Synthesis et Characterization of Butane Sulfonate Cellulosae Ether Aquae Reducer

Microcrystallina cellulosa (MCC) cum certo gradu polymerizationis ab acido hydrolysi cellulosae bombicis pulpae adhibita est ut materia rudis. Sub activatione hydroxidi sodii, cum sultone 1,4-butanei (BS) portatum est, ut cellulosam butyl sulfonatam obtineat (SBC) aqua reducens cum aqua bona solubilitate evoluta est. Productum structuram spectroscopium infrarubrum (FT-IR), magneticum spectroscopium (NMR) resonantiae magneticae (NMR), microscopii (SEM), diffractionem X-radii (XRD) aliorumque methodorum analyticorum analyticam, ac polymerizationem gradum, materiam rudis; et reactio Mcc inquisita est. Effectus syntheticae processus condiciones ut temperies, tempus reactionem, et genus suspendendi agentis in aqua-reducendo operando producti. Eventus demonstrant: cum gradus polymerizationis materiae rudis Mcc est 45, massa reactantium ratio est: AGU (unitatis glucosidis cellulosae): n (NaOH): n (BS) = 1.0: 2.1: 2.2, The. agens suspendens isopropanol est, activum tempus materiae rudis in cella temperie 2 h est, et synthesis producti tempus 5 h. Cum temperatura est 80°C, productum consecutus summum gradum substitutionis globi acidorum butanesulfonicum habet, et productum optimum effectum aquarum reducendi habet.

Clavis verba:cellulosa; cellulosa butylsulfonate; aquam debel agente; aquam reducing perficiendi

1.Introductio

Superplasticizer concretum unum est ex necessariis componentibus modernorum concretorum. Hoc ipsum, ob speciem reducendi aquae agentis, altam operabilitatem, bonam firmitatem atque etiam altitudinem concretorum viribus praestari potest. Currently late usus aquae altae efficientiae reducentium maxime includunt sequentia genera: naphthalene-substructio aquae reducentis (SNF), melamine sulfonatae resinae substructio aquae reducentis (SMF), sulfamate-substructio aquae reducer (ASP), modificatum Lignosulfonatum superplasticizer (SMF), ML), et polycarboxylatus superplasticizer (PC), quae nunc acrius indagantur. Synthesis processus aquarum reducentium analysis, plerique reductores aquae condensatae traditionis prioris utuntur formaldehyde cum odore forti acri sicut materia rudis ad reactionem polycondensationis, et processus sulfonationis plerumque exercetur cum acido sulphurico sulphurico valde corrosivo vel coacto acido sulphurico. Hoc inevitabiliter efficiet adversas effectus in opificibus et circumiectis locis, et etiam magnam copiam vastitatis residuum et liquidum vastum generabit, quod ad progressionem sustinendam non conducit; attamen, quamvis aqua polycarboxylata reducers commoda habeat parvae iacturae concreti super tempus, humilis dosis, boni fluxus. Commoda densitatis altae et nullas substantias toxicas sicut formaldehyde, sed difficile est promovere in Sinis propter magnos. pretium. Ex analysi fontis materiarum rudium, haud difficile est invenire pleraque praedictae aquae reduceres in summas innixas esse productis petrochemicis/by-productis, cum petroleum, utpote non-renovabile auxilium, in dies magis vix et. pretio suo semper assurgens. Quomodo ergo utendi vilibus et copiosis facultatibus naturalibus renovandis, ut rudibus materiis ad novas magnificas operationes superplasticisores explicandas, factus est maximus investigationis directio pro concretis superplasticisribus.

Cellulosa linearis est macromolecula formata, multis D-glucopyranosis cum β-(1-4) vinculis glycosidicis connexis. Tres circuli hydroxyli in singulis anulis glucopyranosyl sunt. Propria curatio certam reactivitatem consequi potest. In hac charta, pulpa cellulosa bombacio ut materia rudis initialis adhibita est, et post hydrolysim acidum ad cellulosum microcrystallinum cum congruo polymerizationis gradu obtinendum, a sodium hydroxide excitatum est et cum sultone 1,4-butaneo sultono ad butylum sulfonatum acidum praeparandum. aether cellulosus superplasticus, et factores cuiusque reactionis influentes agitabantur.

