Super upijajući materijal od celuloznog etera

Proučavani su procesi i performanse proizvoda karboksimetil celuloze umrežene N,N-metilenbisakrilamidom za pripremu superapsorbentne smole, a razmatrana je koncentracija alkalija, količina agensa za umrežavanje, alkalna eterifikacija i rastvarač. Utjecaj doziranja na učinak upijanja vode proizvoda. Objašnjen je mehanizam adsorpcije smole koja upija vodu u vodu. Istraživanja su pokazala da vrijednost zadržavanja vode (WRV) ovog proizvoda dostiže 114ml/g.

Ključne riječi:celulozni eter; metilenbisakrilamid; priprema

1、Uvod

Superupijajuća smola je polimerni materijal sa jakim hidrofilnim grupama i određenim stepenom umrežavanja. Uobičajeni materijali koji upijaju vodu kao što su papir, pamuk i konoplja imaju nisku stopu apsorpcije vode i slabu sposobnost zadržavanja vode, dok super-upijajuće smole mogu apsorbirati vodu desetine puta veću od svoje težine, a gel nastao nakon upijanja vode neće čak ni dehidrirati uz blagi pritisak. Odličan kapacitet zadržavanja vode. Nije rastvorljiv ni u vodi ni u organskim rastvaračima.

Na molekularnom lancu super upijajućeg materijala napravljenog od celuloze nalazi se veliki broj hidroksilnih grupa, karboksilnih grupa i jona natrijum hidrata. Nakon apsorpcije vode, voda je okružena hidrofilnom makromolekularnom mrežom i može se zadržati pod vanjskim pritiskom. Kada voda navlaži adsorpcionu smolu, između smole i vode formira se sloj polupropusne membrane. Zbog visoke koncentracije mobilnih jona (Na+) u smoli koja upija vodu, prema Donnanu'Po principu ravnoteže, ova razlika koncentracije jona može uzrokovati osmotski tlak. Slabo, formirajući slabu snagu vlaženja i bubrenja, voda prolazi kroz ovaj sloj polupropusne membrane i spaja se sa hidrofilnim grupama i ionima na makromolekulama superapsorbirajuće smole, smanjujući koncentraciju mobilnih jona, pokazujući time visoku apsorpciju vode i bubrenje. Ovaj proces adsorpcije se nastavlja sve dok razlika osmotskog tlaka uzrokovana razlikom u koncentraciji mobilnih iona ne bude jednaka otporu daljnjem širenju uzrokovanom kohezivnom silom molekularne mreže polimerne smole. Prednosti superupijajuće smole pripremljene od celuloze su: umjerena brzina apsorpcije vode, brza brzina upijanja vode, dobra otpornost na slanu vodu, netoksična, lako se podešava pH vrijednost, može se degradirati u prirodi i niska cijena, tako da ima širok spektar opseg upotrebe. Može se koristiti kao sredstvo za blokiranje vode, sredstvo za kondicioniranje tla i sredstvo za zadržavanje vode u industriji i poljoprivredi. Osim toga, ima dobre izglede za razvoj i primjenu u zdravstvu, hrani, mikrobiologiji i medicini.

2. Eksperimentalni dio

2.1 Eksperimentalni princip

Priprema superupijajuće smole od pamučnih vlakana je uglavnom za formiranje umrežene strukture sa niskim stepenom supstitucije na koži vlakana. Unakrsno povezivanje sa spojevima koji općenito imaju dvije ili više reaktivnih funkcionalnih grupa. Funkcionalne grupe sposobne za umrežavanje uključuju vinil, hidroksil, karboksil, amid, kiseli hlorid, oksiran, nitril, itd. Omjer upijanja vode superapsorbirajućih smola pripremljenih s različitim agensima za umrežavanje je različit. U ovom eksperimentu, N,N-metilenbisakrilamid se koristi kao sredstvo za umrežavanje, uključujući sljedeće korake:

