Materiale super assorbente da l'etere di cellulosa

U prucessu è u funziunamentu di u produttu di carboxymethyl cellulosa cross-linked da N, N-methylenebisacrylamide per preparà resina superabsorbent sò stati studiati, è a cuncintrazione di alkali, a quantità di agenti cross-linking, eterificazione alkali, è solventi sò stati discututi. L'effettu di a dosa nantu à a prestazione di assorbimentu d'acqua di u pruduttu. U mecanismu di adsorption di a resina assorbente d'acqua à l'acqua hè spiegatu. I studii anu dimustratu chì u valore di ritenzione d'acqua (WRV) di stu pruduttu righjunghji 114ml / g.

Parolle chjave:etere di cellulosa; metilenbisacrilammide; preparazione

1、Introduzione

La resina superassorbente è un materiale polimerico con forti gruppi idrofili e un certo grado di reticolazione. I materiali cumune chì assorbanu l'acqua cum'è carta, cuttuni è canapa anu un tassu di assorbimentu d'acqua bassu è una scarsa capacità di ritenzione d'acqua, mentre chì e resine super-assorbenti ponu assorbe l'acqua decine di volte u so propiu pesu, è u gel furmatu dopu l'assorbimentu di l'acqua ùn si disidrata ancu. cù una ligera pressione. Eccellente capacità di ritenzione d'acqua. Ùn hè nè soluble in acqua nè in solventi organici.

Ci hè un gran numaru di gruppi idrossilici, gruppi carbossilici è ioni di sodium hydrate nantu à a catena moleculare di u materiale super assorbente fattu di cellulosa. Dopu avè assorbutu l'acqua, l'acqua hè circundata da una reta macromolecular idrofila è pò esse ritenuta sottu pressione esterna. Quandu l'acqua umida a resina di adsorption, una capa di membrana semi-permeable hè furmatu trà a resina è l'acqua. A causa di l'alta concentrazione di ioni mobili (Na +) in a resina absorbente d'acqua, secondu Donnan's principiu di equilibriu, sta differenza di cuncentrazione di ioni pò causà pressione osmotica. Poveru, furmendu una putenza debule umidificante è gonfiante, l'acqua passa per questa strata di membrana semi-permeable è combina cù gruppi idrofili è ioni nantu à i macromoleculi di a resina superabsorbente, riducendu a cuncintrazione di ioni mobili, chì mostra cusì l'absorption d'acqua alta è l'inflazione. Stu prucessu di adsorption cuntinueghja finu à chì a diferenza di pressione osmotica causata da a diferenza in a cuncentrazione di ioni mobili hè uguale à a resistenza à più espansione causata da a forza cohesive di a reta molekulari di a resina polimerica. I vantaghji di a resina superabsorbente preparata da a cellulosa sò: tassu moderatu di assorbimentu di l'acqua, rapidità di assorbimentu d'acqua veloce, bona resistenza à l'acqua salata, micca tossicu, faciule d'aghjustà u valore di pH, pò esse degradatu in natura, è pocu costu, cusì hà una larga. gamma di usi. Pò esse usatu cum'è agente di bloccu di l'acqua, acondicionatore di a terra, è agenti di ritenzione di l'acqua in l'industria è l'agricultura. Inoltre, hà una bona prospettiva di sviluppu è applicazione in salute, alimentazione, microbiologia è medicina.

2. Parte sperimentale

2.1 Principiu spirimintali

A preparazione di resina superabsorbente di fibra di cuttuni hè principalmente per furmà una struttura cruciata cù un pocu gradu di sustituzzioni nantu à a pelle di fibra. Cross-linking à cumposti chì generalmente anu dui o più gruppi funziunali reattivi. I gruppi funziunali capaci di cross-linking include vinyl, hydroxyl, carboxyl, amide, acid chloride, oxirane, nitrile, etc. U rapportu di assorbimentu di l'acqua di resine superabsorbenti preparati cù diversi agenti cross-linking hè diversu. In questu esperimentu, N, N-methylenebisacrylamide hè aduprata cum'è agenti di reticulazione, cumprese i seguenti passi:

(1) A cellulosa (Rcell) reagisce cù una suluzione alcalina per generà cellulosa alcalina, è a reazione di alcalinizazione di a cellulosa hè una reazione esotermica rapida. A diminuzione di a temperatura conduce à a furmazione di fibri alkali è pò impedisce a so idrolisi. Adding alcohols pò aumentà u disordine di a cellulosa, chì hè benefica per l'alkalizazione è l'eterificazione sussegwenti.

