Целлюлоза эфиринен супер соргуч материал

N, N-метиленбисакриламид менен кайчылаш байланыштырылган карбоксиметил целлюлозанын процесси жана продуктунун эффективдүүлүгү, суперабсорбенттик чайырды даярдоо изилденип, щелочтун концентрациясы, кайчылаш агенттин өлчөмү, щелочтун эфирификациясы жана эриткич талкууланды. Продукттун сууну сиңирүү көрсөткүчүнө дозанын таасири. Сууну сиңирүүчү чайырдын сууга адсорбциялоо механизми түшүндүрүлөт. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, бул продуктунун сууну кармап туруу мааниси (WRV) 114мл/г жетет.

Негизги сөздөр:целлюлоза эфири; метиленбисакриламид; даярдоо

1、Киришүү

Абсорбенттик чайыр - күчтүү гидрофилик топтору жана белгилүү бир деңгээлде кайчылаш байланышы бар полимердик материал. Кагаз, кебез жана кара куурай сыяктуу жалпы сууну сиңирип алуучу материалдардын сууну сиңирүү ылдамдыгы төмөн жана сууну кармап туруу жөндөмү начар, ал эми супер соргуч чайырлар сууну өз салмагынан ондогон эсе сиңире алат жана сууну сиңиргенден кийин пайда болгон гель жада калса суусузданбайт. бир аз басым менен. Мыкты суу сактоо жөндөмдүүлүгү. Ал сууда да, органикалык эриткичтерде да эрибейт.

Целлюлозадан жасалган супер соргуч материалдын молекулярдык чынжырында көп сандагы гидроксил топтору, карбоксил топтору жана натрий гидрат иондору бар. Сууну сиңиргенден кийин суу гидрофильдүү макромолекулярдык тармак менен курчалган жана тышкы басымдын астында кармалып калышы мүмкүн. Суу адсорбциялык чайырды нымдаганда чайыр менен суунун ортосунда жарым өткөргүч мембрана катмары пайда болот. Доннандын айтымында, сууну сиңирүү чайырында кыймылдуу иондордун (Na+) жогорку концентрациясы болгондуктан,'тең салмактуулук принциби, бул ион концентрациясынын айырмасы осмостук басымды алып келиши мүмкүн. Начар, нымдоочу жана шишип алсыз күчтү пайда кылып, суу жарым өткөргүч мембрананын бул катмары аркылуу өтүп, суперабсорбенттик чайырдын макромолекулаларында гидрофильдүү топтор жана иондор менен биригип, кыймылдуу иондордун концентрациясын төмөндөтөт, ошону менен суунун жогорку сиңүүсүн жана шишип кетүүсүн көрсөтөт. Бул адсорбция процесси кыймылдуу иондордун концентрациясынын айырмасынан келип чыккан осмостук басымдын айырмасы полимер чайырынын молекулярдык тармагынын бириктирүү күчү менен шартталган андан ары кеңейүүгө каршылыкка барабар болгонго чейин уланат. Целлюлозадан даярдалган суперсорбенттик чайырдын артыкчылыктары: сууну орточо сиңирүү ылдамдыгы, сууну тез сиңирүү ылдамдыгы, туздуу сууга жакшы туруштук берүү, уулуу эмес, рН баасын жөнгө салуу оңой, табиятта бузулушу мүмкүн жана баасы төмөн, ошондуктан ал кеңири пайдалануу диапазону. Ал өнөр жайда жана айыл чарбасында суу бөгөттөөчү агент, топурак кондиционер жана сууну кармап туруучу агент катары колдонулушу мүмкүн. Мындан тышкары, ал ден-соолук, тамак-аш, микробиология жана медицинада жакшы өнүгүү жана колдонуу перспективаларына ээ.

2. Эксперименталдык бөлүгү

2.1 Эксперименттик принцип

пахта буласы superabsorbent чайыр даярдоо, негизинен, була териге алмаштыруунун төмөн даражасы менен кайчылаш-байланыштуу түзүлүштү түзүү болуп саналат. Жалпысынан эки же андан көп реактивдүү функционалдык топторго ээ болгон кошулмалар менен кайчылаш байланыш. Кайчылаш байланышка жөндөмдүү функционалдык топторго винил, гидроксил, карбоксил, амид, кислота хлориди, оксиран, нитрил ж.б. кирет. Ар кандай кайчылаш агенттер менен даярдалган суперабсорбенттик чайырлардын сууну сиңирүү катышы ар түрдүү. Бул экспериментте, N, N-метиленбисакриламид төмөнкү кадамдарды камтыган кайчылаш агент катары колдонулат:

(1) Целлюлоза (Rcell) щелочтуу эритме менен реакцияга кирип, щелочтук целлюлозаны пайда кылат, ал эми целлюлозанын щелочко айлануу реакциясы тез экзотермиялык реакция болуп саналат. Температураны төмөндөтүү щелоч жипчелеринин пайда болушуна шарт түзөт жана алардын гидролизине тоскоол болот. Спирттерди кошуу целлюлозанын бузулушун күчөтүшү мүмкүн, бул алкализацияга жана андан кийинки этерификацияга пайдалуу.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) щелочтук целлюлоза жана монохлорассус кислотасы натрий карбоксиметил целлюлозасын жаратат, ал эми этерификация реакциясы нуклеофилдик алмаштыруу реакциясына кирет:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-метиленбисакриламид супер соргуч чайыр алуу үчүн кайчылаш байланышкан. Карбоксиметил буласынын молекулярдык чынжырында дагы эле көп сандагы гидроксил топтору бар болгондуктан, таасири астында целлюлозанын гидроксил тобунун иондошу жана N, N-метиленбисакриламиддин молекулярдык чынжырында акрилоил кош байланышынын иондошу ишке ашырылышы мүмкүн. щелочтук катализ, андан кийин целлюлозанын молекулярдык чынжырларынын ортосундагы кайчылаш байланыш Майкл конденсациясы аркылуу ишке ашат жана дароо суу менен протон алмашуусуна дуушар болуп, сууда эрибеген целлюлоза суперсорбенттик чайырга айланат.

2.2 Чийки заттар жана приборлор

Чийки заттар: соргуч пахта (линтерлерге кесилген), натрий гидроксиди, монохлорассус кислотасы, N, N-метиленбисакриламид, абсолюттук этанол, ацетон.

Приборлор: үч моюндуу колба, электр аралаштыргыч, рефлюкс конденсатору, соргуч чыпкалуу колба, Бюхнер воронкасы, вакуумдук кургатуу меши, циркуляциялык суу вакуумдук насосу.

2.3 Даярдоо ыкмасы

2.3.1 Алкализация

Үч моюндуу бөтөлкөгө 1 г соргуч кебезди кошуп, андан соң белгилүү өлчөмдө натрий гидроксидинин эритмесин жана абсолюттук этанолду кошуп, температураны бөлмө температурасынан төмөн кармап, бир аз аралаштырыңыз.

2.3.2 Этерификация

Белгилүү өлчөмдө хлорассус кислотасын кошуп, 1 саат аралаштырыңыз.

2.3.2 Кайчылаш байланыш

Этерификациянын кийинки этабында кайчылаш байланышты жүргүзүү үчүн пропорцияда N,N-метиленбисакриламид кошулуп, бөлмө температурасында 2 саат аралаштырылды.

2.3.4 Пост-процессинг

рН маанисин 7ге тууралоо үчүн мөңгү уксус кислотасын колдонуңуз, тузду этанол менен жууп, сууну ацетон менен жууп, соргуч менен чыпкалап, вакуумда 4 саат кургатыңыз (болжол менен 60 градуста).°C, вакуум даражасы 8,8 кПа) ак пахта жип продуктусун алуу үчүн.

2.4 Аналитикалык тестирлөө

Сууну сиңирүү ылдамдыгы (WRV) электен өткөрүү жолу менен аныкталат, башкача айтканда, 1 г продукт (G) 100 мл дистилденген суу (V1) бар стаканга кошулуп, 24 саатка чыланып, 200 көздүү дат баспас болоттон жасалган экран аркылуу чыпкаланат. , жана экрандын ылдый жагындагы суу чогулат (V2). Эсептөө формуласы төмөнкүдөй: WRV=(V1-V2)/G.

3. Жыйынтыктар жана талкуу

3.1 Алкализация реакциясынын шарттарын тандоо

Пахта буласынын жана щелочтуу эритменин аракети менен щелочтук целлюлозаны өндүрүү процессинде процесстин шарттары продукциянын натыйжалуулугуна олуттуу таасирин тийгизет. Алкализация реакциясында көптөгөн факторлор бар. Байкоо жүргүзүүнүн ыңгайлуулугу үчүн ортогоналдык экспериментти долбоорлоо ыкмасы кабыл алынган.

Башка шарттар: Эриткич 20мл абсолюттук этанол, щелочтун эфирлештирүүчү (моль/мд) катышы 3:1, кайчылаш 0,05г.

Эксперименттик натыйжалар көрсөткөндөй: биринчилик жана экинчилик байланыш: C>A>B, эң жакшы катыш: A3B3C3. Силдин концентрациясы алкализация реакциясынын эң маанилүү фактору болуп саналат. Линдин жогорку концентрациясы щелочтук целлюлозанын пайда болушуна шарт түзөт. Бирок, белгилей кетчү нерсе, лайдын концентрациясы канчалык жогору болсо, даярдалган суперсорбциялык чайырдын курамында туз ошончолук көп болот. Ошондуктан, тузду этанол менен жууганда, продуктунун сууну сиңирүү жөндөмдүүлүгүнө таасирин тийгизбеши үчүн, продуктунун курамындагы тузду алып салуу үчүн бир нече жолу жууп салуу керек.

