Целлюлоза эфирінен жасалған супер сіңіргіш материал

N, N-метиленбисакриламид арқылы айқаспалы байланысқан карбоксиметил целлюлозаның жоғары сіңіргіш шайырды дайындау процесі мен өнім өнімділігі зерттелді және сілтінің концентрациясы, айқаспалы байланыстырушы агент мөлшері, сілтінің эфирленуі және еріткіш талқыланды. Препараттың суды сіңіру қабілетіне дозаның әсері. Суды сіңіретін шайырдың суға адсорбциялану механизмі түсіндіріледі. Зерттеулер көрсеткендей, бұл өнімнің суды сақтау мәні (WRV) 114 мл/г жетеді.

Негізгі сөздер:целлюлоза эфирі; метиленбисакриламид; дайындық

1、Кіріспе

Өте сіңіргіш шайыр – күшті гидрофильді топтары және белгілі бір дәрежеде айқаспалы байланысы бар полимерлі материал. Қағаз, мақта және қарасора сияқты қарапайым суды сіңіретін материалдардың суды сіңіру жылдамдығы төмен және суды ұстау қабілеті нашар, ал өте сіңіргіш шайырлар суды өз салмағынан ондаған есе сіңіре алады, ал суды сіңіргеннен кейін пайда болған гель тіпті сусызданбайды. шамалы қысыммен. Тамаша суды сақтау қабілеті. Ол суда да, органикалық еріткіштерде де ерімейді.

Целлюлозадан жасалған супер сіңіргіш материалдың молекулалық тізбегінде көптеген гидроксил топтары, карбоксил топтары және натрий гидрат иондары бар. Суды сіңіргеннен кейін су гидрофильді макромолекулярлық тормен қоршалған және сыртқы қысыммен сақталуы мүмкін. Су адсорбциялық шайырды ылғалдандырғанда, шайыр мен су арасында жартылай өткізгіш мембрана қабаты пайда болады. Доннанның пікірінше, суды сіңіретін шайырда қозғалмалы иондардың (Na+) жоғары концентрациясына байланысты.'тепе-теңдік принципіне сәйкес, бұл ион концентрациясының айырмашылығы осмостық қысымды тудыруы мүмкін. Нашар, ылғалдандыратын және ісінетін әлсіз қуатты қалыптастыратын су жартылай өткізгіш мембрананың осы қабаты арқылы өтеді және суперсіңіргіш шайырдың макромолекулаларындағы гидрофильді топтармен және иондармен қосылып, жылжымалы иондардың концентрациясын төмендетеді, осылайша судың жоғары сіңірілуі мен ісінуін көрсетеді. Бұл адсорбция процесі жылжымалы иондар концентрациясының айырмашылығынан туындаған осмостық қысым айырмасы полимер шайырының молекулалық желісінің когезиялық күшінен туындайтын одан әрі кеңеюге қарсылыққа тең болғанша жалғасады. Целлюлозадан дайындалған өте сіңіргіш шайырдың артықшылықтары: орташа суды сіңіру жылдамдығы, суды тез сіңіру жылдамдығы, тұзды суға жақсы төзімділік, улы емес, рН мәнін реттеуге оңай, табиғатта нашарлауы мүмкін және құны төмен, сондықтан ол кең қолдану ауқымы. Өнеркәсіпте және ауыл шаруашылығында суды бөгеу агенті, топырақ кондиционері және суды сақтайтын агент ретінде қолданылуы мүмкін. Сонымен қатар, оның денсаулық, тамақ, микробиология және медицина салаларында жақсы даму және қолдану перспективалары бар.

2. Эксперименттік бөлім

2.1 Эксперименттік принцип

Мақта талшығынан өте сіңіргіш шайырды дайындау негізінен талшық терісінде төмен дәрежелі алмастыру дәрежесі бар көлденең байланысқан құрылымды қалыптастыру болып табылады. Әдетте екі немесе одан да көп реактивті функционалды топтары бар қосылыстармен айқаспалы байланыс. Айқас байланыстыруға қабілетті функционалдық топтарға винил, гидроксил, карбоксил, амид, қышқыл хлориді, оксиран, нитрил және т.б. жатады. Әртүрлі кросс-байланыстырушы агенттермен дайындалған аса сіңіргіш шайырлардың суды сіңіру коэффициенті әртүрлі. Бұл тәжірибеде N, N-метиленбисакриламид келесі қадамдарды қамтитын айқас байланыстырушы агент ретінде пайдаланылады:

(1) Целлюлоза (Rcell) сілтілі целлюлозаны қалыптастыру үшін сілтілі ерітіндімен әрекеттеседі, ал целлюлозаның сілтілену реакциясы жылдам экзотермиялық реакция болып табылады. Температураны төмендету сілтілі талшықтардың пайда болуына ықпал етеді және олардың гидролизін тежей алады. Спирттерді қосу целлюлозаның бұзылуын арттыруы мүмкін, бұл сілтіленуге және кейіннен эфирленуге пайдалы.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) Сілтілік целлюлоза және монохлорсірке қышқылы натрий карбоксиметил целлюлозасын тудырады, ал эфирлену реакциясы нуклеофильді орын басу реакциясына жатады:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-метиленбисакриламид өте сіңіргіш шайыр алу үшін өзара байланысты. Карбоксиметил талшығының молекулалық тізбегінде әлі де көп мөлшерде гидроксил топтары болғандықтан, әсерінен целлюлозаның гидроксил тобының иондануы және N, N-метиленбисакриламидтің молекулалық тізбегіндегі акрилоил қос байланысының ионизациясы іске қосылуы мүмкін. сілтілі катализ, содан кейін целлюлозаның молекулалық тізбектері арасындағы айқаспалы байланыс Майкл конденсациясы арқылы жүреді және суда ерімейтін целлюлоза өте сіңіргіш шайырға айналу үшін бірден сумен протон алмасуына түседі.

2.2 Шикізат және құралдар

Шикізат: сіңіргіш мақта (линтерлерге кесілген), натрий гидроксиді, монохлорсірке қышқылы, N, N-метиленбисакриламид, абсолютті этанол, ацетон.

Құралдар: үш мойынды колба, электр араластырғыш, ағынды конденсатор, сору сүзгі колбасы, Бюхнер воронкасы, вакуумды кептіру пеші, циркуляциялық су вакуумдық сорғы.

2.3 Дайындау әдісі

2.3.1 Сілтілеу

Үш мойынды бөтелкеге ​​1 г сіңіргіш мақта құйыңыз, содан кейін белгілі бір мөлшерде натрий гидроксиді ерітіндісін және абсолютті этанолды қосыңыз, температураны бөлме температурасынан төмен ұстаңыз және біраз уақыт араластырыңыз.

2.3.2 Этерификация

Белгілі бір мөлшерде хлорсірке қышқылын қосып, 1 сағат бойы араластырыңыз.

2.3.2 Айқаспалы байланыс

Этерификацияның кейінгі сатысында кросс-байланыстыру үшін пропорционалды N,N-метиленбисакриламид қосылды және бөлме температурасында 2 сағат бойы араластырылды.

2.3.4 Кейінгі өңдеу

рН мәнін 7-ге реттеу үшін мұзды сірке қышқылын қолданыңыз, тұзды этанолмен шайыңыз, суды ацетонмен шайыңыз, сорғышпен сүзіңіз және 4 сағат бойы вакуумда кептіріңіз (шамамен 60 градуста).°C, вакуумдық дәрежесі 8,8кПа) ақ мақта жіп өнімін алу үшін.

2.4 Аналитикалық тестілеу

Суды сіңіру жылдамдығы (WRV) електен өткізу арқылы анықталады, яғни 100 мл тазартылған су (V1) бар стаканға 1 г өнім (G) қосылады, 24 сағат бойы сіңдірілген, 200 торлы тот баспайтын болаттан жасалған тор арқылы сүзіледі. , ал экранның төменгі жағындағы су жиналады (V2). Есептеу формуласы келесідей: WRV=(V1-V2)/G.

3. Нәтижелер және талқылау

3.1 Сілтілену реакциясының шарттарын таңдау

Мақта талшығы мен сілтілі ерітіндінің әсерінен сілтілі целлюлозаны алу процесінде технологиялық жағдай өнімнің өнімділігіне айтарлықтай әсер етеді. Алкализация реакциясында көптеген факторлар бар. Бақылаудың ыңғайлылығы үшін ортогональды экспериментті жобалау әдісі қабылданған.

Басқа шарттар: еріткіш 20мл абсолютті этанол, сілтінің эфирлеуші ​​агентке қатынасы (моль/мд) 3:1, ал айқаспалы байланыс агенті 0,05г.

