Super Absorberend Materiaal út Cellulose Ether

It proses en produkt prestaasjes fan carboxymethyl cellulose cross-keppele troch N, N-methylenebisacrylamide te meitsjen superabsorbent hars waarden bestudearre, en de konsintraasje fan alkali, it bedrach fan cross-linking agent, alkali etherification, en solvent waarden besprutsen. It effekt fan dosering op 'e prestaasjes fan wetterabsorption fan it produkt. It adsorpsjemeganisme fan it wetterabsorbearjende hars oan wetter wurdt útlein. Stúdzjes hawwe oantoand dat de wetterbehâldwearde (WRV) fan dit produkt 114ml / g berikt.

kaaiwurden:cellulose ether; methylenebisacrylamide; tarieding

1,Ynlieding

Superabsorberende hars is in polymeermateriaal mei sterke hydrofiele groepen en in bepaalde graad fan crosslinking. Gewoane wetterabsorbearjende materialen lykas papier, katoen en hennep hawwe in lege wetterabsorptionsrate en minne wetterbehâldkapasiteit, wylst superabsorberende harsen tsientallen kearen wetter kinne absorbearje fan har eigen gewicht, en de gel foarme nei it absorbearjen fan wetter sil sels net dehydratisearje. mei in lichte druk. Poerbêst wetter fêsthâlden kapasiteit. It is net oplosber yn wetter noch yn organyske solvents.

D'r binne in grut oantal hydroxylgroepen, karboksylgroepen en natriumhydraationen op 'e molekulêre keten fan it superabsorberend materiaal makke fan cellulose. Nei it opnimmen fan wetter wurdt it wetter omjûn troch in hydrofiele makromolekulêre netwurk en kin ûnder eksterne druk bewarre wurde. Wannear't wetter de adsorpsjehars bevochtigt, wurdt in laach fan semi-permeabele membraan foarme tusken de hars en wetter. Troch de hege konsintraasje fan mobile ioanen (Na+) yn de wetterabsorberende hars, neffens Donnan's lykwicht prinsipe, dit ion konsintraasje ferskil kin feroarsaakje osmotic druk. Earme, it foarmjen fan in moistening en zwelling swakke krêft, wetter giet troch dizze laach fan semi-permeable membraan en kombinearret mei hydrophilic groepen en ioanen op 'e makromolekulen fan' e superabsorbent hars, it ferminderjen fan de konsintraasje fan mobile ioanen, dêrmei showing hege wetter absorption en swelling. Dit adsorpsjeproses giet troch oant it osmotyske drukferskil feroarsake troch it ferskil yn 'e konsintraasje fan mobile ioanen is gelyk oan it ferset tsjin fierdere útwreiding feroarsake troch de gearhingjende krêft fan it molekulêre netwurk fan it polymearhars. De foardielen fan superabsorberende hars taret út cellulose binne: matige wetter absorption rate, snelle wetter absorption snelheid, goede sâlt wetter ferset, net-fergiftich, maklik oan te passen pH wearde, kin wurde degradearre yn de natuer, en lege kosten, dus it hat in breed berik fan gebrûk. It kin brûkt wurde as wetter blokkearjende agent, boaiem conditioner, en wetter fêsthâlden agent yn yndustry en lânbou. Derneist hat it goede ûntwikkelings- en tapassingsperspektiven yn sûnens, iten, mikrobiology en medisinen.

2. Eksperiminteel diel

2.1 Eksperiminteel prinsipe

De tarieding fan katoenfaser superabsorberend hars is benammen om in cross-keppele struktuer te foarmjen mei in lege graad fan substitúsje op 'e fiberhûd. Cross-linking nei ferbiningen dy't algemien twa of mear reaktive funksjonele groepen hawwe. De funksjonele groepen by steat fan cross-linking befetsje vinyl, hydroxyl, carboxyl, amide, soere chloride, oxirane, nitrile, ensfh De wetter absorption ratio fan superabsorbent harsens taret mei ferskate cross-linking aginten is oars. Yn dit eksperimint wurdt N, N-methylenebisacrylamide brûkt as cross-linking agent, ynklusyf de folgjende stappen:

(1) Cellulose (Rcell) reageart mei alkaline oplossing om alkali-cellulose te generearjen, en de alkalisaasjereaksje fan cellulose is in rappe eksotermyske reaksje. It ferleegjen fan de temperatuer is befoarderlik foar de foarming fan alkalifezels en kin har hydrolyse remme. It tafoegjen fan alkoholen kin de oandwaning fan cellulose ferheegje, wat foardielich is foar alkalisearring en folgjende etherifikaasje.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) Alkali cellulose en monochloroacetic acid generearje natrium carboxymethyl cellulose, en de etherification reaksje heart ta de nucleophilic substitúsje reaksje:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-methylenebisacrylamide cross-keppele om in superabsorberende hars te krijen. Om't d'r noch in grut oantal hydroxylgroepen op 'e molekulêre keten fan carboxymethylfiber binne, kin de ionisaasje fan 'e hydroxylgroep fan cellulose en de ionisaasje fan 'e acryloyl dûbele bân op 'e molekulêre keten fan N, N-methylenebisacrylamide ûnder de aksje útset wurde. fan alkali katalysis, en dan Cross-linking tusken cellulose molekulêre keatlingen komt troch Michael kondensaasje, en fuortendaliks ûndergiet proton útwikseling mei wetter te wurden in wetter-ûnoplosbere cellulose superabsorbent hars.

2.2 Grûnstoffen en ynstruminten

Grûnstoffen: absorberend katoen (snij yn linters), natriumhydroxide, monochloroacetic acid, N, N-methylenebisacrylamide, absolute ethanol, aceton.

Ynstruminten: trije-hals kolf, elektryske stirring, reflux condenser, suction filter kolf, Buchner trechter, fakuüm droege oven, sirkulearjende wetter fakuüm pomp.

2.3 Tarieding metoade

2.3.1 Alkalinisaasje

Foegje 1 g absorberend katoen oan 'e trije-hals flesse, foegje dan in bepaalde hoemannichte natriumhydroxide-oplossing en absolute ethanol ta, hâld de temperatuer ûnder keamertemperatuer en roer in skoft.

2.3.2 Etherification

Foegje in bepaalde hoemannichte chloroacetic acid en stir foar 1h.

2.3.2 Crosslinking

Yn it lettere stadium fan etherification, N,N-methylenebisacrylamide waard tafoege yn ferhâlding te fieren cross-linking, en stir by keamertemperatuer foar 2 oeren.

2.3.4 Post-ferwurking

Brûk glacial acetic acid om de pH-wearde oan te passen oan 7, waskje it sâlt mei ethanol, waskje it wetter mei aceton, filter mei suction, en fakuüm droegje foar 4 oeren (op sawat 60)°C, fakuümgraad 8.8kPa) om in wyt katoenfilamentprodukt te krijen.

2.4 Analytyske testen

De wetterabsorptionsrate (WRV) wurdt bepaald troch sieden, dat is, 1g fan it produkt (G) wurdt tafoege oan in beker mei 100ml destillearre wetter (V1), 24 oeren weaken, filtreare troch in 200-mesh roestfrij stiel skerm , en it wetter oan 'e boaiem fan it skerm wurdt sammele (V2). De berekkeningsformule is as folget: WRV=(V1-V2)/G.

3. Resultaten en diskusje

3.1 Seleksje fan alkaliseringsreaksjonsbetingsten

Yn it proses fan it produsearjen fan alkali-cellulose troch de aksje fan katoenfaser en alkaline oplossing hawwe de prosesbetingsten in wichtige ynfloed op 'e prestaasjes fan it produkt. D'r binne in protte faktoaren yn 'e alkalisaasjereaksje. Foar it gemak fan observaasje wurdt de ortogonale eksperimintûntwerpmetoade oannommen.

Oare betingsten: It oplosmiddel is 20ml absolute ethanol, de ferhâlding fan alkali nei etherifying agent (mol / md) is 3: 1, en de crosslinking agent is 0.05g.