2. Experimentum

2.1 Rudis materiae

Cellulosum bombicinum pulpam, polymerizationem gradum DLXXVI, Xinjiang Aoyang Technology Co, Ltd. 1,4-butane sultone (BS), industriae gradus, productus a Shanghai Jiachen Chemical Co, Ltd. 52.5R caementum ordinarium Portland, Urumqi dummodo per officinas caementa; Sinae ISO vexillum sand, quod ab Xiamen Ace Ou Latin Sand Co, Ltd. sodium hydroxidum, acidum hydrochloricum, isopropanolum, methanolum anhydroum, ethyl acetas, aether n-butanolum, petroleum, etc., omnia analytice pura, commercium in promptu sunt.

2.2 Methodus experimentalis

Puta quantitatem quandam pulpae bombicinis et proprie tere, mitte in utrem collum trium, adde quamdam intentionem acidi hydrochlorici diluti, excita ad calefacere et hydrolyzare per certum temporis spatium, refrigerandum ad cella temperiem, percolandum; lava in aqua usque ad neutrum, et vacuum siccum ad 50°C obtinendum Post materiam crudam microcrystalline cellulosam cum diversis polymerizationis gradibus, gradum polymerizationis secundum litteras metire, eam in utre reactionis trium collorum suspende, eam suspende. agens suspendens 10 vicibus massam suam, adde solutionem quandam sodii hydroxidi aquei sub excitando, excita et excita in cella temperiei ad certum temporis spatium, adde quantitatem calculi 1,4-butanei sultoni (BS), calefacere. ad temperiem reactionem, ad constantem temperiem ad certum temporis spatium agere, productum refrigerare ad cella temperiem, ac rudis productum per suctu filtrationem obtine. Accende intus stupam cum aqua et methanolum per 3 tempora, et sparge suctu ad obtinendum productum finalem, scilicet cellulosam butylsulfonatam aquae minuentis (SBC).

2.3 Product analysis et characterisation

2.3.1 Determinatio producti sulphuris contenti et calculi gradus substitutionis

FLASHEA-PE2400 analysris elementaris usus est ad analysin elementalem ducere in aqua cellulosa butylo sulfonate aquae reducentis producti ad determinandum contentum sulphuris.

2.3.2 Determinatio fluidi cæmenti

Mensurata secundum 6.5 in GB8076-2008. Id est, prima mensura harenae mixturae aquae/caementi/vexillum mixtum in NLD-3 cemento temperamento fluiditatis probatoris cum dilatatio diametri (180±2) mm est. cementum, aquae mensurae Probatio 230g est consumptio), et deinde adde aquam reducendi agentis cuius massa est 1% massae caementi ad aquam, secundum agentem/vexillum aquae/vexillum harenae = 450g/4.5g/ ad cementum/aquam reducentem/450g/4.5g/ 230 g/ Proportio 1350 g ponatur in caemento caemento JJ-5 temperamento mixto et aequaliter concito, et diametro luti in mortario fluiditatis testor dilatato mensuratur, quod est luti liquoris mensuratum.

2.3.3 Product Characterization

Specimen FT-IR charactere insignitum est utens EQUINOX 55 typus Fourieriani spectrometer infraredus de Bruker Company; the H NMR spectrum specimen ab INOVA ZAB-HS aratro superducens instrumentum magneticae nuclei resonantiae Varianae Societatis; morphologia producti sub microscopio observata est; Analysis XRD facta est in sample utendo diffractometro X-radii MAC Company M18XHF22-SRA.

