Superabsorberande material från cellulosater

Processen och produktprestandan för karboximetylcellulosa tvärbunden med N,N-metylenbisakrylamid för att framställa superabsorberande harts studerades och koncentrationen av alkali, mängden tvärbindningsmedel, alkaliföretring och lösningsmedel diskuterades. Effekten av dosering på produktens vattenabsorptionsförmåga. Adsorptionsmekanismen för det vattenabsorberande hartset till vatten förklaras. Studier har visat att vattenretentionsvärdet (WRV) för denna produkt når 114ml/g.

Nyckelord:cellulosaeter; metylenbisakrylamid; förberedelse

1、Introduktion

Superabsorberande harts är ett polymermaterial med starka hydrofila grupper och en viss grad av tvärbindning. Vanliga vattenabsorberande material som papper, bomull och hampa har låg vattenabsorptionshastighet och dålig vattenretentionskapacitet, medan superabsorberande hartser kan absorbera vatten dussintals gånger sin egen vikt, och gelen som bildas efter att ha absorberat vatten kommer inte att torka ut ens med lätt tryck. Utmärkt vattenhållande förmåga. Det är varken lösligt i vatten eller i organiska lösningsmedel.

Det finns ett stort antal hydroxylgrupper, karboxylgrupper och natriumhydratjoner på molekylkedjan av det superabsorberande materialet av cellulosa. Efter att ha absorberat vatten omges vattnet av ett hydrofilt makromolekylärt nätverk och kan hållas kvar under yttre tryck. När vatten fuktar adsorptionshartset bildas ett skikt av semipermeabelt membran mellan hartset och vattnet. På grund av den höga koncentrationen av mobila joner (Na+) i det vattenabsorberande hartset, enligt Donnan's jämviktsprincip kan denna jonkoncentrationsskillnad orsaka osmotiskt tryck. Dålig, bildar en fuktande och svällande svag kraft, passerar vatten genom detta lager av semipermeabelt membran och kombineras med hydrofila grupper och joner på makromolekylerna i det superabsorberande hartset, vilket minskar koncentrationen av mobila joner, vilket visar hög vattenabsorption och svällning. Denna adsorptionsprocess fortsätter tills den osmotiska tryckskillnaden som orsakas av skillnaden i koncentrationen av mobila joner är lika med motståndet mot ytterligare expansion orsakad av den kohesiva kraften hos polymerhartsens molekylära nätverk. Fördelarna med superabsorberande harts framställt av cellulosa är: måttlig vattenabsorptionshastighet, snabb vattenabsorptionshastighet, god saltvattenbeständighet, giftfri, lätt att justera pH-värde, kan brytas ned i naturen och låg kostnad, så den har en bred användningsområde. Det kan användas som vattenblockerande medel, jordkonditioneringsmedel och vattenkvarhållande medel inom industri och jordbruk. Dessutom har det goda utvecklings- och tillämpningsmöjligheter inom hälsa, livsmedel, mikrobiologi och medicin.

2. Experimentell del

2.1 Experimentell princip

Framställningen av bomullsfiber superabsorberande harts är huvudsakligen för att bilda en tvärbunden struktur med en låg grad av substitution på fiberhuden. Tvärbindning till föreningar som i allmänhet har två eller flera reaktiva funktionella grupper. De funktionella grupperna med förmåga att tvärbinda inkluderar vinyl, hydroxyl, karboxyl, amid, syraklorid, oxiran, nitril, etc. Vattenabsorptionsförhållandet för superabsorberande hartser framställda med olika tvärbindningsmedel är olika. I detta experiment används N,N-metylenbisakrylamid som ett tvärbindningsmedel, inklusive följande steg:

(1) Cellulosa (Rcell) reagerar med alkalisk lösning för att generera alkalicellulosa, och alkaliseringsreaktionen av cellulosa är en snabb exoterm reaktion. Att sänka temperaturen bidrar till bildandet av alkalifibrer och kan hämma deras hydrolys. Tillsats av alkoholer kan öka störningen av cellulosa, vilket är fördelaktigt för alkalisering och efterföljande företring.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) Alkalicellulosa och monoklorättiksyra genererar natriumkarboximetylcellulosa, och företringsreaktionen hör till den nukleofila substitutionsreaktionen:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N,N-metylenbisakrylamid tvärbunden för att erhålla ett superabsorberande harts. Eftersom det fortfarande finns ett stort antal hydroxylgrupper på molekylkedjan av karboximetylfiber, kan joniseringen av hydroxylgruppen av cellulosa och joniseringen av akryloyldubbelbindningen på molekylkedjan av N, N-metylenbisakrylamid utlösas under åtgärden av alkalikatalys och sedan Tvärbindning mellan cellulosamolekylkedjor sker genom Michael-kondensation och genomgår omedelbart protonutbyte med vatten för att bli ett vattenolösligt cellulosa superabsorberande harts.

2.2 Råvaror och instrument

Råmaterial: absorberande bomull (skuren i linters), natriumhydroxid, monoklorättiksyra, N, N-metylenbisakrylamid, absolut etanol, aceton.

Instrument: trehalsad kolv, elektrisk omrörare, återloppskylare, sugfilterkolv, Buchner-tratt, vakuumtorkugn, vakuumpump med cirkulerande vatten.

2.3 Beredningsmetod

2.3.1 Alkalisering

Tillsätt 1 g absorberande bomull till den trehalsade flaskan, tillsätt sedan en viss mängd natriumhydroxidlösning och absolut etanol, håll temperaturen under rumstemperatur och rör om en stund.

2.3.2 Eterifiering

Tillsätt en viss mängd klorättiksyra och rör om i 1 timme.

