مواد جاذب فوق العاده از اتر سلولز

فرآیند و عملکرد محصول کربوکسی متیل سلولز که توسط N، N-methylenebisacrylamide برای تهیه رزین سوپرجاذب به صورت متقابل پیوند داده شده است، مورد مطالعه قرار گرفت و غلظت قلیایی، مقدار عامل اتصال عرضی، اتریفیکاسیون قلیایی و حلال مورد بحث قرار گرفت. تأثیر دوز بر عملکرد جذب آب محصول. مکانیسم جذب رزین جاذب آب به آب توضیح داده شده است. مطالعات نشان داده است که مقدار نگهداری آب (WRV) این محصول به 114ml/g می رسد.

کلمات کلیدی:اتر سلولز؛ متیلن بی ساکریل آمید؛ آماده سازی

1،مقدمه

رزین سوپرجاذب یک ماده پلیمری با گروه های آبدوست قوی و درجه مشخصی از اتصال عرضی است. مواد جاذب آب معمولی مانند کاغذ، پنبه و کنف دارای سرعت جذب آب پایین و ظرفیت نگهداری ضعیف آب هستند، در حالی که رزین های فوق جاذب می توانند ده ها برابر وزن خود آب را جذب کنند و ژلی که پس از جذب آب تشکیل می شود حتی آب بدن را نیز کم نمی کند. با فشار خفیف ظرفیت نگهداری آب عالی نه در آب و نه در حلال های آلی محلول است.

تعداد زیادی گروه هیدروکسیل، گروه کربوکسیل و یون های هیدرات سدیم روی زنجیره مولکولی مواد فوق جاذب ساخته شده از سلولز وجود دارد. پس از جذب آب، آب توسط یک شبکه ماکرومولکولی آبدوست احاطه شده و می توان آن را تحت فشار خارجی حفظ کرد. هنگامی که آب رزین جذب را مرطوب می کند، لایه ای از غشای نیمه تراوا بین رزین و آب تشکیل می شود. به گفته دانان به دلیل غلظت بالای یون های متحرک (Na+) در رزین جاذب آب'در اصل تعادل، این اختلاف غلظت یون می تواند باعث فشار اسمزی شود. آب ضعیف، با تشکیل یک قدرت ضعیف مرطوب کننده و متورم، آب از این لایه غشای نیمه تراوا عبور می کند و با گروه ها و یون های آبدوست روی ماکرومولکول های رزین سوپرجاذب ترکیب می شود و غلظت یون های متحرک را کاهش می دهد و در نتیجه جذب آب و تورم بالایی را نشان می دهد. این فرآیند جذب تا زمانی ادامه می یابد که اختلاف فشار اسمزی ناشی از اختلاف غلظت یون های متحرک برابر با مقاومت در برابر انبساط بیشتر ناشی از نیروی پیوستگی شبکه مولکولی رزین پلیمری باشد. مزایای رزین سوپرجاذب تهیه شده از سلولز عبارتند از: سرعت جذب آب متوسط، سرعت جذب آب سریع، مقاومت خوب در برابر آب نمک، غیرسمی بودن، تنظیم آسان pH، قابل تخریب در طبیعت و هزینه کم، بنابراین دارای گستره وسیعی است. محدوده استفاده می توان از آن به عنوان عامل مسدود کننده آب، تهویه کننده خاک و نگهدارنده آب در صنعت و کشاورزی استفاده کرد. علاوه بر این، چشم انداز توسعه و کاربرد خوبی در سلامت، غذا، میکروبیولوژی و پزشکی دارد.

2. بخش تجربی

2.1 اصل تجربی

تهیه رزین سوپرجاذب الیاف پنبه عمدتاً برای تشکیل یک ساختار متقاطع با درجه جایگزینی کم بر روی پوست فیبر است. اتصال متقابل به ترکیباتی که عموماً دارای دو یا چند گروه عاملی واکنشی هستند. گروه های عاملی که قابلیت اتصال عرضی را دارند شامل وینیل، هیدروکسیل، کربوکسیل، آمید، اسید کلرید، اکسیران، نیتریل و غیره می باشد. نسبت جذب آب رزین های سوپرجاذب تهیه شده با عوامل اتصال عرضی مختلف متفاوت است. در این آزمایش، N، N-methylenebisacrylamide به عنوان یک عامل اتصال عرضی استفاده می شود که شامل مراحل زیر است:

