Super absorberend materiaal van cellulose ether

Het proces en de productprestaties van carboxymethylcellulose verknoopt door N, N-methyleenebisacrylamide om superabsorbens hars te bereiden werden bestudeerd en de concentratie van alkali, de hoeveelheid verknopingsmiddelen, alkali-etherificatie en oplosmiddel werden besproken. Het effect van dosering op de waterabsorptieprestaties van het product. Het adsorptiemechanisme van de water-absorberende hars tot water wordt uitgelegd. Studies hebben aangetoond dat de waterretentiewaarde (WRV) van dit product 114 ml/g bereikt.

Sleutelwoorden:cellulose ether; methyleenebisacrylamide; voorbereiding

1、Invoering

Superabsorbens hars is een polymeermateriaal met sterke hydrofiele groepen en een zekere mate van verknoping. Gemeenschappelijke waterabsorberende materialen zoals papier, katoen en hennep hebben een lage waterabsorptiesnelheid en een slecht waterretentiecapaciteit, terwijl superabsorbens harsen tientallen keren hun eigen gewicht kunnen absorberen, en de gel gevormd na absorberend water zal zelfs niet uitdrogen met lichte druk. Uitstekende waterretentiecapaciteit. Het is noch oplosbaar in water, noch in organische oplosmiddelen.

Er zijn een groot aantal hydroxylgroepen, carboxylgroepen en natriumhydraationen op de moleculaire keten van het superabsorberende materiaal gemaakt van cellulose. Na het absorberen van water wordt het water omgeven door een hydrofiel macromoleculair netwerk en kan het onder externe druk worden bewaard. Wanneer water de adsorptiehars bevochtigt, wordt een laag semi-permeabel membraan gevormd tussen de hars en water. Vanwege de hoge concentratie mobiele ionen (Na+) in de water-absorberende hars, volgens Donnan'S Aquilibriumprincipe, dit ionenconcentratieverschil kan osmotische druk veroorzaken. Slecht, die een bevochtigende en zwellende zwakke kracht vormt, gaat water door deze laag semi-permeabel membraan en combineert met hydrofiele groepen en ionen op de macromoleculen van de superabsorbens hars, waardoor de concentratie van mobiele ionen wordt verminderd, waardoor een hoge waterabsorptie en zwelling wordt getoond. Dit adsorptieproces gaat door totdat het osmotische drukverschil veroorzaakt door het verschil in de concentratie van mobiele ionen gelijk is aan de weerstand tegen verdere expansie veroorzaakt door de samenhangende kracht van het moleculaire netwerk van de polymeerhars. De voordelen van superabsorberende hars bereid uit cellulose zijn: matige waterabsorptiesnelheid, snelle waterabsorptiesnelheid, goede weerstand van zout water, niet-toxisch, gemakkelijk aan te passen pH-waarde, kunnen van aard worden afgebroken en lage kosten, dus het heeft een breed bereik van gebruik. Het kan worden gebruikt als waterblokkeermiddel, bodemconditioner en waterbehoudende middel in de industrie en de landbouw. Bovendien heeft het goede ontwikkelings- en toepassingsperspectieven in gezondheid, voedsel, microbiologie en geneeskunde.

2. Experimenteel deel

2.1 Experimenteel principe

De bereiding van superabsorberende hars van katoenvezel is voornamelijk om een ​​verknoopte structuur te vormen met een lage mate van substitutie op de vezelhuid. Verslinking van verbindingen die over het algemeen twee of meer reactieve functionele groepen hebben. De functionele groepen die in staat zijn om te verknopen, zijn vinyl, hydroxyl, carboxyl, amide, zuurchloride, oxiraan, nitril, enz. De waterabsorptieverhouding van superabsorberende harsen bereid met verschillende verknopingsmiddelen is anders. In dit experiment wordt N, N-methyleenebisacrylamide gebruikt als een verknopingsmiddel, inclusief de volgende stappen:

(1) Cellulose (RCELL) reageert met alkalische oplossing om alkali -cellulose te genereren, en de alkalisatiereactie van cellulose is een snelle exotherme reactie. Het verlagen van de temperatuur is bevorderlijk voor de vorming van alkali -vezels en kan hun hydrolyse remmen. Het toevoegen van alcoholen kan de aandoening van cellulose vergroten, wat gunstig is voor alkalisatie en daaropvolgende etherificatie.

