Material super absorbues nga eter celuloz

U studiuan procesi dhe performanca e produktit të celulozës karboksimetil të ndërlidhur nga N, N-metilenbisakrilamid për të përgatitur rrëshirë superabsorbuese dhe u diskutua përqendrimi i alkalit, sasia e agjentit ndërlidhës, eterifikimi i alkalit dhe tretësi. Efekti i dozës në performancën e përthithjes së ujit të produktit. Shpjegohet mekanizmi i adsorbimit të rrëshirës absorbuese të ujit në ujë. Studimet kanë treguar se vlera e mbajtjes së ujit (WRV) e këtij produkti arrin në 114 ml/g.

Fjalët kyçe:eter celuloze; metilenbisakrilamid; përgatitjen

1,Hyrje

Rrëshira superabsorbuese është një material polimer me grupe të forta hidrofile dhe një shkallë të caktuar ndërlidhjeje. Materialet e zakonshme që thithin ujin si letra, pambuku dhe kërpi kanë shkallë të ulët të thithjes së ujit dhe kapacitet të dobët të mbajtjes së ujit, ndërsa rrëshirat super-thithëse mund të thithin ujë dhjetëra herë më shumë se pesha e tyre, dhe xheli i formuar pas thithjes së ujit nuk do të dehidratohet as. me presion të lehtë. Kapacitet i shkëlqyer për mbajtjen e ujit. Nuk është as i tretshëm në ujë dhe as në tretës organikë.

Në zinxhirin molekular të materialit super absorbues të bërë nga celuloza, ka një numër të madh grupesh hidroksil, grupe karboksile dhe jonesh hidrate natriumi. Pas thithjes së ujit, uji rrethohet nga një rrjet makromolecular hidrofil dhe mund të mbahet nën presionin e jashtëm. Kur uji njomet rrëshirën e përthithjes, midis rrëshirës dhe ujit formohet një shtresë e membranës gjysmë të përshkueshme. Për shkak të përqendrimit të lartë të joneve të lëvizshëm (Na+) në rrëshirën thithëse të ujit, sipas Donnan'Sipas parimit të ekuilibrit, ky ndryshim i përqendrimit të joneve mund të shkaktojë presion osmotik. I varfër, duke formuar një fuqi të dobët njomëse dhe fryrjeje, uji kalon përmes kësaj shtrese membrane gjysmë të përshkueshme dhe kombinohet me grupe dhe jone hidrofile në makromolekulat e rrëshirës superabsorbuese, duke ulur përqendrimin e joneve të lëvizshme, duke shfaqur kështu thithjen dhe fryrjen e lartë të ujit. Ky proces adsorbimi vazhdon derisa diferenca e presionit osmotik të shkaktuar nga diferenca në përqendrimin e joneve të lëvizshme të jetë e barabartë me rezistencën ndaj zgjerimit të mëtejshëm të shkaktuar nga forca kohezive e rrjetit molekular të rrëshirës polimer. Përparësitë e rrëshirës superabsorbuese të përgatitur nga celuloza janë: shkalla e moderuar e përthithjes së ujit, shpejtësia e shpejtë e thithjes së ujit, rezistenca e mirë ndaj ujit të kripur, jo toksike, vlera e pH e lehtë për t'u rregulluar, mund të degradohet në natyrë dhe kosto e ulët, kështu që ka një shkallë të gjerë. gamën e përdorimeve. Mund të përdoret si agjent bllokues i ujit, kondicioner i tokës dhe agjent për mbajtjen e ujit në industri dhe bujqësi. Përveç kësaj, ai ka perspektiva të mira zhvillimi dhe aplikimi në shëndetësi, ushqim, mikrobiologji dhe mjekësi.

2. Pjesa eksperimentale

2.1 Parimi eksperimental

Përgatitja e rrëshirës superabsorbuese të fibrave të pambukut është kryesisht për të formuar një strukturë të ndërlidhur me një shkallë të ulët zëvendësimi në lëkurën e fibrës. Lidhja e kryqëzuar me komponimet që në përgjithësi kanë dy ose më shumë grupe funksionale reaktive. Grupet funksionale të afta për ndërlidhje përfshijnë vinyl, hidroksil, karboksil, amid, klorur acid, oksirane, nitril, etj. Raporti i përthithjes së ujit të rrëshirave superabsorbuese të përgatitura me agjentë të ndryshëm ndërlidhës është i ndryshëm. Në këtë eksperiment, N, N-metilenbisakrilamid përdoret si një agjent ndërlidhës, duke përfshirë hapat e mëposhtëm:

(1) Celuloza (Rcell) reagon me tretësirën alkaline për të gjeneruar celulozë alkaline, dhe reaksioni i alkalizimit të celulozës është një reaksion i shpejtë ekzotermik. Ulja e temperaturës është e favorshme për formimin e fibrave alkaline dhe mund të pengojë hidrolizën e tyre. Shtimi i alkooleve mund të rrisë çrregullimin e celulozës, e cila është e dobishme për alkalizimin dhe eterifikimin pasues.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) Celuloza alkali dhe acidi monokloroacetik gjenerojnë celulozë natriumi karboksimetil, dhe reaksioni i eterifikimit i përket reaksionit të zëvendësimit nukleofilik:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-metilenbisakrilamid i ndërlidhur për të marrë një rrëshirë super absorbuese. Për shkak se ka ende një numër të madh grupesh hidroksil në zinxhirin molekular të fibrës karboksimetil, jonizimi i grupit hidroksil të celulozës dhe jonizimi i lidhjes dyfishe akriloil në zinxhirin molekular të N, N-metilenbisakrilamidit mund të shkaktohet nën veprim. e katalizës alkali, dhe më pas Lidhja e kryqëzuar ndërmjet zinxhirëve molekularë të celulozës ndodh përmes kondensimit të Michael, dhe menjëherë i nënshtrohet shkëmbimit të protoneve me ujë për t'u bërë një rrëshirë superabsorbuese e celulozës e patretshme në ujë.

2.2 Lëndët e para dhe instrumentet

Lëndët e para: pambuk absorbues (i prerë në linja), hidroksid natriumi, acid monokloroacetik, N, N-metilenbisakrilamide, etanol absolut, aceton.

Instrumentet: balonë me tre qafa, trazues elektrik, kondensator refluks, balonë filtri thithës, hinkë Buchner, furrë tharjeje me vakum, pompë vakum uji qarkullues.

2.3 Mënyra e përgatitjes

2.3.1 Alkalinizimi

Shtoni 1 g pambuk absorbues në shishen me tre qafa, më pas shtoni një sasi të caktuar të tretësirës së hidroksidit të natriumit dhe etanolit absolut, mbani temperaturën nën temperaturën e dhomës dhe përzieni për pak kohë.

2.3.2 Eterifikimi

Shtoni një sasi të caktuar të acidit kloroacetik dhe përzieni për 1 orë.

2.3.2 Lidhja e kryqëzuar

Në fazën e mëvonshme të eterifikimit, N,N-metilenbisakrilamid u shtua në proporcion për të kryer ndërlidhjen dhe u trazua në temperaturën e dhomës për 2 orë.

2.3.4 Pas-përpunimi

Përdorni acid acetik akullnajor për të rregulluar vlerën e pH në 7, lani kripën me etanol, lani ujin me aceton, filtroni me thithje dhe thajeni me vakum për 4 orë (në rreth 60°C, shkalla e vakumit 8,8 kPa) për të marrë një produkt me fije pambuku të bardhë.

2.4 Testimi analitik

Shkalla e përthithjes së ujit (WRV) përcaktohet me anë të sitës, domethënë, 1 g të produktit (G) shtohet në një gotë që përmban 100 ml ujë të distiluar (V1), të njomur për 24 orë, të filtruar përmes një ekrani inoks 200 mesh. , dhe uji në fund të ekranit mblidhet (V2). Formula e llogaritjes është si më poshtë: WRV=(V1-V2)/G.

3. Rezultatet dhe diskutimi

3.1 Përzgjedhja e kushteve të reaksionit të alkalizimit

Në procesin e prodhimit të celulozës alkaline nga veprimi i fibrës së pambukut dhe tretësirës alkaline, kushtet e procesit kanë një ndikim të rëndësishëm në performancën e produktit. Ka shumë faktorë në reaksionin e alkalizimit. Për lehtësinë e vëzhgimit, është miratuar metoda e projektimit të eksperimentit ortogonal.

Kushte të tjera: Tretësi është 20 ml etanol absolut, raporti i alkalit me agjentin eterifikues (mol/md) është 3:1 dhe agjenti ndërlidhës është 0.05 g.

