مادة فائقة الامتصاص من إيثر السليلوز

تمت دراسة أداء العملية والمنتج لكربوكسي ميثيل السليلوز المتقاطع بواسطة N، N- ميثيلين بيساكريلاميد لتحضير راتينج فائق الامتصاص، وتمت مناقشة تركيز القلويات، وكمية عامل الارتباط المتقاطع، والإيثر القلوي، والمذيبات. تأثير الجرعة على أداء امتصاص الماء للمنتج. تم شرح آلية امتزاز الراتينج الممتص للماء إلى الماء. أظهرت الدراسات أن قيمة الاحتفاظ بالمياه (WRV) لهذا المنتج تصل إلى 114 مل/جم.

الكلمات الرئيسية:الأثير السليلوز. ميثيلينيبيساكريلاميد. تحضير

1、مقدمة

الراتينج فائق الامتصاص عبارة عن مادة بوليمر تحتوي على مجموعات قوية محبة للماء ودرجة معينة من التشابك. تتميز المواد الشائعة التي تمتص الماء مثل الورق والقطن والقنب بمعدل امتصاص منخفض للماء وقدرة ضعيفة على الاحتفاظ بالماء، بينما يمكن للراتنجات فائقة الامتصاص أن تمتص الماء عشرات المرات من وزنها، كما أن الجل الذي يتكون بعد امتصاص الماء لن يجفف حتى مع ضغط طفيف. قدرة ممتازة على الاحتفاظ بالمياه. وهو غير قابل للذوبان في الماء ولا في المذيبات العضوية.

يوجد عدد كبير من مجموعات الهيدروكسيل ومجموعات الكربوكسيل وأيونات هيدرات الصوديوم على السلسلة الجزيئية للمادة فائقة الامتصاص المصنوعة من السليلوز. بعد امتصاص الماء، يُحاط الماء بشبكة جزيئية كبيرة محبة للماء ويمكن الاحتفاظ به تحت ضغط خارجي. عندما يبلل الماء راتنج الامتزاز، يتم تشكيل طبقة من الغشاء شبه المنفذ بين الراتنج والماء. بسبب التركيز العالي للأيونات المتنقلة (Na+) في الراتينج الممتص للماء، بحسب دونان'وفقًا لمبدأ التوازن، فإن اختلاف تركيز الأيونات يمكن أن يسبب الضغط الأسموزي. ضعيف، ويشكل قوة ضعيفة للترطيب والانتفاخ، ويمر الماء عبر هذه الطبقة من الغشاء شبه المنفذ ويتحد مع المجموعات والأيونات المحبة للماء على الجزيئات الكبيرة من الراتنج فائق الامتصاص، مما يقلل من تركيز الأيونات المتنقلة، وبالتالي يظهر امتصاصًا عاليًا للماء وتورمًا. تستمر عملية الامتزاز هذه حتى يصبح فرق الضغط الأسموزي الناتج عن الاختلاف في تركيز الأيونات المتنقلة مساوياً لمقاومة التوسع الإضافي الناتج عن قوة التماسك للشبكة الجزيئية لراتنج البوليمر. مزايا الراتنج فائق الامتصاص المحضر من السليلوز هي: معدل امتصاص الماء المعتدل، سرعة امتصاص الماء السريعة، مقاومة جيدة للمياه المالحة، غير سامة، من السهل ضبط قيمة الرقم الهيدروجيني، يمكن أن تتحلل بطبيعتها، ومنخفضة التكلفة، لذلك لديها نطاق واسع. مجموعة من الاستخدامات. ويمكن استخدامه كعامل منع المياه، ومكيف التربة، وعامل الاحتفاظ بالمياه في الصناعة والزراعة. بالإضافة إلى ذلك، لديها آفاق جيدة للتطوير والتطبيق في مجالات الصحة والغذاء وعلم الأحياء الدقيقة والطب.

2. الجزء التجريبي

2.1 المبدأ التجريبي

يتم تحضير راتنجات ألياف القطن فائقة الامتصاص بشكل أساسي لتشكيل بنية مترابطة مع درجة منخفضة من الاستبدال على جلد الألياف. الارتباط المتبادل للمركبات التي تحتوي عمومًا على مجموعتين وظيفيتين تفاعليتين أو أكثر. تشتمل المجموعات الوظيفية القادرة على الارتباط المتبادل على الفينيل، الهيدروكسيل، الكربوكسيل، الأميد، كلوريد الحمض، الأوكسيران، النتريل، إلخ. تختلف نسبة امتصاص الماء للراتنجات فائقة الامتصاص المحضرة بعوامل ربط متقاطع مختلفة. في هذه التجربة، يتم استخدام N، N-methylenebisacrylamide كعامل ربط متقاطع، بما في ذلك الخطوات التالية:

(1) يتفاعل السليلوز (Rcell) مع المحلول القلوي لينتج السليلوز القلوي، وتفاعل قلوية السليلوز هو تفاعل طارد للحرارة سريع. يؤدي خفض درجة الحرارة إلى تكوين ألياف قلوية ويمكن أن يمنع تحللها المائي. يمكن أن تؤدي إضافة الكحوليات إلى زيادة اضطراب السليلوز، وهو أمر مفيد للقلوية والأثير اللاحق.

