Materjal Super Assorbenti mill-Etere taċ-Ċelluloża

Ġew studjati l-proċess u l-prestazzjoni tal-prodott ta 'carboxymethyl cellulose cross-linked minn N, N-methylenebisacrylamide biex tipprepara reżina superassorbenti, u ġew diskussi l-konċentrazzjoni ta' alkali, l-ammont ta 'aġent ta' cross-linking, eterifikazzjoni alkali, u solvent. L-effett tad-dożaġġ fuq il-prestazzjoni tal-assorbiment tal-ilma tal-prodott. Il-mekkaniżmu ta 'assorbiment tar-reżina li jassorbi l-ilma għall-ilma huwa spjegat. Studji wrew li l-valur taż-żamma tal-ilma (WRV) ta 'dan il-prodott jilħaq 114ml/g.

Kliem ewlieni:etere taċ-ċelluloża; metilenbisakrilammid; preparazzjoni

1、Introduzzjoni

Ir-reżina superassorbenti hija materjal polimeru bi gruppi idrofiliċi qawwija u ċertu grad ta 'crosslinking. Materjali komuni li jassorbu l-ilma bħal karta, qoton u qanneb għandhom rata baxxa ta 'assorbiment ta' ilma u kapaċità fqira ta 'żamma ta' ilma, filwaqt li reżini super-assorbenti jistgħu jassorbu l-ilma għexieren ta 'darbiet il-piż tagħhom stess, u l-ġel ffurmat wara li jassorbi l-ilma mhux se jiddeidrat anki bi pressjoni żgħira. Kapaċità eċċellenti ta 'żamma tal-ilma. La jinħall fl-ilma u lanqas f'solventi organiċi.

Hemm numru kbir ta 'gruppi hydroxyl, gruppi karbossiliċi u joni ta' idrat tas-sodju fuq il-katina molekulari tal-materjal super assorbenti magħmul miċ-ċelluloża. Wara li jassorbi l-ilma, l-ilma huwa mdawwar b'netwerk makromolekulari idrofiliku u jista 'jinżamm taħt pressjoni esterna. Meta l-ilma jixxarrab ir-reżina tal-adsorbiment, jiġi ffurmat saff ta 'membrana semi-permeabbli bejn ir-reżina u l-ilma. Minħabba l-konċentrazzjoni għolja ta 'joni mobbli (Na+) fir-reżina li jassorbi l-ilma, skond Donnan's ekwilibriju prinċipju, din id-differenza fil-konċentrazzjoni tal-jone tista 'tikkawża pressjoni osmotika. Fqir, li jifforma qawwa dgħajfa ta 'umdità u nefħa, l-ilma jgħaddi minn dan is-saff ta' membrana semi-permeabbli u jingħaqad ma 'gruppi idrofiliċi u joni fuq il-makromolekuli tar-reżina superassorbenti, inaqqas il-konċentrazzjoni ta' joni mobbli, u b'hekk juri assorbiment għoli ta 'ilma u nefħa. Dan il-proċess ta 'assorbiment ikompli sakemm id-differenza fil-pressjoni osmotika kkawżata mid-differenza fil-konċentrazzjoni ta' joni mobbli tkun ugwali għar-reżistenza għal aktar espansjoni kkawżata mill-forza koeżiva tan-netwerk molekulari tar-reżina tal-polimer. Il-vantaġġi tar-reżina superassorbenti ppreparata miċ-ċelluloża huma: rata moderata ta 'assorbiment ta' ilma, veloċità mgħaġġla ta 'assorbiment ta' ilma, reżistenza tajba għall-ilma mielaħ, mhux tossiku, faċli biex taġġusta l-valur tal-pH, tista 'tiġi degradata fin-natura, u spiża baxxa, għalhekk għandha wiesgħa firxa ta’ użi. Jista 'jintuża bħala aġent li jimblokka l-ilma, kondizzjonatur tal-ħamrija, u aġent li jżomm l-ilma fl-industrija u l-agrikoltura. Barra minn hekk, għandu żvilupp tajjeb u prospetti ta 'applikazzjoni fis-saħħa, l-ikel, il-mikrobijoloġija u l-mediċina.

