Itin sugerianti medžiaga iš celiuliozės eterio

Ištirtas karboksimetilceliuliozės, sukryžmintos N, N-metilenbisakrilamidu, gaminant superabsorbuojančią dervą procesas ir produkto veikimas, aptarta šarmų koncentracija, kryžminimo medžiagos kiekis, šarminis eterinimas ir tirpiklis. Dozavimo įtaka produkto vandens absorbcijai. Paaiškinamas vandenį sugeriančios dervos adsorbcijos į vandenį mechanizmas. Tyrimai parodė, kad šio produkto vandens sulaikymo vertė (WRV) siekia 114 ml/g.

Pagrindiniai žodžiai:celiuliozės eteris; metilenbisakrilamidas; paruošimas

1、Įvadas

Superabsorbuojanti derva yra polimerinė medžiaga, turinti stiprias hidrofilines grupes ir tam tikrą kryžminio susiejimo laipsnį. Įprastos vandenį sugeriančios medžiagos, tokios kaip popierius, medvilnė ir kanapės, turi mažą vandens sugėrimo greitį ir prastą vandens sulaikymo gebą, o ypač gerai sugeriančios dervos gali sugerti vandenį dešimtis kartų daugiau nei jų pačios svoris, o sugėrus vandenį susidaręs gelis net neišsausės. su nedideliu spaudimu. Puikus vandens sulaikymo pajėgumas. Jis netirpsta nei vandenyje, nei organiniuose tirpikliuose.

Labai sugeriančios medžiagos, pagamintos iš celiuliozės, molekulinėje grandinėje yra daug hidroksilo grupių, karboksilo grupių ir natrio hidrato jonų. Sugėręs vandenį, vanduo yra apsuptas hidrofiliniu makromolekuliniu tinklu ir gali būti sulaikomas veikiant išoriniam slėgiui. Vandeniui sudrėkinus adsorbcinę dervą, tarp dervos ir vandens susidaro pusiau laidžios membranos sluoksnis. Pasak Donnano, dėl didelės judriųjų jonų (Na+) koncentracijos vandenį sugeriančioje dervoje's pusiausvyros principu, šis jonų koncentracijos skirtumas gali sukelti osmosinį slėgį. Prastas, sudarydamas drėkinančią ir brinkstančią silpną galią, vanduo praeina per šį pusiau laidžios membranos sluoksnį ir susijungia su hidrofilinėmis grupėmis ir jonais ant superabsorbuojančios dervos makromolekulių, sumažindamas judriųjų jonų koncentraciją, taip parodydamas didelę vandens absorbciją ir patinimą. Šis adsorbcijos procesas tęsiasi tol, kol osmosinio slėgio skirtumas, atsirandantis dėl judriųjų jonų koncentracijos skirtumo, yra lygus atsparumui tolimesniam plėtimuisi, kurį sukelia polimerinės dervos molekulinio tinklo sanglaudos jėga. Superabsorbuojančios dervos, pagamintos iš celiuliozės, privalumai yra šie: vidutinis vandens sugėrimo greitis, greitas vandens įsisavinimo greitis, geras atsparumas sūriam vandeniui, netoksiškas, lengvai reguliuojamas pH, gali suirti gamtoje, maža kaina, todėl turi platų kiekį. naudojimo spektrą. Pramonėje ir žemės ūkyje jis gali būti naudojamas kaip vandens blokavimo priemonė, dirvožemio kondicionavimo priemonė ir vandenį sulaikanti medžiaga. Be to, jis turi geras plėtros ir taikymo perspektyvas sveikatos, maisto, mikrobiologijos ir medicinos srityse.

2. Eksperimentinė dalis

2.1 Eksperimento principas

Medvilnės pluošto superabsorbuojančios dervos paruošimas daugiausia skirtas sukurti skersiniais ryšiais susietą struktūrą, kurios pakeitimo laipsnis ant pluošto odos yra mažas. Kryžminis ryšys su junginiais, kurie paprastai turi dvi ar daugiau reaktyvių funkcinių grupių. Funkcinės grupės, galinčios sudaryti kryžminį ryšį, yra vinilas, hidroksilas, karboksilas, amidas, rūgšties chloridas, oksiranas, nitrilas ir kt. Superabsorbcinių dervų, paruoštų naudojant skirtingus kryžminius jungiklius, vandens sugerties santykis yra skirtingas. Šiame eksperimente N,N-metilenbisakrilamidas naudojamas kaip kryžminio ryšio agentas, įskaitant šiuos veiksmus:

(1) Celiuliozė (Rcell) reaguoja su šarminiu tirpalu, kad susidarytų šarminė celiuliozė, o celiuliozės šarminimo reakcija yra greita egzoterminė reakcija. Temperatūros sumažinimas skatina šarminių pluoštų susidarymą ir gali slopinti jų hidrolizę. Alkoholių pridėjimas gali padidinti celiuliozės sutrikimą, o tai naudinga šarminant ir vėliau eterinant.

