Սուպեր ներծծող նյութ Ցելյուլոզային Եթերից

Ուսումնասիրվել են N, N-methylenebisacrylamide-ով խաչակցված կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզայի պրոցեսը և արտադրանքի կատարումը գերներծծող խեժ պատրաստելու համար, և քննարկվել են ալկալիի կոնցենտրացիան, խաչաձև կապող նյութի քանակը, ալկալային եթերիֆիկացումը և լուծիչը: Դոզայի ազդեցությունը արտադրանքի ջրի կլանման կատարողականի վրա: Բացատրված է ջրի ներծծող խեժի կլանման մեխանիզմը ջրի մեջ: Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ այս արտադրանքի ջրի պահպանման արժեքը (WRV) հասնում է 114 մլ/գ-ի:

Բանալի բառեր:ցելյուլոզային եթեր; մեթիլենբիսակրիլամիդ; պատրաստում

1,Ներածություն

Superabsorbent resin-ը պոլիմերային նյութ է, որն ունի ուժեղ հիդրոֆիլ խմբեր և որոշակի աստիճանի խաչմերուկ: Ջուրը ներծծող սովորական նյութերը, ինչպիսիք են թուղթը, բամբակը և կանեփը, ունեն ջրի կլանման ցածր արագություն և ջրի վատ պահման հնարավորություն, մինչդեռ գերներծծող խեժերը կարող են ջուրը կլանել իրենց քաշից տասնյակ անգամներ, և ջուրը կլանելուց հետո ձևավորված գելը նույնիսկ չի ջրազրկվի: թեթև ճնշմամբ։ Ջրի պահպանման գերազանց հզորություն: Այն լուծելի չէ ոչ ջրում, ոչ էլ օրգանական լուծիչներում։

Ցելյուլոզից պատրաստված գերներծծող նյութի մոլեկուլային շղթայի վրա կան մեծ թվով հիդրօքսիլ խմբեր, կարբոքսիլ խմբեր և նատրիումի հիդրատի իոններ։ Ջուրը կլանելուց հետո ջուրը շրջապատված է հիդրոֆիլ մակրոմոլեկուլային ցանցով և կարող է պահպանվել արտաքին ճնշման տակ։ Երբ ջուրը խոնավացնում է ադսորբցիոն խեժը, խեժի և ջրի միջև ձևավորվում է կիսաթափանց թաղանթի շերտ։ Ջուր ներծծող խեժում շարժական իոնների (Na+) բարձր կոնցենտրացիայի շնորհիվ, ըստ Դոնանի.'Հավասարակշռության սկզբունքով, իոնների կոնցենտրացիայի այս տարբերությունը կարող է առաջացնել օսմոտիկ ճնշում: Խեղճ, ձևավորելով խոնավացնող և ուռչող թույլ ուժ, ջուրն անցնում է կիսաթափանցիկ թաղանթի այս շերտով և միանում հիդրոֆիլ խմբերի և իոնների հետ գերներծծվող խեժի մակրոմոլեկուլների վրա՝ նվազեցնելով շարժական իոնների կոնցենտրացիան՝ դրանով իսկ ցույց տալով ջրի բարձր կլանումը և այտուցը: Այս կլանման գործընթացը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև շարժական իոնների կոնցենտրացիայի տարբերության պատճառով առաջացած օսմոտիկ ճնշման տարբերությունը հավասարվի հետագա ընդլայնման դիմադրությանը, որն առաջանում է պոլիմերային խեժի մոլեկուլային ցանցի համակցված ուժից: Ցելյուլոզից պատրաստված գերներծծող խեժի առավելություններն են՝ ջրի կլանման չափավոր արագություն, ջրի արագ կլանման արագություն, լավ աղի ջրի դիմադրություն, ոչ թունավոր, հեշտ կարգավորվող pH արժեք, կարող է քայքայվել բնության մեջ և ցածր արժեքը, ուստի այն ունի լայն օգտագործման շրջանակը. Այն կարող է օգտագործվել որպես ջրի արգելափակում, հողը կարգավորող և ջուր պահող միջոց արդյունաբերության և գյուղատնտեսության մեջ: Բացի այդ, այն ունի լավ զարգացման և կիրառման հեռանկարներ առողջության, սննդի, մանրէաբանության և բժշկության ոլորտներում:

2. Փորձարարական մաս

2.1 Փորձարարական սկզբունք

Բամբակյա մանրաթելերի գերներծծող խեժի պատրաստումը հիմնականում ուղղված է մանրաթելերի մաշկի վրա փոխարինման ցածր աստիճանով խաչաձև կապակցված կառուցվածքի ձևավորմանը: Խաչաձև կապը միացությունների հետ, որոնք սովորաբար ունեն երկու կամ ավելի ռեակտիվ ֆունկցիոնալ խմբեր: Խաչաձև կապակցման ունակ ֆունկցիոնալ խմբերը ներառում են վինիլ, հիդրոքսիլ, կարբոքսիլ, ամիդ, թթու քլորիդ, օքսիրան, նիտրիլ և այլն: Տարբեր խաչաձև կապող նյութերով պատրաստված գերներծծող խեժերի ջրի կլանման գործակիցը տարբեր է: Այս փորձի ժամանակ N, N-methylenebisacrylamide օգտագործվում է որպես խաչաձեւ կապող միջոց, ներառյալ հետեւյալ քայլերը.

(1) Ցելյուլոզը (Rcell) փոխազդում է ալկալային լուծույթի հետ՝ առաջացնելով ալկալային ցելյուլոզ, իսկ ցելյուլոզայի ալկալացման ռեակցիան արագ էկզոտերմիկ ռեակցիա է։ Ջերմաստիճանի իջեցումը նպաստում է ալկալային մանրաթելերի առաջացմանը և կարող է արգելակել դրանց հիդրոլիզը։ Սպիրտներ ավելացնելը կարող է մեծացնել ցելյուլոզայի խանգարումը, ինչը օգտակար է ալկալիզացման և հետագա եթերիացման համար:

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) Ալկալային ցելյուլոզը և մոնոքլորքացախաթթուն առաջացնում են նատրիումի կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզա, իսկ եթերացման ռեակցիան պատկանում է նուկլեոֆիլային փոխարինման ռեակցիային.

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-methylenebisacrylamide խաչաձև կապակցված՝ գերներծծող խեժ ստանալու համար: Քանի որ կարբոքսիմեթիլ մանրաթելի մոլեկուլային շղթայի վրա դեռևս կան մեծ թվով հիդրօքսիլ խմբեր, ցելյուլոզայի հիդրօքսիլ խմբի իոնացումը և N, N-մեթիլենբիսակրիլամիդի մոլեկուլային շղթայի վրա ակրիլոիլային կրկնակի կապի իոնացումը կարող է առաջանալ գործողության ներքո: Ալկալիների կատալիզը, այնուհետև բջջանյութի մոլեկուլային շղթաների միջև խաչաձև կապը տեղի է ունենում Մայքլի խտացման միջոցով և անմիջապես անցնում է պրոտոնի փոխանակում ջրի հետ՝ դառնալով ջրում չլուծվող ցելյուլոզային գերներծծող խեժ:

2.2 Հումք և գործիքներ

Հումք՝ ներծծող բամբակ (կտրատած լիտր), նատրիումի հիդրօքսիդ, մոնոքլորքացախաթթու, N, N-մեթիլենբիսակրիլամիդ, բացարձակ էթանոլ, ացետոն։

Գործիքներ՝ երեք պարանոցով կոլբայ, էլեկտրական հուզիչ, ռեֆլյուքս կոնդենսատոր, ներծծող ֆիլտրի կոլբ, Buchner ձագար, վակուումային չորացման վառարան, շրջանառվող ջրի վակուումային պոմպ:

2.3 Պատրաստման եղանակը

2.3.1 Ալկալիզացում

Եռավիզ շշի մեջ ավելացնել 1 գ ներծծող բամբակ, ապա ավելացնել որոշակի քանակությամբ նատրիումի հիդրօքսիդի լուծույթ և բացարձակ էթանոլ, ջերմաստիճանը պահել սենյակային ջերմաստիճանից ցածր և մի քիչ հարել։

