セルロースエーテルを使用した高吸水性素材

N,N-メチレンビスアクリルアミドで架橋したカルボキシメチルセルロースを高吸水性樹脂を調製するプロセスと製品性能を研究し、アルカリ濃度、架橋剤の量、アルカリエーテル化、溶媒について検討した。製品の吸水性能に対する投与量の影響。吸水性樹脂の水への吸着メカニズムについて説明します。研究により、この製品の保水値 (WRV) は 114ml/g に達することが示されています。

キーワード:セルロースエーテル；メチレンビスアクリルアミド;準備

1、導入

高吸水性樹脂は、強い親水基とある程度の架橋を持ったポリマー素材です。紙、綿、麻などの一般的な吸水素材は吸水率が低く、保水力が低いのに対し、高吸水性樹脂は自重の数十倍の水を吸収することができ、吸水後に形成されるゲルは脱水しても脱水しません。軽い圧力で。優れた保水力。水にも有機溶媒にも溶けません。

セルロースからなる高吸水性素材の分子鎖上には、水酸基、カルボキシル基、水酸化ナトリウムイオンが多数存在する。水を吸収した後、水は親水性高分子ネットワークに囲まれ、外圧下でも保持されます。水が吸着樹脂を湿らせると、樹脂と水の間に半透膜の層が形成されます。ドナン氏によれば、吸水性樹脂には高濃度の可動イオン（Na+）が含まれているため、'平衡原理により、このイオン濃度の差が浸透圧を引き起こす可能性があります。湿潤力や膨潤力が弱く、水はこの半透膜層を通過し、高吸水性樹脂の高分子上の親水基やイオンと結合し、可動イオンの濃度を低下させ、高い吸水力と膨潤力を発揮します。この吸着プロセスは、可動イオンの濃度差によって生じる浸透圧の差が、ポリマー樹脂の分子ネットワークの凝集力によって生じるさらなる膨張に対する抵抗と等しくなるまで継続します。セルロースから製造された高吸水性樹脂の利点は、適度な吸水速度、速い吸水速度、優れた耐塩水性、非毒性、pH値の調整が容易、自然分解可能、低コストであるため、幅広い用途に使用できます。用途の範囲。工業および農業における止水剤、土壌改良剤、保水剤として使用できます。さらに、健康、食品、微生物学、医学における開発と応用の見通しも良好です。

2. 実験部分

2.1 実験原理

綿繊維高吸水性樹脂の調製は、主に繊維表皮上に低置換度の架橋構造を形成することにより行われる。一般に 2 つ以上の反応性官能基を持つ化合物への架橋。架橋可能な官能基には、ビニル、ヒドロキシル、カルボキシル、アミド、酸塩化物、オキシラン、ニトリルなどが含まれます。異なる架橋剤で調製された高吸水性樹脂の吸水率は異なります。この実験では、N,N-メチレンビスアクリルアミドを架橋剤として使用し、次の手順を実行します。

(1) セルロース（Rcell）はアルカリ溶液と反応してアルカリセルロースを生成しますが、セルロースのアルカリ化反応は急速な発熱反応です。温度を下げるとアルカリ繊維の形成が促進され、その加水分解が抑制される可能性があります。アルコールを添加するとセルロースの乱れが増加する可能性があり、これはアルカリ化とその後のエーテル化に有益です。

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) アルカリセルロースとモノクロロ酢酸はカルボキシメチルセルロースナトリウムを生成し、エーテル化反応は求核置換反応に属します。

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

（３）Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミドを架橋して高吸水性樹脂を得る。カルボキシメチル繊維の分子鎖にはまだ多数の水酸基が存在しているため、セルロースの水酸基のイオン化やN,N-メチレンビスアクリルアミドの分子鎖上のアクリロイル二重結合のイオン化が引き起こされます。アルカリ触媒によりセルロース分子鎖間がマイケル縮合により架橋し、直ちに水とプロトン交換して非水溶性セルロース高吸水性樹脂となる。

2.2 原材料と器具

原材料：脱脂綿（リンターカット）、水酸化ナトリウム、モノクロロ酢酸、N,N-メチレンビスアクリルアミド、無水エタノール、アセトン。

器具：三口フラスコ、電気撹拌器、還流冷却器、吸引ろ過フラスコ、ブフナー漏斗、真空乾燥炉、循環水真空ポンプ。

2.3 準備方法

2.3.1 アルカリ化

三口瓶に脱脂綿1gを入れ、水酸化ナトリウム水溶液と無水エタノールを適量加え、室温以下に保ち、しばらくかき混ぜます。

2.3.2 エーテル化

一定量のクロロ酢酸を加え、1時間撹拌します。

2.3.2 架橋

エーテル化の後期にＮ，Ｎ－メチレンビスアクリルアミドを適量加えて架橋し、室温で２時間撹拌した。

2.3.4 後処理

氷酢酸を使用して pH 値を 7 に調整し、エタノールで塩を洗い流し、アセトンで水を洗い流し、吸引濾過し、4 時間 (約 60℃) 真空乾燥します。°７０℃、真空度８．８ｋＰａ）で白色の綿フィラメント製品を得た。