RcellOH + NaOH→RcellONa+H2O

(2) Šarminė celiuliozė ir monochloracto rūgštis sukuria natrio karboksimetilceliuliozę, o eterinimo reakcija priklauso nukleofilinei pakeitimo reakcijai:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N,N-metilenbisakrilamidas, susietas su skersiniu ryšiu, kad būtų gauta ypač sugerianti derva. Kadangi karboksimetilo pluošto molekulinėje grandinėje vis dar yra daug hidroksilo grupių, veikiant gali būti suaktyvinta celiuliozės hidroksilo grupės jonizacija ir dvigubos akriloilo jungties jonizacija N, N-metilenbisakrilamido molekulinėje grandinėje. šarminės katalizės, o tada celiuliozės molekulinių grandinių kryžminis ryšys vyksta per Michael kondensaciją ir iš karto vyksta protonų mainai su vandeniu, kad taptų vandenyje netirpia celiuliozės superabsorbuojančia derva.

2.2 Žaliavos ir instrumentai

Žaliavos: sugerianti medvilnė (supjaustyta gabalėliais), natrio hidroksidas, monochloracto rūgštis, N, N-metilenbisakrilamidas, absoliutus etanolis, acetonas.

Prietaisai: trijų kaklų kolba, elektrinis maišymas, grįžtamasis kondensatorius, siurbimo filtro kolba, Buchner piltuvas, vakuuminė džiovinimo krosnelė, cirkuliacinis vandens vakuuminis siurblys.

2.3 Paruošimo būdas

2.3.1 Šarminimas

Į trijų kakliukų buteliuką įpilkite 1 g sugeriančios medvilnės, tada įpilkite tam tikrą kiekį natrio hidroksido tirpalo ir absoliutaus etanolio, palaikykite žemesnę nei kambario temperatūrą ir šiek tiek pamaišykite.

2.3.2 Eterifikavimas

Įpilkite tam tikrą kiekį chloracto rūgšties ir maišykite 1 val.

2.3.2 Kryžminis ryšys

Vėlesniame eterinimo etape buvo pridėta N,N-metilenbisakrilamido, kad būtų atliktas kryžminis ryšys, ir maišoma kambario temperatūroje 2 valandas.

2.3.4 Tolesnis apdorojimas

Ledine acto rūgštimi sureguliuokite pH iki 7, druską nuplaukite etanoliu, vandenį nuplaukite acetonu, filtruokite nusiurbdami ir džiovinkite vakuume 4 valandas (apie 60 laipsnių).°C, vakuumo laipsnis 8,8 kPa), kad būtų gautas baltos medvilnės gijų gaminys.

2.4 Analitinis bandymas

Vandens absorbcijos greitis (WRV) nustatomas sijojant, tai yra, 1 g produkto (G) įpilama į stiklinę, kurioje yra 100 ml distiliuoto vandens (V1), mirkoma 24 valandas, filtruojama per 200 akių nerūdijančio plieno sietą. , o vanduo ekrano apačioje surenkamas (V2). Skaičiavimo formulė yra tokia: WRV=(V1-V2)/G.

3. Rezultatai ir diskusija

3.1 Šarminimo reakcijos sąlygų parinkimas

Gaminant šarminę celiuliozę naudojant medvilnės pluoštą ir šarminį tirpalą, proceso sąlygos turi didelę įtaką gaminio veikimui. Šarminimo reakcijoje yra daug veiksnių. Stebėjimo patogumui naudojamas ortogonalinio eksperimento projektavimo metodas.

Kitos sąlygos: tirpiklis yra 20 ml absoliutaus etanolio, šarmo ir eterinimo agento santykis (mol/md) yra 3:1, o kryžminio ryšio agentas yra 0,05 g.

