სუპერ შთამნთქმელი მასალა ცელულოზის ეთერისგან

შესწავლილი იქნა კარბოქსიმეთილ ცელულოზის პროცესი და პროდუქტის მოქმედება, რომელიც ჯვარედინად არის დაკავშირებული N, N-მეთილენბისაკრილამიდით სუპერაბსორბენტური ფისის მოსამზადებლად და განხილული იყო ტუტეს კონცენტრაცია, ჯვარედინი დამაკავშირებელი აგენტის რაოდენობა, ტუტე ეთერიფიკაცია და გამხსნელი. დოზის გავლენა პროდუქტის წყლის შთანთქმის ეფექტურობაზე. ახსნილია წყლის შთამნთქმელი ფისის წყალში ადსორბციის მექანიზმი. კვლევებმა აჩვენა, რომ ამ პროდუქტის წყლის შეკავების მნიშვნელობა (WRV) აღწევს 114 მლ/გ.

საკვანძო სიტყვები:ცელულოზის ეთერი; მეთილენბისაკრილამიდი; მომზადება

1,შესავალი

სუპერაბსორბენტური ფისი არის პოლიმერული მასალა ძლიერი ჰიდროფილური ჯგუფებით და გარკვეული ხარისხით ჯვარედინი კავშირებით. წყლის შთამნთქმელ ჩვეულებრივ მასალებს, როგორიცაა ქაღალდი, ბამბა და კანაფი, აქვთ წყლის შთანთქმის დაბალი სიჩქარე და დაბალი წყლის შეკავების უნარი, ხოლო სუპერ შთამნთქმელი ფისები შეუძლიათ შთანთქას წყალი საკუთარ წონაზე ათობით ჯერ, და წყლის შთანთქმის შემდეგ წარმოქმნილი გელიც კი არ დეჰიდრატდება. მცირე წნევით. წყლის შეკავების შესანიშნავი უნარი. ის არც წყალში იხსნება და არც ორგანულ გამხსნელებში.

ცელულოზისგან დამზადებული სუპერ შთამნთქმელი მასალის მოლეკულურ ჯაჭვზე არის დიდი რაოდენობით ჰიდროქსილის ჯგუფები, კარბოქსილის ჯგუფები და ნატრიუმის ჰიდრატის იონები. წყლის შთანთქმის შემდეგ წყალი გარშემორტყმულია ჰიდროფილური მაკრომოლეკულური ქსელით და შეიძლება შენარჩუნდეს გარე წნევის ქვეშ. როდესაც წყალი ატენიანებს ადსორბციულ ფიტს, ფისსა და წყალს შორის წარმოიქმნება ნახევრად გამტარი მემბრანის ფენა. წყლის შთამნთქმელ ფისში მოძრავი იონების (Na+) მაღალი კონცენტრაციის გამო, დონანის მიხედვით'წონასწორობის პრინციპით, იონის კონცენტრაციის ამ განსხვავებამ შეიძლება გამოიწვიოს ოსმოსური წნევა. ღარიბი, წარმოქმნის დამატენიანებელ და შეშუპებულ სუსტ ძალას, წყალი გადის ნახევრად გამტარი მემბრანის ამ ფენაში და აერთიანებს ჰიდროფილურ ჯგუფებს და იონებს სუპერაბსორბენტური ფისის მაკრომოლეკულებზე, ამცირებს მობილური იონების კონცენტრაციას, რითაც აჩვენებს წყლის მაღალ შთანთქმას და შეშუპებას. ეს ადსორბციის პროცესი გრძელდება მანამ, სანამ ოსმოსური წნევის სხვაობა, რომელიც გამოწვეულია მოძრავი იონების კონცენტრაციის სხვაობით, არ გაუტოლდება შემდგომი გაფართოების წინააღმდეგობას, რომელიც გამოწვეულია პოლიმერული ფისის მოლეკულური ქსელის შეკრული ძალით. ცელულოზისგან მომზადებული სუპერშთამნთქმელი ფისის უპირატესობებია: წყლის ზომიერი შთანთქმის სიჩქარე, წყლის სწრაფი შთანთქმის სიჩქარე, კარგი მარილის წყალგამძლეობა, არატოქსიკური, ადვილად რეგულირებადი pH, შეიძლება დეგრადირებული იყოს ბუნებით და დაბალი ღირებულება, ამიტომ მას აქვს ფართო გამოყენების სპექტრი. ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც წყლის დამბლოკავი აგენტი, ნიადაგის კონდიციონერი და წყლის შემაკავებელი აგენტი მრეწველობასა და სოფლის მეურნეობაში. გარდა ამისა, მას აქვს განვითარებისა და გამოყენების კარგი პერსპექტივები ჯანმრთელობის, კვების, მიკრობიოლოგიისა და მედიცინაში.

