Super Absorbent nga Materyal gikan sa Cellulose Ether

Ang proseso ug performance sa produkto sa carboxymethyl cellulose cross-linked sa N, N-methylenebisacrylamide aron sa pag-andam sa superabsorbent resin gitun-an, ug ang konsentrasyon sa alkali, ang gidaghanon sa cross-linking agent, alkali etherification, ug solvent gihisgutan. Ang epekto sa dosis sa performance sa pagsuyup sa tubig sa produkto. Ang mekanismo sa adsorption sa tubig-absorbent resin sa tubig gipatin-aw. Gipakita sa mga pagtuon nga ang water retention value (WRV) niini nga produkto moabot sa 114ml/g.

yawe nga mga pulong:cellulose ether; methylenebisacrylamide; pagpangandam

1,Pasiuna

Ang superabsorbent resin usa ka polymer nga materyal nga adunay lig-on nga hydrophilic nga mga grupo ug usa ka piho nga lebel sa crosslinking. Ang kasagarang mga materyales nga mosuhop sa tubig sama sa papel, gapas, ug abaka adunay mubu nga rate sa pagsuyup sa tubig ug dili maayo nga kapasidad sa pagpadayon sa tubig, samtang ang mga super-absorbent nga resin makasuhop sa tubig nga daghang beses sa ilang kaugalingon nga gibug-aton, ug ang gel nga naporma pagkahuman sa pagsuhop sa tubig dili ma-dehydrate bisan pa. nga adunay gamay nga pressure. Maayo kaayo nga kapasidad sa pagpadayon sa tubig. Dili kini matunaw sa tubig o sa mga organikong solvent.

Adunay daghang gidaghanon sa mga grupo sa hydroxyl, mga grupo sa carboxyl ug mga sodium hydrate ions sa molekula nga kadena sa super absorbent nga materyal nga hinimo sa selulusa. Human sa pagsuhop sa tubig, ang tubig gilibutan sa usa ka hydrophilic macromolecular network ug mahimong mapabilin ubos sa eksternal nga pressure. Kung ang tubig magbasa sa adsorption resin, usa ka layer sa semi-permeable membrane ang maporma taliwala sa resin ug tubig. Tungod sa taas nga konsentrasyon sa mga mobile ions (Na+) sa tubig-absorbent resin, sumala ni Donnan's equilibrium nga prinsipyo, kini nga kalainan sa konsentrasyon sa ion mahimong hinungdan sa osmotic pressure. Kabus, nga nagporma sa usa ka moistening ug hubag huyang nga gahum, ang tubig moagi sa niini nga layer sa semi-permeable lamad ug kombinar uban sa hydrophilic mga grupo ug mga ions sa macromolecules sa superabsorbent resin, pagkunhod sa konsentrasyon sa mga mobile ions, sa ingon nagpakita sa taas nga tubig pagsuyup ug paghubag. Kini nga proseso sa adsorption nagpadayon hangtud nga ang osmotic pressure nga kalainan nga gipahinabo sa kalainan sa konsentrasyon sa mga mobile ions parehas sa pagsukol sa dugang nga pagpalapad tungod sa nagkahiusang pwersa sa molekular nga network sa polymer resin. Ang mga bentaha sa superabsorbent resin nga giandam gikan sa cellulose mao ang: kasarangan nga rate sa pagsuyup sa tubig, paspas nga pagsuyup sa tubig nga tulin, maayo nga pagsukol sa tubig sa asin, dili makahilo, dali nga i-adjust ang pH nga kantidad, mahimong madaot sa kinaiyahan, ug mubu nga gasto, mao nga kini adunay usa ka lapad. han-ay sa mga gamit. Mahimo kining gamiton isip water blocking agent, soil conditioner, ug water retaining agent sa industriya ug agrikultura. Dugang pa, kini adunay maayo nga pag-uswag ug mga prospect sa aplikasyon sa kahimsog, pagkaon, microbiology, ug medisina.

2. Eksperimento nga bahin

2.1 Prinsipyo sa eksperimento

Ang pag-andam sa gapas fiber superabsorbent resin mao ang nag-una sa pagporma sa usa ka cross-linked gambalay uban sa usa ka ubos nga ang-ang sa pag-ilis sa fiber panit. Ang cross-linking sa mga compound nga kasagaran adunay duha o labaw pa nga reaktibo nga functional nga mga grupo. Ang mga functional nga grupo nga makahimo sa cross-linking naglakip sa vinyl, hydroxyl, carboxyl, amide, acid chloride, oxirane, nitrile, ug uban pa. Sa niini nga eksperimento, N, N-methylenebisacrylamide gigamit ingon nga usa ka cross-linking ahente, lakip na ang mosunod nga mga lakang:

