmte Wasserreduktionsrate erreicht werden kann; SBC wird unter Verwendung mikrokristalliner Cellulose mit einem Polymerisationsgrad von 45 (Molekulargewicht: 7290) hergestellt und der Betonmischung zugesetzt. Die gemessene Fließfähigkeit des Mörtels ist am größten, sodass davon ausgegangen wird, dass die Cellulose einen Polymerisationsgrad aufweist von etwa 45 ist für die Herstellung von SBC am besten geeignet; Wenn der Polymerisationsgrad der Rohstoffe mehr als 45 beträgt, nimmt die Fließfähigkeit des Mörtels allmählich ab, was bedeutet, dass die Wasserreduktionsrate abnimmt. Dies liegt daran, dass bei einem hohen Molekulargewicht einerseits die Viskosität des Mischungssystems zunimmt, die Gleichmäßigkeit der Dispersion des Zements beeinträchtigt wird und die Dispersion im Beton langsam ist, was den Dispersionseffekt beeinträchtigt. Wenn andererseits das Molekulargewicht groß ist, liegen die Makromoleküle des Superplastifizierers in einer zufälligen Knäuelkonformation vor, die relativ schwer auf der Oberfläche von Zementpartikeln zu adsorbieren ist. Wenn jedoch der Polymerisationsgrad des Rohmaterials weniger als 45 beträgt, obwohl der Schwefelgehalt (Substitutionsgrad) des Produkts relativ groß ist, beginnt auch die Fließfähigkeit der Mörtelmischung abzunehmen, allerdings ist die Abnahme sehr gering. Der Grund dafür ist, dass bei einem geringen Molekulargewicht des Wasserreduktionsmittels die molekulare Diffusion zwar leicht ist und eine gute Benetzbarkeit aufweist, die Adsorptionsfestigkeit des Moleküls jedoch größer als die des Moleküls ist und die Wassertransportkette sehr kurz ist. und die Reibung zwischen den Partikeln ist groß, was für Beton schädlich ist. Der Dispersionseffekt ist nicht so gut wie der des Wasserreduzierers mit größerem Molekulargewicht. Daher ist es sehr wichtig, das Molekulargewicht des Schweinegesichts (Zellulosesegment) richtig zu kontrollieren, um die Leistung des Wasserreduzierers zu verbessern.

3.3 Die Auswirkung der Reaktionsbedingungen auf die wasserreduzierende Leistung des Produkts

Durch Experimente wurde festgestellt, dass neben dem Polymerisationsgrad von MCC auch das Verhältnis der Reaktanten, die Reaktionstemperatur, die Aktivierung der Rohstoffe, die Produktsynthesezeit und die Art des Suspendiermittels die wasserreduzierende Leistung des Produkts beeinflussen.

3.3.1 Reaktantenverhältnis

(1) Die Dosierung von BS

Unter den durch andere Prozessparameter bestimmten Bedingungen (der Polymerisationsgrad von MCC beträgt 45, n(MCC):n(NaOH)=1:2,1, das Suspensionsmittel ist Isopropanol, die Aktivierungszeit von Cellulose bei Raumtemperatur beträgt 2h, die Die Synthesetemperatur beträgt 80 °C und die Synthesezeit 5 Stunden), um den Einfluss der Menge des Veretherungsmittels 1,4-Butansulton (BS) auf den Substitutionsgrad der Butansulfonsäuregruppen des Produkts und die Fließfähigkeit des Produkts zu untersuchen Mörtel.

Es ist zu erkennen, dass mit zunehmender BS-Menge der Substitutionsgrad der Butansulfonsäuregruppen und die Fließfähigkeit des Mörtels deutlich ansteigen. Wenn das Verhältnis von BS zu MCC 2,2:1 erreicht, erreicht die Fließfähigkeit von DS und dem Mörtel ihr Maximum. Wert wird davon ausgegangen, dass die wasserreduzierende Leistung zu diesem Zeitpunkt am besten ist. Der BS-Wert stieg weiter an und sowohl der Substitutionsgrad als auch die Fließfähigkeit des Mörtels begannen abzunehmen. Dies liegt daran, dass BS bei einem Überschuss an BS mit NaOH reagiert und HO-(CH2)4SO3Na erzeugt. Daher wählt dieser Artikel das optimale Materialverhältnis von BS zu MCC mit 2,2:1.

(2) Die Dosierung von NaOH

Unter den durch andere Prozessparameter bestimmten Bedingungen (der Polymerisationsgrad von MCC beträgt 45, n(BS):n(MCC)=2,2:1. Das Suspensionsmittel ist Isopropanol, die Aktivierungszeit von Cellulose bei Raumtemperatur beträgt 2h Die Synthesetemperatur beträgt 80 °C und die Synthesezeit 5 Stunden), um den Einfluss der Menge an Natriumhydroxid auf den Substitutionsgrad der Butansulfonsäuregruppen im Produkt und die Fließfähigkeit des Mörtels zu untersuchen.