Rcelloh+NaOH→Rcellona+H2O

(2) Alkali -cellulose en monochloorazijnzuur genereren natriumcarboxymethylcellulose, en de ethergie -reactie behoort tot de nucleofiele substitutiereactie:

Rcellona+clch2coona→Rcelloch2coona+NaCl

(3) N, N-methyleenebisacrylamide verknoopt om een ​​superabsorberende hars te verkrijgen. Omdat er nog steeds een groot aantal hydroxylgroepen zijn op de moleculaire keten van carboxymethylvezel, kan de ionisatie van de hydroxylgroep van cellulose en de ionisatie van de acryloyl dubbele binding op de moleculaire keten van N, N-methyleenbisacrylamide worden geactiveerd onder de actie van alkali-katalyse, en vervolgens verknoping tussen cellulosemoleculaire ketens vindt plaats door Michael-condensatie en ondergaat onmiddellijk protonenuitwisseling met water om een ​​in water onoplosbare cellulose-superabsorbens hars te worden.

2.2 grondstoffen en instrumenten

Grondstoffen: absorberend katoen (gesneden in linters), natriumhydroxide, monochloorazijnzuur, N, N-methyleenbisacrylamide, absolute ethanol, aceton.

Instrumenten: driehalskolf, elektrisch roeren, refluxcondensor, zuigfilterfles, Buchner-trechter, vacuümdroogoven, circulerende watervacuümpomp.

2.3 Bereidingsmethode

2.3.1 Alkalinisatie

Voeg 1 g absorberend katoen toe aan de fles met drie nek en voeg vervolgens een bepaalde hoeveelheid natriumhydroxide-oplossing en absolute ethanol toe, houd de temperatuur onder kamertemperatuur en roer een tijdje.

2.3.2 Etherificatie

Voeg een bepaalde hoeveelheid chloorazijnzuur toe en roer 1 uur.

2.3.2 Crosslinking

In de latere stadium van de etherificatie werd N, N-methyleenebisacrylamide toegevoegd in verhouding tot het uitvoeren van verknoping en 2 uur bij kamertemperatuur geroerd.

2.3.4 Natuurverwerking

Gebruik ijsazijn om de pH -waarde aan te passen aan 7, was het zout weg met ethanol, was het water weg met aceton, filter met zuigkracht en vacuüm gedurende 4 uur droog (op ongeveer 60°C, vacuüm graad 8,8kpa) om een ​​wit katoenen filamentproduct te verkrijgen.

2.4 Analytische tests

De waterabsorptiesnelheid (WRV) wordt bepaald door zeven, dat wil zeggen, 1 g van het product (G) wordt toegevoegd aan een beker die 100 ml gedestilleerd water (V1) bevat, gedurende 24 uur gedrenkt, gefilterd door een roestvrijstalen scherm van 200 mesh en het water onderaan het scherm wordt verzameld (v2). De berekeningsformule is als volgt: wrv = (v1-v2)/g.

3. Resultaten en discussie

3.1 Selectie van alkalisatiereactieomstandigheden

In het proces van het produceren van alkali -cellulose door de werking van katoenvezel- en alkalische oplossing, hebben de procesomstandigheden een aanzienlijke invloed op de prestaties van het product. Er zijn veel factoren in de alkalisatiereactie. Voor het gemak van observatie wordt de ontwerpmethode voor orthogonale experiment aangenomen.

Andere voorwaarden: het oplosmiddel is 20 ml absolute ethanol, de verhouding van alkali tot etherifying (mol/md) is 3: 1 en het crosslinkingsmiddel is 0,05 g.

De experimentele resultaten laten zien dat: primaire en secundaire relatie: c> a> b, de beste verhouding: A3B3C3. De concentratie van loog is de belangrijkste factor in de alkalisatiereactie. De hoge concentratie loog is bevorderlijk voor de vorming van alkali -cellulose. Er moet echter worden opgemerkt dat hoe hoger de concentratie van loog, hoe groter het zoutgehalte van de voorbereide superabsorbens hars. Daarom was u bij het wassen van het zout met ethanol meerdere keren om ervoor te zorgen dat het zout in het product wordt verwijderd, om de waterabsorptiecapaciteit van het product niet te beïnvloeden.