3. Proventus et disceptatio

3.1 Characterization eventus

3.1.1 Eventus FT-IR characterizationis

Analysis infrared facta in materia rudis celluloso microcrystallino cum gradu polymerizationis Dp=45 facta est et producti SBC ex hac materia rudis summatim perstringitur. Cum recessus cacumina SC et SH valde infirma sint, non sunt aptae identitati, dum S=O validum apicem habet effusio. Utrum igitur globus acidus sulfonicus sit in structura hypothetica determinari potest confirmando apicem existentiam S=O. Patet, in spectro celluloso est valida effusio cacuminis ad numerum elatum 3344 cm-1, quod hydroxyli vibrationis apicem in cellulosum extendens tribuitur; validior effusio cacumen ad undam numerus 2923 cm-1 est extensio vibrationis cacumen methyleni (-CH2). Vibratio cacumen; series vinculorum compositorum 1031, 1051, 1114, et 1165cm-1 reddunt effusio cacumen hydroxyli vibrationis extendentis et effusio apicem vinculi (COC) vibrationis etheris; numerus undarum 1646cm-1 refert hydrogenii ab aqua hydroxyli et libera aqua vinculi effusio cacumina; Cohors 1432~1318cm-1 cellulae crystalli structurae exsistentiam reflectit. In IR spectro SBC, intensio cohortis 1432~1318cm-1 debilitat; dum vehementia effusionis apicem ad 1653 cm-1 augetur, significans facultatem vincula consectetuer formandi roborari; 1040, 605cm-1 validior apparet Absorptionis cacumina, et haec duo non reflectuntur in spectro infrarubro cellulosi, prior est proprietas effusio cacuminis vinculi S=O, et haec est proprietas effusio cacuminis SO vinculi. Fundata supra analysi, videri potest post ætherificationem reactionem cellulosae, globi acidi sulfonicæ in sua catena hypothetica.

3.1.2 H NMR proventus characterismi

H NMR spectrum cellulosi butyli sulfonati videri potest: intra γ=1.74~2.92 est hydrogenium proton cyclobutyli transpositio chemica, et intra γ=3.33~4.52 cellula anhydroglucosa unitas est. Protono chemico transpositio oxygenii in γ=4.52. ~6 est mutatio proton chemicae methylenae in globo acidi butylsulfonici cum oxygenio connexo, et nullum est apicem ad γ=6~7, indicans productum non esse protonum ceterae.

3.1.3 SEM characterizationis eventus

SEM observatio pulpae cellulosae bombicinae, cellulosae microcrystallinae et producti cellulosae butylsulfonatae. SEM analysin dividendo eventus pulpulosi bombicini cellulosi, cellulosi microcrystallini et productum cellulosum butanesulfonatum (SBC), deprehenditur microcrystallinum cellulosum post hydrolysim cum HCL consecutum insigniter structuram fibrarum cellulosarum mutare posse. Structura fibrosa destructa est, et particulae cellulosae tenuis agglomeratae obtinebantur. SBC ulteriore cum BS reflexione consecuta nullam fibrosam structuram habuit ac basically transformavit in structuram amorphosam, quae dissolutioni in aqua profuit.

3.1.4 XRD characterization eventus

Crystallinitas cellulosae et eius derivationes referuntur ad recipis regionis cristallinae quae fabricam cellulosam unit in toto. Cum cellulosa et eius derivationes chemicae reactionem subeunt, vincula hydrogenii in moleculo et inter moleculas destruuntur, et regio crystallina fiet regio amorphoca, inde crystallinum reducens. Ergo mutatio in crystallinitate ante et post reactionem est mensura cellulosa Una re- gularum ad participandum responsum vel non. XRD analysis fiebat in celluloso microcrystallino et producto celluloso butanesulfonato. Comparatione videri potest quod crystallinitas post aetherificationem fundamentaliter mutet, et productum prorsus transformetur in structuram amorphodem, ut in aqua dissolvi possit.

3.2 Effectus gradus polymerizationis materiarum rudium in aqua-reducendo effectus producti

Liquoritas mortarii directe reflectit aquae reducendae producti, et sulpura producti unum ex praecipuis factoribus quae luti sunt fluiditatem afficiunt. Liquorem mortarii mensurat in productione aquae reducendae.