2. ექსპერიმენტული ნაწილი

2.1 ექსპერიმენტული პრინციპი

ბამბის ბოჭკოების სუპერშთამნთქმელი ფისის მომზადება ძირითადად მიზნად ისახავს ჯვარედინი სტრუქტურის ფორმირებას ბოჭკოვან კანზე ჩანაცვლების დაბალი ხარისხით. ჯვარედინი კავშირი ნაერთებთან, რომლებსაც ძირითადად აქვთ ორი ან მეტი რეაქტიული ფუნქციური ჯგუფი. ჯვარედინი კავშირის მქონე ფუნქციურ ჯგუფებში შედის ვინილი, ჰიდროქსილი, კარბოქსილი, ამიდი, მჟავა ქლორიდი, ოქსირანი, ნიტრილი და ა.შ. სხვადასხვა ჯვარედინი დამაკავშირებელი აგენტებით მომზადებული სუპერაბსორბენტური ფისების წყლის შთანთქმის თანაფარდობა განსხვავებულია. ამ ექსპერიმენტში N, N-მეთილენბისაკრილამიდი გამოიყენება როგორც ჯვარედინი დამაკავშირებელი აგენტი, რომელიც მოიცავს შემდეგ საფეხურებს:

(1) ცელულოზა (Rcell) რეაგირებს ტუტე ხსნართან ტუტე ცელულოზის წარმოქმნით, ხოლო ცელულოზის ალკალიზაციის რეაქცია არის სწრაფი ეგზოთერმული რეაქცია. ტემპერატურის დაწევა ხელს უწყობს ტუტე ბოჭკოების წარმოქმნას და შეუძლია შეაფერხოს მათი ჰიდროლიზი. ალკოჰოლის დამატებამ შეიძლება გაზარდოს ცელულოზის დარღვევა, რაც სასარგებლოა ალკალიზაციისა და შემდგომი ეთერიფიკაციისთვის.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) ტუტე ცელულოზა და მონოქლორძმარმჟავა წარმოქმნის ნატრიუმის კარბოქსიმეთილ ცელულოზას, ხოლო ეთერიფიკაციის რეაქცია მიეკუთვნება ნუკლეოფილურ ჩანაცვლების რეაქციას:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-მეთილენბისაკრილამიდი ჯვარედინი კავშირშია სუპერ შთამნთქმელი ფისის მისაღებად. იმის გამო, რომ კარბოქსიმეთილის ბოჭკოების მოლეკულურ ჯაჭვზე ჯერ კიდევ არის დიდი რაოდენობით ჰიდროქსილის ჯგუფები, ცელულოზის ჰიდროქსილის ჯგუფის იონიზაცია და აკრილოილის ორმაგი ბმის იონიზაცია N, N-მეთილენბისაკრილამიდის მოლეკულურ ჯაჭვზე შეიძლება მოხდეს მოქმედების შედეგად. ტუტე კატალიზი და შემდეგ ჯვარედინი კავშირი ცელულოზის მოლეკულურ ჯაჭვებს შორის ხდება მაიკლის კონდენსაციის გზით და მაშინვე განიცდის პროტონების გაცვლას წყალთან და გადაიქცევა წყალში უხსნად ცელულოზის სუპერაბსორბენტულ ფისად.

2.2 ნედლეული და ინსტრუმენტები

ნედლეული: შთამნთქმელი ბამბა (ლიტრიად დაჭრილი), ნატრიუმის ჰიდროქსიდი, მონოქლოროძმარმჟავა, N, N-მეთილენბისაკრილამიდი, აბსოლუტური ეთანოლი, აცეტონი.

ინსტრუმენტები: სამყელიანი კოლბა, ელექტრული შემრევი, რეფლუქს კონდენსატორი, შეწოვის ფილტრის კოლბა, ბუხნერის ძაბრი, ვაკუუმური საშრობი ღუმელი, მოცირკულირე წყლის ვაკუუმის ტუმბო.

2.3 მომზადების მეთოდი

2.3.1 ალკალიზაცია

სამყელიან ბოთლს დაუმატეთ 1 გრ შთამნთქმელი ბამბა, შემდეგ დაამატეთ ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარი და აბსოლუტური ეთანოლი, შეინახეთ ტემპერატურა ოთახის ტემპერატურაზე დაბლა და ცოტა ხნით ურიეთ.