2. Parti sperimentali

2.1 Prinċipju sperimentali

Il-preparazzjoni tar-reżina superassorbenti tal-fibra tal-qoton hija prinċipalment biex tifforma struttura cross-linked bi grad baxx ta 'sostituzzjoni fuq il-ġilda tal-fibra. Cross-linking ma' komposti li ġeneralment għandhom żewġ gruppi funzjonali reattivi jew aktar. Il-gruppi funzjonali li kapaċi jgħaqqdu jinkludu vinyl, hydroxyl, carboxyl, amide, aċidu klorur, oxirane, nitrile, eċċ. Il-proporzjon ta 'assorbiment ta' ilma ta 'reżini superassorbenti ppreparati b'aġenti cross-linking differenti huwa differenti. F'dan l-esperiment, N, N-methylenebisacrylamide jintuża bħala aġent ta' cross-linking, inklużi l-passi li ġejjin:

(1) Iċ-ċelluloża (Rcell) tirreaġixxi b'soluzzjoni alkalina biex tiġġenera ċelluloża alkali, u r-reazzjoni ta 'alkalizzazzjoni taċ-ċelluloża hija reazzjoni eżotermika mgħaġġla. It-tnaqqis tat-temperatura jwassal għall-formazzjoni ta 'fibri alkali u jista' jinibixxi l-idroliżi tagħhom. Iż-żieda ta 'alkoħols tista' żżid id-diżordni taċ-ċelluloża, li hija ta 'benefiċċju għall-alkalizzazzjoni u l-eterifikazzjoni sussegwenti.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) Ċelluloża alkali u aċidu monokloroaċetiku jiġġeneraw ċelluloża karbossimetilika tas-sodju, u r-reazzjoni ta 'eterifikazzjoni tappartjeni għar-reazzjoni ta' sostituzzjoni nukleofilika:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-methylenebisacrylamide cross-linked biex tinkiseb reżina super assorbenti. Minħabba li għad hemm numru kbir ta 'gruppi hydroxyl fuq il-katina molekulari tal-fibra carboxymethyl, l-jonizzazzjoni tal-grupp hydroxyl taċ-ċelluloża u l-jonizzazzjoni tar-rabta doppja acryloyl fuq il-katina molekulari ta' N, N-methylenebisacrylamide jistgħu jiġu attivati ​​taħt l-azzjoni ta 'katalisi alkali, u mbagħad Cross-linking bejn ktajjen molekulari taċ-ċelluloża sseħħ permezz tal-kondensazzjoni ta' Michael, u immedjatament jgħaddi minn skambju ta 'protoni bl-ilma biex issir reżina superassorbenti taċ-ċelluloża li ma tinħallx fl-ilma.

2.2 Materja prima u strumenti

Materja prima: qoton assorbenti (maqtugħ f'linters), idrossidu tas-sodju, aċidu monokloroaċetiku, N, N-methylenebisacrylamide, etanol assolut, aċetun.

Strumenti: flixkun bi tliet għonq, tħawwad elettriku, kondensatur ta 'rifluss, flixkun tal-filtru tal-ġbid, lembut Buchner, forn tat-tnixxif bil-vakwu, pompa tal-vakwu tal-ilma li jiċċirkola.

2.3 Metodu ta 'preparazzjoni

2.3.1 Alkalinizzazzjoni

Żid 1 g ta 'qoton assorbenti mal-flixkun bi tliet għonq, imbagħad żid ċertu ammont ta' soluzzjoni ta 'idrossidu tas-sodju u etanol assolut, żomm it-temperatura taħt it-temperatura tal-kamra, u ħawwad għal xi żmien.

2.3.2 Eterifikazzjoni

Żid ċertu ammont ta 'aċidu chloroacetic u ħawwad għal 1h.