Post mutatis hydrolysi reactionis condiciones ad Mcc parandum cum diversis polymerizationis gradibus, secundum modum superius, elige quendam synthesin processum ad productos SBC parandos, mensura sulphuris contenta ad calculandum gradum substitutionis productum, et addito SBC productos ad aquam. /Cemmentum/vexillum harenae mixtionis systematis metire fluiditatem mortarii.

Ex eventibus experimentalibus videri potest quod intra ambitum investigationis, cum gradus polymerizationis materiae rudis microcrystallini altae est, sulphur contentum (gradum substitutionis) producti et fluiditatem pilae humilem esse. Causa est quia: pondus moleculare materiae rudis est parva, quae conducit ad mixtionem uniformem materiae rudis et penetrationem eterificationis agentis, eo quod auget gradum eterificationis producti. Nihilominus, producto aquae reductione rate non oritur in recta linea cum decremento gradus polymerizationis materiarum rudium. Effectus experimentales ostendunt cæmenti humorem cæmenti cæmenti mixtum cum SBC mixtum cæmento mixtum, utendo celluloso microcrystallino cum gradu polymerizationis Dp<96 (pondere moleculari<15552) majus quam 180 mm (quod majus est quam sine aqua reducente) . Probatio fluiditatis), significans SBC parari posse utendo celluloso cum pondere hypothetico minore quam 15552, et certam aquam deminuto rate obtineri posse; SBC praeparatur utendo celluloso microcrystallino cum polymerizatione 45 (ponderis molecularis: 7290), et concreto mixtionis addita, quae mensurata fluiditas pilae maxima est, ideo consideratur cellulosum cum gradu polymerizationis. circiter 45 aptissimum SBC parandum; cum gradus polymerizationis materiarum rudium maior est quam 45, fluiditas mortarii paulatim decrescit, quo significat aquam minui ratem minuere. Hoc est, quia, cum pondus hypotheticum sit magnum, ex altera parte, viscositas mixtionis augebit, dissipatio caementi uniformitas degenerabitur, et dissipatio in concreto tarda erit, quae effectum dispersionis afficiet; at contra, cum pondus molecular est magnum, macromoleculae superplasticizer sunt in forma temere coil, quae in superficie particuli caementi adsorbere difficile est. Cum vero gradus polymerizationis materiae rudis minor est quam 45, cum sulphuris contenti producti (substitutionis gradus) sit relative magnus, etiam humor mixtionis mortarii incipit decrescere, sed diminutio valde parva est. Ratio est, quia cum pondus moleculare aquae agentis minuentis est parvus, licet diffusio molecularis facilis sit et humidabilitas habeat bonam, adsorptio celeritas moleculi maior est quam moleculae, et aqua oneraria catena brevissima; et magna frictio inter particulas, quae concretis nocet. Dissipatio effectus non tam bonus est quam aqua reducens cum maiori moleculari pondere. Ergo magni momenti est ut pondus porcum hypotheticum recte moderari (segmentum cellulosum) ad meliorem faciendorum aquam reducere.

3.3 Effectus reactionis conditiones in aqua reducendo effectus producti

Per experimenta deprehenditur praeter modum polymerizationis MCC, ratio reactantium, reactionis temperatae, activationis materiarum rudium, temporis synthesis producti, et genus agentis suspendendi omnes effectus in aqua reducendo afficiunt.

3.3.1 Reactant ratio

(I) dosis BS

Sub conditionibus parametris aliis determinatis (gradus polymerizationis MCC est 45, n(MCC): n(NaOH)=1:2.1, agens suspensivum est isopropanol, activum tempus cellulosi ad cella temperie 2h est; synthesis temperatus est 80°C, et synthesis temporis 5h), ad investigandum effectum moles eterificationis agentis 1,4-butanei sultonis (BS) in gradu substitutionis acidi butanesulfonici aggregati producti et fluiditatis mortarium.

