Nyenzo ya Kufyonza Zaidi kutoka kwa Etha ya Cellulose

mchakato na utendaji wa bidhaa ya carboxymethyl selulosi msalaba-wanaohusishwa na N, N-methylenebisacrylamide kuandaa superabsorbent resin walikuwa alisoma, na mkusanyiko wa alkali, kiasi cha wakala msalaba-kuunganisha, alkali etherification, na kutengenezea zilijadiliwa. Athari za kipimo kwenye utendaji wa ngozi ya maji ya bidhaa. Utaratibu wa adsorption ya resin ya kunyonya maji kwa maji inaelezwa. Uchunguzi umeonyesha kuwa thamani ya kuhifadhi maji (WRV) ya bidhaa hii hufikia 114ml/g.

Maneno muhimu:etha ya selulosi; methylenebisacrylamide; maandalizi

1,Utangulizi

Resin ya superabsorbent ni nyenzo ya polima yenye vikundi vikali vya hydrophilic na kiwango fulani cha kuunganisha. Nyenzo za kawaida za kunyonya maji kama vile karatasi, pamba na katani zina kiwango cha chini cha kunyonya maji na uwezo duni wa kuhifadhi maji, wakati resini zinazofyonzwa sana zinaweza kunyonya maji mara kadhaa ya uzito wao wenyewe, na gel inayoundwa baada ya kunyonya maji haitapunguza maji hata. na shinikizo kidogo. Uwezo bora wa kuhifadhi maji. Haiyeyuki katika maji wala katika vimumunyisho vya kikaboni.

Kuna idadi kubwa ya vikundi vya hidroksili, vikundi vya kaboksili na ioni za hidrati za sodiamu kwenye mnyororo wa molekuli ya nyenzo ya kufyonza sana iliyotengenezwa na selulosi. Baada ya kunyonya maji, maji yanazungukwa na mtandao wa macromolecular ya hydrophilic na inaweza kubakizwa chini ya shinikizo la nje. Wakati maji yana unyevu wa resin ya adsorption, safu ya utando wa nusu-penyezaji huundwa kati ya resini na maji. Kwa sababu ya mkusanyiko mkubwa wa ioni za rununu (Na+) kwenye resini inayonyonya maji, kulingana na Donnan.'s kanuni ya usawa, tofauti hii ya ukolezi wa ion inaweza kusababisha shinikizo la kiosmotiki. Maskini, kutengeneza unyevu na uvimbe dhaifu nguvu, maji hupitia safu hii ya utando nusu-penyeza na unachanganya na makundi hydrophilic na ioni juu ya macromolecules ya superabsorbent resin, kupunguza msongamano wa ions simu, na hivyo kuonyesha juu ya maji ngozi na uvimbe. Utaratibu huu wa adsorption unaendelea mpaka tofauti ya shinikizo la osmotic inayosababishwa na tofauti katika mkusanyiko wa ioni za simu ni sawa na upinzani wa upanuzi zaidi unaosababishwa na nguvu ya kushikamana ya mtandao wa molekuli ya resin ya polymer. Faida za resin ya superabsorbent iliyoandaliwa kutoka kwa selulosi ni: kiwango cha wastani cha kunyonya maji, kasi ya kunyonya maji ya haraka, upinzani mzuri wa maji ya chumvi, yasiyo ya sumu, rahisi kurekebisha thamani ya pH, inaweza kuharibiwa kwa asili, na gharama ya chini, kwa hiyo ina pana. mbalimbali ya matumizi. Inaweza kutumika kama wakala wa kuzuia maji, kiyoyozi cha udongo, na wakala wa kubakiza maji katika tasnia na kilimo. Kwa kuongeza, ina maendeleo mazuri na matarajio ya matumizi katika afya, chakula, microbiolojia, na dawa.

