सेलुलोज ईथरबाट सुपर शोषक सामग्री

N, N-methylenebisacrylamide द्वारा superabsorbent राल तयार गर्नको लागि क्रस-लिंक गरिएको कार्बोक्सिमेथिल सेल्युलोजको प्रक्रिया र उत्पादन कार्यसम्पादन अध्ययन गरियो, र क्षारको एकाग्रता, क्रस-लिङ्किङ एजेन्टको मात्रा, क्षार ईथरिफिकेशन, र विलायक छलफल गरियो। उत्पादन को पानी अवशोषण प्रदर्शन मा खुराक को प्रभाव। पानीमा पानी-शोषक रालको अवशोषण संयन्त्रको व्याख्या गरिएको छ। अध्ययनहरूले देखाएको छ कि यस उत्पादनको पानी प्रतिधारण मूल्य (WRV) 114ml/g पुग्छ।

मुख्य शब्दहरू:सेल्युलोज ईथर; methylenebisacrylamide; तयारी

1,परिचय

Superabsorbent राल बलियो हाइड्रोफिलिक समूह र क्रसलिङ्किङ को एक निश्चित डिग्री संग एक बहुलक सामग्री हो। कागज, कपास, र भांग जस्ता सामान्य पानी-अवशोषित सामग्रीहरूमा कम पानी अवशोषण दर र कम पानी अवधारण क्षमता हुन्छ, जबकि सुपर-अवशोषक रेजिन्सले आफ्नो वजनको दर्जनौं गुणा पानी अवशोषित गर्न सक्छ, र पानी अवशोषित गरेपछि बनेको जेलले पनि निर्जलीकरण गर्दैन। हल्का दबाब संग। उत्कृष्ट पानी प्रतिधारण क्षमता। यो न त पानीमा घुलनशील छ न अर्गानिक विलायकमा।

सेल्युलोजबाट बनेको सुपर शोषक पदार्थको आणविक श्रृंखलामा हाइड्रोक्सिल समूह, कार्बोक्सिल समूह र सोडियम हाइड्रेट आयनहरू ठूलो संख्यामा छन्। पानी अवशोषण पछि, पानी एक हाइड्रोफिलिक macromolecular नेटवर्क द्वारा घेरिएको छ र बाहिरी दबाब मा राख्न सकिन्छ। जब पानीले शोषण राललाई ओसिलो बनाउँछ, राल र पानीको बीचमा अर्ध-पारगम्य झिल्लीको तह बनाइन्छ। डोनानका अनुसार पानी-शोषक रालमा मोबाइल आयन (Na+) को उच्च एकाग्रताको कारणले'सन्तुलन सिद्धान्त, यो आयन एकाग्रता भिन्नताले आसमोटिक दबाव निम्त्याउन सक्छ। कमजोर, ओसिलो हुने र सुन्निने कमजोर शक्तिको रूपमा, पानी अर्ध-पारगम्य झिल्लीको यस तहबाट जान्छ र हाइड्रोफिलिक समूहहरू र सुपरअब्सोर्बेन्ट रालको म्याक्रोमोलिक्युलहरूमा आयनहरूसँग मिल्छ, जसले मोबाइल आयनको एकाग्रतालाई कम गर्छ, जसले गर्दा उच्च पानी अवशोषण र सूजन देखाउँदछ। यो शोषण प्रक्रिया जारी रहन्छ जबसम्म मोबाइल आयनहरूको एकाग्रतामा भिन्नताको कारणले गर्दा हुने ओस्मोटिक दबाव भिन्नता पोलिमर रालको आणविक नेटवर्कको एकजुट बलको कारणले थप विस्तारको प्रतिरोधको बराबर हुँदैन। सेल्युलोजबाट तयार पारिएको सुपरअब्जर्बेन्ट रालका फाइदाहरू हुन्: मध्यम पानी अवशोषण दर, छिटो पानी अवशोषण गति, राम्रो नुन पानी प्रतिरोध, गैर-विषाक्त, पीएच मान समायोजन गर्न सजिलो, प्रकृतिमा घटाउन सकिन्छ, र कम लागत, त्यसैले यसको फराकिलो छ। प्रयोगको दायरा। यसलाई पानी अवरुद्ध गर्ने एजेन्ट, माटो कन्डिसनर, र उद्योग र कृषिमा पानी रिटेनिङ एजेन्टको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। थप रूपमा, यससँग स्वास्थ्य, खाना, सूक्ष्मजीवविज्ञान, र औषधिमा राम्रो विकास र आवेदन सम्भावनाहरू छन्।