Perspici potest, quantum BS auget, gradum substitutionis globi acidi butanesulfonic et fluiditatem pilae signanter augere. Cum proportio BS ad Mcc pervenerit 2.2:1, fluiditas DS & mortarium maximam attingit. valor, aqua reducere hoc tempore optima censetur. Valor BS crescere perseuerat, et gradus substitutionis et fluiditas pilae decrescere coeperunt. Causa est, quia, cum BS est superfluus, BS cum NaOH agere faciet ad generandum HO-(CH2)4SO3Na. Ideo haec charta meliorem eligit rationem materialem BS ad MCC ut 2.2:1.

(2) dosis NaOH

Sub conditionibus ab aliis parametris processu determinatis (gradus polymerizationis MCC est 45, n(BS): n(MCC)=2.2:1. Suspensio agentis est isopropanol, activum tempus cellulosi in cella temperie 2h est; synthesis temperatus est 80°C, et synthesis temporis 5h), ad investigandum effectum quantitatis sodii hydroxidis in gradu substitutionis globi acidi butanesulfonici in producto et fluiditate pilae.

Ex his constare potest, crescente reductionis quantitate, gradum substitutionis SBC celeriter augeri et decrescere, postquam ad summum pervenit valorem. Causa est, quia, contento NaOH alto, nimis multae sunt in systemate bases liberae, et probabilitas motus laterum augetur, inde in agentibus plus ætherificationis (BS) participantibus reactiones laterales, ita reducendo gradum substitutionis sulfonic. Acidum aggregata in aliqua. In superiori temperie, praesentia nimiae NaOH cellulosum etiam deprimet, et effectus aquae reducens in gradu polymerizationis inferioris afficietur. Secundum eventus experimentales, cum proportio molaris NaOH ad MCC est circa 2.1, gradus substitutionis est maximus, ergo charta haec determinat proportionem molarem NaOH ad MCC esse 2.1:1.0.

3.3.2 Effectus reactionis temperatus in productum aquarum reducing perficientur

Sub conditionibus aliis parametris determinatis (gradus polymerizationis MCC est 45, n(MCC): n(NaOH): n(BS)=1:2.1:2.2, agens suspensivum est isopropanol et tempus activationis cellulosa ad cella temperies est 2h. Time 5h), influentia synthesis reactionis temperatae in gradu substitutionis globi acidi butanesulfonici in producto explorato.

Videri potest, cum motus caliditatis reactionem auget, substitutionis acidum sulfonicum gradum DS of SBC sensim augeri, sed cum motus temperatus 80 °C excedit, DS inclinatio deorsum ostendit. Aetherificatio reactionem inter sultonum 1,4-butanum et cellulosum reactionem endothermicam est, et reactionem caliditatis augere prodest reactioni inter agentem aetheriabilem et coetus hydroxyli cellulosam, sed cum augmento temperationis, effectus NaOH et cellulosi paulatim crescit. . Fortis efficitur, ut cellulosam dehonestet et defluat, ex diminutione ponderis cellulosi et generationis minorum saccharorum hypotheticorum. Reactio tam parvarum moleculorum cum agentibus aetheriantibus facilior est, et agentium aetheriantium consumetur, afficiens gradum substitutionis producti. Haec igitur thesis censet aptissima reactionem temperatam ad eterificationem reactionis BS et cellulosi 80℃ esse.

3.3.3 Effectus reactionis tempus in productum aquarum reducendo perficientur

Tempus reactionem est divisa in locus temperatus activum materiarum rudium et constantem temperiem componendi tempus productorum.

(I) Locus temperatus activation tempore rudis materiae

Sub condiciones processus optimales (MCC gradus polymerizationis est 45, n(MCC): n(NaOH): n(BS)=1:2.1:2.2, agens suspendens est isopropanol, synthesis reactionis temperatura 80°C, productum Constans temperatura synthesis temporis 5h), investigare influentiam temporis activationis temperaturae cubiculi in gradu substitutionis producti globi acidi butanesulfonici.