RcellOH + NaOH→RcellONa+H2O

(2) A cellulosa alcalina è l'acidu monocloroaceticu generanu carboxymethyl cellulosa di sodiu, è a reazione di eterificazione appartene à a reazione di sostituzione nucleofila:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-metilenebisacrilammide reticulata per ottene una resina super assorbente. Perchè ci sò sempre un gran numaru di gruppi idrossilici nantu à a catena molekulari di a fibra carboxymethyl, l'ionizazione di u gruppu idrossile di cellulosa è l'ionizazione di u doppiu legame acriloile nantu à a catena molekulari di N, N-methylenebisacrylamide pò esse attivata sottu l'azzione. di catalysis alkali, è tandu Cross-linking trà catene mulèculi cellulosa si faci à traversu Michael cundensazioni, è subitu subitu u scambiu protoni cù acqua à divintà una resina superabsorbent cellulosa insoluble acqua.

2.2 Materie prime è strumenti

Materie prime: cotone assorbente (tagliatu in linters), idrossidu di sodiu, acidu monocloroaceticu, N, N-metilenebisacrilamide, etanol assolutu, acetone.

Strumenti: fiascu à trè collu, agitazione elettrica, condensatore di riflussu, fiascu di filtru di aspirazione, funnel Buchner, fornu di essiccazione à vacuum, pompa di vacuum d'acqua circulante.

2.3 Metudu di preparazione

2.3.1 Alkalinizazione

Aghjunghjite 1 g di cuttuni assorbenti à a buttiglia di trè collu, dopu aghjunghje una certa quantità di solu solu di sodium hydroxide è etanol assolutu, mantene a temperatura sottu à a temperatura di l'ambienti, è stirate per un tempu.

2.3.2 Eterificazione

Aghjunghjite una certa quantità di l'acidu chloroacetic è agite per 1 h.

2.3.2 Crosslinking

In a tappa più tardi di l'eterificazione, N,N-methylenebisacrylamide hè stata aghjuntu in proporzione per realizà a cross-linking, è agitata à a temperatura di l'ambienti per 2 ore.

2.3.4 Post-trattamentu

Aduprate l'acidu acìticu glaciale per aghjustà u valore di pH à 7, lavate u salinu cù l'etanol, lavate l'acqua cù l'acetone, filtrà cù l'aspirazione, è vacuum dry durante 4 ore (à circa 60).°C, gradu di vacuum 8.8kPa) per ottene un pruduttu di filamentu di cuttuni biancu.

2.4 Test analiticu

U tassu di assorbimentu di l'acqua (WRV) hè determinatu da sieving, vale à dì, 1g di u pruduttu (G) hè aghjuntu à un beaker chì cuntene 100 ml d'acqua distillata (V1), imbibita per 24 ore, filtrata attraversu una schernu d'acciaio inox 200-mesh. , è l'acqua in u fondu di u screnu hè cullatu (V2). A formula di calculu hè a siguenti: WRV=(V1-V2)/G.

3. Risultati è discussione

3.1 Selezzione di cundizioni di reazzione alkalization

In u prucessu di pruduzzione di cellulosa alcalina per l'azzione di fibra di cuttuni è suluzione alkaline, e cundizioni di u prucessu anu un impattu significativu in u rendiment di u pruduttu. Ci sò parechji fatturi in a reazione di alkalization. Per a cunvenzione di l'osservazione, u metudu di cuncepimentu di l'esperimentu ortogonale hè aduttatu.

Altre cundizioni: U solvente hè 20ml di etanolu assolutu, u rapportu di alkali à agenti eterificante (mol / md) hè 3: 1, è l'agenti di reticulazione hè 0.05g.