(1) Celuloza (Rcell) reaguje sa alkalnom otopinom i stvara alkalnu celulozu, a reakcija alkalizacije celuloze je brza egzotermna reakcija. Snižavanje temperature pogoduje stvaranju alkalnih vlakana i može inhibirati njihovu hidrolizu. Dodavanje alkohola može povećati poremećaj celuloze, što je korisno za alkalizaciju i kasniju eterifikaciju.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) Alkalna celuloza i monohloroctena kiselina stvaraju natrijum karboksimetil celulozu, a reakcija eterifikacije pripada reakciji nukleofilne supstitucije:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N,N-metilenbisakrilamid umrežen kako bi se dobila super upijajuća smola. Budući da još uvijek postoji veliki broj hidroksilnih grupa na molekularnom lancu karboksimetil vlakana, pod djelovanjem se može pokrenuti ionizacija hidroksilne grupe celuloze i ionizacija akriloil dvostruke veze na molekulskom lancu N,N-metilenbisakrilamida. alkalne katalize, a zatim do umrežavanja između celuloznih molekularnih lanaca dolazi Michaelovom kondenzacijom i odmah se podvrgava razmjeni protona s vodom kako bi postala u vodi netopiva celulozna superapsorbirajuća smola.

2.2 Sirovine i instrumenti

Sirovine: upijajući pamuk (isječen na lintere), natrijum hidroksid, monohlorsirćetna kiselina, N,N-metilenbisakrilamid, apsolutni etanol, aceton.

Instrumenti: tikvica sa tri grla, električna mešalica, refluks kondenzator, tikvica za usisni filter, Buchnerov levak, sušara za vakuum, vakuum pumpa za cirkulacionu vodu.

2.3 Metoda pripreme

2.3.1 Alkalinizacija

U bocu sa tri grla dodati 1 g upijajućeg pamuka, zatim dodati određenu količinu rastvora natrijum hidroksida i apsolutnog etanola, održavati temperaturu ispod sobne temperature i mešati neko vreme.

2.3.2 Eterifikacija

Dodati određenu količinu hlorosirćetne kiseline i mešati 1h.

2.3.2 Unakrsno povezivanje

U kasnijoj fazi eterifikacije dodat je N,N-metilenbisakrilamid u proporciji da bi se izvršilo umrežavanje i mešan na sobnoj temperaturi 2 sata.

2.3.4 Naknadna obrada

Koristite glacijalnu octenu kiselinu da podesite pH vrijednost na 7, isperite sol etanolom, isperite vodu acetonom, filtrirajte odsisavanjem i sušite 4 sata (na oko 60 °C).°C, stepen vakuuma 8,8 kPa) za dobijanje proizvoda od belog pamučnog filamenta.

2.4 Analitičko testiranje

Stopa apsorpcije vode (WRV) određuje se prosijavanjem, odnosno 1 g proizvoda (G) se dodaje u čašu koja sadrži 100 ml destilovane vode (V1), natopljenu 24 sata, filtrira kroz sito od nerđajućeg čelika od 200 mesh , a voda na dnu ekrana se sakuplja (V2). Formula proračuna je sljedeća: WRV=(V1-V2)/G.

3. Rezultati i diskusija

3.1 Izbor uslova reakcije alkalizacije

U procesu proizvodnje alkalne celuloze djelovanjem pamučnih vlakana i alkalnog rastvora, procesni uslovi imaju značajan uticaj na performanse proizvoda. Mnogo je faktora u reakciji alkalizacije. Radi praktičnosti posmatranja, usvojena je metoda ortogonalnog dizajna eksperimenta.

Ostali uslovi: Rastvarač je 20ml apsolutnog etanola, odnos alkalije i agensa za eterifikaciju (mol/md) je 3:1, a agens za umrežavanje je 0,05g.