2. प्रयोगात्मक भाग

2.1 प्रयोगात्मक सिद्धान्त

कपास फाइबर सुपरअब्सोर्बेन्ट रालको तयारी मुख्यतया फाइबर छालामा प्रतिस्थापनको कम डिग्रीको साथ क्रस-लिंक गरिएको संरचना बनाउनको लागि हो। सामान्यतया दुई वा बढी प्रतिक्रियात्मक कार्यात्मक समूहहरू भएका यौगिकहरूमा क्रस-लिङ्किङ। क्रस-लिङ्किङ गर्न सक्षम कार्यात्मक समूहहरूमा विनाइल, हाइड्रोक्सिल, कार्बोक्सिल, एमाइड, एसिड क्लोराइड, अक्सिरेन, नाइट्राइल, इत्यादि पर्दछन्। विभिन्न क्रस-लिङ्किङ एजेन्टहरूसँग तयार पारिएको सुपरअब्सोर्बेन्ट रेसिनहरूको पानी अवशोषण अनुपात फरक हुन्छ। यस प्रयोगमा, N, N-methylenebisacrylamide निम्न चरणहरू सहित क्रस-लिङ्किङ एजेन्टको रूपमा प्रयोग गरिन्छ:

(1) सेल्युलोज (Rcell) ले क्षारीय सेलुलोज उत्पन्न गर्न क्षारीय घोलसँग प्रतिक्रिया गर्दछ, र सेल्युलोजको क्षारीय प्रतिक्रिया द्रुत एक्जोथर्मिक प्रतिक्रिया हो। तापक्रम घटाउँदा क्षारीय फाइबरको निर्माणको लागि अनुकूल हुन्छ र तिनीहरूको हाइड्रोलाइसिसलाई रोक्न सक्छ। अल्कोहलहरू थप्दा सेल्युलोजको विकार बढाउन सक्छ, जुन क्षारीकरण र त्यसपछिको ईथरिफिकेशनको लागि लाभदायक हुन्छ।

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(२) अल्काली सेलुलोज र मोनोक्लोरोएसेटिक एसिडले सोडियम कार्बोक्सिमेथाइल सेलुलोज उत्पन्न गर्छ, र इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियासँग सम्बन्धित छ:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-methylenebisacrylamide क्रस-लिंक गरिएको एक सुपर शोषक राल प्राप्त गर्न। कार्बोक्साइमेथाइल फाइबरको आणविक चेनमा अझै ठूलो संख्यामा हाइड्रोक्सिल समूहहरू रहेको हुनाले, सेल्युलोजको हाइड्रोक्सिल समूहको आयनीकरण र एन, एन-मेथिलेनेबिसाक्रिलामाइडको आणविक श्रृंखलामा एक्रिलॉयल डबल बन्डको आयनीकरण कार्य अन्तर्गत ट्रिगर गर्न सकिन्छ। क्षारीय उत्प्रेरकको, र त्यसपछि सेल्युलोज आणविक चेनहरू बीचको क्रस-लिङ्किङ माइकल कन्डेन्सेसनको माध्यमबाट हुन्छ, र तुरुन्तै पानीमा अघुलनशील सेलुलोज सुपरअब्सोर्बेन्ट राल बन्न पानीसँग प्रोटोन आदानप्रदान हुन्छ।

2.2 कच्चा पदार्थ र उपकरणहरू

कच्चा माल: शोषक कपास (लिन्टरमा काटिएको), सोडियम हाइड्रोक्साइड, मोनोक्लोरोएसेटिक एसिड, एन, एन-मेथिलेनेबिसाक्रिलामाइड, निरपेक्ष इथेनॉल, एसीटोन।

उपकरणहरू: थ्री-नेक फ्लास्क, इलेक्ट्रिक स्टिरिङ, रिफ्लक्स कन्डेन्सर, सक्शन फिल्टर फ्लास्क, बुचनर फनेल, भ्याकुम ड्राइङ ओभन, सर्कुलेटिङ वाटर भ्याकुम पम्प।

2.3 तयारी विधि

2.3.1 क्षारीयकरण

तीन-घाँटीको बोतलमा 1 ग्राम शोषक कपास थप्नुहोस्, त्यसपछि निश्चित मात्रामा सोडियम हाइड्रोक्साइड घोल र निरपेक्ष इथानोल थप्नुहोस्, तापक्रमलाई कोठाको तापक्रमभन्दा तल राख्नुहोस् र केही बेर हलचल गर्नुहोस्।

