સેલ્યુલોઝ ઈથરમાંથી સુપર શોષક સામગ્રી

સુપરએબ્સોર્બન્ટ રેઝિન તૈયાર કરવા માટે N, N-methylenebisacrylamide દ્વારા ક્રોસ-લિંક કરાયેલ કાર્બોક્સિમિથિલ સેલ્યુલોઝની પ્રક્રિયા અને ઉત્પાદન કામગીરીનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો, અને આલ્કલીની સાંદ્રતા, ક્રોસ-લિંકિંગ એજન્ટની માત્રા, આલ્કલી ઇથરિફિકેશન અને દ્રાવકની ચર્ચા કરવામાં આવી હતી. ઉત્પાદનના પાણી શોષણ પ્રભાવ પર ડોઝની અસર. પાણીમાં પાણી-શોષક રેઝિનની શોષણ પદ્ધતિ સમજાવવામાં આવી છે. અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે આ પ્રોડક્ટનું વોટર રીટેન્શન વેલ્યુ (WRV) 114ml/g સુધી પહોંચે છે.

મુખ્ય શબ્દો:સેલ્યુલોઝ ઈથર; methylenebisacrylamide; તૈયારી

1,પરિચય

સુપરએબ્સોર્બન્ટ રેઝિન મજબૂત હાઇડ્રોફિલિક જૂથો અને ક્રોસલિંકિંગની ચોક્કસ ડિગ્રી સાથે પોલિમર સામગ્રી છે. સામાન્ય પાણી શોષી લેતી સામગ્રી જેમ કે કાગળ, કપાસ અને શણમાં પાણી શોષવાનો દર ઓછો હોય છે અને પાણી જાળવી રાખવાની ક્ષમતા નબળી હોય છે, જ્યારે સુપર-શોષક રેઝિન પોતાના વજન કરતા ડઝન ગણા પાણીને શોષી શકે છે અને પાણીને શોષ્યા પછી બનેલી જેલ પણ નિર્જલીકૃત થતી નથી. સહેજ દબાણ સાથે. ઉત્તમ પાણી જાળવી રાખવાની ક્ષમતા. તે પાણીમાં કે કાર્બનિક દ્રાવકોમાં દ્રાવ્ય નથી.

સેલ્યુલોઝથી બનેલી સુપર શોષક સામગ્રીની પરમાણુ સાંકળ પર હાઇડ્રોક્સિલ જૂથો, કાર્બોક્સિલ જૂથો અને સોડિયમ હાઇડ્રેટ આયનો મોટી સંખ્યામાં છે. પાણીને શોષ્યા પછી, પાણી હાઇડ્રોફિલિક મેક્રોમોલેક્યુલર નેટવર્કથી ઘેરાયેલું હોય છે અને તેને બાહ્ય દબાણ હેઠળ જાળવી શકાય છે. જ્યારે પાણી શોષણ રેઝિનને ભેજ કરે છે, ત્યારે રેઝિન અને પાણી વચ્ચે અર્ધ-પારગમ્ય પટલનો એક સ્તર રચાય છે. ડોનાન અનુસાર, પાણી-શોષક રેઝિનમાં મોબાઈલ આયન (Na+) ની ઊંચી સાંદ્રતાને કારણે's સંતુલન સિદ્ધાંત, આ આયન સાંદ્રતા તફાવત ઓસ્મોટિક દબાણનું કારણ બની શકે છે. નબળી, ભેજવાળી અને સોજો નબળી શક્તિ બનાવે છે, પાણી અર્ધ-પારગમ્ય પટલના આ સ્તરમાંથી પસાર થાય છે અને સુપરએબ્સોર્બન્ટ રેઝિનના મેક્રોમોલેક્યુલ્સ પર હાઇડ્રોફિલિક જૂથો અને આયનો સાથે જોડાય છે, મોબાઇલ આયનોની સાંદ્રતા ઘટાડે છે, ત્યાં ઉચ્ચ પાણી શોષણ અને સોજો દર્શાવે છે. આ શોષણ પ્રક્રિયા ત્યાં સુધી ચાલુ રહે છે જ્યાં સુધી મોબાઇલ આયનોની સાંદ્રતામાં તફાવતને કારણે ઓસ્મોટિક દબાણનો તફાવત પોલિમર રેઝિનના પરમાણુ નેટવર્કના સંયોજક બળને કારણે વધુ વિસ્તરણના પ્રતિકારની સમાન હોય. સેલ્યુલોઝમાંથી તૈયાર કરાયેલ સુપરએબ્સોર્બન્ટ રેઝિનના ફાયદાઓ છે: મધ્યમ પાણી શોષણ દર, ઝડપી પાણી શોષવાની ગતિ, સારી મીઠું પાણી પ્રતિકાર, બિન-ઝેરી, પીએચ મૂલ્યને સમાયોજિત કરવા માટે સરળ, પ્રકૃતિમાં અધોગતિ થઈ શકે છે અને ઓછી કિંમત છે, તેથી તે વિશાળ છે. ઉપયોગની શ્રેણી. તેનો ઉપયોગ વોટર બ્લોકીંગ એજન્ટ, સોઈલ કન્ડીશનર અને વોટર રીટેઈનીંગ એજન્ટ તરીકે ઉદ્યોગ અને કૃષિમાં થઈ શકે છે. વધુમાં, તે આરોગ્ય, ખોરાક, માઇક્રોબાયોલોજી અને દવામાં સારા વિકાસ અને એપ્લિકેશનની સંભાવનાઓ ધરાવે છે.