(1) سلولز (Rcell) با محلول قلیایی برای تولید سلولز قلیایی واکنش می دهد و واکنش قلیایی سلولز یک واکنش گرمازا سریع است. کاهش دما منجر به تشکیل الیاف قلیایی می شود و می تواند از هیدرولیز آنها جلوگیری کند. افزودن الکل ها می تواند اختلال سلولز را افزایش دهد که برای قلیایی شدن و متعاقب آن اتریفیکاسیون مفید است.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) سلولز قلیایی و اسید مونوکلرواستیک سدیم کربوکسی متیل سلولز تولید می کنند و واکنش اتریفیکاسیون متعلق به واکنش جایگزینی نوکلئوفیل است:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N، N-methylenebisacrylamide برای به دست آوردن یک رزین فوق جاذب به صورت متقاطع متصل می شود. از آنجایی که هنوز تعداد زیادی گروه هیدروکسیل بر روی زنجیره مولکولی فیبر کربوکسی متیل وجود دارد، یونیزاسیون گروه هیدروکسیل سلولز و یونیزاسیون پیوند دوگانه آکریلول روی زنجیره مولکولی N، N-متیلن بی ساکریل آمید می تواند تحت عمل تحریک شود. کاتالیز قلیایی، و سپس اتصال متقابل بین زنجیره‌های مولکولی سلولز از طریق تراکم مایکل رخ می‌دهد و بلافاصله تحت تبادل پروتون با آب قرار می‌گیرد تا به رزین سوپرجاذب سلولز نامحلول در آب تبدیل شود.

2.2 مواد اولیه و ابزار

مواد اولیه: پنبه جاذب (بریده شده به لیتر)، هیدروکسید سدیم، اسید مونوکلرواستیک، N، N-متیلن بی ساکریل آمید، اتانول مطلق، استون.

ابزار: فلاسک سه گردن، همزن برقی، کندانسور رفلاکس، فلاسک فیلتر مکنده، قیف بوخنر، کوره خشک کن خلاء، پمپ خلاء آب در گردش.

2.3 روش تهیه

2.3.1 قلیایی شدن

1 گرم پنبه جاذب را به بطری سه یقه اضافه کنید، سپس مقدار معینی محلول هیدروکسید سدیم و اتانول مطلق را اضافه کنید و دمای آن را زیر دمای اتاق نگه دارید و مدتی هم بزنید.

2.3.2 اتریفیکاسیون

مقدار معینی اسید کلرواستیک اضافه کنید و به مدت 1 ساعت هم بزنید.

2.3.2 اتصال متقابل

در مرحله بعدی اتریفیکاسیون، N,N-متیلن بیساکریل آمید به نسبت انجام اتصال عرضی اضافه شد و در دمای اتاق به مدت 2 ساعت هم زده شد.

2.3.4 پس پردازش

برای تنظیم pH روی 7 از اسید استیک یخبندان استفاده کنید، نمک را با اتانول بشویید، آب را با استون بشویید، با مکش صاف کنید و به مدت 4 ساعت (حدود 60) با جاروبرقی خشک کنید.°C، درجه خلاء 8.8 کیلو پاسکال) برای به دست آوردن یک محصول رشته ای پنبه ای سفید.

2.4 تست تحلیلی

میزان جذب آب (WRV) با الک تعیین می شود، یعنی 1 گرم از محصول (G) به یک لیوان حاوی 100 میلی لیتر آب مقطر (V1) اضافه می شود که به مدت 24 ساعت خیس شده و از طریق یک صفحه فولادی ضد زنگ 200 مش فیلتر می شود. ، و آب در پایین صفحه جمع آوری می شود (V2). فرمول محاسبه به شرح زیر است: WRV=(V1-V2)/G.

3. نتایج و بحث

3.1 انتخاب شرایط واکنش قلیایی

در فرآیند تولید سلولز قلیایی با عمل الیاف پنبه و محلول قلیایی، شرایط فرآیند تأثیر بسزایی بر عملکرد محصول دارد. عوامل زیادی در واکنش قلیایی شدن وجود دارد. برای راحتی مشاهده، روش طراحی آزمایش متعامد اتخاذ شده است.

سایر شرایط: حلال 20 میلی لیتر اتانول مطلق، نسبت قلیایی به عامل اتریف کننده (mol/md) 3:1 و عامل اتصال عرضی 0.05 گرم است.

نتایج تجربی نشان می دهد که: رابطه اولیه و ثانویه: C>A>B، بهترین نسبت: A3B3C3. غلظت لیمو مهمترین عامل در واکنش قلیایی شدن است. غلظت بالای لیمو باعث تشکیل سلولز قلیایی می شود. البته باید توجه داشت که هر چه غلظت لیمو بیشتر باشد، میزان نمک رزین سوپرجاذب تهیه شده بیشتر است. بنابراین، هنگام شستشوی نمک با اتانول، آن را چندین بار بشویید تا از حذف نمک موجود در محصول اطمینان حاصل کنید تا بر ظرفیت جذب آب محصول تأثیری نگذارد.