Perspici potest quod gradus substitutionis acidi butanesulfonici coetus producti SBC primum auget et deinde decrescit cum prolongatione temporis activationis. Ratio analysi fieri potest, ut, aucto tempore actionis NaOH, degradatio cellulosae gravis sit. Pondus hypotheticum cellulosum minuit ad saccharos parvas hypotheticas generandas. Reactio tam parvarum moleculorum cum agentibus aetheriantibus facilior est, et agentium aetheriantium consumetur, afficiens gradum substitutionis producti. Propterea haec charta censet locum temperaturae activationis tempore materiae rudis 2h esse.

(II) Product synthesis tempore

Sub condiciones supra meliores processus, effectus activationis tempore in cella temperie in gradu substitutionis coetus acidi butanesulfonici producti investigatus est. Perspici potest quod, prolongatione temporis reactionis, primum gradum substitutionis auget, sed cum tempus ad 5h reactionem pervenit, DS inclinatio deorsum ostendit. Hoc refertur ad basim gratuitam praesentem in ætherificatione reactionis cellulosae. In superioribus temperaturis prolongatio temporis reactionis incrementum inducit ad modum alcali hydrolysis cellulosi, abbreviatio catenae cellulosae hypotheticae, diminutio in pondere hypothetica producti, et incrementum partium reactiones, inde in substitutio. gradus decrescat. In hoc experimento, specimen synthesis temporis est 5h.

3.3.4 Effectus speciei agentis suspendendi in aqua reducendo in effectu producti

Sub condiciones processus optimales (gradus polymerizationis MCC est 45, n(MCC): n(NaOH): n(BS)=1:2.1:2.2, activum tempus materiarum rudium in cella temperie 2h, constantis temperaturae synthesis tempus est. productorum est 5h, et synthesis reactionis temperatura 80 ), respective eligere isopropanol, ethanol, n-butanol, ethyl acetatis et petroleum aetherem quasi agentium suspendentium, et de eorum influxu in aqua-reducendo producti effectus.

Patet, isopropanol, n-butanol et ethyl acetas omnes adhiberi possunt ut agens suspendens in hac etherificatione reactionis. Munus agentis suspendentis, praeter dispergendos reactantes, reactionem temperatam moderari potest. Punctum isopropanol fervens est 82.3°C, ita isopropanol ponitur ut agens suspendens, temperatura systematis temperari potest circa optimam caliditatem reactionem, et gradum substitutionis acidi butanesulfonici circulorum in producto et fluiditate mortarium relative altum; dum fervens ethanol praealtum est Maximum, reactionem temperationis non metus requisitis, gradus substitutionis acidorum butanesulfonici in producto circulorum et in pilae fluiditate humiles sunt; aether petroleum reactionem participare potest, itaque nullum productum dispersum obtineri potest.

4 conclusio

(1) Pulpa bombacio utens ut materia rudis initialis;microcrystalline cellulosa (MCC)cum congruo polymerizationis gradu a NaOH acto instructum et cum sultone 1,4-butaneum portavit ad aetherem cellulosum acidum butylsulfonicum solutum, id est, aquam cellulosam reducentem. Structura producti characterista erat, et deprehensum est post acerificationem cellulosam, globi acidi sulfonices in catenis eius hypotheticis, quae in amorphos structuram transfigurabant, et aqua reducens aquae solubilitatem bonam habuit;

(2) Per experimenta deprehenditur, dum gradus polymerizationis microcrystallini cellulosi est 45, aqua-reducing effectus producti consecuti optimum est; sub conditione, ut gradus polymerizationis materiarum rudium determinetur, ratio reactantium est n(MCC): n(NaOH): n(BS)=1:2.1:2.2, activum tempus materiarum rudium in cella temperie. 2h, producto synthesis temperatus est 80°C, et synthesis tempus est 5h. Aquae perficientur optimal est.