2.3.2 Crosslinking

Fl-istadju aktar tard ta 'eterifikazzjoni, N,N-methylenebisacrylamide ġie miżjud fi proporzjon biex iwettaq cross-linking, u mħawwad f'temperatura tal-kamra għal sagħtejn.

2.3.4 Post-ipproċessar

Uża aċidu aċetiku glaċjali biex taġġusta l-valur tal-pH għal 7, aħsel il-melħ bl-etanol, aħsel l-ilma bl-aċetun, iffiltra bil-ġbid, u nixxef bil-vakwu għal 4 sigħat (f'madwar 60°C, grad vakwu 8.8kPa) biex tikseb prodott tal-filament tal-qoton abjad.

2.4 Ittestjar analitiku

Ir-rata ta 'assorbiment ta' ilma (WRV) hija determinata permezz ta 'għarbil, jiġifieri, 1g tal-prodott (G) huwa miżjud ma' beaker li jkun fih 100ml ta 'ilma distillat (V1), mxarrba għal 24 siegħa, iffiltrat minn skrin tal-istainless steel ta' 200 malji , u l-ilma fil-qiegħ tal-iskrin jinġabar (V2). Il-formula tal-kalkolu hija kif ġej: WRV=(V1-V2)/G.

3. Riżultati u diskussjoni

3.1 Għażla ta' kundizzjonijiet ta' reazzjoni ta' alkalizzazzjoni

Fil-proċess tal-produzzjoni ta 'ċelluloża alkali bl-azzjoni tal-fibra tal-qoton u soluzzjoni alkalina, il-kundizzjonijiet tal-proċess għandhom impatt sinifikanti fuq il-prestazzjoni tal-prodott. Hemm ħafna fatturi fir-reazzjoni ta 'alkalizzazzjoni. Għall-konvenjenza tal-osservazzjoni, il-metodu tad-disinn tal-esperimenti ortogonali huwa adottat.

Kundizzjonijiet oħra: Is-solvent huwa 20ml ta 'etanol assolut, il-proporzjon ta' alkali għal aġent eterifikazzjoni (mol/md) huwa 3:1, u l-aġent ta 'crosslinking huwa 0.05g.

Ir-riżultati sperimentali juru li: relazzjoni primarja u sekondarja: C>A>B, l-aħjar proporzjon: A3B3C3. Il-konċentrazzjoni ta 'lye hija l-aktar fattur importanti fir-reazzjoni ta' alkalizzazzjoni. Il-konċentrazzjoni għolja ta 'lye hija li twassal għall-formazzjoni ta' ċelluloża alkali. Madankollu, għandu jiġi nnutat li iktar ma tkun għolja l-konċentrazzjoni ta 'lye, akbar ikun il-kontenut tal-melħ tar-reżina superassorbenti ppreparata. Għalhekk, meta taħsel il-melħ bl-etanol, aħsel diversi drabi biex tiżgura li l-melħ fil-prodott jitneħħa, sabiex ma taffettwax il-kapaċità tal-assorbiment tal-ilma tal-prodott.

3.2 Effett tad-dożaġġ tal-aġent ta' crosslinking fuq il-prodott WRV

Il-kundizzjonijiet sperimentali huma: 20ml ta 'etanol assolut, proporzjon ta' 2.3:1 ta 'alkali għal aġent ta' eterifikazzjoni, 20ml ta 'lye, u 90min ta' alkalizzazzjoni.