Eksperimentalni rezultati pokazuju da: primarni i sekundarni odnos: C>A>B, najbolji odnos: A3B3C3. Koncentracija lužine je najvažniji faktor u reakciji alkalizacije. Visoka koncentracija lužine pogoduje stvaranju alkalne celuloze. Međutim, treba napomenuti da što je veća koncentracija lužine, to je veći sadržaj soli u pripremljenoj superupijajućoj smoli. Stoga, kada perete sol etanolom, operite je nekoliko puta kako biste bili sigurni da je sol u proizvodu uklonjena, kako se ne bi uticalo na sposobnost upijanja vode proizvoda.

3.2 Utjecaj doze sredstva za umrežavanje na proizvod WRV

Eksperimentalni uslovi su: 20ml apsolutnog etanola, 2,3:1 odnos alkalije i agensa za eterifikaciju, 20ml lužine i 90min alkalizacije.

Rezultati su pokazali da količina agensa za umrežavanje utiče na stepen umrežavanja CMC-Na. Prekomjerno umrežavanje dovodi do uske mrežne strukture u prostoru proizvoda, koju karakterizira niska stopa apsorpcije vode i slaba elastičnost nakon upijanja vode; kada je količina sredstva za umrežavanje mala, umrežavanje je nepotpuno, a postoje proizvodi rastvorljivi u vodi, koji takođe utiču na brzinu apsorpcije vode. Kada je količina agensa za umrežavanje manja od 0,06 g, stopa apsorpcije vode se povećava sa povećanjem količine sredstva za umrežavanje, kada je količina sredstva za umrežavanje veća od 0,06 g, brzina apsorpcije vode se smanjuje sa količinom agensa za umrežavanje. Stoga je doza sredstva za umrežavanje oko 6% mase pamučnih vlakana.

3.3 Utjecaj uslova eterifikacije na proizvod WRV

Eksperimentalni uslovi su: koncentracija alkalija 40%; zapremina lužine 20ml; apsolutni etanol 20ml; doza sredstva za umrežavanje 0,06g; alkalizacija 90min.

Prema formuli hemijske reakcije, alkalno-eterski odnos (NaOH:CICH2-COOH) bi trebao biti 2:1, ali stvarna količina upotrijebljene alkalije je veća od ovog omjera, jer određena koncentracija slobodne alkalije mora biti zagarantovana u reakcionom sistemu , jer: određeni Veća koncentracija slobodne baze pogoduje završetku reakcije alkalizacije; reakcija umrežavanja mora se izvesti u alkalnim uslovima; neke nuspojave troše alkalije. Međutim, ako se količina alkalija doda previše, alkalna vlakna će biti ozbiljno degradirana, a istovremeno će se smanjiti efikasnost agensa za eterifikaciju. Eksperimenti pokazuju da je odnos alkalije i etra oko 2,5:1.

3.4 Uticaj količine rastvarača

Eksperimentalni uslovi su: koncentracija alkalija 40%; alkalna doza 20ml; alkalno-etarski odnos 2,5:1; doza sredstva za umrežavanje 0,06g, alkalizacija 90min.

Otapalo bezvodni etanol ima ulogu dispergiranja, homogenizacije i održavanja stanja suspenzije sistema, što je korisno za dispergiranje i prijenos topline koja se oslobađa tijekom formiranja alkalne celuloze, a može smanjiti reakciju hidrolize alkalne celuloze, čime se postiže ujednačenost. celuloza . Međutim, ako je količina dodanog alkohola prevelika, alkalni i natrijev monokloroacetat će se otopiti u njemu, koncentracija reaktanata će se smanjiti, brzina reakcije će se smanjiti, a to će također imati negativan učinak na naknadno umrežavanje. Kada je količina apsolutnog etanola 20 ml, vrijednost WRV je velika.

Ukratko, najpogodniji uslovi za pripremu superupijajuće smole od upijajuće pamučne alkalizirane i eterifikovane karboksimetil celuloze umrežene N,N-metilenbisakrilamidom su: koncentracija alkalija 40%, bez rastvarača 20 ml vode i etanola, odnos lužine prema etanolu je 2,5:1, a doza sredstva za umrežavanje je 0,06g (6% količine pamučnog lintera).