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羧甲基纤维素硬脂酸酯的制备及应用

发布日期:2015-04-18 17:50:03
硬脂酸
  常用的水溶液増粘剂有合成聚合物,如聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺及以丙烯酰胺或丙烯酸 单体为主要原料的共聚物;有改性天然产物,如羧甲基纤维素、羟乙(丙)基纤维素、黄原胶及丙烯酰胺或 其他单体与天然产物的接枝共聚物在石油钻井 过程中,利用高聚物提高钻井液的粘度;纺织、造纸 及水处理中主要利用増粘剂大分子长链侧基的吸附 作用使许多微小粒子聚集絮凝,提高原料的利用率 及除去水中的杂质或污物;近年来,在作为环保型硬脂酸水溶性涂料的増稠剂方面也显示出极大的应用潜 力[2]前述増粘剂主要用于常温下的淡水体系中,若 在较高温度及机械剪切作用下的一定浓度无机盐溶 液中,一般聚电解质的粘度保留值非常低,増粘作用 大大被削弱[3]针对这些不足,国内外学者> 5]对水 溶性聚电解质増粘剂的作用机理进行了深入研究, 并嫁接其他聚合物材料的优点,在水溶性聚电解质 大分子侧链或主链中引入少量疏水基团,得到了在 一定盐度及温度条件下具有优良増粘作用的疏水化 水溶性聚电解质増粘剂如在CMC上接枝长链季 铵盐环氧丙基二甲基十四烷基氯化铵;在纤维素及 其他纤维素衍生物接枝脂肪族长碳链,但水溶性羧 甲基纤维素棕榈酸酯的合成及増粘性能研究的报道 尚属首次1实验1.1试剂与仪器(分析纯)氯化亚砜(分析纯)、DM F(工业品);粘度 计(NDJ- 1型),pH S- 25型酸度计。
  
  1.2硬脂酸酰氯制备加热10 g硬脂酸至完全熔化,缓慢滴加5 mL 氯化亚砜,75 °C下反应2 h,升温至90 °C回流2 h, 蒸出反应剩余氯化亚砜,用DMF重结晶得纯品。
  
  1.3羧甲基纤维素酯化10 g羧甲基纤维素于搅拌下加入30 mL DM F 中,用饱和碳酸钠溶液调节pH值为8~ 10, 2 5 g硬 脂酸酰氯溶解于适量DM F溶液中,1 h滴加完毕, 60°C反应4h吸去滤液,滤饼烘干得羧甲基纤维素 硬脂酸酯。
  
