סינתזה ומאפיינים ריאולוגיים של אתר הידרוקסיאתיל תאית

בנוכחות זרז אלקלי מתוצרת עצמית, הידרוקסיאתיל תעשייתי תאית התקבלה בתגובה עם N-(2,3-אפוקסיפרופיל) טרימתיל אמוניום כלוריד (GTA) מגיב קטיוניזציה להכנת אמוניום רבעוני בעל תחלופה גבוהה בשיטה יבשה מלח מסוג Hydroxyethyl cellulose ether (HEC). השפעות היחס בין GTA לתאית הידרוקסיאתיל (HEC), היחס בין NaOH ל-HEC, טמפרטורת התגובה וזמן התגובה על יעילות התגובה נחקרו עם תוכנית ניסוי אחידה, ותנאי התהליך האופטימליים הושגו באמצעות Monte הדמיית קרלו. ויעילות התגובה של מגיב האתריפיקציה הקטיוני מגיעה ל-95% באמצעות אימות ניסיוני. במקביל, נדונו תכונותיו הריאולוגיות. התוצאות הראו שהפתרון שלHEC הראה את המאפיינים של נוזל לא ניוטוני, וצמיגותו הנראית גדלה עם עליית ריכוז מסת התמיסה; בריכוז מסוים של תמיסת מלח, הצמיגות לכאורה שלHEC ירד עם עליית ריכוז המלח המוסף. תחת אותו קצב גזירה, הצמיגות לכאורה שלHEC במערכת פתרון CaCl2 גבוהה מזו שלHEC במערכת פתרון NaCl.

מילות מפתח:הידרוקסיאתילאתר תאית; תהליך יבש; תכונות ריאולוגיות

לתאית מאפיינים של מקורות עשירים, מתכלות ביולוגית, תאימות ביולוגית ונגזרת קלה, ומהווה מוקד מחקר בתחומים רבים. תאית קטיונית היא אחד הנציגים החשובים ביותר של נגזרות תאית. בין הפולימרים הקטיונים למוצרי הגנה אישיים הרשומים על ידי CTFA של איגוד תעשיית הריח, צריכתו היא הראשונה. זה יכול להיות בשימוש נרחב בתוספי מיזוג מרכך שיער, מרככים, מעכבי הידרציה של פצלי קידוח וחומרים נגד קרישה בדם ותחומים אחרים.

נכון להיום, שיטת ההכנה של אתר הידרוקסיאתיל תאית רבעוני אמוניום רבעוני היא שיטת ממס, הדורשת כמות גדולה של ממיסים אורגניים יקרים, היא יקרה, לא בטוחה ומזהמת את הסביבה. בהשוואה לשיטת הממס, לשיטה היבשה יש את היתרונות הבולטים של תהליך פשוט, יעילות תגובה גבוהה ופחות זיהום סביבתי. במאמר זה, אתר תאית קטיוני סונתז בשיטה יבשה והתנהגותו הריאולוגית נחקרה.

1. חלק ניסיוני

1.1 חומרים וריאגנטים

תאית הידרוקסיאתיל (מוצר תעשייתי HEC, דרגת ההחלפה המולקולרית שלו DS היא 1.8~2.0); מגיב קטיוניזציה N-(2,3-אפוקסיפרופיל) טרימתיל אמוניום כלוריד (GTA), שהוכן מאפוקסי כלוריד פרופאן וטרימתילאמין מיוצרים בעצמם בתנאים מסוימים; זרז אלקלי מתוצרת עצמית; אתנול וחומצה קרחונית טהורים מבחינה אנליטית; NaCl, KCl, CaCl2 ו- AlCl3 הם ריאגנטים טהורים מבחינה כימית.

1.2 הכנת תאית קטיונית אמוניום רבעונית

הוסף 5 גרם של תאית הידרוקסיאתיל וכמות מתאימה של זרז אלקלי תוצרת בית לתוך גליל פלדה גלילי המצויד במערבל, ומערבבים במשך 20 דקות בטמפרטורת החדר; לאחר מכן הוסף כמות מסוימת של GTA, המשך לערבב במשך 30 דקות בטמפרטורת החדר, והגיב בטמפרטורה ובזמן מסוימים, התקבל מוצר גולמי מוצק המבוסס בעיקרו עליו. המוצר הגולמי ספוג בתמיסת אתנול המכילה כמות מתאימה של חומצה אצטית, מסונן, שוטף ומייבש בוואקום לקבלת אבקת תאית קטיונית אמוניום רבעונית.

1.3 קביעת חלק מסת החנקן של תאית הידרוקסיאתיל רבעונית אמוניום קטיוני

חלק המסה של חנקן בדגימות נקבע בשיטת Kjeldahl.

