Super absorbējošs materiāls no celulozes ētera

Tika pētīts n-metilenbisakrilamīda, kas savienots ar n-metilenbisakrilamīda, lai sagatavotu superabsorbējošus sveķus, karboksimetilelulozes procesu un produktu veiktspēju, un sārmu koncentrācija, tika apspriesta šķērssavienojuma līdzekļa, sārma ēterifikācijas un šķīdinātāja daudzums. Devas ietekme uz produkta ūdens absorbcijas veiktspēju. Tiek izskaidrots ūdens absorbējošu sveķu līdz ūdens adsorbcijas mehānisms. Pētījumi liecina, ka šī produkta ūdens aiztures vērtība (WRV) sasniedz 114 ml/g.

Galvenie vārdi:celulozes ēteris; metilēnbisakrilamīds; sagatavošana

1、Ievads

Superabsorbentu sveķi ir polimēra materiāls ar spēcīgām hidrofilām grupām un noteiktu šķērssavienojuma pakāpi. Parastiem ūdens absorbējošiem materiāliem, piemēram, papīram, kokvilnai un kaņepēm, ir zems ūdens absorbcijas ātrums un slikta ūdens aiztures spēja, savukārt superabsorbenti sveķi var absorbēt ūdeni desmitiem reižu viņu pašu svaru, un gēls, kas izveidots pēc ūdens absorbēšanas ar nelielu spiedienu. Lieliska ūdens saglabāšanas spēja. Tas nav ne šķīstošs ūdenī, ne organiskos šķīdinātājos.

Super absorbējošā materiāla molekulārajā ķēdē no celulozes ir liels skaits hidroksilgrupu, karboksilgrupu un nātrija hidrātu jonu. Pēc ūdens absorbēšanas ūdeni ieskauj hidrofīls makromolekulārs tīkls, un to var saglabāt zem ārēja spiediena. Kad ūdens samitrina adsorbcijas sveķus, starp sveķiem un ūdeni veidojas daļēji caurlaidīgas membrānas slānis. Sakarā ar augsto mobilo jonu (Na+) koncentrāciju ūdens absorbējošos sveķos, saskaņā ar Donnan teikto'S līdzsvara princips, šī jonu koncentrācijas starpība var izraisīt osmotisko spiedienu. Slikts, veidojot mitrinošu un pietūkumu vāju jaudu, ūdens iziet cauri šim daļēji caurlaidīgās membrānas slānim un apvieno ar hidrofilām grupām un joniem uz superabsorbējošo sveķu makromolekulām, samazinot mobilo jonu koncentrāciju, tādējādi parādot augstu ūdens absorbciju un pietūkumu. Šis adsorbcijas process turpinās, līdz osmotiskā spiediena starpība, ko izraisa atšķirība mobilo jonu koncentrācijā, ir vienāda ar pretestību turpmākai paplašināšanai, ko izraisa polimēra sveķu molekulārā tīkla saliedējošais spēks. No celulozes pagatavoto superabsorbentu sveķu priekšrocības ir: mērens ūdens absorbcijas ātrums, ātras ūdens absorbcijas ātrums, laba sālsūdens izturība, netoksiska, viegli pielāgojama pH vērtība, var būt noārdītas dabā un zemas izmaksas, tāpēc tam ir plaša lietojumu diapazons. To var izmantot kā ūdens bloķēšanas līdzekli, augsnes kondicionieri un ūdens noturēšanas līdzekli rūpniecībā un lauksaimniecībā. Turklāt tam ir laba attīstības un lietojumprogrammu izredzes veselības, pārtikā, mikrobioloģijā un medicīnā.

2. Eksperimentālā daļa

2.1 Eksperimentālais princips

Kokvilnas šķiedru superabsorbentu sveķu sagatavošana galvenokārt ir savstarpēji saistīta struktūra ar zemu šķiedru ādas aizvietošanas pakāpi. Šķērssavienojums ar savienojumiem, kuriem parasti ir divas vai vairākas reaģējošas funkcionālās grupas. Funkcionālās grupas, kas spēj šķērssavienot, ir vinils, hidroksilgrupa, karboksilgrupa, amīds, skābs hlorīds, oksirāns, nitrils utt. Superabsorbentu sveķu ūdens absorbcijas attiecība, kas sagatavoti ar dažādiem šķērssavienojumu līdzekļiem, ir atšķirīgs. Šajā eksperimentā N, N-metilēnbisakrilamīds tiek izmantots kā šķērssavienojums, ieskaitot šādas darbības:

(1) Celuloze (RCell) reaģē ar sārmainu šķīdumu, lai radītu sārmu celulozi, un celulozes sārma ir ātra eksotermiska reakcija. Temperatūras pazemināšana veicina sārmu šķiedru veidošanos un var kavēt to hidrolīzi. Alkoholu pievienošana var palielināt celulozes traucējumus, kas ir izdevīgi sārmei un sekojošai ēterifikācijai.

