Bahan Super Penyerap daripada Eter Selulosa

Proses dan prestasi produk selulosa karboksimetil berkait silang oleh N, N-methylenebisacrylamide untuk menyediakan resin superabsorben telah dikaji, dan kepekatan alkali, jumlah agen penghubung silang, eterifikasi alkali, dan pelarut telah dibincangkan. Kesan dos ke atas prestasi penyerapan air produk. Mekanisme penjerapan resin penyerap air kepada air dijelaskan. Kajian telah menunjukkan bahawa nilai pengekalan air (WRV) produk ini mencecah 114ml/g.

Kata kunci:selulosa eter; metilenabisakrilamida; persiapan

1、pengenalan

Resin superabsorben adalah bahan polimer dengan kumpulan hidrofilik yang kuat dan tahap penghubung silang tertentu. Bahan penyerap air biasa seperti kertas, kapas, dan rami mempunyai kadar penyerapan air yang rendah dan kapasiti pengekalan air yang lemah, manakala resin penyerap super boleh menyerap air berpuluh kali ganda beratnya sendiri, dan gel yang terbentuk selepas menyerap air tidak akan dehidrasi walaupun dengan sedikit tekanan. Kapasiti pengekalan air yang sangat baik. Ia tidak larut dalam air mahupun dalam pelarut organik.

Terdapat sejumlah besar kumpulan hidroksil, kumpulan karboksil dan ion natrium hidrat pada rantai molekul bahan penyerap super yang diperbuat daripada selulosa. Selepas menyerap air, air dikelilingi oleh rangkaian makromolekul hidrofilik dan boleh dikekalkan di bawah tekanan luaran. Apabila air melembapkan resin penjerapan, lapisan membran separa telap terbentuk di antara resin dan air. Disebabkan oleh kepekatan tinggi ion mudah alih (Na+) dalam resin penyerap air, menurut Donnan's prinsip keseimbangan, perbezaan kepekatan ion ini boleh menyebabkan tekanan osmotik. Lemah, membentuk kuasa lemah lembap dan bengkak, air melalui lapisan membran separa telap ini dan bergabung dengan kumpulan hidrofilik dan ion pada makromolekul resin superabsorben, mengurangkan kepekatan ion mudah alih, dengan itu menunjukkan penyerapan air yang tinggi dan bengkak. Proses penjerapan ini berterusan sehingga perbezaan tekanan osmotik yang disebabkan oleh perbezaan kepekatan ion mudah alih adalah sama dengan rintangan pengembangan selanjutnya yang disebabkan oleh daya paduan rangkaian molekul resin polimer. Kelebihan resin superabsorben yang disediakan daripada selulosa adalah: kadar penyerapan air sederhana, kelajuan penyerapan air cepat, rintangan air garam yang baik, tidak toksik, mudah untuk menyesuaikan nilai pH, boleh terdegradasi secara semula jadi, dan kos rendah, jadi ia mempunyai luas pelbagai kegunaan. Ia boleh digunakan sebagai agen penyekat air, perapi tanah, dan agen penahan air dalam industri dan pertanian. Di samping itu, ia mempunyai prospek pembangunan dan aplikasi yang baik dalam kesihatan, makanan, mikrobiologi dan perubatan.

2. Bahagian eksperimen

2.1 Prinsip eksperimen

Penyediaan resin superabsorben gentian kapas adalah terutamanya untuk membentuk struktur bersilang dengan tahap penggantian yang rendah pada kulit gentian. Pautan silang kepada sebatian yang umumnya mempunyai dua atau lebih kumpulan berfungsi reaktif. Kumpulan berfungsi yang mampu memaut silang termasuk vinil, hidroksil, karboksil, amida, asid klorida, oksirana, nitril, dsb. Nisbah penyerapan air bagi resin superabsorben yang disediakan dengan agen penghubung silang berbeza adalah berbeza. Dalam eksperimen ini, N, N-methylenebisacrylamide digunakan sebagai agen penghubung silang, termasuk langkah-langkah berikut:

(1) Selulosa (Rcell) bertindak balas dengan larutan alkali untuk menghasilkan selulosa alkali, dan tindak balas pengalkalian selulosa ialah tindak balas eksotermik yang cepat. Menurunkan suhu adalah kondusif kepada pembentukan gentian alkali dan boleh menghalang hidrolisisnya. Menambah alkohol boleh meningkatkan gangguan selulosa, yang bermanfaat untuk pengalkalian dan pengeteran seterusnya.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) Selulosa alkali dan asid monokloroasettik menjana selulosa natrium karboksimetil, dan tindak balas pengeteran tergolong dalam tindak balas penggantian nukleofilik:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-methylenebisacrylamide berpaut silang untuk mendapatkan resin penyerap super. Oleh kerana masih terdapat sejumlah besar kumpulan hidroksil pada rantai molekul gentian karboksimetil, pengionan kumpulan hidroksil selulosa dan pengionan ikatan berganda akriloyl pada rantai molekul N, N-methylenebisacrylamide boleh dicetuskan di bawah tindakan. pemangkinan alkali, dan kemudian Pautan silang antara rantai molekul selulosa berlaku melalui pemeluwapan Michael, dan serta-merta menjalani pertukaran proton dengan air untuk menjadi resin superabsorben selulosa tidak larut air.

2.2 Bahan mentah dan instrumen

Bahan mentah: kapas penyerap (dipotong menjadi serpihan), natrium hidroksida, asid monokloroasettik, N, N-methylenebisacrylamide, etanol mutlak, aseton.

Instrumen: kelalang tiga leher, kacau elektrik, pemeluwap refluks, kelalang penapis sedutan, corong Buchner, ketuhar pengeringan vakum, pam vakum air beredar.

2.3 Kaedah penyediaan

2.3.1 Pengalkalian

Tambah 1 g kapas penyerap ke dalam botol berleher tiga, kemudian tambah sejumlah larutan natrium hidroksida dan etanol mutlak, pastikan suhu di bawah suhu bilik, dan kacau seketika.

2.3.2 Eterifikasi

Tambah sejumlah asid kloroasettik dan kacau selama 1 jam.

2.3.2 Pautan silang

Pada peringkat akhir pengeteran, N,N-methylenebisacrylamide telah ditambah mengikut perkadaran untuk menjalankan penyambungan silang, dan dikacau pada suhu bilik selama 2 jam.

2.3.4 Pasca pemprosesan

Gunakan asid asetik glasier untuk melaraskan nilai pH kepada 7, basuh garam dengan etanol, basuh air dengan aseton, penapis dengan sedutan dan vakum kering selama 4 jam (kira-kira 60°C, darjah vakum 8.8kPa) untuk mendapatkan produk filamen kapas putih.

2.4 Ujian analitikal

Kadar penyerapan air (WRV) ditentukan secara ayak, iaitu, 1g produk (G) ditambah ke dalam bikar yang mengandungi 100ml air suling (V1), direndam selama 24 jam, ditapis melalui skrin keluli tahan karat 200 mesh , dan air di bahagian bawah skrin dikumpulkan (V2). Formula pengiraan adalah seperti berikut: WRV=(V1-V2)/G.

3. Keputusan dan perbincangan

3.1 Pemilihan keadaan tindak balas pengalkalian

Dalam proses menghasilkan selulosa alkali dengan tindakan gentian kapas dan larutan alkali, keadaan proses mempunyai kesan yang ketara terhadap prestasi produk. Terdapat banyak faktor dalam tindak balas pengalkalian. Untuk kemudahan pemerhatian, kaedah reka bentuk eksperimen ortogon diguna pakai.

Keadaan lain: Pelarut ialah 20ml etanol mutlak, nisbah alkali kepada agen pengeteran (mol/md) ialah 3:1, dan agen pemautan silang ialah 0.05g.

Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa: hubungan primer dan sekunder: C>A>B, nisbah terbaik: A3B3C3. Kepekatan lye adalah faktor terpenting dalam tindak balas pengalkalian. Kepekatan lye yang tinggi adalah kondusif untuk pembentukan selulosa alkali. Walau bagaimanapun, perlu diperhatikan bahawa semakin tinggi kepekatan lye, semakin besar kandungan garam resin superabsorben yang disediakan. Oleh itu, apabila mencuci garam dengan etanol, basuh beberapa kali untuk memastikan garam dalam produk dikeluarkan, supaya tidak menjejaskan kapasiti penyerapan air produk.