3.2 Effect van crosslinking -agent dosering op product WRV

De experimentele omstandigheden zijn: 20 ml absolute ethanol, 2,3: 1 verhouding van alkali tot ethertheriveringsmiddel, 20 ml loog en 90min alkalisatie.

De resultaten toonden aan dat de hoeveelheid verknopingsmiddel de verknopingsgraad van CMC-NA beïnvloedde. Overmatige verknoping leidt tot een strakke netwerkstructuur in de productruimte, die wordt gekenmerkt door een lage waterabsorptiesnelheid en slechte elasticiteit na waterabsorptie; Wanneer de hoeveelheid verknopingsmiddel klein is, is de verknoping onvolledig en zijn er in water oplosbare producten, die ook de waterabsorptiesnelheid beïnvloeden. Wanneer de hoeveelheid verknopingsmiddel minder dan 0,06 g is, neemt de waterabsorptiesnelheid toe met de toename van de hoeveelheid verknopingsmiddel, wanneer de hoeveelheid verknopingsmiddel meer dan 0,06 g is, neemt de waterabsorptiesnelheid af met de hoeveelheid verknopingsagent. Daarom is de dosering van het verknopingsmiddel ongeveer 6% van de katoenen vezelmassa.

3.3 Effect van ethperificatiecondities op product WRV

De experimentele omstandigheden zijn: Alkali -concentratie 40%; Alkali -volume 20 ml; Absolute ethanol 20 ml; Dosering van het verknopingsmiddel 0,06 g; Alkalisatie 90min.

Uit de chemische reactieformule moet de alkali-etherverhouding (NaOH: Cich2-Cooh) 2: 1 zijn, maar de werkelijke hoeveelheid alkali is groter dan deze verhouding, omdat een bepaalde vrije alkali-concentratie moet worden gegarandeerd in het reactiesysteem , omdat: zeker een hogere concentratie van vrije basis bevorderlijk is voor de voltooiing van de alkalisatiereactie; De verknopingsreactie moet worden uitgevoerd onder alkalische omstandigheden; Sommige zijreacties verbruiken alkali. Als de hoeveelheid alkali echter te veel wordt toegevoegd, zal de alkali -vezel ernstig worden afgebroken en tegelijkertijd wordt de efficiëntie van het ethertherificatie -agent verminderd. Experimenten tonen aan dat de verhouding van alkali tot ether ongeveer 2,5: 1 is.

3.4 Invloed van het bedrag van het oplosmiddel

De experimentele omstandigheden zijn: Alkali -concentratie 40%; Alkali -dosering 20 ml; Alkali-ether ratio 2.5: 1; Dosering van het verknopingsmiddel 0,06 g, alkalisatie 90min.

De watervrije ethanol van oplosmiddel speelt de rol van verspreiding, homogeniseren en handhaven van de slurry -toestand van het systeem, dat gunstig is om de warmte van het warmte van alkali -cellulose te verspreiden en over te dragen en kan de hydrolysereactie van alkali -cellulose verminderen, daardoor uniform cellulose. Als de hoeveelheid toegevoegde alcohol echter te veel is, zal het alkali- en natriummonochlooracetaat erin oplossen, de concentratie van reactanten zal afnemen, de reactiesnelheid zal afnemen en zal het ook een negatief effect hebben op de daaropvolgende verknoping. Wanneer de hoeveelheid absolute ethanol 20 ml is, is de WRV -waarde groot.

Samenvattend, de meest geschikte omstandigheden voor het bereiden van superabsorberende hars van absorberend katoen-alkaliseerde en geëtherifieerde carboxymethylcellulose verknoopt door N, N-methyleenbisacrylamide zijn: alkali concentratie 40%, oplosmiddelvrije 20 ml water en ethanol, de verhouding van alkali tot alkali tot alkali tot alkali tot alkal. is 2,5: 1, en de dosering van crosslinkmiddel is 0,06 g (6% van de hoeveelheid katoenen linters).