2. પ્રાયોગિક ભાગ

2.1 પ્રાયોગિક સિદ્ધાંત

સુતરાઉ ફાઇબર સુપરએબ્સોર્બન્ટ રેઝિનની તૈયારી મુખ્યત્વે ફાઇબર ત્વચા પર ઓછી માત્રામાં અવેજી સાથે ક્રોસ-લિંક્ડ માળખું બનાવવા માટે છે. સામાન્ય રીતે બે અથવા વધુ પ્રતિક્રિયાશીલ કાર્યાત્મક જૂથો ધરાવતા સંયોજનો સાથે ક્રોસ-લિંકિંગ. ક્રોસ-લિંકિંગ માટે સક્ષમ કાર્યાત્મક જૂથોમાં વિનાઇલ, હાઇડ્રોક્સિલ, કાર્બોક્સિલ, એમાઇડ, એસિડ ક્લોરાઇડ, ઓક્સિરેન, નાઇટ્રિલ, વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. વિવિધ ક્રોસ-લિંકિંગ એજન્ટો સાથે તૈયાર કરાયેલ સુપરએબ્સોર્બન્ટ રેઝિન્સનો જળ શોષણ ગુણોત્તર અલગ છે. આ પ્રયોગમાં, N, N-methylenebisacrylamide નો ઉપયોગ નીચેના પગલાંઓ સહિત ક્રોસ-લિંકિંગ એજન્ટ તરીકે થાય છે:

(1) સેલ્યુલોઝ (Rcell) આલ્કલી સેલ્યુલોઝ પેદા કરવા માટે આલ્કલાઇન દ્રાવણ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, અને સેલ્યુલોઝની આલ્કલાઈઝેશન પ્રતિક્રિયા એ ઝડપી એક્ઝોથર્મિક પ્રતિક્રિયા છે. તાપમાન ઘટાડવું એ આલ્કલી રેસાના નિર્માણ માટે અનુકૂળ છે અને તેમના હાઇડ્રોલિસિસને અટકાવી શકે છે. આલ્કોહોલ ઉમેરવાથી સેલ્યુલોઝના ડિસઓર્ડરમાં વધારો થઈ શકે છે, જે આલ્કલાઈઝેશન અને અનુગામી ઈથરિફિકેશન માટે ફાયદાકારક છે.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) આલ્કલી સેલ્યુલોઝ અને મોનોક્લોરોએસેટિક એસિડ સોડિયમ કાર્બોક્સિમિથિલ સેલ્યુલોઝ ઉત્પન્ન કરે છે, અને ઇથરિફિકેશન પ્રતિક્રિયા ન્યુક્લિયોફિલિક અવેજી પ્રતિક્રિયાને અનુસરે છે:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-methylenebisacrylamide ક્રોસ-લિંક્ડ સુપર શોષક રેઝિન મેળવવા માટે. કારણ કે કાર્બોક્સિમિથાઈલ ફાઈબરની પરમાણુ સાંકળ પર હજુ પણ મોટી સંખ્યામાં હાઈડ્રોક્સિલ જૂથો છે, સેલ્યુલોઝના હાઈડ્રોક્સિલ જૂથનું આયનીકરણ અને N, N-methylenebisacrylamideની પરમાણુ સાંકળ પર એક્રેલોયલ ડબલ બોન્ડનું આયનીકરણ ક્રિયા હેઠળ ટ્રિગર થઈ શકે છે. આલ્કલી કેટાલિસિસનું, અને પછી સેલ્યુલોઝ મોલેક્યુલર સાંકળો વચ્ચે ક્રોસ-લિંકિંગ માઈકલ કન્ડેન્સેશન દ્વારા થાય છે, અને તરત જ પાણીમાં અદ્રાવ્ય સેલ્યુલોઝ સુપરએબ્સોર્બન્ટ રેઝિન બનવા માટે પાણી સાથે પ્રોટોન વિનિમય પસાર કરે છે.