(1) Cellulose (Rcell) reaksyon uban sa alkaline nga solusyon sa pagmugna alkali cellulose, ug ang alkalization reaksyon sa cellulose mao ang usa ka paspas nga exothermic reaksyon. Ang pagpaubos sa temperatura makaayo sa pagporma sa mga lanot sa alkali ug makapugong sa ilang hydrolysis. Ang pagdugang sa mga alkohol makadugang sa sakit sa selulusa, nga mapuslanon sa pag-alkalisasyon ug sa sunod nga etherification.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) Alkali cellulose ug monochloroacetic acid makamugna sodium carboxymethyl cellulose, ug ang etherification reaksyon iya sa nucleophilic substitution reaksyon:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-methylenebisacrylamide cross-linked aron makakuha og super absorbent resin. Tungod kay adunay daghan pa nga mga grupo sa hydroxyl sa molekula nga kadena sa carboxymethyl fiber, ang ionization sa hydroxyl nga grupo sa cellulose ug ang ionization sa acryloyl double bond sa molekular nga kadena sa N, N-methylenebisacrylamide mahimong ma-trigger ubos sa aksyon. sa alkali catalysis, ug unya Cross-linking tali sa cellulose molekular kadena mahitabo pinaagi sa Michael condensation, ug diha-diha dayon moagi proton exchange uban sa tubig nga mahimong usa ka tubig-dili matunaw cellulose superabsorbent resin.

2.2 Hilaw nga materyales ug instrumento

Hilaw nga materyales: absorbent cotton (giputol sa linter), sodium hydroxide, monochloroacetic acid, N, N-methylenebisacrylamide, hingpit nga ethanol, acetone.

Mga instrumento: tulo ka liog nga flask, electric stirring, reflux condenser, suction filter flask, Buchner funnel, vacuum drying oven, circulating water vacuum pump.

2.3 Pamaagi sa pagpangandam

2.3.1 Alkalinisasyon

Idugang ang 1 g nga absorbent cotton sa tulo ka liog nga botelya, dayon idugang ang usa ka piho nga kantidad sa sodium hydroxide solution ug absolute ethanol, ipabilin ang temperatura ubos sa temperatura sa lawak, ug pagpalihok sa makadiyot.

2.3.2 Etherification

Pagdugang usa ka piho nga kantidad sa chloroacetic acid ug pagpalihok sa 1 ka oras.

2.3.2 Pag-crosslink

Sa ulahing yugto sa etherification, ang N,N-methylenebisacrylamide gidugang sa proporsiyon aron sa pagdala sa cross-linking, ug gipalihok sa temperatura sa lawak sulod sa 2 ka oras.

2.3.4 Human sa pagproseso

Gamita ang glacial acetic acid aron i-adjust ang pH value ngadto sa 7, hugasi ang asin gamit ang ethanol, hugasi ang tubig gamit ang acetone, filter gamit ang suction, ug i-vacuum dry sulod sa 4 ka oras (sa mga 60 ka oras.°C, vacuum degree 8.8kPa) aron makakuha usa ka puti nga produkto nga filament nga gapas.

2.4 Analytical testing

Ang rate sa pagsuyop sa tubig (WRV) gitino pinaagi sa pag-ayag, nga mao, ang 1g sa produkto (G) idugang sa usa ka beaker nga adunay sulud nga 100ml nga distilled nga tubig (V1), gituslob sa 24 oras, gisala pinaagi sa 200-mesh nga stainless steel screen , ug ang tubig sa ilawom sa screen gikolekta (V2). Ang pormula sa pagkalkula mao ang mosunod: WRV=(V1-V2)/G.

3. Resulta ug panaghisgot

3.1 Pagpili sa alkaliization reaksyon kondisyon

Sa proseso sa pagprodyus og alkali cellulose pinaagi sa aksyon sa cotton fiber ug alkaline solution, ang mga kondisyon sa proseso adunay dakong epekto sa performance sa produkto. Adunay daghang mga hinungdan sa reaksyon sa alkalisasyon. Alang sa kasayon ​​​​sa obserbasyon, ang pamaagi sa disenyo sa orthogonal nga eksperimento gisagop.

Uban pang mga kondisyon: Ang solvent mao ang 20ml sa hingpit nga ethanol, ang ratio sa alkali sa etherifying agent (mol / md) mao ang 3: 1, ug ang crosslinking agent mao ang 0.05g.

Ang mga resulta sa eksperimento nagpakita nga: panguna ug sekondaryang relasyon: C> A> B, ang labing maayo nga ratio: A3B3C3. Ang konsentrasyon sa lihiya mao ang labing importante nga butang sa alkaliization reaksyon. Ang taas nga konsentrasyon sa lihiya makatabang sa pagporma sa alkali cellulose. Bisan pa, kini kinahanglan nga matikdan nga ang mas taas nga konsentrasyon sa lihiya, mas dako ang asin nga sulod sa giandam nga superabsorbent resin. Busa, kung hugasan ang asin gamit ang ethanol, hugasi kini sa makadaghang higayon aron masiguro nga ang asin sa produkto makuha, aron dili makaapekto sa kapasidad sa pagsuyup sa tubig sa produkto.