२.३.२ ईथरिफिकेशन

क्लोरोएसेटिक एसिडको निश्चित मात्रा थप्नुहोस् र 1 घण्टाको लागि हलचल गर्नुहोस्।

२.३.२ क्रसलिङ्किङ

ईथरिफिकेशनको पछिल्लो चरणमा, क्रस-लिङ्किङ गर्नको लागि N,N-methylenebisacrylamide अनुपातमा थपियो, र कोठाको तापक्रममा २ घण्टासम्म हलचल गरियो।

2.3.4 पोस्ट-प्रोसेसिङ

पीएच मान 7 मा समायोजन गर्न ग्लेशियल एसिटिक एसिड प्रयोग गर्नुहोस्, नुनलाई इथानोलले पखाल्नुहोस्, एसीटोनले पानी पखाल्नुहोस्, सक्शनले फिल्टर गर्नुहोस्, र 4 घण्टा (लगभग 60 मा) भ्याकुम ड्राई गर्नुहोस्।°C, भ्याकुम डिग्री 8.8kPa) सेतो कपास फिलामेन्ट उत्पादन प्राप्त गर्न।

2.4 विश्लेषणात्मक परीक्षण

पानी अवशोषण दर (WRV) सिभिङद्वारा निर्धारण गरिन्छ, अर्थात्, उत्पादनको 1 ग्राम (G) 100ml डिस्टिल्ड वाटर (V1) भएको बीकरमा थपिन्छ, 24 घण्टा भिजाइन्छ, 200-जालको स्टेनलेस स्टील स्क्रिन मार्फत फिल्टर गरिन्छ। , र स्क्रिनको तल्लो भागमा पानी जम्मा हुन्छ (V2)। गणना सूत्र निम्नानुसार छ: WRV=(V1-V2)/G.

3. परिणाम र छलफल

3.1 क्षारीय प्रतिक्रिया अवस्थाहरूको चयन

कपास फाइबर र क्षारीय समाधान को कार्य द्वारा क्षारी सेल्युलोज उत्पादन को प्रक्रिया मा, प्रक्रिया अवस्था उत्पादन को प्रदर्शन मा एक महत्वपूर्ण प्रभाव छ। क्षारीय प्रतिक्रियामा धेरै कारकहरू छन्। अवलोकनको सुविधाको लागि, अर्थोगोनल प्रयोग डिजाइन विधि अपनाइन्छ।

अन्य अवस्थाहरू: विलायक 20ml निरपेक्ष इथेनॉल हो, क्षारको ईथरफाइङ्ग एजेन्ट (mol/md) को अनुपात 3:1 हो, र क्रसलिङ्किङ एजेन्ट 0.05g हो।

प्रयोगात्मक नतिजाहरूले देखाउँछन् कि: प्राथमिक र माध्यमिक सम्बन्ध: C>A>B, उत्तम अनुपात: A3B3C3। लाइको एकाग्रता क्षारीय प्रतिक्रियामा सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण कारक हो। लाइ को उच्च एकाग्रता क्षार सेल्युलोज को गठन को लागी अनुकूल छ। यद्यपि, यो ध्यान दिनुपर्छ कि लाइको सांद्रता जति उच्च हुन्छ, तयार सुपरअब्सोर्बेन्ट रालको नुन सामग्री त्यति नै बढी हुन्छ। तसर्थ, इथानोलले नुन धुँदा, उत्पादनको पानी अवशोषण क्षमतालाई असर नगर्नको लागि, उत्पादनमा नुन हटाइएको सुनिश्चित गर्न यसलाई धेरै पटक धुनुहोस्।

3.2 उत्पादन WRV मा क्रसलिङ्किङ एजेन्ट खुराक को प्रभाव

प्रयोगात्मक अवस्थाहरू हुन्: निरपेक्ष इथेनोलको 20ml, क्षारको 2.3: 1 अनुपात इथरिफिकेशन एजेन्ट, 20ml लाई, र 90 मिनेट क्षारीकरण।