2.2 કાચો માલ અને સાધનો

કાચો માલ: શોષક કપાસ (લિંટરમાં કાપી), સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ, મોનોક્લોરોએસેટિક એસિડ, એન, એન-મેથિલેનેબિસાક્રાયલામાઇડ, સંપૂર્ણ ઇથેનોલ, એસેટોન.

ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ્સ: થ્રી-નેક ફ્લાસ્ક, ઇલેક્ટ્રિક સ્ટિરિંગ, રિફ્લક્સ કન્ડેન્સર, સક્શન ફિલ્ટર ફ્લાસ્ક, બુકનર ફનલ, વેક્યુમ ડ્રાયિંગ ઓવન, ફરતા વોટર વેક્યુમ પંપ.

2.3 તૈયારી પદ્ધતિ

2.3.1 આલ્કલાઇનાઇઝેશન

ત્રણ ગળાની બોટલમાં 1 ગ્રામ શોષક કપાસ ઉમેરો, પછી સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ સોલ્યુશન અને સંપૂર્ણ ઇથેનોલની ચોક્કસ માત્રા ઉમેરો, તાપમાનને ઓરડાના તાપમાને નીચે રાખો અને થોડીવાર માટે હલાવો.

2.3.2 Etherification

ક્લોરોએસેટિક એસિડની ચોક્કસ માત્રા ઉમેરો અને 1 કલાક માટે હલાવો.

2.3.2 ક્રોસલિંકિંગ

ઇથેરિફિકેશનના પછીના તબક્કામાં, ક્રોસ-લિંકિંગ કરવા માટે N,N-મેથિલેનેબિસાક્રાયલામાઇડને પ્રમાણસર ઉમેરવામાં આવ્યું હતું, અને ઓરડાના તાપમાને 2 કલાક સુધી હલાવવામાં આવ્યું હતું.

2.3.4 પોસ્ટ-પ્રોસેસિંગ

પીએચ મૂલ્યને 7 પર સમાયોજિત કરવા માટે ગ્લેશિયલ એસિટિક એસિડનો ઉપયોગ કરો, ઇથેનોલથી મીઠું ધોઈ લો, પાણીને એસીટોનથી ધોઈ લો, સક્શન વડે ફિલ્ટર કરો અને 4 કલાક માટે વેક્યૂમ ડ્રાય કરો (લગભગ 60 પર°C, વેક્યુમ ડિગ્રી 8.8kPa) સફેદ કપાસના ફિલામેન્ટ ઉત્પાદન મેળવવા માટે.

2.4 વિશ્લેષણાત્મક પરીક્ષણ

પાણી શોષણ દર (WRV) ચાળણી દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, એટલે કે, ઉત્પાદનનો 1 ગ્રામ (G) 100ml નિસ્યંદિત પાણી (V1) ધરાવતા બીકરમાં ઉમેરવામાં આવે છે, 24 કલાક માટે પલાળીને, 200-મેશ સ્ટેનલેસ સ્ટીલ સ્ક્રીન દ્વારા ફિલ્ટર કરવામાં આવે છે. , અને સ્ક્રીનના તળિયે પાણી એકત્રિત કરવામાં આવે છે (V2). ગણતરી સૂત્ર નીચે મુજબ છે: WRV=(V1-V2)/G.