2.3.2 Եթերացում

Ավելացնել որոշակի քանակությամբ քլորաքացախաթթու և հարել 1 ժամ։

2.3.2 Խաչաձև կապ

Եթերիֆիկացման ավելի ուշ փուլում խաչաձև կապն իրականացնելու համար համամասնորեն ավելացվել է N,N-մեթիլենբիսակրիլամիդ և խառնվել սենյակային ջերմաստիճանում 2 ժամ:

2.3.4 Հետմշակում

Օգտագործեք սառցադաշտային քացախաթթու՝ pH-ի արժեքը 7-ի կարգավորելու համար, աղը լվացեք էթանոլով, ջուրը լվացեք ացետոնով, զտեք ներծծմամբ և չորացրեք վակուումով 4 ժամ (մոտ 60 ջերմաստիճանում):°C, վակուումային աստիճան 8,8 կՊա) սպիտակ բամբակյա թելիկ արտադրանք ստանալու համար:

2.4 Վերլուծական թեստավորում

Ջրի կլանման արագությունը (WRV) որոշվում է մաղելով, այսինքն՝ արտադրանքի 1 գ (G) ավելացվում է 100 մլ թորած ջուր (V1) պարունակող բաժակի մեջ, որը 24 ժամ թրմված է, զտվում է 200 mesh չժանգոտվող պողպատից էկրանով։ , և էկրանի ներքևի ջուրը հավաքվում է (V2): Հաշվարկի բանաձևը հետևյալն է՝ WRV=(V1-V2)/G.

3. Արդյունքներ և քննարկում

3.1 Ալկալիզացման ռեակցիայի պայմանների ընտրություն

Բամբակյա մանրաթելի և ալկալային լուծույթի ազդեցությամբ ալկալային ցելյուլոզա ստանալու գործընթացում գործընթացի պայմանները էական ազդեցություն ունեն արտադրանքի աշխատանքի վրա: Ալկալիզացման ռեակցիայի մեջ կան բազմաթիվ գործոններ: Դիտարկման հարմարության համար ընդունված է փորձի ուղղանկյուն նախագծման մեթոդը։

Այլ պայմաններ. Լուծիչը 20 մլ բացարձակ էթանոլ է, ալկալիի և եթերիֆիկացնող նյութի հարաբերակցությունը (մոլ/մդ) 3:1 է, իսկ խաչմերուկը 0,05 գ է:

Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ առաջնային և երկրորդային հարաբերությունները՝ C>A>B, լավագույն հարաբերակցությունը՝ A3B3C3: Լոզայի կոնցենտրացիան ալկալացման ռեակցիայի ամենակարեւոր գործոնն է: Շաքարի բարձր կոնցենտրացիան նպաստում է ալկալային ցելյուլոզայի առաջացմանը: Այնուամենայնիվ, պետք է նշել, որ որքան բարձր է լորենի կոնցենտրացիան, այնքան մեծ է պատրաստված գերներծծող խեժի աղի պարունակությունը: Հետևաբար, աղը էթանոլով լվանալիս մի քանի անգամ լվացեք, որպեսզի համոզվեք, որ արտադրանքի աղը հեռացվի, որպեսզի չազդի արտադրանքի ջրի կլանման կարողության վրա:

3.2 Խաչաձև կապող նյութի դեղաչափի ազդեցությունը արտադրանքի WRV-ի վրա

Փորձարարական պայմաններն են՝ 20 մլ բացարձակ էթանոլ, 2,3:1 հարաբերակցությամբ ալկալի և եթերիֆիկացման նյութ, 20 մլ լուծույթ և 90 րոպե ալկալացում:

Արդյունքները ցույց են տվել, որ խաչաձեւ կապող նյութի քանակությունը ազդել է CMC-Na-ի խաչաձեւ կապի աստիճանի վրա: Ավելորդ խաչաձև կապը հանգեցնում է արտադրանքի տարածության մեջ ցանցի ամուր կառուցվածքի, որը բնութագրվում է ջրի կլանման ցածր արագությամբ և ջրի կլանումից հետո վատ առաձգականությամբ. երբ խաչաձև կապող նյութի քանակը փոքր է, խաչաձև կապը թերի է, և կան ջրում լուծվող ապրանքներ, որոնք նույնպես ազդում են ջրի կլանման արագության վրա: Երբ խաչաձև կապող նյութի քանակը 0,06 գ-ից պակաս է, ջրի կլանման արագությունը մեծանում է խաչաձև կապող նյութի քանակի աճով, երբ խաչաձեւ կապող նյութի քանակը 0,06 գ-ից ավելի է, ջրի կլանման արագությունը նվազում է: խաչաձեւ կապող նյութի քանակով։ Հետևաբար, խաչաձև կապող նյութի դեղաչափը կազմում է բամբակյա մանրաթելերի զանգվածի մոտ 6%-ը:

3.3 Եթերիֆիկացման պայմանների ազդեցությունը արտադրանքի WRV-ի վրա

Փորձարարական պայմաններն են՝ ալկալիների կոնցենտրացիան 40%; ալկալիի ծավալը 20 մլ; բացարձակ էթանոլ 20 մլ; խաչաձեւ կապող նյութի չափաբաժինը 0.06 գ; ալկալիզացում 90 րոպե.

Քիմիական ռեակցիայի բանաձևից ալկալի-եթեր հարաբերակցությունը (NaOH:CICH2-COOH) պետք է լինի 2:1, սակայն օգտագործվող ալկալիների իրական քանակությունը ավելի մեծ է, քան այս հարաբերակցությունը, քանի որ ռեակցիայի համակարգում պետք է երաշխավորված լինի ազատ ալկալիների որոշակի կոնցենտրացիան: Որոշակի Ազատ բազայի ավելի բարձր կոնցենտրացիան նպաստում է ալկալացման ռեակցիայի ավարտին. խաչաձեւ կապի ռեակցիան պետք է իրականացվի ալկալային պայմաններում. որոշ կողմնակի ռեակցիաներ սպառում են ալկալիները: Այնուամենայնիվ, եթե ալկալիի քանակն ավելացվի չափազանց շատ, ապա ալկալային մանրաթելը լրջորեն կքայքայվի, և միևնույն ժամանակ, եթերիֆիկացման նյութի արդյունավետությունը կնվազի: Փորձերը ցույց են տալիս, որ ալկալիի և եթերի հարաբերակցությունը մոտ 2,5:1 է:

3.4 Լուծիչների քանակի ազդեցությունը

Փորձարարական պայմաններն են՝ ալկալիների կոնցենտրացիան 40%; ալկալիների դեղաչափ 20 մլ; ալկալի-եթեր հարաբերակցությունը 2,5:1; խաչաձեւ կապող միջոցի չափաբաժինը 0.06գ, ալկալիզացում 90ր.

Լուծիչ անջուր էթանոլը խաղում է համակարգի ցրման, համասեռացման և ցեխոտ վիճակի պահպանման դերը, որն օգտակար է ալկալային ցելյուլոզայի ձևավորման ընթացքում թողարկված ջերմությունը ցրելու և փոխանցելու համար և կարող է նվազեցնել ալկալային ցելյուլոզայի հիդրոլիզի ռեակցիան՝ դրանով իսկ ստանալով միատեսակ: ցելյուլոզա. Այնուամենայնիվ, եթե ավելացված ալկոհոլի քանակը չափազանց շատ է, ալկալը և նատրիումի մոնոքլորացետատը կլուծվեն դրանում, ռեակտիվների կոնցենտրացիան կնվազի, ռեակցիայի արագությունը կնվազի, և դա նույնպես բացասական ազդեցություն կունենա հետագա խաչաձև կապի վրա: Երբ բացարձակ էթանոլի քանակը 20 մլ է, WRV արժեքը մեծ է:

Ամփոփելով, N, N-methylenebisacrylamide-ով խաչակցված ներծծող բամբակից ալկալիզացված և եթերացված կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզից գերներծծող խեժ պատրաստելու համար ամենահարմար պայմաններն են. 2,5:1 է, իսկ խաչաձեւ կապող նյութի չափաբաժինը 0,06գ է (բամբակի լիտրների քանակի 6%-ը):