2.4 分析試験

吸水率 (WRV) はふるい分けによって測定されます。つまり、1 g の生成物 (G) を 100 ml の蒸留水 (V1) が入ったビーカーに加え、24 時間浸漬し、200 メッシュのステンレス鋼スクリーンで濾過します。 、画面下部の水を回収します（V2）。計算式は次のとおりです。 WRV=(V1-V2)/G.

3. 結果と考察

3.1 アルカリ化反応条件の選択

綿繊維とアルカリ溶液の作用によりアルカリセルロースを製造するプロセスでは、プロセス条件が製品の性能に大きな影響を与えます。アルカリ化反応には多くの要因があります。観察の便宜のために、直交実験計画法が採用されています。

その他の条件: 溶媒は無水エタノール 20ml、アルカリとエーテル化剤の比 (mol/MD) は 3:1、架橋剤は 0.05g です。

実験結果は、一次および二次関係: C>A>B、最良の比率: A3B3C3 を示しています。灰汁の濃度はアルカリ化反応において最も重要な要素です。高濃度の灰汁はアルカリセルロースの形成を促進します。しかしながら、灰汁の濃度が高くなるほど、調製された高吸水性樹脂の塩含有量が多くなることに留意すべきである。したがって、エタノールで塩を洗浄する場合は、製品の吸水能力に影響を与えないよう、製品に含まれる塩を確実に除去するために数回洗浄してください。

3.2 製品の WRV に対する架橋剤の投与量の影響

実験条件は、無水エタノール 20ml、アルカリ対エーテル化剤の比率 2.3:1、アルカリ液 20ml、アルカリ化 90 分です。

結果は、架橋剤の量がCMC-Naの架橋度に影響を与えることを示しました。過剰な架橋は、製品空間内に緊密なネットワーク構造をもたらします。これは、吸水率が低く、吸水後の弾性が低いという特徴があります。架橋剤の量が少ないと架橋が不完全となり、水溶性生成物が発生し、吸水率にも影響します。架橋剤の量が０．０６ｇ未満では、架橋剤の量の増加に伴って吸水率が増加し、架橋剤の量が０．０６ｇを超えると、吸水率は低下する架橋剤の量によって異なります。したがって、架橋剤の添加量は綿繊維質量の約 6% となります。

3.3 製品の WRV に対するエーテル化条件の影響

実験条件は、アルカリ濃度 40%。アルカリ容量20ml。無水エタノール 20ml;架橋剤の投与量 0.06g;アルカリ化 90分

化学反応式からアルカリエーテル比（NaOH：CICH2-COOH）は2：1となるはずですが、反応系内にある程度の遊離アルカリ濃度を確保する必要があるため、実際に使用するアルカリ量はこの比より多くなります。なぜなら、遊離塩基の濃度が高いと、アルカリ化反応の完了が促進されるからです。架橋反応はアルカリ条件下で実行する必要があります。一部の副反応はアルカリを消費します。しかし、アルカリの添加量が多すぎると、アルカリ繊維の劣化が著しくなると同時に、エーテル化剤の効率が低下する。実験によると、アルカリとエーテルの比率は約 2.5:1 です。

3.4 溶媒量の影響

実験条件は、アルカリ濃度 40%。アルカリ投与量20ml。アルカリエーテル比 2.5:1;架橋剤投与量0.06g、アルカリ化90分。

溶媒の無水エタノールは、系の分散、均質化、スラリー状態の維持の役割を果たし、アルカリセルロースの形成中に放出される熱を分散および伝達するのに有益であり、アルカリセルロースの加水分解反応を低減し、均一なスラリーを得ることができます。セルロース。ただし、アルコールの添加量が多すぎると、アルカリやモノクロロ酢酸ナトリウムが溶解し、反応物質の濃度が低下し、反応速度が低下するほか、その後の架橋にも悪影響を及ぼします。無水エタノールの量が20mlの場合、WRV値が大きくなります。

要約すると、N,N-メチレンビスアクリルアミドで架橋されたアルカリ化およびエーテル化された脱脂綿から高吸水性樹脂を製造するための最適な条件は、アルカリ濃度 40%、無溶剤の水とエタノール 20ml、アルカリとエーテルの比率です。は２．５：１であり、架橋剤の添加量は０．０６ｇ（綿リンター量の６％）である。