3.2 Epekto sa crosslinking ahente dosis sa produkto WRV

Ang eksperimento nga mga kondisyon mao ang: 20ml sa hingpit nga ethanol, 2.3:1 ratio sa alkali sa etherification ahente, 20ml sa lihiya, ug 90min sa alkalization.

Ang mga resulta nagpakita nga ang gidaghanon sa cross-linking agent nakaapekto sa cross-linking degree sa CMC-Na. Ang sobra nga cross-linking nagdala ngadto sa usa ka hugot nga istruktura sa network sa luna sa produkto, nga gihulagway sa ubos nga rate sa pagsuyup sa tubig ug dili maayo nga elasticity human sa pagsuyup sa tubig; sa diha nga ang kantidad sa cross-linking ahente gamay, ang cross-linking dili kompleto, ug adunay mga produkto nga matunaw sa tubig, nga makaapekto usab sa rate sa pagsuyup sa tubig. Sa diha nga ang kantidad sa cross-linking ahente mao ang ubos pa kay sa 0.06g, ang tubig pagsuyup rate pagtaas uban sa pagdugang sa gidaghanon sa cross-linking ahente, sa diha nga ang kantidad sa cross-linking ahente mao ang labaw pa kay sa 0.06g, ang tubig pagsuyup rate mikunhod. uban sa kantidad sa cross-linking ahente. Busa, ang dosis sa crosslinking ahente mao ang mahitungod sa 6% sa gapas fiber masa.

3.3 Epekto sa mga kondisyon sa etherification sa produkto WRV

Ang eksperimento nga mga kahimtang mao ang: alkali konsentrasyon 40%; alkali gidaghanon 20ml; hingpit nga ethanol 20ml; cross-linking ahente dosis 0.06g; alkaliization 90 min.

Gikan sa kemikal nga pormula sa reaksyon, ang alkali-ether ratio (NaOH: CICH2-COOH) kinahanglan nga 2: 1, apan ang aktwal nga gidaghanon sa alkali nga gigamit mas dako pa niini nga ratio, tungod kay ang usa ka libre nga alkali nga konsentrasyon kinahanglan nga garantiya sa reaksyon nga sistema , tungod kay: piho Ang usa ka mas taas nga konsentrasyon sa libre nga base mao ang angay sa pagkompleto sa alkaliization reaksyon; ang cross-linking nga reaksyon kinahanglan nga himuon sa ilawom sa alkaline nga mga kondisyon; pipila ka kilid reaksyon-ut-ut alkali. Bisan pa, kung ang kantidad sa alkali idugang pag-ayo, ang alkali fiber seryoso nga madaot, ug sa parehas nga oras, ang kahusayan sa ahente sa etherification makunhuran. Gipakita sa mga eksperimento nga ang ratio sa alkali ngadto sa ether maoy mga 2.5:1.

3.4 Impluwensya sa solvent nga kantidad

Ang eksperimento nga mga kahimtang mao ang: alkali konsentrasyon 40%; alkali dosis 20ml; alkali-ether ratio 2.5: 1; cross-linking ahente dosis 0.06g, alkaliization 90min.

Ang solvent anhydrous ethanol nagdula sa papel sa pagsabwag, homogenizing ug pagmintinar sa slurry nga estado sa sistema, nga mapuslanon sa pagsabwag ug pagbalhin sa kainit nga gipagawas sa panahon sa pagporma sa alkali cellulose, ug makapakunhod sa hydrolysis reaksyon sa alkali cellulose, sa ingon pagbaton uniporme selulusa . Apan, kung ang gidaghanon sa alkohol nga idugang sobra ra, ang alkali ug sodium monochloroacetate matunaw niini, ang konsentrasyon sa mga reactant mokunhod, ang reaksyon rate mokunhod, ug kini usab adunay dili maayo nga epekto sa sunod nga crosslinking. Kung ang kantidad sa hingpit nga ethanol 20ml, ang kantidad sa WRV dako.

Sa katingbanan, ang labing angay nga mga kondisyon alang sa pag-andam sa superabsorbent resin gikan sa absorbent cotton alkalized ug etherified carboxymethyl cellulose cross-linked sa N, N-methylenebisacrylamide mao ang: alkali konsentrasyon 40%, solvent-free 20ml sa tubig ug ethanol, ang ratio sa alkali sa ether. mao ang 2.5: 1, ug ang dosis sa crosslinking ahente mao ang 0.06g (6% sa kantidad sa gapas linters).