I risultati spirimintali mostranu chì: primariu è sicundariu relazione: C>A>B, u megliu rapportu: A3B3C3. A cuncentrazione di liscivia hè u fattore più impurtante in a reazzione d'alkalizazione. L'alta cuncintrazione di lye hè favurevule à a furmazione di cellulosa alkalina. In ogni casu, deve esse nutatu chì più altu hè a cuncentrazione di liscivia, più grande hè u cuntenutu di sali di a resina superabsorbente preparata. Dunque, quandu lavate u salinu cù etanol, lavate parechje volte per assicurà chì u salinu in u pruduttu hè eliminatu, per ùn avè micca affettatu a capacità d'absorzione di l'acqua di u pruduttu.

3.2 Effettu di a dosa di l'agenti crosslinking nantu à u pruduttu WRV

E cundizioni sperimentali sò: 20ml di etanolu assolutu, 2.3: 1 ratio di alkali à agenti di eterificazione, 20ml di liscivia, è 90min di alcalinizazione.

I risultati anu dimustratu chì a quantità di l'agenti cross-linking hà affettatu u gradu di cross-linking di CMC-Na. U cross-linking eccessivu porta à una struttura di rete stretta in u spaziu di u produttu, chì hè carattarizatu da un tassu d'absorzione d'acqua bassa è una poca elasticità dopu l'absorzione d'acqua; quandu a quantità di agenti cross-linking hè chjuca, u cross-linking hè incomplete, è ci sò prudutti sulubbili in acqua, chì affettanu ancu u tassu di absorption d'acqua. Quandu a quantità di agenti cross-linking hè menu di 0.06g, u tassu di assorbimentu di l'acqua aumenta cù l'aumentu di a quantità di agenti cross-linking, quandu a quantità di agenti cross-linking hè più di 0.06g, a rata di assorbimentu d'acqua diminuisce. cù a quantità di agenti cross-linking. Dunque, a dosa di l'agente di reticulazione hè di circa 6% di a massa di fibra di cuttuni.

3.3 Effettu di e cundizioni di eterificazione nantu à u pruduttu WRV

I cundizioni spirimintali sò: cuncintrazzioni alkali 40%; volume alkali 20 ml; etanolu assolutu 20 ml; dosa di agenti cross-linking 0,06 g; alcalinizazione 90 min.

Da a formula di reazzione chimica, u rapportu alkali-ether (NaOH: CICH2-COOH) deve esse 2: 1, ma a quantità reale di alkali utilizata hè più grande di questa ratio, perchè una certa cuncentrazione alkali libera deve esse garantita in u sistema di reazzione. , perchè: certu A cuncintrazzioni supiriuri di basi free hè favurèvule à u cumpletu di a riazzioni alkalization; a reazzione cross-linking deve esse realizatu in cundizioni alkaline; certi riazzioni latu cunsumu alkali. In ogni casu, se a quantità di alkali hè aghjuntu troppu, a fibra alkalina serà seriamente degradata, è à u stessu tempu, l'efficienza di l'agente di eterificazione serà ridutta. L'esperimenti mostranu chì a ratio di alkali à etere hè di circa 2,5: 1.

3.4 Influenza di a quantità di solvente

I cundizioni spirimintali sò: cuncintrazzioni alkali 40%; dosage alkali 20 ml; rapportu alkali-ether 2,5: 1; dosaggio di agenti cross-linking 0.06g, alcalinizazione 90min.

L'etanol anidru di solvente ghjoca u rolu di disperse, omogeneizà è mantene u statu di slurry di u sistema, chì hè benefica per disperse è trasferisce u calore liberatu durante a furmazione di cellulosa alcalina, è pò riduce a reazione d'idrolisi di cellulosa alcalina, ottenendu cusì uniforme. cellulosa. In ogni casu, se a quantità di alcolu aghjustatu hè troppu, l'alkali è u monocloroacetate di sodiu si dissolve in questu, a cuncentrazione di reactants diminuisce, a rata di reazzione diminuisce, è ancu avè un effettu avversu nantu à a reticulazione successiva. Quandu a quantità di etanol assolutu hè 20ml, u valore WRV hè grande.

In riassuntu, e cundizioni più adattati per a preparazione di resina superabsorbente da u cotone assorbente alcalinizatu è eterificatu carboxymethyl cellulosa cross-linked by N, N-methylenebisacrylamide sò: cuncentrazione alkali 40%, 20ml senza solvente d'acqua è etanol, u rapportu di alkali à etere. hè 2.5: 1, è a dosa di l'agente di reticulazione hè 0.06g (6% di a quantità di linters di cuttuni).