3.2 اثر دوز عامل اتصال عرضی بر محصول WRV

شرایط آزمایشی عبارتند از: 20 میلی لیتر اتانول مطلق، نسبت 2.3: 1 قلیایی به عامل اتریفیکاسیون، 20 میلی لیتر لیمو، و 90 دقیقه قلیایی شدن.

نتایج نشان داد که مقدار عامل اتصال عرضی بر درجه اتصال عرضی CMC-Na تأثیر می گذارد. اتصال متقابل بیش از حد منجر به ساختار شبکه محکم در فضای محصول می شود که با نرخ جذب آب کم و کشش ضعیف پس از جذب آب مشخص می شود. هنگامی که مقدار عامل اتصال عرضی کم است، اتصال متقابل ناقص است و محصولات محلول در آب وجود دارد که بر میزان جذب آب نیز تأثیر می گذارد. هنگامی که مقدار عامل اتصال عرضی کمتر از 0.06 گرم باشد، با افزایش مقدار عامل اتصال عرضی، میزان جذب آب افزایش می‌یابد، زمانی که مقدار عامل اتصال عرضی بیش از 0.06 گرم باشد، میزان جذب آب کاهش می‌یابد. با مقدار عامل پیوند متقابل. بنابراین، دوز عامل اتصال عرضی حدود 6 درصد از توده الیاف پنبه است.

3.3 تأثیر شرایط اتریفیکاسیون بر محصول WRV

شرایط آزمایش عبارتند از: غلظت قلیایی 40٪. حجم قلیایی 20 میلی لیتر؛ اتانول مطلق 20 میلی لیتر؛ دوز عامل پیوند متقابل 0.06 گرم. قلیایی شدن 90 دقیقه

از فرمول واکنش شیمیایی، نسبت قلیایی به اتر (NaOH:CICH2-COOH) باید 2:1 باشد، اما مقدار واقعی قلیایی استفاده شده بیشتر از این نسبت است، زیرا غلظت قلیایی آزاد معینی باید در سیستم واکنش تضمین شود. ، زیرا: معین غلظت بالاتر باز آزاد برای تکمیل واکنش قلیایی شدن مساعد است. واکنش اتصال متقابل باید در شرایط قلیایی انجام شود. برخی از واکنش های جانبی مصرف قلیایی است. اما اگر مقدار قلیایی بیش از حد اضافه شود، فیبر قلیایی به طور جدی تخریب می شود و در عین حال کارایی عامل اتریفیکاسیون کاهش می یابد. آزمایشات نشان می دهد که نسبت قلیایی به اتر حدود 2.5:1 است.

3.4 تأثیر مقدار حلال

شرایط آزمایش عبارتند از: غلظت قلیایی 40٪. دوز قلیایی 20 میلی لیتر; نسبت قلیایی اتر 2.5:1. دوز عامل اتصال متقابل 0.06 گرم، قلیایی شدن 90 دقیقه.

اتانول بی آب حلال نقش پراکنده، همگن و حفظ حالت دوغاب سیستم را ایفا می کند که برای پراکندگی و انتقال گرمای آزاد شده در طول تشکیل سلولز قلیایی مفید است و می تواند واکنش هیدرولیز سلولز قلیایی را کاهش دهد و در نتیجه یکنواخت به دست آورد. سلولز . با این حال، اگر مقدار الکل اضافه شده بیش از حد باشد، قلیایی و مونوکلرواستات سدیم در آن حل می شود، غلظت واکنش دهنده ها کاهش می یابد، سرعت واکنش کاهش می یابد و همچنین تأثیر نامطلوبی بر اتصال عرضی بعدی خواهد داشت. وقتی مقدار اتانول مطلق 20 میلی لیتر باشد، مقدار WRV زیاد است.

به طور خلاصه، مناسب ترین شرایط برای تهیه رزین سوپرجاذب از پنبه جاذب کربوکسی متیل سلولز قلیایی شده و اتری شده با اتصال عرضی توسط N, N-methylenebisacrylamide عبارتند از: غلظت قلیایی 40٪، 20 میلی لیتر آب و اتانول بدون حلال، نسبت قلیایی به اتر. 2.5:1 است و دوز عامل اتصال عرضی 0.06 گرم (6٪ از مقدار لینتر پنبه) است.