2.3.2 Tvärbindning

I det senare steget av företringen tillsattes N,N-metylenbisakrylamid i proportion för att utföra tvärbindning och omrördes vid rumstemperatur under 2 timmar.

2.3.4 Efterbearbetning

Använd isättika för att justera pH-värdet till 7, skölj bort saltet med etanol, skölj bort vattnet med aceton, filtrera med sug och vakuumtorka i 4 timmar (vid ca 60°C, vakuumgrad 8,8 kPa) för att erhålla en vit bomullsfilamentprodukt.

2.4 Analytisk testning

Vattenabsorptionshastigheten (WRV) bestäms genom siktning, det vill säga 1 g av produkten (G) tillsätts till en bägare innehållande 100 ml destillerat vatten (V1), blötläggs i 24 timmar, filtreras genom en 200-mesh sikt av rostfritt stål , och vattnet i botten av skärmen samlas upp (V2). Beräkningsformeln är följande: WRV=(V1-V2)/G.

3. Resultat och diskussion

3.1 Val av alkaliseringsreaktionsbetingelser

I processen att producera alkalicellulosa genom verkan av bomullsfiber och alkalisk lösning har processförhållandena en betydande inverkan på produktens prestanda. Det finns många faktorer i alkaliseringsreaktionen. För att underlätta observationen används den ortogonala experimentdesignmetoden.

Övriga förhållanden: Lösningsmedlet är 20 ml absolut etanol, förhållandet mellan alkali och företringsmedel (mol/md) är 3:1 och tvärbindningsmedlet är 0,05 g.

De experimentella resultaten visar att: primärt och sekundärt samband: C>A>B, det bästa förhållandet: A3B3C3. Koncentrationen av lut är den viktigaste faktorn i alkaliseringsreaktionen. Den höga koncentrationen av lut bidrar till bildningen av alkalicellulosa. Det bör dock noteras att ju högre koncentrationen av lut är, desto högre salthalt har det framställda superabsorberande hartset. Därför, när du tvättar saltet med etanol, tvätta det flera gånger för att säkerställa att saltet i produkten tas bort, för att inte påverka produktens vattenabsorptionsförmåga.

3.2 Effekt av tvärbindningsdosering på produkt WRV

De experimentella förhållandena är: 20 ml absolut etanol, förhållandet 2,3:1 mellan alkali och företringsmedel, 20 ml lut och 90 min alkalisering.

Resultaten visade att mängden tvärbindningsmedel påverkade tvärbindningsgraden av CMC-Na. Överdriven tvärbindning leder till en tät nätverksstruktur i produktutrymmet, som kännetecknas av låg vattenabsorptionshastighet och dålig elasticitet efter vattenabsorption; när mängden tvärbindningsmedel är liten är tvärbindningen ofullständig och det finns vattenlösliga produkter som också påverkar vattenabsorptionshastigheten. När mängden tvärbindningsmedel är mindre än 0,06 g, ökar vattenabsorptionshastigheten med ökningen av mängden tvärbindningsmedel, när mängden tvärbindningsmedel är mer än 0,06 g, minskar vattenabsorptionshastigheten med mängden tvärbindningsmedel. Därför är dosen av tvärbindningsmedel ca 6% av bomullsfibermassan.

3.3 Effekt av företringsförhållanden på produkt WRV

De experimentella förhållandena är: alkalikoncentration 40%; alkalivolym 20 ml; absolut etanol 20 ml; dosering av tvärbindningsmedel 0,06 g; alkalisering 90 min.

Från den kemiska reaktionsformeln bör alkali-eterförhållandet (NaOH:CICH2-COOH) vara 2:1, men den faktiska mängden alkali som används är större än detta förhållande, eftersom en viss fri alkalikoncentration måste garanteras i reaktionssystemet , eftersom: viss En högre koncentration av fri bas bidrar till fullbordandet av alkaliseringsreaktionen; tvärbindningsreaktionen måste utföras under alkaliska betingelser; vissa bireaktioner förbrukar alkali. Men om mängden alkali tillsätts för mycket kommer alkalifibern att försämras allvarligt, och samtidigt kommer effektiviteten hos företringsmedlet att minska. Experiment visar att förhållandet mellan alkali och eter är ca 2,5:1.

3.4 Inverkan av lösningsmedelsmängd

De experimentella förhållandena är: alkalikoncentration 40%; alkalidosering 20 ml; alkali-eterförhållande 2,5:1; dosering av tvärbindningsmedel 0,06 g, alkalisering 90 min.

Lösningsmedlet vattenfri etanol spelar rollen av att dispergera, homogenisera och bibehålla systemets slurrytillstånd, vilket är fördelaktigt för att dispergera och överföra värmen som frigörs under bildningen av alkalicellulosa, och kan reducera hydrolysreaktionen av alkalicellulosa och därigenom erhålla enhetlig cellulosa. Men om mängden tillsatt alkohol är för mycket, kommer alkali- och natriummonokloracetatet att lösas i det, koncentrationen av reaktanter kommer att minska, reaktionshastigheten kommer att minska och det kommer också att ha en negativ effekt på den efterföljande tvärbindningen. När mängden absolut etanol är 20 ml är WRV-värdet högt.

Sammanfattningsvis är de mest lämpliga förhållandena för att framställa superabsorberande harts från absorberande bomull alkaliserad och företrad karboximetylcellulosa tvärbunden med N,N-metylenbisakrylamid: alkalikoncentration 40 %, lösningsmedelsfritt 20 ml vatten och etanol, förhållandet mellan alkali och eter är 2,5:1, och dosen av tvärbindningsmedel är 0,06 g (6 % av mängden bomullslinters).