2. עיצוב ניסיוני ואופטימיזציה של תהליך סינתזה יבש

שיטת התכנון האחיד שימשה לתכנון הניסוי, ונבדקו השפעות היחס בין GTA לתאית הידרוקסיאתיל (HEC), היחס בין NaOH ל-HEC, טמפרטורת התגובה וזמן התגובה על יעילות התגובה.

3. מחקר על תכונות ריאולוגיות

3.1 השפעת הריכוז ומהירות הסיבוב

לוקח את ההשפעה של קצב הגזירה על הצמיגות לכאורה שלHEC בריכוזים שונים Ds=0.11 כדוגמה, ניתן לראות שככל שקצב הגזירה עולה בהדרגה מ-0.05 ל-0.5 s-1, הצמיגות הנראית שלHEC התמיסה יורדת, במיוחד בצמיגות הנראית של 0.05 ~0.5s-1 ירדה בחדות מ-160MPa·s עד 40MPa·s, גזירה דילול, המציין כיHEC תמיסה מימית הציגה תכונות ריאולוגיות לא ניוטוניות. ההשפעה של מתח הגזירה המופעל היא הפחתת כוח האינטראקציה בין החלקיקים של השלב המפוזר. בתנאים מסוימים, ככל שהכוח גדול יותר, כך גדלה הצמיגות הנראית לעין.

ניתן לראות זאת גם מהצמיגות הנראית לעין של 3% ו-4%HEC תמיסות מימיות שריכוז המסה הוא 3% ו-4% בהתאמה בקצבי גזירה שונים. הצמיגות הנראית של התמיסה מצביעה על כך שיכולת הגברת הצמיגות שלה עולה עם הריכוז. הסיבה היא שככל שהריכוז עולה במערכת התמיסות, הדחייה ההדדית בין המולקולות של השרשרת הראשית שלHEC ובין השרשראות המולקולריות עולה, והצמיגות לכאורה עולה.

3.2 השפעת ריכוזים שונים של תוספת מלח

הריכוז שלHEC נקבע על 3%, וההשפעה של הוספת מלח NaCl על תכונות הצמיגות של התמיסה נחקרה בקצבי גזירה שונים.

ניתן לראות מהתוצאות שהצמיגות הנראית לעין יורדת עם עליית ריכוז המלח המוסף, מה שמראה על תופעת פוליאלקטרוליט ברורה. הסיבה לכך היא שחלק מה-Na+ בתמיסת המלח קשור לאניון שלHEC שרשרת צד. ככל שריכוז תמיסת המלח גדול יותר, כך גדלה מידת הנטרול או המיגון של הפולייון על ידי הנגדיון, והפחתת הדחייה האלקטרוסטטית, וכתוצאה מכך ירידה בצפיפות המטען של הפולייון. , שרשרת הפולימר מתכווצת ומתפתלת, והריכוז הנראה יורד.

3.3 השפעת מלחים מוספים שונים על

ניתן לראות זאת מהשפעתם של שני מלחים מוספים שונים, Nacl ו- CaCl2, על הצמיגות הנראית לעין שלHEC פתרון שהצמיגות הנראית יורדת עם הוספת המלח המוסף, ובאותו קצב גזירה, הצמיגות הנראית שלHEC תמיסה במערכת תמיסת CaCl2 הצמיגות הנראית גבוהה משמעותית מזו שלHEC פתרון במערכת פתרון NaCl. הסיבה היא שמלח סידן הוא יון דו ערכי, וקל יותר להיקשר על Cl- של שרשרת הצד הפוליאלקטרוליטית. השילוב של קבוצת האמוניום הרבעוני עלHEC עם Cl- מופחת, והסיכוך קטן יותר, וצפיפות המטען של שרשרת הפולימר גבוהה יותר, וכתוצאה מכך הדחייה האלקטרוסטטית על שרשרת הפולימר גדולה יותר, ושרשרת הפולימר נמתחת, כך שהצמיגות הנראית גבוהה יותר.

4. מסקנה

הכנה יבשה של תאית קטיונית מוחלפת ביותר היא שיטת הכנה אידיאלית עם פעולה פשוטה, יעילות תגובה גבוהה ופחות זיהום, ויכולה למנוע צריכת אנרגיה גבוהה, זיהום סביבתי ורעילות הנגרמים משימוש בממיסים.

התמיסה של אתר תאית קטיוני מציגה את המאפיינים של נוזל לא ניוטוני ובעלת מאפיינים של דילול גזירה; ככל שריכוז מסת התמיסה עולה, הצמיגות הנראית לעין שלה עולה; בריכוז מסוים של תמיסת מלח,HEC הצמיגות לכאורה עולה עם עלייה וירידה. תחת אותו קצב גזירה, הצמיגות לכאורה שלHEC במערכת פתרון CaCl2 גבוהה מזו שלHEC במערכת פתרון NaCl.