Es ist ersichtlich, dass mit zunehmender Reduktionsmenge der Substitutionsgrad von SBC schnell zunimmt und nach Erreichen des Höchstwerts abzunehmen beginnt. Dies liegt daran, dass bei einem hohen NaOH-Gehalt zu viele freie Basen im System vorhanden sind und die Wahrscheinlichkeit von Nebenreaktionen zunimmt, was dazu führt, dass mehr Veretherungsmittel (BS) an Nebenreaktionen beteiligt sind, wodurch der Substitutionsgrad von Sulfonsäuren verringert wird Säuregruppen im Produkt. Bei einer höheren Temperatur führt die Anwesenheit von zu viel NaOH auch zu einer Zersetzung der Cellulose, und bei einem niedrigeren Polymerisationsgrad wird die Wasserreduktionsleistung des Produkts beeinträchtigt. Den experimentellen Ergebnissen zufolge ist der Substitutionsgrad am größten, wenn das Molverhältnis von NaOH zu MCC etwa 2,1 beträgt. Daher wird in dieser Arbeit festgestellt, dass das Molverhältnis von NaOH zu MCC 2,1:1,0 beträgt.

3.3.2 Einfluss der Reaktionstemperatur auf die wasserreduzierende Leistung des Produkts

Unter den durch andere Prozessparameter bestimmten Bedingungen (der Polymerisationsgrad von MCC beträgt 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2,1:2,2, das Suspensionsmittel ist Isopropanol und die Aktivierungszeit von Cellulose bei Raumtemperatur beträgt 2 Stunden, Zeit 5 Stunden), der Einfluss der Synthesereaktionstemperatur auf den Substitutionsgrad von Butansulfonsäuregruppen im Produkt wurde untersucht.

Es ist ersichtlich, dass mit steigender Reaktionstemperatur der Sulfonsäuresubstitutionsgrad DS von SBC allmählich zunimmt, aber wenn die Reaktionstemperatur 80 °C überschreitet, zeigt DS einen Abwärtstrend. Die Veretherungsreaktion zwischen 1,4-Butansulton und Cellulose ist eine endotherme Reaktion, und eine Erhöhung der Reaktionstemperatur wirkt sich positiv auf die Reaktion zwischen dem Veretherungsmittel und der Hydroxylgruppe der Cellulose aus. Mit steigender Temperatur nimmt jedoch die Wirkung von NaOH und Cellulose allmählich zu . Es wird fester, wodurch die Zellulose abgebaut wird und abfällt, was zu einer Abnahme des Molekulargewichts der Zellulose und zur Bildung von niedermolekularen Zuckern führt. Die Reaktion solch kleiner Moleküle mit Veretherungsmitteln ist relativ einfach, und es werden mehr Veretherungsmittel verbraucht, was sich auf den Substitutionsgrad des Produkts auswirkt. Daher geht diese Arbeit davon aus, dass die am besten geeignete Reaktionstemperatur für die Veretherungsreaktion von BS und Cellulose 80 °C beträgt.

3.3.3 Einfluss der Reaktionszeit auf die wasserreduzierende Leistung des Produkts

Die Reaktionszeit unterteilt sich in die Aktivierung der Rohstoffe bei Raumtemperatur und die Synthesezeit der Produkte bei konstanter Temperatur.

(1) Aktivierungszeit der Rohstoffe bei Raumtemperatur

Unter den oben genannten optimalen Prozessbedingungen (MCC-Polymerisationsgrad beträgt 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2,1:2,2, Suspendiermittel ist Isopropanol, Synthesereaktionstemperatur beträgt 80°C, das Produkt Synthesezeit bei konstanter Temperatur 5 Stunden) Untersuchen Sie den Einfluss der Aktivierungszeit bei Raumtemperatur auf den Substitutionsgrad der Butansulfonsäuregruppe des Produkts.

Es ist ersichtlich, dass der Substitutionsgrad der Butansulfonsäuregruppe des Produkts SBC mit der Verlängerung der Aktivierungszeit zunächst zunimmt und dann abnimmt. Der Grund für die Analyse könnte sein, dass mit zunehmender Einwirkzeit von NaOH der Abbau von Cellulose schwerwiegender ist. Verringern Sie das Molekulargewicht der Cellulose, um niedermolekulare Zucker zu erzeugen. Die Reaktion solch kleiner Moleküle mit Veretherungsmitteln ist relativ einfach, und es werden mehr Veretherungsmittel verbraucht, was sich auf den Substitutionsgrad des Produkts auswirkt. Daher wird in diesem Artikel davon ausgegangen, dass die Aktivierungszeit von Rohstoffen bei Raumtemperatur 2 Stunden beträgt.