Эксперимент нәтижелері көрсеткендей: біріншілік және екіншілік қатынас: C>A>B, ең жақсы қатынас: A3B3C3. Сілтілену реакциясының ең маңызды факторы сілтінің концентрациясы болып табылады. Сілтінің жоғары концентрациясы сілтілі целлюлозаның түзілуіне қолайлы. Дегенмен, сілті концентрациясы неғұрлым жоғары болса, дайындалған суперсіңіргіш шайырдың құрамындағы тұздың мөлшері соғұрлым көп болатынын ескеру қажет. Сондықтан тұзды этанолмен жуған кезде өнімнің суды сіңіру қабілетіне әсер етпеу үшін өнімдегі тұздың жойылуын қамтамасыз ету үшін оны бірнеше рет жуыңыз.

3.2 Айқастырғыш агент дозасының WRV өніміне әсері

Тәжірибе шарттары: 20 мл абсолютті этанол, сілтінің эфирлеуші ​​агентке қатынасы 2,3:1, сілтінің 20 мл және 90 мин сілтілеу.

Нәтижелер кросс-байланыстырушы агент мөлшері CMC-Na кросс-байланыс дәрежесіне әсер ететінін көрсетті. Шамадан тыс кросс-байланыс өнім кеңістігінде тығыз желі құрылымына әкеледі, ол суды сіңіру жылдамдығының төмендігімен және суды сіңіргеннен кейін нашар серпімділікпен сипатталады; кросс-байланыстырушы заттың мөлшері аз болғанда, кросс-байланыс толық емес, суда еритін өнімдер бар, олар да суды сіңіру жылдамдығына әсер етеді. 0,06 г-нан төмен айқас байланыстырушы заттың мөлшері 0,06 г-нан аз болса, суды сіңіру жылдамдығы көлденең байланыстырушы агент мөлшерінің жоғарылауымен жоғарылайды, 0,06 г-нан жоғары болған кезде суды сіңіру жылдамдығы төмендейді. кросс-байланыстырушы агент мөлшерімен. Сондықтан айқастырғыш заттың дозасы мақта талшығы массасының шамамен 6% құрайды.

3.3 Этерификация жағдайларының WRV өніміне әсері

Тәжірибе шарттары: сілтінің концентрациясы 40%; сілті көлемі 20 мл; абсолютті этанол 20 мл; кросс-байланыстырушы агент дозасы 0,06 г; сілтілеу 90 мин.

Химиялық реакция формуласынан сілті-эфир қатынасы (NaOH:CICH2-COOH) 2:1 болуы керек, бірақ нақты қолданылатын сілтінің мөлшері осы қатынастан көп, өйткені реакция жүйесінде белгілі бір бос сілтінің концентрациясы қамтамасыз етілуі керек. , себебі: белгілі Бос негіздің жоғары концентрациясы сілтілену реакциясының аяқталуына ықпал етеді; айқаспалы байланыс реакциясы сілтілі жағдайларда жүргізілуі керек; кейбір жанама реакциялар сілтіні жұмсайды. Бірақ сілтінің мөлшері тым көп қосылса, сілтілі талшық қатты бұзылып, сонымен бірге эфирлеуші ​​агенттің тиімділігі төмендейді. Тәжірибе көрсеткендей, сілтінің эфирге қатынасы шамамен 2,5:1.

3.4 Еріткіш мөлшерінің әсері

Тәжірибе шарттары: сілтінің концентрациясы 40%; сілті дозасы 20 мл; сілті-эфир қатынасы 2,5:1; кросс-байланыстырушы агент дозасы 0,06 г, сілтілеу 90 мин.

Еріткіш сусыз этанол диспергирлеу, гомогенизациялау және жүйенің суспензия күйін сақтау рөлін атқарады, ол сілтілік целлюлозаның түзілуі кезінде бөлінетін жылуды таратуға және тасымалдауға пайдалы және сілтілі целлюлозаның гидролиз реакциясын азайта алады, осылайша біркелкі алады. целлюлоза. Бірақ, егер қосылған спирт мөлшері тым көп болса, онда сілті және натрий монохлорацетаты ериді, әрекеттесуші заттардың концентрациясы төмендейді, реакция жылдамдығы төмендейді, сонымен қатар кейінгі айқас байланыстыруға кері әсер етеді. Абсолютті этанол мөлшері 20 мл болғанда, WRV мәні үлкен болады.

Қорытындылай келе, N, N-метиленбисакриламидпен айқас байланысқан абсорбциялық мақтадан сілтіленген және эфирленген карбоксиметилцеллюлозадан аса сіңіргіш шайырды дайындау үшін ең қолайлы жағдайлар: сілтінің концентрациясы 40%, еріткішсіз 20 мл су мен этанол, сілтінің эфирге қатынасы. 2,5:1 құрайды, ал айқастырғыш заттың дозасы 0,06 г (мақта линтерлерінің мөлшерінің 6%) құрайды.