RcellOH + هيدروكسيد الصوديوم→RcellONa+H2O

(2) السليلوز القلوي وحمض أحادي كلورو أسيتيك يولدان كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم، وينتمي تفاعل الأثير إلى تفاعل الاستبدال المحب للنواة:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N، N-methylenebisacrylamide متصالب للحصول على راتينج فائق الامتصاص. نظرًا لأنه لا يزال هناك عدد كبير من مجموعات الهيدروكسيل في السلسلة الجزيئية لألياف كربوكسي ميثيل، يمكن تحفيز تأين مجموعة الهيدروكسيل من السليلوز وتأين رابطة الأكريلويل المزدوجة على السلسلة الجزيئية لـ N، N- ميثيلين بيساكريلاميد تحت الإجراء من التحفيز القلوي، ومن ثم يحدث الارتباط المتبادل بين سلاسل السليلوز الجزيئية من خلال تكثيف مايكل، ويخضع على الفور لتبادل البروتون مع الماء ليصبح راتنج السليلوز فائق الامتصاص غير القابل للذوبان في الماء.

2.2 المواد الخام والأدوات

المواد الخام: قطن ماص (مقطع إلى نسالة)، هيدروكسيد الصوديوم، حمض أحادي كلورو أسيتيك، N، N- ميثيلين بيساكريلاميد، إيثانول مطلق، أسيتون.

الأدوات: دورق ثلاثي الرقاب، التحريك الكهربائي، مكثف ارتجاعي، دورق مرشح الشفط، قمع بوشنر، فرن التجفيف الفراغي، مضخة فراغية للمياه المتداولة.

2.3 طريقة التحضير

2.3.1 القلوية

أضف 1 جرام من القطن الماص إلى الزجاجة ثلاثية الأعناق، ثم أضف كمية معينة من محلول هيدروكسيد الصوديوم والإيثانول المطلق، وحافظ على درجة الحرارة أقل من درجة حرارة الغرفة، وحركها لفترة من الوقت.

2.3.2 الأثير

إضافة كمية معينة من حمض الكلوروسيتيك ويقلب لمدة 1H.

2.3.2 التشابك

في مرحلة لاحقة من الأثير، تمت إضافة N،N-methylenebisacrylamide بالتناسب لإجراء الارتباط المتبادل، وتم التقليب عند درجة حرارة الغرفة لمدة ساعتين.

2.3.4 مرحلة ما بعد المعالجة

استخدم حمض الأسيتيك الجليدي لضبط قيمة الرقم الهيدروجيني إلى 7، واغسل الملح بالإيثانول، واغسل الماء بالأسيتون، ثم قم بالتصفية بالشفط، ثم جفف بالمكنسة الكهربائية لمدة 4 ساعات (عند حوالي 60 درجة مئوية).°C، درجة الفراغ 8.8 كيلو باسكال) للحصول على منتج خيوط القطن الأبيض.

2.4 الاختبارات التحليلية

يتم تحديد معدل امتصاص الماء (WRV) عن طريق الغربلة، أي تتم إضافة 1 جرام من المنتج (G) إلى كوب يحتوي على 100 مل من الماء المقطر (V1)، منقوع لمدة 24 ساعة، ومرشح من خلال شاشة من الفولاذ المقاوم للصدأ ذات 200 شبكة. ، ويتم تجميع الماء الموجود أسفل الشاشة (V2). صيغة الحساب هي كما يلي: WRV=(V1-V2)/G.

3. النتائج والمناقشة

3.1 اختيار ظروف تفاعل القلوية

في عملية إنتاج السليلوز القلوي عن طريق عمل ألياف القطن والمحلول القلوي، يكون لظروف العملية تأثير كبير على أداء المنتج. هناك العديد من العوامل في رد فعل القلوية. ولتسهيل المراقبة، تم اعتماد طريقة تصميم التجربة المتعامدة.

شروط أخرى: المذيب هو 20 مل من الإيثانول المطلق، ونسبة القلويات إلى عامل الإثير (mol/md) هي 3:1، وعامل الارتباط المتشابك هو 0.05 جم.