Rcelloh+naoh→Rcellona+H2O

(2) sārmu celuloze un monohloretiķskābe rada nātrija karboksimetilcelulozi, un ēterifikācijas reakcija pieder pie nukleofīlās aizvietošanas reakcijas:

Rcellona+CLCH2COONA→RCelloch2coona+NaCl

(3) N, N-metilenbisakrilamīds, kas savstarpēji savienots, lai iegūtu super absorbējošus sveķus. Tā kā karboksimetil šķiedrvielu molekulārajā ķēdē joprojām ir liels skaits hidroksilgrupu, celulozes hidroksilgrupas jonizācijas jonizācija un akriloiloil saites jonizācija uz N-metilenbisakrilamīda molekulāro ķēdi var izraisīt molekulārā ķēdē, N-metilēnbisakrilamīda darbība var izraisīt darbībā sārmu katalīzes un pēc tam savstarpēja savienojuma starp celulozes molekulārajām ķēdēm notiek ar Maikla kondensāciju, un nekavējoties notiek protonu apmaiņa ar ūdeni, lai kļūtu par ūdens nešķīstošu celulozes superabsorbentu sveķiem.

2.2 izejvielas un instrumenti

Izejvielas: absorbējoša kokvilna (sagriezta oderējumā), nātrija hidroksīds, monohloretiķskābe, N, N-metilēnbisakrilamīds, absolūtais etanols, acetons.

Instrumenti: Trīs kaklu kolba, elektriskā maisīšana, refluksa kondensators, iesūkšanas filtra kolba, Buchner piltuve, vakuuma žāvēšana, cirkulējošs ūdens vakuuma sūknis.

2.3. Sagatavošanas metode

2.3.1 sārma

Pievienojiet 1 g absorbējošas kokvilnas pudelei trīs kaklu, pēc tam pievienojiet noteiktu daudzumu nātrija hidroksīda šķīduma un absolūto etanolu, saglabājiet temperatūru zem istabas temperatūras un kādu laiku samaisiet.

2.3.2. Eterifikācija

Pievienojiet noteiktu daudzumu hloretiķskābes un samaisiet 1H.

2.3.2.

Vēlākā ēterifikācijas posmā n-metilenbisakrilamīds tika pievienots proporcionāli, lai veiktu šķērssavienojumu, un 2 stundas maisa istabas temperatūrā.

2.3.4 pēcapstrāde

Izmantojiet ledāja etiķskābi, lai pH vērtību pielāgotu līdz 7, nomazgātu sāli ar etanolu, mazgātu ūdeni ar acetonu, filtrētu ar sūkšanu un 4 stundas nožūt vakuumu (aptuveni 60 gadu vecumā°C, vakuuma grāds 8.8 kPa), lai iegūtu balta kokvilnas kvēldiega produktu.

2.4 Analītiskā pārbaude

Ūdens absorbcijas ātrumu (WRV) nosaka sijāšana, tas ir, 1 g produkta (G) pievieno vārglāzei, kurā ir 100 ml destilēta ūdens (V1), kas iemērc 24 stundas, filtrēts caur 200 acu nerūsējošā tērauda ekrānu , un ūdens ekrāna apakšā tiek savākts (V2). Aprēķina formula ir šāda: WRV = (v1-v2)/g.

3. Rezultāti un diskusija

3.1 Sārmizācijas reakcijas apstākļu izvēle

Sārmu celulozes ražošanas procesā ar kokvilnas šķiedras un sārmainā šķīduma iedarbību procesa apstākļiem ir būtiska ietekme uz produkta darbību. Sārmu reakcijā ir daudz faktoru. Novērošanas ērtībai tiek izmantota ortogonālā eksperimenta projektēšanas metode.

Citi apstākļi: šķīdinātājs ir 20 ml absolūtā etanola, sārmu un ēterinējošā līdzekļa (mol/md) attiecība ir 3: 1, un šķērssavienojuma līdzeklis ir 0,05 g.

Eksperimentālie rezultāti rāda, ka: primārās un sekundārās attiecības: C> A> B, labākā attiecība: A3B3C3. Sārba koncentrācija ir vissvarīgākais faktors sārmainā reakcijā. Augsta sārma koncentrācija veicina sārmu celulozes veidošanos. Tomēr jāatzīmē, ka, jo augstāka ir sārma koncentrācija, jo lielāks ir sagatavoto superabsorbentu sveķu sāls saturs. Tāpēc, mazgājot sāli ar etanolu, mazgājiet to vairākas reizes, lai pārliecinātos, ka produkta sāls tiek noņemts, lai neietekmētu produkta ūdens absorbcijas spēju.