Rezultatet eksperimentale tregojnë se: marrëdhënia primare dhe dytësore: C>A>B, raporti më i mirë: A3B3C3. Përqendrimi i salcës është faktori më i rëndësishëm në reaksionin e alkalizimit. Përqendrimi i lartë i salcës është i favorshëm për formimin e celulozës alkaline. Megjithatë, duhet theksuar se sa më i lartë të jetë përqendrimi i salcës, aq më e madhe është përmbajtja e kripës në rrëshirën superabsorbuese të përgatitur. Prandaj, kur lani kripën me etanol, lani atë disa herë për të siguruar që kripa në produkt të hiqet, në mënyrë që të mos ndikojë në aftësinë përthithëse të ujit të produktit.

3.2 Efekti i dozës së agjentit ndërlidhës në produktin WRV

Kushtet eksperimentale janë: 20 ml etanol absolut, raporti 2,3:1 i alkalit me agjentin eterifikimit, 20 ml salcë dhe 90 min alkalizimi.

Rezultatet treguan se sasia e agjentit ndërlidhës ndikoi në shkallën e ndërlidhjes së CMC-Na. Lidhja e tepruar e tërthortë çon në një strukturë të ngushtë rrjeti në hapësirën e produktit, e cila karakterizohet nga shpejtësia e ulët e thithjes së ujit dhe elasticiteti i dobët pas thithjes së ujit; kur sasia e agjentit ndërlidhës është e vogël, ndërlidhja është e paplotë dhe ka produkte të tretshme në ujë, të cilat gjithashtu ndikojnë në shkallën e përthithjes së ujit. Kur sasia e agjentit ndërlidhës është më e vogël se 0,06 g, shkalla e përthithjes së ujit rritet me rritjen e sasisë së agjentit ndërlidhës, kur sasia e agjentit ndërlidhës është më shumë se 0,06 g, shkalla e përthithjes së ujit zvogëlohet. me sasinë e agjentit ndërlidhës. Prandaj, doza e agjentit ndërlidhës është rreth 6% e masës së fibrave të pambukut.

3.3 Efekti i kushteve të eterifikimit në produktin WRV

Kushtet eksperimentale janë: përqendrimi i alkalit 40%; vëllimi i alkalit 20 ml; etanol absolut 20 ml; doza e agjentit ndërlidhës 0.06 g; alkalizimi 90min.

Nga formula e reaksionit kimik, raporti alkali-eter (NaOH:CICH2-COOH) duhet të jetë 2:1, por sasia aktuale e alkalit të përdorur është më e madhe se ky raport, sepse duhet të garantohet një përqendrim i caktuar i alkalit të lirë në sistemin e reaksionit. , sepse: të caktuara Një përqendrim më i lartë i bazës së lirë është i favorshëm për përfundimin e reaksionit të alkalizimit; reaksioni i ndërlidhjes duhet të kryhet në kushte alkaline; disa reaksione anësore konsumojnë alkalin. Megjithatë, nëse sasia e alkalit shtohet shumë, fibra alkali do të degradohet seriozisht dhe në të njëjtën kohë, efikasiteti i agjentit të eterifikimit do të reduktohet. Eksperimentet tregojnë se raporti i alkalit me eterin është rreth 2.5:1.

3.4 Ndikimi i sasisë së tretësit

Kushtet eksperimentale janë: përqendrimi i alkalit 40%; doza alkali 20ml; raporti alkali-eter 2,5:1; doza e agjentit ndërlidhës 0.06g, alkalizimi 90min.

Etanoli anhidrik tretës luan rolin e shpërndarjes, homogjenizimit dhe mbajtjes së gjendjes së squrit të sistemit, i cili është i dobishëm për shpërndarjen dhe transferimin e nxehtësisë së çliruar gjatë formimit të celulozës alkali dhe mund të zvogëlojë reaksionin e hidrolizës së celulozës alkali, duke përftuar kështu uniforme celulozë . Sidoqoftë, nëse sasia e alkoolit të shtuar është shumë, alkali dhe monokloroacetati i natriumit do të treten në të, përqendrimi i reaktantëve do të ulet, shpejtësia e reagimit do të ulet dhe gjithashtu do të ketë një efekt negativ në lidhjen e mëvonshme të kryqëzuar. Kur sasia e etanolit absolut është 20 ml, vlera e WRV është e madhe.

Si përmbledhje, kushtet më të përshtatshme për përgatitjen e rrëshirës superabsorbuese nga pambuku absorbues i alkalizuar dhe i eterifikuar karboksimetil celulozë të kryqëzuar nga N, N-metilenbisakrilamid janë: përqendrimi i alkalit 40%, pa tretës 20 ml ujë dhe etanol, raporti i alkalit me eterin. është 2.5:1, dhe doza e agjentit ndërlidhës është 0.06 g (6% e sasisë së linjave të pambukut).