Υπεραπορροφητικό Υλικό από Αιθέρα Κυτταρίνης

Μελετήθηκαν η διεργασία και η απόδοση του προϊόντος της καρβοξυμεθυλοκυτταρίνης που διασυνδέθηκε με Ν, Ν-μεθυλενοδισακρυλαμίδιο για την παρασκευή υπεραπορροφητικής ρητίνης και συζητήθηκαν η συγκέντρωση αλκαλίου, η ποσότητα του παράγοντα διασταύρωσης, η αιθεροποίηση αλκαλίου και ο διαλύτης. Η επίδραση της δοσολογίας στην απόδοση απορρόφησης νερού του προϊόντος. Επεξηγείται ο μηχανισμός προσρόφησης της υδατοαπορροφητικής ρητίνης στο νερό. Μελέτες έχουν δείξει ότι η τιμή κατακράτησης νερού (WRV) αυτού του προϊόντος φτάνει τα 114 ml/g.

Λέξεις κλειδιά:αιθέρας κυτταρίνης; μεθυλενοδισακρυλαμίδιο; παρασκευή

1,Εισαγωγή

Η υπεραπορροφητική ρητίνη είναι ένα πολυμερές υλικό με ισχυρές υδρόφιλες ομάδες και έναν ορισμένο βαθμό σταυροδεσμών. Τα κοινά υλικά απορρόφησης νερού όπως το χαρτί, το βαμβάκι και η κάνναβη έχουν χαμηλό ρυθμό απορρόφησης νερού και χαμηλή ικανότητα συγκράτησης νερού, ενώ οι υπεραπορροφητικές ρητίνες μπορούν να απορροφήσουν νερό δεκάδες φορές το βάρος τους και η γέλη που σχηματίζεται μετά την απορρόφηση του νερού δεν θα αφυδατωθεί ακόμη και με ελαφρά πίεση. Εξαιρετική ικανότητα συγκράτησης νερού. Δεν είναι ούτε διαλυτό στο νερό ούτε σε οργανικούς διαλύτες.

Υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός υδροξυλομάδων, καρβοξυλομάδων και ιόντων ένυδρου νατρίου στη μοριακή αλυσίδα του υπεραπορροφητικού υλικού από κυτταρίνη. Μετά την απορρόφηση του νερού, το νερό περιβάλλεται από ένα υδρόφιλο μακρομοριακό δίκτυο και μπορεί να συγκρατηθεί υπό εξωτερική πίεση. Όταν το νερό υγραίνει τη ρητίνη προσρόφησης, σχηματίζεται ένα στρώμα ημιπερατής μεμβράνης μεταξύ της ρητίνης και του νερού. Λόγω της υψηλής συγκέντρωσης κινητών ιόντων (Na+) στην υδατοαπορροφητική ρητίνη, σύμφωνα με τον Donnan'Σύμφωνα με την αρχή της ισορροπίας, αυτή η διαφορά συγκέντρωσης ιόντων μπορεί να προκαλέσει οσμωτική πίεση. Κακή, σχηματίζοντας μια υγραντική και διογκωτική ασθενή ισχύ, το νερό διέρχεται από αυτό το στρώμα ημιπερατής μεμβράνης και συνδυάζεται με υδρόφιλες ομάδες και ιόντα στα μακρομόρια της υπεραπορροφητικής ρητίνης, μειώνοντας τη συγκέντρωση των κινητών ιόντων, παρουσιάζοντας έτσι υψηλή απορρόφηση νερού και διόγκωση. Αυτή η διαδικασία προσρόφησης συνεχίζεται έως ότου η διαφορά οσμωτικής πίεσης που προκαλείται από τη διαφορά στη συγκέντρωση των κινητών ιόντων είναι ίση με την αντίσταση στην περαιτέρω διαστολή που προκαλείται από τη συνεκτική δύναμη του μοριακού δικτύου της πολυμερούς ρητίνης. Τα πλεονεκτήματα της υπεραπορροφητικής ρητίνης που παρασκευάζεται από κυτταρίνη είναι: μέτρια ταχύτητα απορρόφησης νερού, γρήγορη ταχύτητα απορρόφησης νερού, καλή αντοχή στο αλμυρό νερό, μη τοξική, εύκολη ρύθμιση της τιμής του pH, μπορεί να υποβαθμιστεί στη φύση και χαμηλό κόστος, επομένως έχει μεγάλη γκάμα χρήσεων. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως παράγοντας αποκλεισμού νερού, εδαφοβελτιωτικό και παράγοντας συγκράτησης νερού στη βιομηχανία και τη γεωργία. Επιπλέον, έχει καλές προοπτικές ανάπτυξης και εφαρμογής στην υγεία, τα τρόφιμα, τη μικροβιολογία και την ιατρική.