3. પરિણામો અને ચર્ચા

3.1 આલ્કલાઈઝેશન પ્રતિક્રિયા શરતોની પસંદગી

કોટન ફાઇબર અને આલ્કલાઇન સોલ્યુશનની ક્રિયા દ્વારા આલ્કલી સેલ્યુલોઝ ઉત્પન્ન કરવાની પ્રક્રિયામાં, પ્રક્રિયાની પરિસ્થિતિઓ ઉત્પાદનના પ્રભાવ પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે. આલ્કલાઈઝેશન પ્રતિક્રિયામાં ઘણા પરિબળો છે. નિરીક્ષણની સુવિધા માટે, ઓર્થોગોનલ પ્રયોગ ડિઝાઇન પદ્ધતિ અપનાવવામાં આવે છે.

અન્ય સ્થિતિઓ: દ્રાવક સંપૂર્ણ ઇથેનોલનું 20ml છે, આલ્કલી અને ઇથરિફાઇંગ એજન્ટ (mol/md)નો ગુણોત્તર 3:1 છે, અને ક્રોસલિંકિંગ એજન્ટ 0.05g છે.

પ્રાયોગિક પરિણામો દર્શાવે છે કે: પ્રાથમિક અને ગૌણ સંબંધ: C>A>B, શ્રેષ્ઠ ગુણોત્તર: A3B3C3. આલ્કલાઈઝેશન પ્રતિક્રિયામાં લાઇની સાંદ્રતા એ સૌથી મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે. લાઇની ઉચ્ચ સાંદ્રતા આલ્કલી સેલ્યુલોઝની રચના માટે અનુકૂળ છે. જો કે, એ નોંધવું જોઇએ કે લાઇની સાંદ્રતા જેટલી વધારે છે, તેટલું વધારે તૈયાર સુપરએબ્સોર્બન્ટ રેઝિનનું મીઠું પ્રમાણ વધારે છે. તેથી, જ્યારે ઇથેનોલ સાથે મીઠું ધોતી વખતે, ઉત્પાદનમાંનું મીઠું દૂર થઈ જાય તેની ખાતરી કરવા માટે તેને ઘણી વખત ધોઈ લો, જેથી ઉત્પાદનની પાણી શોષવાની ક્ષમતાને અસર ન થાય.

3.2 ઉત્પાદન WRV પર ક્રોસલિંકિંગ એજન્ટ ડોઝની અસર

પ્રાયોગિક સ્થિતિઓ છે: સંપૂર્ણ ઇથેનોલનું 20ml, ક્ષારનું 2.3:1 ગુણોત્તર ઇથરફિકેશન એજન્ટ, 20ml લાઇ અને 90min આલ્કલાઈઝેશન.

પરિણામો દર્શાવે છે કે ક્રોસ-લિંકિંગ એજન્ટની માત્રા CMC-Na ની ક્રોસ-લિંકિંગ ડિગ્રીને અસર કરે છે. અતિશય ક્રોસ-લિંકિંગ ઉત્પાદનની જગ્યામાં ચુસ્ત નેટવર્ક માળખું તરફ દોરી જાય છે, જે નીચા પાણી શોષણ દર અને પાણીના શોષણ પછી નબળી સ્થિતિસ્થાપકતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે; જ્યારે ક્રોસ-લિંકિંગ એજન્ટની માત્રા ઓછી હોય છે, ત્યારે ક્રોસ-લિંકિંગ અપૂર્ણ હોય છે, અને ત્યાં પાણીમાં દ્રાવ્ય ઉત્પાદનો હોય છે, જે પાણીના શોષણ દરને પણ અસર કરે છે. જ્યારે ક્રોસ-લિંકિંગ એજન્ટની માત્રા 0.06g કરતાં ઓછી હોય છે, ત્યારે ક્રોસ-લિંકિંગ એજન્ટની માત્રાના વધારા સાથે જળ શોષણ દર વધે છે, જ્યારે ક્રોસ-લિંકિંગ એજન્ટની માત્રા 0.06g કરતાં વધુ હોય છે, ત્યારે પાણી શોષણ દર ઘટે છે. ક્રોસ-લિંકિંગ એજન્ટની રકમ સાથે. તેથી, ક્રોસલિંકિંગ એજન્ટની માત્રા કપાસના ફાઇબર માસના લગભગ 6% છે.

3.3 ઉત્પાદન WRV પર ઇથેરિફિકેશન શરતોની અસર

પ્રાયોગિક શરતો છે: આલ્કલી સાંદ્રતા 40%; આલ્કલી વોલ્યુમ 20 મિલી; સંપૂર્ણ ઇથેનોલ 20ml; ક્રોસ-લિંકિંગ એજન્ટ ડોઝ 0.06 ગ્રામ; આલ્કલાઈઝેશન 90 મિનિટ.

રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના સૂત્રમાંથી, આલ્કલી-ઈથર ગુણોત્તર (NaOH:CICH2-COOH) 2:1 હોવો જોઈએ, પરંતુ વપરાયેલ ક્ષારનું વાસ્તવિક પ્રમાણ આ ગુણોત્તર કરતા વધારે છે, કારણ કે પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિમાં ચોક્કસ મુક્ત આલ્કલી સાંદ્રતાની ખાતરી હોવી જોઈએ. , કારણ કે: ફ્રી બેઝની ચોક્કસ ઉચ્ચ સાંદ્રતા આલ્કલાઈઝેશન પ્રતિક્રિયા પૂર્ણ કરવા માટે અનુકૂળ છે; ક્રોસ-લિંકિંગ પ્રતિક્રિયા આલ્કલાઇન પરિસ્થિતિઓ હેઠળ હાથ ધરવામાં આવશ્યક છે; કેટલીક આડ પ્રતિક્રિયાઓ આલ્કલીનો વપરાશ કરે છે. જો કે, જો આલ્કલીનો જથ્થો વધુ પડતો ઉમેરવામાં આવે છે, તો આલ્કલી ફાઇબર ગંભીર રીતે અધોગતિ પામશે, અને તે જ સમયે, ઇથરિફિકેશન એજન્ટની કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો થશે. પ્રયોગો દર્શાવે છે કે આલ્કલી અને ઈથરનો ગુણોત્તર લગભગ 2.5:1 છે.

3.4 દ્રાવક રકમનો પ્રભાવ

પ્રાયોગિક શરતો છે: આલ્કલી સાંદ્રતા 40%; આલ્કલી ડોઝ 20 મિલી; આલ્કલી-ઈથર રેશિયો 2.5:1; ક્રોસ-લિંકિંગ એજન્ટ ડોઝ 0.06 ગ્રામ, આલ્કલાઈઝેશન 90 મિનિટ.

દ્રાવક નિર્જળ ઇથેનોલ સિસ્ટમની સ્લરી સ્થિતિને વિખેરી નાખવા, એકરૂપતા અને જાળવણીની ભૂમિકા ભજવે છે, જે આલ્કલી સેલ્યુલોઝની રચના દરમિયાન પ્રકાશિત થતી ગરમીને વિખેરવા અને સ્થાનાંતરિત કરવા માટે ફાયદાકારક છે, અને આલ્કલી સેલ્યુલોઝની હાઇડ્રોલિસિસ પ્રતિક્રિયાને ઘટાડી શકે છે, જેનાથી એકસમાન પ્રાપ્ત થાય છે. સેલ્યુલોઝ જો કે, જો ઉમેરવામાં આવેલ આલ્કોહોલનું પ્રમાણ ખૂબ વધારે હોય, તો તેમાં આલ્કલી અને સોડિયમ મોનોક્લોરોએસેટેટ ઓગળી જશે, રીએક્ટન્ટ્સની સાંદ્રતા ઘટશે, પ્રતિક્રિયા દર ઘટશે, અને તે પછીના ક્રોસલિંકિંગ પર પણ પ્રતિકૂળ અસર કરશે. જ્યારે સંપૂર્ણ ઇથેનોલની માત્રા 20ml હોય છે, ત્યારે WRV મૂલ્ય મોટું હોય છે.

સારાંશમાં, N, N-methylenebisacrylamide દ્વારા ક્રોસ-લિંક્ડ શોષક કપાસના આલ્કલાઈઝ્ડ અને ઈથરિફાઈડ કાર્બોક્સિમિથાઈલ સેલ્યુલોઝમાંથી સુપરએબસોર્બન્ટ રેઝિન તૈયાર કરવા માટે સૌથી યોગ્ય પરિસ્થિતિઓ છે: આલ્કલી સાંદ્રતા 40%, દ્રાવક મુક્ત 20 મિલી પાણી અને ઇથેનોલ, અલ્કાલીયોના ઇથેનોલ. 2.5:1 છે, અને ક્રોસલિંકિંગ એજન્ટનો ડોઝ 0.06 ગ્રામ છે (કોટન લિંટરની માત્રાના 6%).