Eksperimento rezultatai rodo, kad: pirminis ir antrinis ryšys: C>A>B, geriausias santykis: A3B3C3. Šarmo koncentracija yra svarbiausias šarminimo reakcijos veiksnys. Didelė šarmo koncentracija skatina šarminės celiuliozės susidarymą. Tačiau reikia pažymėti, kad kuo didesnė šarmo koncentracija, tuo didesnis druskos kiekis paruoštoje superabsorbcinėje dervoje. Todėl plaudami druską etanoliu, plaukite ją keletą kartų, kad įsitikintumėte, jog gaminyje esanti druska pasišalina, kad nepakenktų gaminio vandens sugėrimui.

3.2 Kryžminio sujungimo agento dozės poveikis produktui WRV

Eksperimento sąlygos yra: 20 ml absoliutaus etanolio, 2,3:1 šarmo ir eterinimo agento santykis, 20 ml šarmo ir 90 min šarminimo.

Rezultatai parodė, kad kryžminio ryšio agento kiekis paveikė CMC-Na kryžminio ryšio laipsnį. Dėl per didelio kryžminio susiejimo gaminio erdvėje susidaro sandari tinklo struktūra, kuriai būdingas mažas vandens sugėrimo greitis ir prastas elastingumas po vandens sugėrimo; kai kryžminio sujungimo agento kiekis yra mažas, kryžminis ryšys yra neišsamus ir yra vandenyje tirpių produktų, kurie taip pat turi įtakos vandens absorbcijos greičiui. Kai kryžminio sujungimo medžiagos kiekis yra mažesnis nei 0,06 g, vandens absorbcijos greitis didėja didėjant kryžminio sujungimo medžiagos kiekiui, kai kryžminio sujungimo medžiagos kiekis yra didesnis nei 0,06 g, vandens absorbcijos greitis mažėja su kryžminio ryšio agento kiekiu. Todėl kryžminimo medžiagos dozė yra apie 6% medvilnės pluošto masės.

3.3 Eterifikavimo sąlygų poveikis produktui WRV

Eksperimento sąlygos: šarmų koncentracija 40 %; šarmo tūris 20ml; absoliutus etanolis 20ml; kryžminio ryšio agento dozė 0,06g; šarminimas 90min.

Pagal cheminės reakcijos formulę šarminio eterio santykis (NaOH:CICH2-COOH) turėtų būti 2:1, tačiau tikrasis panaudoto šarmo kiekis yra didesnis už šį santykį, nes reakcijos sistemoje turi būti garantuota tam tikra laisvo šarmo koncentracija. , nes: tam tikra Didesnė laisvos bazės koncentracija palanki šarminimo reakcijai užbaigti; kryžminio sujungimo reakcija turi būti vykdoma šarminėmis sąlygomis; kai kurios pašalinės reakcijos vartoja šarmą. Tačiau, jei šarmo bus pridėta per daug, šarminis pluoštas bus rimtai pablogėjęs, o tuo pačiu sumažės eterinimo agento efektyvumas. Eksperimentai rodo, kad šarmo ir eterio santykis yra apie 2,5:1.

3.4 Tirpiklio kiekio įtaka

Eksperimento sąlygos: šarmų koncentracija 40 %; šarmo dozė 20ml; šarminio eterio santykis 2,5:1; kryžminio ryšio agento dozė 0,06g, šarminimas 90min.

Tirpiklis bevandenis etanolis atlieka sistemos dispergavimo, homogenizavimo ir suspensijos palaikymą, o tai naudinga išsklaidyti ir perduoti šilumą, išsiskiriančią formuojant šarminę celiuliozę, ir gali sumažinti šarminės celiuliozės hidrolizės reakciją ir taip gauti vienodą. celiuliozė. Tačiau jei įpilama per daug alkoholio, jame ištirps šarmas ir natrio monochloracetatas, sumažės reagentų koncentracija, sumažės reakcijos greitis, o tai taip pat neigiamai atsilieps vėlesniam skersiniam ryšiui. Kai absoliutaus etanolio kiekis yra 20 ml, WRV reikšmė yra didelė.

Apibendrinant galima teigti, kad tinkamiausios sąlygos paruošti superabsorbuojančią dervą iš sugeriančios medvilnės šarminės ir eterintos karboksimetilceliuliozės, sukryžmintos N,N-metilenbisakrilamidu yra: šarmo koncentracija 40%, be tirpiklių 20ml vandens ir etanolio, šarmo ir eterio santykis. yra 2,5:1, o kryžminimo medžiagos dozė yra 0,06 g (6% medvilnės drožlių kiekio).