2.3.2 ეთერიფიკაცია

დაუმატეთ გარკვეული რაოდენობის ქლოროძმარმჟავა და ურიეთ 1 სთ.

2.3.2 ჯვარედინი კავშირი

ეთერიფიკაციის შემდგომ ეტაპზე, N,N-მეთილენბისაკრილამიდი დაემატა პროპორციულად ჯვარედინი კავშირის განსახორციელებლად და ურევენ ოთახის ტემპერატურაზე 2 საათის განმავლობაში.

2.3.4 შემდგომი დამუშავება

გამოიყენეთ გამყინვარების ძმარმჟავა pH-ის 7-ზე დასარეგულირებლად, მარილი ჩამოიბანეთ ეთანოლით, ჩამოიბანეთ წყალი აცეტონით, გაფილტრეთ შეწოვით და გააშრეთ ვაკუუმით 4 საათის განმავლობაში (დაახლოებით 60 ტემპერატურაზე).°C, ვაკუუმის ხარისხი 8.8 კპა) თეთრი ბამბის ძაფის პროდუქტის მისაღებად.

2.4 ანალიტიკური ტესტირება

წყლის შთანთქმის სიჩქარე (WRV) განისაზღვრება გაცრილით, ანუ 1 გ პროდუქტი (G) ემატება 100 მლ გამოხდილ წყალს (V1), 24 საათის განმავლობაში გაჟღენთილ ჭიქაში, გაფილტრული 200 mesh უჟანგავი ფოლადის ეკრანზე. , და ეკრანის ბოლოში წყალი გროვდება (V2). გაანგარიშების ფორმულა ასეთია: WRV=(V1-V2)/G.

3. შედეგები და დისკუსია

3.1 ალკალიზაციის რეაქციის პირობების შერჩევა

ბამბის ბოჭკოსა და ტუტე ხსნარის მოქმედებით ტუტე ცელულოზის წარმოების პროცესში პროცესის პირობები მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს პროდუქტის მუშაობაზე. ალკალიზაციის რეაქციაში მრავალი ფაქტორი არსებობს. დაკვირვების მოხერხებულობისთვის მიღებულია ორთოგონალური ექსპერიმენტის დიზაინის მეთოდი.

სხვა პირობები: გამხსნელი არის 20 მლ აბსოლუტური ეთანოლი, ტუტესა და ეთერიფიკაციის აგენტის თანაფარდობა (მოლ/მდ) არის 3:1, ხოლო ჯვარედინი აგენტი არის 0,05 გ.

ექსპერიმენტული შედეგები აჩვენებს, რომ: პირველადი და მეორადი ურთიერთობა: C>A>B, საუკეთესო თანაფარდობა: A3B3C3. ცოცხის კონცენტრაცია არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორი ალკალიზაციის რეაქციაში. ცოცხის მაღალი კონცენტრაცია ხელს უწყობს ტუტე ცელულოზის წარმოქმნას. თუმცა, უნდა აღინიშნოს, რომ რაც უფრო მაღალია ცოცხალი კონცენტრაცია, მით მეტია მარილის შემცველობა მომზადებულ სუპერაბსორბენტურ ფისიში. ამიტომ, მარილის ეთანოლით გარეცხვისას, რამდენჯერმე გარეცხეთ, რათა დარწმუნდეთ, რომ პროდუქტში მარილი მოიხსნება, რათა არ იმოქმედოს პროდუქტის წყლის შთანთქმის შესაძლებლობებზე.

3.2 ჯვარედინი აგენტის დოზის ეფექტი WRV პროდუქტზე

ექსპერიმენტული პირობებია: 20მლ აბსოლუტური ეთანოლი, 2,3:1 თანაფარდობა ტუტე ეთერიფიკაციის აგენტთან, 20მლ ცოცხალი და 90წთ ალკალიზაცია.