  1.4酯化度测定称取一定量样品,置于250 m L酯化瓶中,准确 加入50 m L KOH乙醇溶液,然后装上回流冷凝管, 在水浴上维持微沸状态回流2 h,勿使蒸汽逸出冷 凝管。取下冷凝管,用10 mL中性乙醇冲洗冷凝管 的内壁及塞的下部,加1滴酚酞指示液,用盐酸标准 滴定溶液滴定剩余的K0H,到溶液的粉红色刚好褪 去即为终点酯化度、反应效率计算公式如下:酷化度=(F空白-V1)''- ( V空白-V0)' CHCI'm 1m 0反应效率与羧甲基纤维素反应的酰氯质量、,inn„反应效率=实际加入的酰氯质量式中:-空白试验消耗的盐酸标准溶液体积6 -滴定原料CMC消耗的盐酸标准溶液体积,mL;K -滴定样品消耗的盐酸标准溶液体积,mL羧甲基纤维素(取代度0. 8,工业品)、硬脂酸狗-原料CM C的质量,g;-盐酸标准溶液浓度,mol。17、分散,导致反应效率下降如经过4 h的反应,当硬 脂酸酰氯用量为羧甲基纤维素质量的55%时,取代表现相反这是因为羧甲基纤维素硬脂酸酯为疏水m | -样品的质量,g;原料CMC的毫摩尔质量,g。mmol-1;M,-样品的毫摩尔质量,g。mmolTj2结果与讨论2 1羧甲基纤维素含量对反应的影响为考察DM F分散体系中羧甲基纤维素含量对 反应的影响,将其它反应条件设定如下:pH 8~ 10, 硬脂酸酰氯加入量为羧甲基纤维素质量的25% ,反 应温度为60°C,反应时间为4h从表1可以看出, 质量分数从15%増加至25%,反应效率由37%増 加到61%,继续加大羧甲基纤维素用量,酯化反应 效率下降因为该反应为液固相反应,羧甲基纤维素 用量増加有利于反应物浓度提高,有利于酯化反应 进行,但用量过大使羧甲基纤维素均匀悬浮困难,反 应体系中粘度増大,硬脂酸酰氯扩散受阻,水解反应 机会増大,反应效率反而下降表1羧甲基纤维素用量和反应效率的关系羧甲基纤维素对溶剂的质量分数% 15 2 0 25 3 0 35 4 0 反应效率%37 4 7 61 5 5 53 442 2 pH值对反应的影响为考察pH值对反应的影响,将其它反应条件 设定如下:硬脂酸酰氯对羧甲基纤维素的质量分数 为25%,羧甲基纤维素对溶剂的质量分数35%,反 应温度为60°C,反应时间为4 h pH值是反应发生 的重要条件,由于硬脂酸酰氯与羧甲基纤维素反应 的过程中,不断释放出H,需要不断加碱调节,以 控制pH值在规定的范围内当反应体系的pH值设 定为6. 0~ 11. 0之间时,测定pH值对反应效率的 影响结果表明,pH为8.0 1010范围时反应效率 最高,低于或高于此pH值范围的反应效率均降低, 说明该反应对pH要求严格,过低或过高不利于与 羧甲基纤维素分子中的羟基发生反应表2体系pH值对反应的影响 pH值6.0-7. 0 7. 0-8. 08. 0-9. 0 9. 0-10. 010.0-11. 0反应效率/%11185860552 3硬脂酸酰氯用量对反应效率的影响表3给出硬脂酸酰氯对羧甲基纤维素的质量分 数从5%増至55%,反应效率从65%下降至34 %。这主要是硬脂酸酰氯不能在反应系统中很好地 度为0. 11,反应效率仅为34%。而当硬脂酸酰氯用 量为羧甲基纤维素质量的35 %时,取代度为0. 10, 反应效率则提高为49%。由此可见,高浓度的硬脂 酸酰氯很难取得高的反应效率。
  
  表3硬脂酸酰氯用量对反应效率的影响硬脂酸酰氯对羧甲基纤维素的质51525354555量分数%反应效率%656255493834取代度0. 0190. 0520. 0810. 100. 110. 112. 4反应温度对反应效率的影响表4给出了反应温度对羧甲基纤维素酯化反应 效率的影响反应温度从30°C升至60°C,反应效率 迅速由36%増长至59%,进一步提高反应温度至 70C,反应效率下降至42%,反应温度在60C左 右对反应最有利。反应温度对反应进程的作用是双 重的,一方面升温致使羧甲基纤维素颗粒更好地溶 胀,使硬脂酸酰氯容易在羧甲基纤维素颗粒内扩散, 另一方面升温导致硬脂酸酰氯水解副反应増加,这 不利于反应效率的提高表4反应温度对反应效率的影响反应温度/C3040506070反应效率%36485459422. 5溶剂对反应的影响制备纤维素各类衍生物时,为提高羧甲基纤维 素分子中自由羟基的反应活性,反应一般在碱性条 件下进行,采用水或水有机溶剂(如低碳醇)混合物 作反应介质本试验采用的羧甲基纤维素(取代度 0. 8)为水溶性试剂,从确保体系呈悬浮状,防止酰氯 水解或醇解,又要使羧甲基纤维素充分溶胀等三个 因素考虑选用DM F(N,N二甲基甲酰胺)为反应介 质3应用表5为酯化度为0. 11的羧甲基纤维素硬脂酸 酯与原料羧甲基纤维素在相同条件下的増粘性能对 照从表5看出未经酯化的羧甲基纤维素的粘度较 低,经硬脂酸酰氯酯化后,相同浓度的水溶液粘度大 幅度上升,表现出很好的増粘作用。除此之外,2% 羧甲基纤维素硬脂酸酯粘度随盐溶液浓度的提高而 増大,表现出很强的抗盐性,而%羧甲基纤维素则 化水溶性聚电解质,该类聚电解质的疏水缔合作用 形成的可逆空间网架结构受无机盐影响小,得到很 大的超分子链聚集体,増大了聚合物的流体力学体 积,因而溶液的粘度显著地提高。
 
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