Ir-riżultati wrew li l-ammont ta 'aġent ta' cross-linking affettwa l-grad ta 'cross-linking ta' CMC-Na. Cross-linking eċċessiv iwassal għal struttura ta 'netwerk stretta fl-ispazju tal-prodott, li hija kkaratterizzata minn rata baxxa ta' assorbiment ta 'ilma u elastiċità fqira wara l-assorbiment ta' l-ilma; meta l-ammont ta 'aġent ta' cross-linking huwa żgħir, il-cross-linking ma jkunx komplut, u hemm prodotti li jinħallu fl-ilma, li jaffettwaw ukoll ir-rata ta 'assorbiment ta' ilma. Meta l-ammont ta 'aġent ta' cross-linking huwa inqas minn 0.06g, ir-rata ta 'assorbiment tal-ilma tiżdied biż-żieda tal-ammont ta' aġent ta 'cross-linking, meta l-ammont ta' aġent ta 'cross-linking ikun aktar minn 0.06g, ir-rata ta' assorbiment tal-ilma tonqos bl-ammont ta 'cross-linking agent. Għalhekk, id-dożaġġ ta 'aġent ta' crosslinking huwa madwar 6% tal-massa tal-fibra tal-qoton.

3.3 Effett tal-kundizzjonijiet ta' eterifikazzjoni fuq il-prodott WRV

Il-kundizzjonijiet sperimentali huma: konċentrazzjoni alkali 40%; volum alkali 20ml; etanol assolut 20ml; dożaġġ ta 'aġent ta' cross-linking 0.06g; alkalizzazzjoni 90min.

Mill-formula tar-reazzjoni kimika, il-proporzjon alkali-etere (NaOH:CICH2-COOH) għandu jkun 2:1, iżda l-ammont attwali ta 'alkali użat huwa akbar minn dan il-proporzjon, minħabba li ċerta konċentrazzjoni ta' alkali ħielsa għandha tkun garantita fis-sistema ta 'reazzjoni , għaliex: ċerti Konċentrazzjoni ogħla ta 'bażi ​​ħielsa hija li twassal għat-tlestija tar-reazzjoni ta' alkalizzazzjoni; ir-reazzjoni ta' cross-linking għandha titwettaq taħt kondizzjonijiet alkalini; xi reazzjonijiet sekondarji jikkunsmaw alkali. Madankollu, jekk l-ammont ta 'alkali jiżdied wisq, il-fibra tal-alkali tiġi degradata serjament, u fl-istess ħin, titnaqqas l-effiċjenza tal-aġent tal-eterifikazzjoni. L-esperimenti juru li l-proporzjon ta 'alkali ma' etere huwa madwar 2.5:1.

3.4 Influwenza tal-ammont tas-solvent

Il-kundizzjonijiet sperimentali huma: konċentrazzjoni alkali 40%; dożaġġ alkali 20ml; proporzjon alkali-etere 2.5:1; dożaġġ ta 'aġent ta' cross-linking 0.06g, alkalizzazzjoni 90min.

L-etanol anidru tas-solvent għandu r-rwol li jxerred, omoġenizza u jżomm l-istat tad-demel likwidu tas-sistema, li huwa ta 'benefiċċju biex ixerred u tittrasferixxi s-sħana rilaxxata waqt il-formazzjoni ta' ċelluloża alkali, u jista 'jnaqqas ir-reazzjoni ta' idroliżi taċ-ċelluloża alkali, u b'hekk jikseb uniformi ċelluloża. Madankollu, jekk l-ammont ta 'alkoħol miżjud huwa wisq, l-alkali u l-monochloroacetate tas-sodju jinħall fih, il-konċentrazzjoni tar-reaġenti tonqos, ir-rata ta' reazzjoni tonqos, u jkollha wkoll effett negattiv fuq il-crosslinking sussegwenti. Meta l-ammont ta 'etanol assolut huwa 20ml, il-valur WRV huwa kbir.

Fil-qosor, l-aktar kundizzjonijiet xierqa għall-preparazzjoni ta 'reżina superassorbenti minn qoton assorbenti alkalizzat u eterifikat karbossimetil cellulose cross-linked minn N, N-methylenebisacrylamide huma: konċentrazzjoni alkali 40%, 20ml mingħajr solvent ta' ilma u etanol, il-proporzjon ta 'alkali għal etere huwa 2.5:1, u d-dożaġġ ta 'aġent ta' crosslinking huwa 0.06g (6% ta 'l-ammont ta' linters tal-qoton).