შედეგებმა აჩვენა, რომ ჯვარედინი დამაკავშირებელი აგენტის რაოდენობა გავლენას ახდენდა CMC-Na-ს ჯვარედინი კავშირის ხარისხზე. გადაჭარბებული ჯვარედინი კავშირი იწვევს მჭიდრო ქსელის სტრუქტურას პროდუქტის სივრცეში, რომელიც ხასიათდება წყლის შთანთქმის დაბალი სიჩქარით და ცუდი ელასტიურობით წყლის შთანთქმის შემდეგ; როდესაც ჯვარედინი დამაკავშირებელი აგენტის რაოდენობა მცირეა, ჯვარედინი კავშირი არასრულია და არის წყალში ხსნადი პროდუქტები, რომლებიც ასევე გავლენას ახდენს წყლის შთანთქმის სიჩქარეზე. როდესაც ჯვარედინი აგენტის რაოდენობა 0,06 გ-ზე ნაკლებია, წყლის შთანთქმის სიჩქარე იზრდება ჯვარედინი დამაკავშირებელი აგენტის რაოდენობის მატებასთან ერთად, როდესაც ჯვარედინი დამაკავშირებელი აგენტის რაოდენობა 0,06 გ-ზე მეტია, წყლის შთანთქმის სიჩქარე მცირდება. ჯვარედინი დამაკავშირებელი აგენტის რაოდენობით. ამრიგად, ჯვარედინი აგენტის დოზა შეადგენს ბამბის ბოჭკოვანი მასის დაახლოებით 6%.

3.3 ეთერიფიკაციის პირობების გავლენა პროდუქტზე WRV

ექსპერიმენტული პირობებია: ტუტე კონცენტრაცია 40%; ტუტე მოცულობა 20მლ; აბსოლუტური ეთანოლი 20 მლ; ჯვარედინი დამაკავშირებელი აგენტის დოზა 0.06გ; ალკალიზაცია 90 წთ.

ქიმიური რეაქციის ფორმულიდან გამომდინარე, ტუტე-ეთერის თანაფარდობა (NaOH:CICH2-COOH) უნდა იყოს 2:1, მაგრამ გამოყენებული ტუტის რეალური რაოდენობა აღემატება ამ თანაფარდობას, რადგან რეაქციის სისტემაში გარკვეული თავისუფალი ტუტე კონცენტრაცია უნდა იყოს გარანტირებული. , რადგან: გარკვეული თავისუფალი ფუძის უფრო მაღალი კონცენტრაცია ხელს უწყობს ალკალიზაციის რეაქციის დასრულებას; ჯვარედინი კავშირის რეაქცია უნდა განხორციელდეს ტუტე პირობებში; ზოგიერთი გვერდითი რეაქცია მოიხმარს ტუტეს. თუმცა, თუ ტუტეს ოდენობა ზედმეტად დაემატება, ტუტე ბოჭკო სერიოზულად დაიშლება და ამავდროულად შემცირდება ეთერიფიკაციის აგენტის ეფექტურობა. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ტუტესა და ეთერთან თანაფარდობა არის დაახლოებით 2,5:1.

3.4 გამხსნელის რაოდენობის გავლენა

ექსპერიმენტული პირობებია: ტუტე კონცენტრაცია 40%; ტუტე დოზა 20მლ; ტუტე-ეთერის თანაფარდობა 2,5:1; ჯვარედინი დამაკავშირებელი აგენტის დოზა 0.06 გ, ალკალიზაცია 90 წთ.

გამხსნელი უწყლო ეთანოლი ასრულებს დისპერსიის, ჰომოგენიზაციისა და სისტემის ხსნარის მდგომარეობის შენარჩუნებას, რაც სასარგებლოა ტუტე ცელულოზის წარმოქმნის დროს გამოთავისუფლებული სითბოს დასაშლელად და გადასატანად და შეუძლია შეამციროს ტუტე ცელულოზის ჰიდროლიზის რეაქცია, რითაც მიიღება ერთიანი. ცელულოზა . თუმცა, თუ დამატებული ალკოჰოლის რაოდენობა ძალიან ბევრია, მასში ტუტე და ნატრიუმის მონოქლოროაცეტატი გაიხსნება, რეაქტორების კონცენტრაცია შემცირდება, რეაქციის სიჩქარე შემცირდება და ეს ასევე უარყოფით გავლენას მოახდენს შემდგომ ჯვარედინი კავშირზე. როდესაც აბსოლუტური ეთანოლის რაოდენობაა 20 მლ, WRV მნიშვნელობა დიდია.

შეჯამებით, N, N-მეთილენბისაკრილამიდით ჯვარედინი შეკავშირებული შთამნთქმელი ბამბის ტუტე და ეთერიფიცირებული კარბოქსიმეთილცელულოზისგან სუპერაბსორბენტური ფისის მოსამზადებლად ყველაზე შესაფერისი პირობებია: ტუტე კონცენტრაცია 40%, გამხსნელი 20 მლ წყალი და ეთანოლი, ტუტესა და ეთერთან თანაფარდობა. არის 2.5:1, ხოლო ჯვარედინი აგენტის დოზაა 0.06გ (ბამბის ლიტრის რაოდენობის 6%).