Super absorbéierend Material aus Celluloseether

De Prozess an d'Produktleistung vu Carboxymethylcellulose vernetzt duerch N, N-Methylenebisacrylamid fir superabsorbent Harz ze preparéieren goufen studéiert, an d'Konzentratioun vun Alkali, d'Quantitéit vum Cross-linking Agent, Alkali-Etherifikatioun a Léisungsmëttel goufen diskutéiert. Den Effekt vun der Doséierung op d'Waasserabsorptiounsleistung vum Produkt. Den Adsorptiounsmechanismus vum Waasserabsorberende Harz op Waasser gëtt erkläert. Studien hu gewisen datt de Waasserretentionwäert (WRV) vun dësem Produkt 114ml / g erreecht.

Schlësselwierder:cellulose Ether; Methylenebisacrylamid; Virbereedung

1,Aféierung

Superabsorbent Harz ass e Polymermaterial mat staarken hydrophile Gruppen an e gewësse Grad vu Crosslinking. Gemeinsam Waasserabsorbéierend Materialien wéi Pabeier, Koteng, an Hanf hunn eng niddreg Waasserabsorptiounsquote a schlecht Waasserbehälterkapazitéit, wärend super-absorbéierend Harze Waasser Dutzende Mol hiren eegene Gewiicht absorbéiere kënnen, an de Gel deen nom Waasser absorbéiert gëtt dehydréiert och net. mat liichtem Drock. Excellent Waasser Retention Kapazitéit. Et ass weder löslech a Waasser nach an organeschen Léisungsmëttelen.

Et ginn eng grouss Zuel vu Hydroxylgruppen, Carboxylgruppen an Natriumhydrationen op der molekulare Kette vum superabsorberende Material aus Cellulose. Nodeems d'Waasser absorbéiert ass, gëtt d'Waasser vun engem hydrophile makromolekulare Netzwierk ëmginn a kann ënner externen Drock behalen ginn. Wann Waasser d'Adsorptiounsharz befeuchtt, gëtt eng Schicht vun semi-permeabler Membran tëscht dem Harz a Waasser geformt. Wéinst der héijer Konzentratioun vu mobilen Ionen (Na+) am Waasserabsorberende Harz, laut Donnan'Am Gläichgewiichtsprinzip kann dësen Ionkonzentratiounsdifferenz osmoteschen Drock verursaachen. Schlecht, eng befeuchtend a schwaach Kraaft bilden, Waasser passéiert duerch dës Schicht vun semi-permeabler Membran a kombinéiert mat hydrophile Gruppen an Ionen op de Makromoleküle vum superabsorbenten Harz, reduzéiert d'Konzentratioun vu mobilen Ionen, an doduerch héich Waasserabsorptioun a Schwellung. Dësen Adsorptiounsprozess geet weider bis den osmoteschen Drockdifferenz, deen duerch den Ënnerscheed an der Konzentratioun vu mobilen Ionen verursaacht gëtt, gläich ass mat der Resistenz géint weider Expansioun verursaacht duerch d'kohäsiv Kraaft vum molekulare Netzwierk vum Polymerharz. D'Virdeeler vum superabsorbenten Harz virbereet aus Cellulose sinn: moderéiert Waasserabsorptiounsquote, séier Waasserabsorptiounsgeschwindegkeet, gutt Salzwaasserresistenz, net gëfteg, einfach pH-Wäert unzepassen, kann an der Natur ofgebaut ginn, a kleng Käschten, sou datt et e breet huet. Gamme vu Gebrauch. Et kann als Waasser Spär Agent, Buedem Conditioner, a Waasser Retain Agent an Industrie an Landwirtschaft benotzt ginn. Zousätzlech huet et gutt Entwécklungs- an Uwendungsperspektiven a Gesondheet, Liewensmëttel, Mikrobiologie, a Medizin.

2. Experimentell Deel

2.1 Experimentell Prinzip

D'Virbereedung vu Kottengfaser superabsorbent Harz ass haaptsächlech fir eng vernetzt Struktur mat engem nidderegen Substitutiounsgrad op der Faserhaut ze bilden. Cross-linking zu Verbindungen déi allgemeng zwee oder méi reaktiv funktionell Gruppen hunn. Déi funktionell Gruppen, déi fäeg sinn ze verknëppelen, enthalen Vinyl, Hydroxyl, Carboxyl, Amid, Säurechlorid, Oxiran, Nitril, asw.. D'Waasserabsorptiounsverhältnis vu superabsorbenten Harzen, déi mat verschiddene Cross-linking Agenten preparéiert sinn, ass anescht. An dësem Experiment gëtt N, N-Methylenebisacrylamid als Cross-linking Agent benotzt, dorënner déi folgend Schrëtt:

(1) Zellulose (Rcell) reagéiert mat alkalescher Léisung fir Alkali-Zellulose ze generéieren, an d'Alkaliséierungsreaktioun vun der Cellulose ass eng séier exothermesch Reaktioun. D'Temperatur erofsetzen ass förderlech fir d'Bildung vun Alkalifaseren a kann hir Hydrolyse hemmen. D'Alkoholen derbäisetzen kann d'Stéierung vun der Cellulose erhéijen, wat fir d'Alkaliséierung an d'opfolgend Etherifikatioun profitabel ass.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) Alkali-Zellulose a Monochloracetic Seier generéieren Natriumcarboxymethylcellulose, an d'Etherifikatiounsreaktioun gehéiert zu der nukleophiler Substitutiounsreaktioun:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-Methylenebisacrylamid vernetzt fir e super absorbéierend Harz ze kréien. Well et nach ëmmer eng grouss Zuel vun Hydroxylgruppen op der molekulare Kette vun der Carboxymethylfaser sinn, kann d'Ioniséierung vun der Hydroxylgrupp vun der Cellulose an d'Ioniséierung vun der Acryloyl-Doppelbindung op der molekulare Kette vum N, N-Methylenebisacrylamid ënner der Handlung ausgeléist ginn. vun Alkali Katalyse, an dann Cross-linking tëscht Cellulose molekulare Ketten geschitt duerch Michael Kondensatioun, an direkt Protonenaustausch mat Waasser ënnergoen zu engem Waasser-insoluble cellulose superabsorbent Harz ginn.

2.2 Matière première an Instrumenter

Matière première: absorbéierend Koteng (a linters geschnidden), Natriumhydroxid, Monochlorättiksäure, N, N-Methylenbisacrylamid, absolut Ethanol, Aceton.

Instrumenter: Dräi-Necked flask, elektresch réieren, reflux condenser, saugfilter flask, Buchner Triichter, Vakuum drëschenen Uewen, Circulatioun Waasser Vakuum Pompel.

2.3 Virbereedung Method

2.3.1 Alkaliniséierung

Füügt 1 g absorbéierend Koteng an d'Dreihalsfläsch, füügt dann eng gewësse Quantitéit Natriumhydroxidléisung an absolut Ethanol derbäi, halen d'Temperatur ënner Raumtemperatur a réieren fir eng Zäit.

2.3.2 Etherification

Füügt eng gewësse Quantitéit Chloracetic Seier a réieren fir 1h.

2.3.2 Crosslinking

An der spéider Etapp vun der Etherifikatioun gouf N,N-Methylenebisacrylamid a Proportioun bäigefüügt fir d'Verknüpfung auszeféieren, a bei Raumtemperatur fir 2 Stonnen gerührt.

2.3.4 Post-Veraarbechtung

Benotzt Glacial Essigsäure fir de pH-Wäert op 7 unzepassen, wäscht d'Salz mat Ethanol ewech, wäscht d'Waasser mat Aceton ewech, filtert mat Saug, a Vakuumdrock fir 4 Stonnen (op ongeféier 60 ° C)°C, Vakuumgrad 8.8kPa) fir e wäisse Kottengfilamentprodukt ze kréien.

2.4 Analytesch Testen

D'Waasserabsorptiounsquote (WRV) gëtt duerch Seifen festgeluegt, dat heescht, 1g vum Produkt (G) gëtt an e Becher bäigefüügt deen 100ml destilléiert Waasser (V1) enthält, 24 Stonnen getäuscht, duerch en 200-Mesh Edelstahlbildschierm gefiltert , an d'Waasser um Enn vum Écran gëtt gesammelt (V2). D'Berechnungsformel ass wéi follegt: WRV=(V1-V2)/G.

3. Resultater an Diskussioun

3.1 Auswiel vun alkalisation Reaktioun Konditiounen

Am Prozess vun der Produktioun vun Alkali-Cellulose duerch d'Aktioun vu Kottengfaser an alkalescher Léisung, hunn d'Prozessbedéngungen e wesentlechen Impakt op d'Leeschtung vum Produkt. Et gi vill Faktoren an der Alkaliséierungsreaktioun. Fir d'Bequemlechkeet vun der Observatioun gëtt déi orthogonal Experiment Designmethod ugeholl.

Aner Konditiounen: De Léisungsmëttel ass 20ml vun absolut Ethanol, de Verhältnis vun Alkali zu etherifying Agent (mol / md) ass 3: 1, an der crosslinking Agent ass 0,05g.

D'experimentell Resultater weisen datt: primär a sekundär Relatioun: C>A>B, dat bescht Verhältnis: A3B3C3. D'Konzentratioun vu Lye ass de wichtegste Faktor bei der Alkaliséierungsreaktioun. Déi héich Konzentratioun vu Lye ass förderlech fir d'Bildung vun Alkalicellulose. Wéi och ëmmer, et sollt bemierkt datt wat méi héich d'Konzentratioun vu Lye ass, dest méi grouss ass de Salzgehalt vum preparéierten superabsorbenten Harz. Dofir, wann Dir d'Salz mat Ethanol wäscht, wäscht et e puer Mol fir sécherzestellen datt d'Salz am Produkt ewechgeholl gëtt, fir net d'Waasserabsorptiounskapazitéit vum Produkt ze beaflossen.