2. Πειραματικό μέρος

2.1 Πειραματική αρχή

Η παρασκευή υπεραπορροφητικής ρητίνης από ίνες βαμβακιού είναι κυρίως για να σχηματίσει μια δομή διασταυρούμενης σύνδεσης με χαμηλό βαθμό υποκατάστασης στο δέρμα των ινών. Διασταυρούμενη σύνδεση με ενώσεις που έχουν γενικά δύο ή περισσότερες δραστικές λειτουργικές ομάδες. Οι λειτουργικές ομάδες που είναι ικανές για διασταυρούμενη σύνδεση περιλαμβάνουν βινύλιο, υδροξύλιο, καρβοξυλικό, αμίδιο, χλωρίδιο οξέος, οξιράνιο, νιτρίλιο, κ.λπ. Η αναλογία απορρόφησης νερού υπεραπορροφητικών ρητινών που παρασκευάζονται με διαφορετικούς παράγοντες διασταύρωσης είναι διαφορετική. Σε αυτό το πείραμα, το Ν, Ν-μεθυλενοδισακρυλαμίδιο χρησιμοποιείται ως παράγοντας διασύνδεσης, συμπεριλαμβανομένων των παρακάτω βημάτων:

(1) Η κυτταρίνη (Rcell) αντιδρά με αλκαλικό διάλυμα για να δημιουργήσει αλκαλική κυτταρίνη και η αντίδραση αλκαλοποίησης της κυτταρίνης είναι μια ταχεία εξώθερμη αντίδραση. Η μείωση της θερμοκρασίας ευνοεί τον σχηματισμό αλκαλικών ινών και μπορεί να αναστείλει την υδρόλυση τους. Η προσθήκη αλκοολών μπορεί να αυξήσει τη διαταραχή της κυτταρίνης, η οποία είναι ευεργετική για την αλκαλοποίηση και την επακόλουθη αιθεροποίηση.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) Η αλκαλική κυτταρίνη και το μονοχλωροξικό οξύ δημιουργούν καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη νατρίου και η αντίδραση αιθεροποίησης ανήκει στην αντίδραση πυρηνόφιλης υποκατάστασης:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) Ν, Ν-μεθυλενοδισακρυλαμίδιο διασταυρώθηκε για να ληφθεί μια υπεραπορροφητική ρητίνη. Επειδή υπάρχει ακόμη ένας μεγάλος αριθμός υδροξυλομάδων στη μοριακή αλυσίδα της ίνας καρβοξυμεθυλίου, ο ιονισμός της υδροξυλικής ομάδας της κυτταρίνης και ο ιονισμός του διπλού δεσμού ακρυλοϋλίου στη μοριακή αλυσίδα του Ν, Ν-μεθυλενοδισακρυλαμιδίου μπορούν να ενεργοποιηθούν υπό τη δράση της αλκαλικής κατάλυσης, και στη συνέχεια η διασύνδεση μεταξύ των μοριακών αλυσίδων κυτταρίνης λαμβάνει χώρα μέσω της συμπύκνωσης Michael, και υφίσταται αμέσως ανταλλαγή πρωτονίων με νερό για να γίνει μια αδιάλυτη στο νερό υπεραπορροφητική ρητίνη κυτταρίνης.

2.2 Πρώτες ύλες και όργανα

Πρώτες ύλες: απορροφητικό βαμβάκι (κομμένο σε λίτρα), υδροξείδιο του νατρίου, μονοχλωροξικό οξύ, N, N-μεθυλενοδισακρυλαμίδιο, απόλυτη αιθανόλη, ακετόνη.

Όργανα: τρίλαιμη φιάλη, ηλεκτρική ανάδευση, συμπυκνωτής αναρροής, φιάλη φίλτρου αναρρόφησης, χοάνη Buchner, φούρνος ξήρανσης κενού, αντλία κενού νερού κυκλοφορίας.

2.3 Τρόπος παρασκευής

2.3.1 Αλκαλοποίηση

Προσθέστε 1 g απορροφητικό βαμβάκι στο τρίλαιμο μπουκάλι, μετά προσθέστε μια ορισμένη ποσότητα διαλύματος υδροξειδίου του νατρίου και απόλυτης αιθανόλης, διατηρήστε τη θερμοκρασία κάτω από τη θερμοκρασία δωματίου και ανακατέψτε για λίγο.

