Material superabsorbente de éter de celulosa

Estudáronse o proceso e o rendemento do produto da carboximetilcelulosa entrecruzada por N, N-metilenbisacrilamida para preparar resina superabsorbente, e discutíronse a concentración de álcali, a cantidade de axente de reticulación, a eterificación alcalina e o disolvente. O efecto da dosificación sobre o rendemento de absorción de auga do produto. Explícase o mecanismo de adsorción da resina absorbente de auga á auga. Os estudos demostraron que o valor de retención de auga (WRV) deste produto alcanza os 114 ml/g.

Palabras clave:éter de celulosa; metilenbisacrilamida; preparación

1、Introdución

A resina superabsorbente é un material polimérico con fortes grupos hidrófilos e un certo grao de reticulación. Os materiais comúns que absorben auga, como o papel, o algodón e o cánabo, teñen unha baixa taxa de absorción de auga e unha escasa capacidade de retención de auga, mentres que as resinas superabsorbentes poden absorber a auga ducias de veces o seu propio peso, e o xel formado despois de absorber a auga non se deshidrata nin sequera. cunha lixeira presión. Excelente capacidade de retención de auga. Non é soluble en auga nin en disolventes orgánicos.

Hai un gran número de grupos hidroxilo, grupos carboxilo e ións de hidrato de sodio na cadea molecular do material superabsorbente feito de celulosa. Despois de absorber auga, a auga está rodeada por unha rede macromolecular hidrófila e pode ser retida baixo presión externa. Cando a auga humedece a resina de adsorción, fórmase unha capa de membrana semipermeable entre a resina e a auga. Debido á alta concentración de ións móbiles (Na+) na resina absorbente de auga, segundo Donnan's principio de equilibrio, esta diferenza de concentración de ións pode causar presión osmótica. Pobre, formando un poder de humectación e inchazo débil, a auga pasa por esta capa de membrana semipermeable e combínase con grupos hidrófilos e ións nas macromoléculas da resina superabsorbente, reducindo a concentración de ións móbiles, mostrando así unha alta absorción de auga e inchazo. Este proceso de adsorción continúa ata que a diferenza de presión osmótica causada pola diferenza de concentración de ións móbiles é igual á resistencia á expansión adicional causada pola forza cohesiva da rede molecular da resina polimérica. As vantaxes da resina superabsorbente preparada a partir de celulosa son: taxa de absorción de auga moderada, velocidade de absorción rápida de auga, boa resistencia á auga salgada, non tóxica, fácil de axustar o valor de pH, pódese degradar na natureza e baixo custo, polo que ten un amplo gama de usos. Pódese usar como axente bloqueador de auga, acondicionador do solo e axente de retención de auga na industria e na agricultura. Ademais, ten boas perspectivas de desenvolvemento e aplicación en saúde, alimentación, microbioloxía e medicina.

2. Parte experimental

2.1 Principio experimental

A preparación da resina superabsorbente de fibra de algodón é principalmente para formar unha estrutura reticulada cun baixo grao de substitución na pel da fibra. Reticulación con compostos que xeralmente teñen dous ou máis grupos funcionais reactivos. Os grupos funcionais capaces de entrecruzar inclúen vinilo, hidroxilo, carboxilo, amida, cloruro de ácido, oxirano, nitrilo, etc. A relación de absorción de auga das resinas superabsorbentes preparadas con diferentes axentes de reticulación é diferente. Neste experimento, a N,N-metilenbisacrilamida úsase como axente de reticulación, incluíndo os seguintes pasos:

(1) A celulosa (Rcell) reacciona coa solución alcalina para xerar celulosa alcalina, e a reacción de alcalinización da celulosa é unha reacción exotérmica rápida. A baixada da temperatura favorece a formación de fibras alcalinas e pode inhibir a súa hidrólise. A adición de alcoholes pode aumentar o trastorno da celulosa, que é beneficioso para a alcalinización e a posterior eterificación.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) A celulosa alcalina e o ácido monocloroacético xeran carboximetil celulosa sódica, e a reacción de eterificación pertence á reacción de substitución nucleófila:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-metilenbisacrilamida reticulada para obter unha resina superabsorbente. Debido a que aínda hai un gran número de grupos hidroxilo na cadea molecular da fibra carboximetilo, a ionización do grupo hidroxilo da celulosa e a ionización do dobre enlace acriloílo na cadea molecular de N, N-metilenbisacrilamida pode desencadearse baixo a acción. de catálise alcalina, e despois o cruzamento entre as cadeas moleculares de celulosa prodúcese a través da condensación de Michael, e inmediatamente sofre intercambio de protóns coa auga para converterse nunha resina superabsorbente de celulosa insoluble en auga.

2.2 Materias primas e instrumentos

Materias primas: algodón absorbente (cortado en linters), hidróxido de sodio, ácido monocloroacético, N, N-metilenbisacrilamida, etanol absoluto, acetona.

Instrumentos: matraz de tres bocas, axitación eléctrica, condensador de refluxo, matraz de filtro de succión, funil Buchner, forno de secado ao baleiro, bomba de baleiro de auga circulante.

2.3 Método de preparación

2.3.1 Alcalinización

Engade 1 g de algodón absorbente á botella de tres pescozos, despois engade unha certa cantidade de solución de hidróxido de sodio e etanol absoluto, manteña a temperatura por debaixo da temperatura ambiente e mexa por un tempo.

2.3.2 Eterificación

Engadir unha certa cantidade de ácido cloroacético e remover durante 1 h.