3.2 Crosslinking агентинин дозасынын WRV продуктуга тийгизген таасири

Эксперименттик шарттар: 20мл абсолюттук этанол, 2,3:1 щелоч менен эфирлештирүү агенти, 20мл лай жана 90мин щелоч.

Натыйжалар кайчылаш байланыш агентинин көлөмү CMC-Na кайчылаш байланыш даражасына таасир эткенин көрсөттү. Ашыкча кайчылаш байланыш продукт мейкиндигинде тыгыз тармак түзүмүнө алып келет, ал сууну сиңирүүдөн кийин төмөн суунун сиңирүү курсу жана начар ийкемдүүлүк менен мүнөздөлөт; кайчылаш-байланыш агентинин көлөмү аз болгондо, кайчылаш байланыш толук эмес жана сууда эрүүчү продуктулар бар, алар да сууну сиңирүү ылдамдыгына таасир этет. Кайчылаш байланыш агентинин суммасы 0,06 граммдан аз болгондо, кайчылаш байланыштыруучу агенттин көлөмүнүн көбөйүшү менен сууну сиңирүү ылдамдыгы жогорулайт, кайчылаш байланыштыруучу агенттин суммасы 0,06 граммдан ашса, сууну сиңирүү ылдамдыгы төмөндөйт. кайчылаш байланыш агентинин өлчөмү менен. Демек, кайчылаш агенттин дозасы пахта буласынын массасынын болжол менен 6% түзөт.

3.3 Этерификация шарттарынын WRV продуктуга тийгизген таасири

Эксперименттик шарттар: щелочтун концентрациясы 40%; щелочтун көлөмү 20 мл; абсолюттук этанол 20 мл; кайчылаш байланыш агентинин дозасы 0,06 г; алкализация 90мин.

Химиялык реакциянын формуласынан щелоч-эфирдин катышы (NaOH:CICH2-COOH) 2:1 болушу керек, бирок колдонулган щелочтун чыныгы саны бул катыштан чоңураак, анткени реакция системасында белгилүү бир эркин щелоч концентрациясы кепилдениши керек. , анткени: белгилүү Эркин базанын жогорку концентрациясы щелочка айлануу реакциясынын аякташына шарт түзөт; кайчылаш байланыш реакциясы щелочтук шарттарда жүргүзүлүшү керек; кээ бир терс реакциялар щелочту керектейт. Бирок, щелочтун өлчөмү өтө көп кошулса, щелоч буласы олуттуу бузулат жана ошол эле учурда эфирдик агенттин эффективдүүлүгү төмөндөйт. Эксперимент щелоч менен эфирдин катышы болжол менен 2,5:1 экенин көрсөтүп турат.

3.4 Эриткичтин көлөмүнүн таасири

Эксперименттик шарттар: щелочтун концентрациясы 40%; щелочтун дозасы 20 мл; щелоч-эфир катышы 2,5:1; кайчылаш байланыш агентинин дозасы 0,06г, алкализация 90мин.

Эриткич суусуз этанол диспергирлөө, гомогенизациялоо жана системанын шламдын абалын сактоонун ролун ойнойт, ал щелочтук целлюлозанын пайда болушунда бөлүнүп чыккан жылуулукту таркатууга жана өткөрүп берүүгө пайдалуу жана щелочтук целлюлозанын гидролиз реакциясын азайтып, ошону менен бир калыпка ээ болот. целлюлоза. Ал эми кошулган спирттин өлчөмү өтө көп болсо, анда щелоч жана натрий монохлорацетаты эрийт, реакцияга кирүүчү заттардын концентрациясы азаят, реакциянын ылдамдыгы төмөндөйт, ошондой эле кийинки кайчылаш байланышка терс таасирин тийгизет. Абсолюттук этанолдун көлөмү 20мл болгондо, WRV мааниси чоң.

Жыйынтыктап айтканда, N, N-метиленбисакриламид менен кайчылаш байланышкан абсорбциялык пахтадан щелочтуу жана эфирлештирилген карбоксиметил целлюлозадан суперсорбциялык чайырды даярдоо үчүн эң ылайыктуу шарттар: щелочтун концентрациясы 40%, эриткичсиз 20 мл суу жана этанол, щелоч менен эфирдин катышы. 2,5:1, ал эми кайчылаш агенттин дозасы 0,06 г (кебез линтерлеринин көлөмүнүн 6%) түзөт.