De eksperimintele resultaten litte sjen dat: primêre en sekundêre relaasje: C>A>B, de bêste ferhâlding: A3B3C3. De konsintraasje fan loog is de wichtichste faktor yn 'e alkalisaasjereaksje. De hege konsintraasje fan loog is befoarderlik foar de foarming fan alkali-cellulose. It moat lykwols opmurken wurde dat hoe heger de konsintraasje fan loog, hoe grutter de sâltynhâld fan 'e tariede superabsorberende hars. Dêrom, by it waskjen fan it sâlt mei ethanol, waskje it ferskate kearen om te soargjen dat it sâlt yn it produkt wurdt fuortsmiten, om de wetterabsorptionskapasiteit fan it produkt net te beynfloedzjen.

3.2 Effekt fan crosslinking agent dosering op produkt WRV

De eksperimintele betingsten binne: 20ml absolute ethanol, 2.3:1 ratio fan alkali nei etherification agent, 20ml fan loog, en 90min fan alkalisation.

De resultaten lieten sjen dat it bedrach fan cross-linking agent beynfloede de cross-linking graad fan CMC-Na. Oermjittige cross-linking liedt ta in strakke netwurk struktuer yn it produkt romte, dat wurdt karakterisearre troch lege wetter absorption rate en earme elasticiteit nei wetter absorption; as it bedrach fan cross-linking agint is lyts, de cross-linking is net kompleet, en der binne wetter-oplosber produkten, dy't ek beynfloedzje de wetter absorption rate. As it bedrach fan cross-linking agent is minder as 0.06g, de wetter absorption taryf nimt ta mei de tanimming fan it bedrach fan cross-linking agent, as it bedrach fan cross-linking agent is mear as 0.06g, de wetter absorption taryf nimt ôf mei it bedrach fan cross-linking agent. Dêrom is de dosering fan crosslinking agent sawat 6% fan 'e katoenfasermassa.

3.3 Effekt fan etherification betingsten op produkt WRV

De eksperimintele betingsten binne: alkalikonsintraasje 40%; alkali folume 20ml; absolute ethanol 20ml; cross-linking agent dosering 0.06g; alkalisearring 90 min.

Fanút de gemyske reaksjeformule moat de alkali-ether-ferhâlding (NaOH: CICH2-COOH) 2: 1 wêze, mar de werklike hoemannichte alkali brûkt is grutter dan dizze ferhâlding, om't in bepaalde frije alkali-konsintraasje yn it reaksjesysteem garandearre wurde moat , omdat: bepaalde In hegere konsintraasje fan frije base is befoarderlik foar it foltôgjen fan de alkalisation reaksje; de cross-linking reaksje moat wurde útfierd ûnder alkaline omstannichheden; guon side-reaksjes konsumearje alkali. Lykwols, as it bedrach fan alkali wurdt tafoege te folle, de alkali fiber sil serieus degradearre, en tagelyk, de effisjinsje fan de etherification agent wurdt fermindere. Eksperiminten litte sjen dat de ferhâlding fan alkali nei ether sawat 2,5:1 is.

3.4 Ynfloed fan oplosmiddel bedrach

De eksperimintele betingsten binne: alkalikonsintraasje 40%; alkali dosering 20ml; alkali-ether ratio 2,5:1; cross-linking agent dosering 0.06g, alkalisation 90min.

It oplosmiddel anhydrous ethanol spilet de rol fan dispersing, homogenizing en behâld fan de slurry steat fan it systeem, dat is foardielich te fersprieden en oerdrage de waarmte frijjûn by de foarming fan alkali cellulose, en kin ferminderjen de hydrolyse reaksje fan alkali cellulose, dêrmei it krijen fan unifoarm cellulose . Lykwols, as it bedrach fan tafoege alkohol is te folle, de alkali en natrium monochloroacetate sil oplosse yn it, de konsintraasje fan reactants sil ôfnimme, de reaksje snelheid sil ôfnimme, en it sil ek hawwe in neidielige effekt op de folgjende crosslinking. As it bedrach fan absolute ethanol 20ml is, is de WRV-wearde grut.

Gearfetsjend, de meast geskikte betingsten foar it tarieden fan superabsorberende hars út absorbearjende katoen alkalisearre en etherified carboxymethyl cellulose cross-keppele troch N, N-methylenebisacrylamide binne: alkali konsintraasje 40%, oplosmiddelfrije 20ml wetter en ethanol, de ferhâlding fan alkali nei ether is 2,5: 1, en de dosaasje fan crosslinking agent is 0,06g (6% fan it bedrach fan katoen linters).