3.2 Effekt vun crosslinking Agent Doséierung op Produit WRV

D'experimentell Konditioune sinn: 20ml vun absolute Ethanol, 2,3: 1 Verhältnis vun Alkali zu etherification Agent, 20ml vun Lye, an 90min vun alkalisation.

D'Resultater weisen datt d'Quantitéit vum Cross-linking Agent de Cross-linking Grad vu CMC-Na beaflosst. Exzessiv Cross-linking féiert zu enger knapper Reseau Struktur am Produit Raum, déi duerch niddereg Waasser Absorptioun Taux a schlecht Elastizitéit no Waasser Absorptioun charakteriséiert ass; wann d'Quantitéit vum Cross-linking Agent kleng ass, ass de Cross-linking onkomplett, an et gi Waasserlöslech Produkter, déi och d'Waasserabsorptiounsquote beaflossen. Wann d'Quantitéit vum Cross-linking Agent manner wéi 0,06g ass, erhéicht d'Waasserabsorptiounsquote mat der Erhéijung vun der Quantitéit vum Cross-linking Agent, wann d'Quantitéit vum Cross-linking Agent méi wéi 0,06g ass, hëlt d'Waasserabsorptiounsquote erof mat der Quantitéit vum Cross-linking Agent. Dofir ass d'Dosis vum Crosslinking Agent ongeféier 6% vun der Kottengfasermass.

3.3 Effet vun etherification Konditiounen op Produit WRV

Déi experimentell Konditioune sinn: Alkali Konzentratioun 40%; Alkali Volume 20ml; absolute Ethanol 20ml; Cross-linking Agent Doséierung 0,06g; Alkaliséierung 90 min.

Vun der chemescher Reaktiounsformel soll d'Alkali-Ether Verhältnis (NaOH:CICH2-COOH) 2:1 sinn, awer déi aktuell Quantitéit un Alkali benotzt ass méi grouss wéi dëst Verhältnis, well eng gewësse fräi Alkali Konzentratioun am Reaktiounssystem muss garantéiert ginn , well: gewëssen Eng méi héich Konzentratioun vu fräier Base ass fir d'Ofschloss vun der Alkaliséierungsreaktioun förderlech; d'Vernetzungsreaktioun muss ënner alkalesche Bedéngungen duerchgefouert ginn; e puer Säitreaktiounen verbrauchen Alkali. Wéi och ëmmer, wann d'Quantitéit vun der Alkali ze vill bäigefüügt gëtt, gëtt d'Alkalifaser eescht degradéiert, a gläichzäiteg d'Effizienz vum Etherifikatiounsmëttel reduzéiert. Experimenter weisen datt d'Verhältnis vun Alkali zu Ether ongeféier 2,5:1 ass.

3.4 Afloss vun Léisungsmëttelbad Betrag

Déi experimentell Konditioune sinn: Alkali Konzentratioun 40%; Alkali Doséierung 20ml; Alkali-Ether Verhältnis 2,5:1; Cross-linking Agent Doséierung 0,06g, Alkaliséierung 90min.

D'Léisungsmëttel anhydrous Ethanol spillt d'Roll vun dispergéieren, homogenizing an Erhalen vun der slurry Zoustand vun de System, déi gutt ass ze disperse an Transfert der Hëtzt fräigesat während der Formatioun vun Alkali cellulose, a kann d'Hydrolyse Reaktioun vun Alkali cellulose reduzéieren, doduerch eenheetlech kritt cellulose. Wéi och ëmmer, wann d'Quantitéit un Alkohol dobäi ze vill ass, wäert d'Alkali an d'Natriummonochloracetat dran opléisen, d'Konzentratioun vun de Reaktanten wäert erofgoen, d'Reaktiounsrate wäert erofgoen, an et wäert och en negativen Effekt op déi spéider Crosslinking hunn. Wann d'Quantitéit vum absoluten Ethanol 20ml ass, ass de WRV Wäert grouss.

Zesummegefaasst sinn déi gëeegent Konditioune fir superabsorbent Harz aus absorbéierend Koteng alkaliséierter an etherifizéiert Carboxymethylcellulose vernetzt duerch N, N-Methylenebisacrylamid ze preparéieren: Alkalikonzentratioun 40%, Léisungsmëttelfräi 20ml Waasser an Ethanol, d'Verhältnis vun Alkali zu Ether ass 2,5:1, an d'Doséierung vum Crosslinking Agent ass 0,06g (6% vun der Quantitéit vu Kotenglinters).