3.2 Kesan dos agen pemautan silang pada WRV produk

Syarat-syarat eksperimen ialah: 20ml etanol mutlak, nisbah 2.3:1 alkali kepada agen pengeteran, 20ml lye, dan 90min pengalkalian.

Keputusan menunjukkan bahawa jumlah agen penghubung silang mempengaruhi tahap penghubung silang CMC-Na. Pautan silang yang berlebihan membawa kepada struktur rangkaian yang ketat dalam ruang produk, yang dicirikan oleh kadar penyerapan air yang rendah dan keanjalan yang lemah selepas penyerapan air; apabila jumlah agen penghubung silang adalah kecil, penghubung silang tidak lengkap, dan terdapat produk larut air, yang juga mempengaruhi kadar penyerapan air. Apabila jumlah agen pemautan silang kurang daripada 0.06g, kadar penyerapan air meningkat dengan peningkatan jumlah agen pemautan silang, apabila jumlah agen pemautan silang lebih daripada 0.06g, kadar penyerapan air berkurangan. dengan jumlah agen penghubung silang. Oleh itu, dos agen penghubung silang adalah kira-kira 6% daripada jisim gentian kapas.

3.3 Kesan syarat pengeteran pada WRV produk

Keadaan eksperimen ialah: kepekatan alkali 40%; isipadu alkali 20ml; etanol mutlak 20ml; dos agen penghubung silang 0.06g; pengalkalian 90min.

Daripada formula tindak balas kimia, nisbah alkali-eter (NaOH: CICH2-COOH) hendaklah 2:1, tetapi jumlah sebenar alkali yang digunakan adalah lebih besar daripada nisbah ini, kerana kepekatan alkali bebas tertentu mesti dijamin dalam sistem tindak balas. , kerana: tertentu Kepekatan bes bebas yang lebih tinggi adalah kondusif untuk penyiapan tindak balas pengalkalian; tindak balas silang silang mesti dijalankan dalam keadaan alkali; beberapa tindak balas sampingan memakan alkali. Walau bagaimanapun, jika jumlah alkali ditambah terlalu banyak, gentian alkali akan terdegradasi dengan serius, dan pada masa yang sama, kecekapan agen pengeteran akan berkurangan. Eksperimen menunjukkan bahawa nisbah alkali kepada eter adalah kira-kira 2.5:1.

3.4 Pengaruh jumlah pelarut

Keadaan eksperimen ialah: kepekatan alkali 40%; dos alkali 20ml; nisbah alkali-eter 2.5:1; dos agen penghubung silang 0.06g, pengalkalian 90min.

Etanol kontang pelarut memainkan peranan menyebarkan, menghomogenkan dan mengekalkan keadaan buburan sistem, yang bermanfaat untuk menyebarkan dan memindahkan haba yang dibebaskan semasa pembentukan selulosa alkali, dan boleh mengurangkan tindak balas hidrolisis selulosa alkali, dengan itu memperoleh seragam selulosa. Walau bagaimanapun, jika jumlah alkohol yang ditambah terlalu banyak, alkali dan natrium monokloroasetat akan larut di dalamnya, kepekatan bahan tindak balas akan berkurangan, kadar tindak balas akan berkurangan, dan ia juga akan memberi kesan buruk kepada penyambung silang berikutnya. Apabila jumlah etanol mutlak ialah 20ml, nilai WRV adalah besar.

Secara ringkasnya, syarat yang paling sesuai untuk menyediakan resin superabsorben daripada kapas penyerap yang dialkalikan dan karboksimetil selulosa yang ditertera yang disambung silang oleh N, N-methylenebisacrylamide ialah: kepekatan alkali 40%, 20ml air dan etanol tanpa pelarut, nisbah alkali kepada eter. ialah 2.5:1, dan dos agen pemautan silang ialah 0.06g (6% daripada jumlah linters kapas).