2. Sehemu ya majaribio

2.1 Kanuni ya majaribio

Maandalizi ya resin ya superabsorbent ya pamba ni hasa kuunda muundo unaounganishwa na kiwango cha chini cha uingizwaji kwenye ngozi ya nyuzi. Kuunganisha kwa misombo ambayo kwa ujumla ina vikundi viwili au zaidi tendaji tendaji. Vikundi vya kazi vinavyoweza kuunganisha msalaba ni pamoja na vinyl, hydroxyl, carboxyl, amide, kloridi ya asidi, oxirane, nitrile, nk. Uwiano wa kunyonya maji ya resini za superabsorbent zilizoandaliwa na mawakala tofauti wa kuunganisha msalaba ni tofauti. Katika jaribio hili, N, N-methylenebisacrylamide hutumiwa kama wakala wa kuunganisha, ikiwa ni pamoja na hatua zifuatazo:

(1) Selulosi (Rseli) humenyuka pamoja na myeyusho wa alkali kuzalisha selulosi ya alkali, na mmenyuko wa alkali wa selulosi ni mmenyuko wa haraka wa exothermic. Kupunguza joto kunafaa kwa uundaji wa nyuzi za alkali na kunaweza kuzuia hidrolisisi yao. Kuongeza alkoholi kunaweza kuongeza ugonjwa wa selulosi, ambayo ni ya manufaa kwa alkalization na etherification inayofuata.

RcellOH+NaOH→RcellONA+H2O

(2) Selulosi ya alkali na asidi ya monochloroasetiki huzalisha selulosi ya sodiamu kaboksimethyl, na mmenyuko wa etherification ni wa mmenyuko wa badala ya nukleofili:

RcellONA+ClCH2COONA→RcellOCH2COONA+NaCl

(3) N, N-methylenebisacrylamide iliyounganishwa ili kupata resin ya kunyonya sana. Kwa sababu bado kuna idadi kubwa ya vikundi vya hidroksili kwenye mnyororo wa molekuli ya nyuzi za carboxymethyl, ionization ya kikundi cha hydroxyl ya selulosi na ionization ya dhamana ya acryloyl kwenye mnyororo wa Masi ya N, N-methylenebisacrylamide inaweza kuanzishwa chini ya hatua. ya kichocheo cha alkali, na kisha Kuunganisha kwa msalaba kati ya minyororo ya molekuli ya selulosi hutokea kwa njia ya Michael condensation, na mara moja hupitia kubadilishana protoni na maji kuwa resini isiyoyeyuka selulosi superabsorbent.

2.2 Malighafi na vyombo

Malighafi: pamba ya kunyonya (kata ndani ya lita), hidroksidi ya sodiamu, asidi ya monochloroacetic, N, N-methylenebisacrylamide, ethanol kabisa, asetoni.

Vyombo: chupa yenye shingo tatu, kichocheo cha umeme, kikonyo cha reflux, chupa ya chujio cha kufyonza, faneli ya Buchner, tanuri ya kukausha utupu, pampu ya utupu ya maji inayozunguka.

2.3 Mbinu ya maandalizi

2.3.1 Uwekaji alkali

Ongeza 1 g ya pamba ya kunyonya kwenye chupa yenye shingo tatu, kisha ongeza kiasi fulani cha suluhisho la hidroksidi ya sodiamu na ethanoli kabisa, weka joto chini ya joto la kawaida, na ukoroge kwa muda.

2.3.2 Etherification

Ongeza kiasi fulani cha asidi ya kloroasetiki na koroga kwa 1h.

2.3.2 Kuunganisha

Katika hatua ya baadaye ya etherification, N,N-methylenebisacrylamide iliongezwa kwa uwiano ili kutekeleza kuunganisha, na kukorogwa kwenye joto la kawaida kwa saa 2.

2.3.4 Baada ya usindikaji

Tumia asidi ya glacial ya asetiki kurekebisha thamani ya pH hadi 7, osha chumvi kwa ethanoli, osha maji kwa asetoni, chujio kwa kufyonza, na kavu utupu kwa saa 4 (kama saa 60).°C, shahada ya utupu 8.8kPa) ili kupata bidhaa nyeupe ya pamba.