2.3.2 Αιθεροποίηση

Προσθέστε μια ορισμένη ποσότητα χλωροοξικού οξέος και ανακατέψτε για 1 ώρα.

2.3.2 Διασταυρούμενη σύνδεση

Στο μεταγενέστερο στάδιο αιθεροποίησης, προστέθηκε αναλογικά Ν,Ν-μεθυλενοδισακρυλαμίδιο για να πραγματοποιηθεί η διασύνδεση και αναδεύτηκε σε θερμοκρασία δωματίου για 2 ώρες.

2.3.4 Μετα-επεξεργασία

Χρησιμοποιήστε παγόμορφο οξικό οξύ για να ρυθμίσετε την τιμή του pH στο 7, ξεπλύνετε το αλάτι με αιθανόλη, ξεπλύνετε το νερό με ακετόνη, διηθήστε με αναρρόφηση και στεγνώστε με κενό για 4 ώρες (περίπου στους 60°C, βαθμός κενού 8,8 kPa) για να λάβετε ένα προϊόν λευκού βαμβακερού νήματος.

2.4 Αναλυτικές δοκιμές

Ο ρυθμός απορρόφησης νερού (WRV) προσδιορίζεται με κοσκίνισμα, δηλαδή, 1 g του προϊόντος (G) προστίθεται σε ένα ποτήρι ζέσεως που περιέχει 100 ml απεσταγμένου νερού (V1), εμποτισμένο για 24 ώρες, φιλτραρισμένο μέσω πλέγματος από ανοξείδωτο χάλυβα 200 mesh. , και συλλέγεται το νερό στο κάτω μέρος της οθόνης (V2). Ο τύπος υπολογισμού έχει ως εξής: WRV=(V1-V2)/G.

3. Αποτελέσματα και συζήτηση

3.1 Επιλογή συνθηκών αντίδρασης αλκαλοποίησης

Στη διαδικασία παραγωγής αλκαλικής κυτταρίνης με τη δράση ινών βαμβακιού και αλκαλικού διαλύματος, οι συνθήκες της διαδικασίας έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην απόδοση του προϊόντος. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες στην αντίδραση αλκαλοποίησης. Για τη διευκόλυνση της παρατήρησης, υιοθετείται η μέθοδος σχεδίασης του ορθογώνιου πειράματος.

Άλλες συνθήκες: Ο διαλύτης είναι 20 ml απόλυτης αιθανόλης, η αναλογία αλκαλίου προς αιθεροποιητικό παράγοντα (mol/md) είναι 3:1 και ο παράγοντας διασύνδεσης είναι 0,05 g.

Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι: πρωτογενής και δευτερεύουσα σχέση: C>A>B, η καλύτερη αναλογία: A3B3C3. Η συγκέντρωση της αλυσίβας είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας στην αντίδραση αλκαλοποίησης. Η υψηλή συγκέντρωση αλυσίβας ευνοεί τον σχηματισμό αλκαλικής κυτταρίνης. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση της αλυσίβας, τόσο μεγαλύτερη είναι η περιεκτικότητα σε αλάτι της παρασκευασμένης υπεραπορροφητικής ρητίνης. Επομένως, όταν πλένετε το αλάτι με αιθανόλη, πλένετε το αρκετές φορές για να βεβαιωθείτε ότι έχει αφαιρεθεί το αλάτι στο προϊόν, ώστε να μην επηρεαστεί η ικανότητα απορρόφησης νερού του προϊόντος.

3.2 Επίδραση της δόσης του παράγοντα διασύνδεσης στο προϊόν WRV

Οι πειραματικές συνθήκες είναι: 20 ml απόλυτης αιθανόλης, αναλογία 2,3:1 αλκαλίου προς παράγοντα αιθεροποίησης, 20 ml αλυσίβας και 90 λεπτά αλκαλοποίησης.

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ποσότητα του παράγοντα διασύνδεσης επηρέασε τον βαθμό διασύνδεσης του CMC-Na. Η υπερβολική διασύνδεση οδηγεί σε μια σφιχτή δομή δικτύου στο χώρο του προϊόντος, η οποία χαρακτηρίζεται από χαμηλό ρυθμό απορρόφησης νερού και κακή ελαστικότητα μετά την απορρόφηση νερού. όταν η ποσότητα του παράγοντα διασύνδεσης είναι μικρή, η διασύνδεση είναι ατελής και υπάρχουν υδατοδιαλυτά προϊόντα, τα οποία επηρεάζουν επίσης τον ρυθμό απορρόφησης νερού. Όταν η ποσότητα του παράγοντα διασύνδεσης είναι μικρότερη από 0,06 g, ο ρυθμός απορρόφησης νερού αυξάνεται με την αύξηση της ποσότητας του παράγοντα διασύνδεσης, όταν η ποσότητα του παράγοντα διασύνδεσης είναι μεγαλύτερη από 0,06 g, ο ρυθμός απορρόφησης νερού μειώνεται με την ποσότητα του παράγοντα διασύνδεσης. Επομένως, η δόση του παράγοντα διασύνδεσης είναι περίπου το 6% της μάζας των ινών βαμβακιού.