(2) Produktsynthesezeit

Unter den oben genannten optimalen Prozessbedingungen wurde der Einfluss der Aktivierungszeit bei Raumtemperatur auf den Substitutionsgrad der Butansulfonsäuregruppe des Produkts untersucht. Es ist zu erkennen, dass mit der Verlängerung der Reaktionszeit zunächst der Substitutionsgrad zunimmt, bei Erreichen einer Reaktionszeit von 5 Stunden der DS jedoch einen Abwärtstrend zeigt. Dies hängt mit der freien Base zusammen, die bei der Veretherungsreaktion von Cellulose vorhanden ist. Bei höheren Temperaturen führt die Verlängerung der Reaktionszeit zu einem Anstieg des Alkalihydrolysegrades der Cellulose, einer Verkürzung der Cellulosemolekülkette, einer Abnahme des Molekulargewichts des Produkts und einer Zunahme von Nebenreaktionen, was zu … Auswechslung. Grad nimmt ab. In diesem Experiment beträgt die ideale Synthesezeit 5 Stunden.

3.3.4 Die Auswirkung der Art des Suspensionsmittels auf die wasserreduzierende Leistung des Produkts

Unter optimalen Prozessbedingungen (MCC-Polymerisationsgrad beträgt 45, n(MCC):n(NaOH):n(BS)=1:2,1:2,2 beträgt die Aktivierungszeit der Rohstoffe bei Raumtemperatur 2 Stunden, die Synthesezeit bei konstanter Temperatur Die Reaktionszeit der Produkte beträgt 5 Stunden und die Temperatur der Synthesereaktion beträgt 80 °C.) Wählen Sie jeweils Isopropanol, Ethanol, n-Butanol, Ethylacetat und Petrolether als Suspensionsmittel und diskutieren Sie deren Einfluss auf die wasserreduzierende Leistung des Produkts.

Offensichtlich können bei dieser Veretherungsreaktion Isopropanol, n-Butanol und Ethylacetat als Suspensionsmittel verwendet werden. Die Rolle des Suspendiermittels kann neben der Dispergierung der Reaktanten auch die Reaktionstemperatur steuern. Der Siedepunkt von Isopropanol liegt bei 82,3 °C, daher wird Isopropanol als Suspensionsmittel verwendet, die Temperatur des Systems kann in der Nähe der optimalen Reaktionstemperatur und der Substitutionsgrad der Butansulfonsäuregruppen im Produkt sowie die Fließfähigkeit des Produkts gesteuert werden Mörtel sind relativ hoch; Während der Siedepunkt von Ethanol zu hoch ist, genügt die Reaktionstemperatur nicht den Anforderungen, der Substitutionsgrad der Butansulfonsäuregruppen im Produkt und die Fließfähigkeit des Mörtels sind gering. Da an der Reaktion möglicherweise Petrolether beteiligt ist, kann kein dispergiertes Produkt erhalten werden.

4 Fazit

(1) Verwendung von Baumwollzellstoff als Ausgangsrohstoff,mikrokristalline Cellulose (MCC)mit einem geeigneten Polymerisationsgrad wurde hergestellt, mit NaOH aktiviert und mit 1,4-Butansulton umgesetzt, um wasserlöslichen Butylsulfonsäure-Celluloseether herzustellen, d. h. einen Wasserreduzierer auf Cellulosebasis. Die Struktur des Produkts wurde charakterisiert und es wurde festgestellt, dass sich nach der Veretherungsreaktion der Cellulose Sulfonsäuregruppen in ihrer Molekülkette befanden, die sich in eine amorphe Struktur umgewandelt hatten, und das Wasserreduziererprodukt eine gute Wasserlöslichkeit aufwies;

(2) Durch Experimente wurde festgestellt, dass die wasserreduzierende Leistung des erhaltenen Produkts am besten ist, wenn der Polymerisationsgrad der mikrokristallinen Cellulose 45 beträgt. Unter der Bedingung, dass der Polymerisationsgrad der Rohstoffe bestimmt wird, beträgt das Verhältnis der Reaktanten n(MCC):n(NaOH):n( BS)=1:2,1:2,2, die Aktivierungszeit der Rohstoffe bei Raumtemperatur beträgt 2 Stunden, die Produktsynthesetemperatur beträgt 80 °C und die Synthesezeit beträgt 5 Stunden. Die Wasserleistung ist optimal.