परिणामहरूले देखाए कि क्रस-लिङ्किङ एजेन्टको मात्राले CMC-Na को क्रस-लिङ्किङ डिग्रीलाई असर गर्यो। अत्यधिक क्रस-लिङ्किङले उत्पादन स्पेसमा एक तंग नेटवर्क संरचना निम्त्याउँछ, जुन कम पानी अवशोषण दर र पानी अवशोषण पछि खराब लोचको विशेषता हो। जब क्रस-लिङ्किङ एजेन्टको मात्रा सानो हुन्छ, क्रस-लिङ्किङ अपूर्ण हुन्छ, र त्यहाँ पानी-घुलनशील उत्पादनहरू छन्, जसले पानी अवशोषण दरलाई पनि असर गर्छ। जब क्रस-लिङ्किङ एजेन्टको मात्रा 0.06g भन्दा कम हुन्छ, पानी अवशोषण दर क्रस-लिङ्किङ एजेन्टको मात्रा बढ्दै जान्छ, जब क्रस-लिङ्किङ एजेन्टको मात्रा 0.06g भन्दा बढी हुन्छ, पानी अवशोषण दर घट्छ। क्रस-लिङ्किङ एजेन्ट को मात्रा संग। तसर्थ, क्रसलिङ्किङ एजेन्टको खुराक कपास फाइबर मासको लगभग 6% हो।

3.3 उत्पादन WRV मा इथरिफिकेशन अवस्थाहरूको प्रभाव

प्रयोगात्मक अवस्थाहरू हुन्: क्षार एकाग्रता 40%; क्षार मात्रा 20ml; निरपेक्ष इथेनॉल 20ml; क्रस-लिङ्किङ एजेन्ट खुराक 0.06 ग्राम; क्षारीकरण 90 मिनेट।

रासायनिक प्रतिक्रिया सूत्रबाट, क्षार-इथर अनुपात (NaOH:CICH2-COOH) 2:1 हुनुपर्छ, तर प्रयोग गरिएको क्षारको वास्तविक मात्रा यो अनुपात भन्दा ठूलो छ, किनभने प्रतिक्रिया प्रणालीमा निश्चित मुक्त क्षार एकाग्रताको ग्यारेन्टी हुनुपर्छ। , किनभने: नि: शुल्क आधारको निश्चित उच्च एकाग्रता क्षारीय प्रतिक्रिया को पूरा गर्न को लागी अनुकूल छ; क्रस-लिङ्किङ प्रतिक्रिया क्षारीय अवस्था अन्तर्गत हुनुपर्छ; केही साइड प्रतिक्रियाहरूले क्षार उपभोग गर्छन्। यद्यपि, यदि क्षारको मात्रा धेरै थपियो भने, क्षार फाइबर गम्भीर रूपमा घटाइनेछ, र एकै समयमा, इथरिफिकेशन एजेन्टको दक्षता कम हुनेछ। प्रयोगहरूले देखाउँछन् कि क्षार र ईथरको अनुपात लगभग 2.5:1 छ।

3.4 विलायक मात्रा को प्रभाव

प्रयोगात्मक अवस्थाहरू हुन्: क्षार एकाग्रता 40%; क्षार खुराक 20ml; अल्काली-इथर अनुपात 2.5:1; क्रस-लिङ्किङ एजेन्ट खुराक ०.०६ ग्राम, क्षारीकरण ९० मिनेट।

विलायक निर्जल इथानोलले प्रणालीको स्लरी अवस्थालाई फैलाउन, एकरूपता र कायम राख्ने भूमिका खेल्छ, जुन क्षार सेल्युलोजको गठनको क्रममा जारी गरिएको तापलाई फैलाउन र स्थानान्तरण गर्न लाभदायक हुन्छ, र क्षार सेल्युलोजको हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रियालाई कम गर्न सक्छ, जसले गर्दा एकरूपता प्राप्त हुन्छ। सेल्युलोज। यद्यपि, यदि अल्कोहलको मात्रा धेरै थपियो भने, क्षार र सोडियम मोनोक्लोरोएसीटेट यसमा विघटन हुनेछ, प्रतिक्रियाकर्ताहरूको एकाग्रता घट्नेछ, प्रतिक्रिया दर घट्नेछ, र यसले पछिको क्रसलिङ्किङमा प्रतिकूल प्रभाव पार्नेछ। जब निरपेक्ष इथेनॉलको मात्रा 20ml हुन्छ, WRV मान ठूलो हुन्छ।

संक्षेपमा, N, N-methylenebisacrylamide द्वारा क्रस-लिङ्क गरिएको शोषक कपास क्षारीय र ईथरफाइड कार्बोक्साइमेथाइल सेल्युलोजबाट सुपरअब्जर्बेन्ट राल तयार गर्नका लागि सबैभन्दा उपयुक्त अवस्थाहरू हुन्: क्षार एकाग्रता 40%, विलायक-मुक्त 20ml पानी र इथानोलको अल्कालीयो। २.५:१ छ, र क्रसलिङ्किङ एजेन्टको खुराक ०.०६ ग्राम (कटन लिन्टरको मात्राको ६%) हो।