3.3 Επίδραση των συνθηκών αιθεροποίησης στο προϊόν WRV

Οι πειραματικές συνθήκες είναι: συγκέντρωση αλκαλίων 40%; όγκος αλκαλίων 20ml; απόλυτη αιθανόλη 20ml; Δοσολογία παράγοντα διασύνδεσης 0,06 g; αλκαλοποίηση 90 λεπτά.

Από τον τύπο της χημικής αντίδρασης, η αναλογία αλκαλίου-αιθέρα (NaOH:CICH2-COOH) θα πρέπει να είναι 2:1, αλλά η πραγματική ποσότητα αλκαλίου που χρησιμοποιείται είναι μεγαλύτερη από αυτήν την αναλογία, επειδή πρέπει να είναι εγγυημένη μια ορισμένη συγκέντρωση ελεύθερου αλκαλίου στο σύστημα αντίδρασης , επειδή: ορισμένα Μια υψηλότερη συγκέντρωση ελεύθερης βάσης ευνοεί την ολοκλήρωση της αντίδρασης αλκαλοποίησης. η αντίδραση διασύνδεσης πρέπει να διεξάγεται υπό αλκαλικές συνθήκες. ορισμένες παρενέργειες καταναλώνουν αλκάλια. Ωστόσο, εάν η ποσότητα του αλκαλίου προστεθεί πάρα πολύ, η αλκαλική ίνα θα υποβαθμιστεί σοβαρά και ταυτόχρονα θα μειωθεί η απόδοση του παράγοντα αιθεροποίησης. Τα πειράματα δείχνουν ότι η αναλογία αλκαλίου προς αιθέρα είναι περίπου 2,5:1.

3.4 Επίδραση της ποσότητας του διαλύτη

Οι πειραματικές συνθήκες είναι: συγκέντρωση αλκαλίων 40%; δοσολογία αλκαλίων 20ml; αναλογία αλκαλίου-αιθέρα 2,5:1; Δοσολογία παράγοντα διασύνδεσης 0,06g, αλκαλοποίηση 90min.

Η άνυδρη αιθανόλη διαλύτη παίζει το ρόλο της διασποράς, της ομογενοποίησης και της διατήρησης της κατάστασης ιλύος του συστήματος, η οποία είναι ευεργετική για τη διασπορά και τη μεταφορά της θερμότητας που απελευθερώνεται κατά τον σχηματισμό της αλκαλικής κυτταρίνης και μπορεί να μειώσει την αντίδραση υδρόλυσης της αλκαλικής κυτταρίνης, λαμβάνοντας έτσι ομοιόμορφη κυτταρίνη . Ωστόσο, εάν η ποσότητα της αλκοόλης που προστίθεται είναι πολύ μεγάλη, το αλκάλιο και το μονοχλωροξικό νάτριο θα διαλυθούν σε αυτό, η συγκέντρωση των αντιδρώντων θα μειωθεί, ο ρυθμός αντίδρασης θα μειωθεί και θα έχει επίσης δυσμενή επίδραση στην επακόλουθη διασύνδεση. Όταν η ποσότητα της απόλυτης αιθανόλης είναι 20 ml, η τιμή WRV είναι μεγάλη.

Συνοπτικά, οι καταλληλότερες συνθήκες για την παρασκευή υπεραπορροφητικής ρητίνης από απορροφητικό βαμβάκι αλκαλοποιημένη και αιθεροποιημένη καρβοξυμεθυλική κυτταρίνη διασταυρωμένη με Ν, Ν-μεθυλενοδισακρυλαμίδιο είναι: συγκέντρωση αλκαλίου 40%, χωρίς διαλύτες 20 ml νερού και αιθανόλης, η αναλογία αλκαλίου προς αιθέρα είναι 2,5:1, και η δόση του παράγοντα διασύνδεσης είναι 0,06 g (6% της ποσότητας των λίτρων βαμβακιού).