2.3.2 Reticulado

Na fase posterior de eterificación, engadiuse N,N-metilenbisacrilamida en proporción para levar a cabo a reticulación e axitouse a temperatura ambiente durante 2 horas.

2.3.4 Postprocesamento

Use ácido acético glacial para axustar o valor de pH a 7, lave o sal con etanol, lave a auga con acetona, filtre con succión e seque ao baleiro durante 4 horas (uns 60°C, grao de baleiro 8,8 kPa) para obter un produto de filamento de algodón branco.

2.4 Ensaios analíticos

A taxa de absorción de auga (WRV) determínase mediante tamizado, é dicir, engádese 1 g de produto (G) a un vaso de precipitados que contén 100 ml de auga destilada (V1), empapado durante 24 horas, filtrado a través dunha pantalla de aceiro inoxidable de 200 mallas. , e recóllese a auga na parte inferior da pantalla (V2). A fórmula de cálculo é a seguinte: WRV=(V1-V2)/G.

3. Resultados e discusión

3.1 Selección das condicións de reacción de alcalinización

No proceso de produción de celulosa alcalina pola acción da fibra de algodón e da solución alcalina, as condicións do proceso teñen un impacto significativo no rendemento do produto. Hai moitos factores na reacción de alcalinización. Para a comodidade da observación, adóptase o método de deseño de experimentos ortogonales.

Outras condicións: o disolvente é de 20 ml de etanol absoluto, a relación entre álcali e axente eterificante (mol/md) é de 3:1 e o axente de reticulación é de 0,05 g.

Os resultados experimentais mostran que: relación primaria e secundaria: C>A>B, a mellor relación: A3B3C3. A concentración de lejía é o factor máis importante na reacción de alcalinización. A alta concentración de lejía favorece a formación de celulosa alcalina. Non obstante, hai que ter en conta que canto maior sexa a concentración de lixivia, maior será o contido de sal da resina superabsorbente preparada. Polo tanto, ao lavar o sal con etanol, lave varias veces para asegurarse de que se elimina o sal do produto, para non afectar a capacidade de absorción de auga do produto.

3.2 Efecto da dosificación do axente de reticulación no produto WRV

As condicións experimentais son: 20 ml de etanol absoluto, proporción 2,3:1 de álcali a axente de eterificación, 20 ml de lejía e 90 min de alcalinización.

Os resultados mostraron que a cantidade de axente de reticulación afectou o grao de entrecruzamento de CMC-Na. A reticulación excesiva leva a unha estrutura de rede axustada no espazo do produto, que se caracteriza por unha baixa taxa de absorción de auga e unha mala elasticidade despois da absorción de auga; cando a cantidade de axente de reticulación é pequena, a reticulación é incompleta e hai produtos solubles en auga, que tamén afectan á taxa de absorción de auga. Cando a cantidade de axente de reticulación é inferior a 0,06 g, a taxa de absorción de auga aumenta co aumento da cantidade de axente de reticulación, cando a cantidade de axente de reticulación é superior a 0,06 g, a taxa de absorción de auga diminúe. coa cantidade de axente de reticulación. Polo tanto, a dosificación do axente de reticulación é de aproximadamente o 6% da masa da fibra de algodón.

3.3 Efecto das condicións de eterificación no produto WRV

As condicións experimentais son: concentración de álcali 40%; volume de álcali 20 ml; etanol absoluto 20 ml; dosificación de axente de reticulación 0,06 g; alcalinización 90 min.

A partir da fórmula da reacción química, a relación álcali-éter (NaOH:CICH2-COOH) debe ser 2:1, pero a cantidade real de álcali empregada é maior que esta proporción, porque debe garantirse unha certa concentración de álcali libre no sistema de reacción. , porque: certos Unha maior concentración de base libre é propicia para a conclusión da reacción de alcalinización; a reacción de reticulación debe realizarse en condicións alcalinas; algunhas reaccións secundarias consumen álcali. Non obstante, se se engade demasiado a cantidade de álcali, a fibra alcalina degradarase seriamente e, ao mesmo tempo, reducirase a eficiencia do axente de eterificación. Os experimentos mostran que a relación entre álcali e éter é de aproximadamente 2,5:1.

3.4 Influencia da cantidade de disolvente

As condicións experimentais son: concentración de álcali 40%; dosificación de álcali 20 ml; relación álcali-éter 2,5:1; dosificación de axente de reticulación 0,06 g, alcalinización 90 min.

O etanol anhidro disolvente desempeña o papel de dispersar, homoxeneizar e manter o estado de suspensión do sistema, o que é beneficioso para dispersar e transferir a calor liberada durante a formación de celulosa alcalina e pode reducir a reacción de hidrólise da celulosa alcalina, obtendo así unha uniformidade. celulosa. Non obstante, se a cantidade de alcohol engadido é demasiado, o álcali e o monocloroacetato de sodio disolveranse nel, a concentración de reactivos diminuirá, a velocidade de reacción diminuirá e tamén terá un efecto adverso na reticulación posterior. Cando a cantidade de etanol absoluto é de 20 ml, o valor de WRV é grande.

En resumo, as condicións máis adecuadas para a preparación de resina superabsorbente a partir de algodón absorbente carboximetil celulosa alcalinizada e eterificada reticulada por N, N-metilenbisacrilamida son: concentración de álcali 40%, 20 ml de auga e etanol sen disolvente, a relación entre álcali e éter. é 2,5:1, e a dosificación do axente de reticulación é de 0,06 g (6% da cantidade de linters de algodón).