3.2. Krustojuma aģenta devas ietekme uz produkta WRV

Eksperimentālie apstākļi ir: 20 ml absolūtā etanola, sārmu un ēterifikācijas līdzekļa attiecība 2,3: 1, 20 ml sārma un 90 minūšu sārmas.

Rezultāti parādīja, ka šķērssavienojuma līdzeklis ietekmēja CMC-NA šķērssavienojuma pakāpi. Pārmērīga krusteniskā saite noved pie stingras tīkla struktūras produktu telpā, kurai raksturīgs zems ūdens absorbcijas ātrums un slikta elastība pēc ūdens absorbcijas; Ja šķērssavienojuma līdzeklis ir mazs, šķērssavienojums ir nepilnīgs, un ir ūdenī šķīstoši produkti, kas ietekmē arī ūdens absorbcijas ātrumu. Ja šķērssavienojuma apjoms ir mazāks par 0,06 g, ūdens absorbcijas ātrums palielinās, palielinoties šķērssavienojuma līdzeklim, ja šķērssavienojuma apjoms ir lielāks par 0,06 g, ūdens absorbcijas ātrums samazinās ar šķērssavienojuma aģenta daudzumu. Tāpēc šķērssavienojuma līdzekļa deva ir aptuveni 6% no kokvilnas šķiedras masas.

3.3. Eterifikācijas apstākļu ietekme uz produkta WRV

Eksperimentālie apstākļi ir: sārmu koncentrācija 40%; sārmu sējums 20ml; absolūts etanols 20ml; šķērssavienojuma aģenta deva 0,06 g; Sārmošana 90 minūtes.

No ķīmiskās reakcijas formulas sārmu ētera attiecībai (NaOH: CICH2-COOH) jābūt 2: 1, bet faktiskais izmantotais sārmu daudzums ir lielāks nekā šī attiecība, jo reakcijas sistēmā ir jāgarantē noteikta brīva sārmu koncentrācija reakcijas sistēmā , jo: noteikta augstāka brīvās bāzes koncentrācija veicina sārmainas reakcijas pabeigšanu; Sārbuma apstākļos jāveic šķērssavienojuma reakcija; Dažas sānu reakcijas patērē sārmus. Tomēr, ja pārāk daudz tiek pievienots sārmu daudzums, sārmu šķiedra tiks nopietni noārdīta, un tajā pašā laikā tiks samazināta ēterifikācijas aģenta efektivitāte. Eksperimenti rāda, ka sārmu un ētera attiecība ir aptuveni 2,5: 1.

3.4 Šķīdinātāja daudzuma ietekme

Eksperimentālie apstākļi ir: sārmu koncentrācija 40%; sārmu deva 20ml; sārmu attiecība 2,5: 1; šķērssavienojuma aģenta deva 0,06 g, sārmācija 90 minūtes.

Bezūdens šķīdinātāja etanolam ir loma, kas saistīta ar sistēmas vircas stāvokļa izkliedēšanu, homogenizēšanu un uzturēšanu, kas ir izdevīga, lai izkliedētu un pārnestu siltumu, kas izdalās sārmu celulozes veidošanās laikā, un tas var samazināt sārmu celulozes hidrolīzes reakciju, tādējādi iegūstot vienveidīgu celuloze. Tomēr, ja pievienotā spirta daudzums ir par daudz, sārmu un nātrija monohloracetāts tajā izšķīst, reaģentu koncentrācija samazināsies, reakcijas ātrums samazināsies, un tam būs arī nelabvēlīga ietekme uz turpmāko šķērssavienojumu. Kad absolūtā etanola daudzums ir 20 ml, WRV vērtība ir liela.

Rezumējot, vispiemērotākie apstākļi superabsorbentu sveķu pagatavošanai no absorbējošas kokvilnas sārmainas un ēterificētas karboksimetilcelulozes, kas savstarpēji saistīti ar N, N-metilenbisakrilamīdu, ir: sārmu koncentrācija 40%, bez šķīdinātājiem 20 ml ūdens un etanola, alkali un ildenta attiecība pret ēteru attiecību ēteriem un ēteriem attiecība pret ilēniem un alkali attiecību ēteriem līdz ēterim attiecībai pret ēteriem un alkali attiecību ēteriem un ēteriem. ir 2,5: 1, un šķērssavienojuma deva ir 0,06 g (6% no kokvilnas lenteņu daudzuma).