أظهرت النتائج التجريبية أن: العلاقة الأولية والثانوية: C>A>B، النسبة الأفضل: A3B3C3. يعد تركيز الغسول هو العامل الأكثر أهمية في تفاعل القلوية. التركيز العالي من الغسول يساعد على تكوين السليلوز القلوي. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه كلما زاد تركيز الغسول، زاد محتوى الملح في الراتنج فائق الامتصاص المحضر. لذلك، عند غسل الملح بالإيثانول، قم بغسله عدة مرات للتأكد من إزالة الملح الموجود في المنتج، حتى لا يؤثر على قدرة امتصاص المنتج للماء.

3.2 تأثير جرعة عامل التشابك على المنتج WRV

الظروف التجريبية هي: 20 مل من الإيثانول المطلق، نسبة 2.3:1 من القلويات إلى عامل الأثير، 20 مل من الغسول، و90 دقيقة من القلوية.

أظهرت النتائج أن كمية عامل الارتباط المتقاطع أثرت على درجة الارتباط المتقاطع لـ CMC-Na. يؤدي الارتباط الزائد المفرط إلى بنية شبكة ضيقة في مساحة المنتج، والتي تتميز بانخفاض معدل امتصاص الماء وضعف المرونة بعد امتصاص الماء؛ عندما تكون كمية عامل الربط المتقاطع صغيرة، يكون الارتباط المتقاطع غير مكتمل، وهناك منتجات قابلة للذوبان في الماء، مما يؤثر أيضًا على معدل امتصاص الماء. عندما تكون كمية عامل الربط المتقاطع أقل من 0.06 جم، يزداد معدل امتصاص الماء مع زيادة كمية عامل الربط المتقاطع، عندما تكون كمية عامل الربط المتقاطع أكثر من 0.06 جم، ينخفض ​​معدل امتصاص الماء مع كمية عامل الربط. ولذلك، فإن جرعة عامل التشابك تبلغ حوالي 6% من كتلة ألياف القطن.

3.3 تأثير ظروف الأثير على المنتج WRV

الشروط التجريبية هي: تركيز القلويات 40%؛ حجم القلويات 20 مل؛ الإيثانول المطلق 20 مل؛ جرعة عامل الربط المتقاطع 0.06 جم ؛ القلوية 90 دقيقة.

من صيغة التفاعل الكيميائي، يجب أن تكون نسبة القلويات إلى الأثير (NaOH:CICH2-COOH) 2:1، لكن الكمية الفعلية للقلويات المستخدمة أكبر من هذه النسبة، لأنه يجب ضمان تركيز قلوي حر معين في نظام التفاعل لأن: التركيز العالي للقاعدة الحرة يساعد على إكمال تفاعل القلوية؛ يجب أن يتم تفاعل الارتباط المتقاطع في ظل ظروف قلوية؛ بعض التفاعلات الجانبية تستهلك القلويات. ومع ذلك، إذا تمت إضافة كمية القلويات أكثر من اللازم، فسوف تتحلل الألياف القلوية بشكل خطير، وفي الوقت نفسه، سيتم تقليل كفاءة عامل الأثير. أظهرت التجارب أن نسبة القلويات إلى الأثير تبلغ حوالي 2.5:1.

3.4 تأثير كمية المذيبات

الشروط التجريبية هي: تركيز القلويات 40%؛ الجرعة القلوية 20 مل؛ نسبة القلويات والأثير 2.5:1؛ جرعة عامل الربط المتقاطع 0.06 جم، القلونة 90 دقيقة.

يلعب الإيثانول اللامائي المذيب دور تشتيت وتجانس والحفاظ على حالة الملاط في النظام، وهو مفيد لتفريق ونقل الحرارة المنبعثة أثناء تكوين السليلوز القلوي، ويمكن أن يقلل من تفاعل التحلل المائي للسليلوز القلوي، وبالتالي الحصول على موحد السليلوز. ومع ذلك، إذا كانت كمية الكحول المضافة أكثر من اللازم، فسوف تذوب القلويات وأحادي كلورو أسيتات الصوديوم فيه، سينخفض ​​تركيز المواد المتفاعلة، سينخفض ​​معدل التفاعل، وسيكون له أيضًا تأثير سلبي على التشابك اللاحق. عندما تكون كمية الإيثانول المطلق 20 مل، تكون قيمة WRV كبيرة.

باختصار، فإن الظروف الأكثر ملاءمة لتحضير راتينج فائق الامتصاص من القطن الماص القلوي والمثير كربوكسي ميثيل السليلوز المرتبط بـ N، N- ميثيلين بيساكريلاميد هي: تركيز قلوي 40٪، خالي من المذيبات 20 مل من الماء والإيثانول، نسبة القلويات إلى الأثير. هي 2.5:1، وجرعة عامل التشابك هي 0.06 جم (6% من كمية نسالة القطن).