2.4 Uchunguzi wa uchambuzi

Kiwango cha kunyonya maji (WRV) huamuliwa kwa kuchuja, ambayo ni, 1g ya bidhaa (G) huongezwa kwenye glasi iliyo na 100ml ya maji yaliyochujwa (V1), iliyowekwa kwa masaa 24, iliyochujwa kupitia skrini ya chuma cha pua yenye matundu 200. , na maji chini ya skrini hukusanywa (V2). Fomula ya kukokotoa ni kama ifuatavyo: WRV=(V1-V2)/G.

3. Matokeo na majadiliano

3.1 Uteuzi wa hali ya mmenyuko wa alkalization

Katika mchakato wa kuzalisha selulosi ya alkali kwa hatua ya fiber ya pamba na ufumbuzi wa alkali, hali ya mchakato ina athari kubwa juu ya utendaji wa bidhaa. Kuna mambo mengi katika mmenyuko wa alkalization. Kwa urahisi wa uchunguzi, mbinu ya kubuni ya majaribio ya orthogonal inapitishwa.

Masharti mengine: Kiyeyusho ni 20ml ya ethanoli kabisa, uwiano wa alkali na wakala wa etherifying (mol/md) ni 3:1, na wakala wa kuunganisha ni 0.05g.

Matokeo ya majaribio yanaonyesha kuwa: uhusiano wa msingi na wa pili: C>A>B, uwiano bora: A3B3C3. Mkusanyiko wa lye ni jambo muhimu zaidi katika mmenyuko wa alkalization. Mkusanyiko mkubwa wa lye unafaa kwa uundaji wa selulosi ya alkali. Hata hivyo, ni lazima ieleweke kwamba juu ya mkusanyiko wa lye, zaidi ya chumvi ya resin iliyoandaliwa ya superabsorbent. Kwa hiyo, wakati wa kuosha chumvi na ethanol, safisha mara kadhaa ili kuhakikisha kuwa chumvi katika bidhaa imeondolewa, ili usiathiri uwezo wa kunyonya maji wa bidhaa.

3.2 Athari ya kipimo cha wakala wa kuunganisha kwenye bidhaa WRV

Masharti ya majaribio ni: 20ml ya ethanoli kabisa, 2.3:1 uwiano wa alkali na wakala wa etherification, 20ml ya lye, na 90min ya alkali.

Matokeo yalionyesha kuwa kiasi cha wakala-unganishi kiliathiri kiwango cha uunganishaji wa CMC-Na. Uunganisho mwingi wa msalaba husababisha muundo mkali wa mtandao katika nafasi ya bidhaa, ambayo ina sifa ya kiwango cha chini cha kunyonya maji na elasticity mbaya baada ya kunyonya maji; wakati kiasi cha wakala wa kuunganisha msalaba ni mdogo, kuunganisha msalaba haujakamilika, na kuna bidhaa za mumunyifu wa maji, ambazo pia huathiri kiwango cha kunyonya maji. Wakati kiasi cha wakala wa kuunganisha msalaba ni chini ya 0.06g, kiwango cha kunyonya maji huongezeka kwa ongezeko la kiasi cha wakala wa kuunganisha msalaba, wakati kiasi cha wakala wa kuunganisha msalaba ni zaidi ya 0.06g, kiwango cha kunyonya maji hupungua. na kiasi cha wakala wa kuunganisha. Kwa hiyo, kipimo cha wakala wa kuunganisha ni karibu 6% ya molekuli ya nyuzi za pamba.

3.3 Athari ya hali ya etherification kwenye WRV ya bidhaa

Masharti ya majaribio ni: ukolezi wa alkali 40%; kiasi cha alkali 20ml; ethanol kabisa 20ml; kipimo cha wakala wa kuunganisha 0.06g; alkalization 90min.

Kutoka kwa fomula ya majibu ya kemikali, uwiano wa alkali-etha (NaOH:CICH2-COOH) unapaswa kuwa 2:1, lakini kiasi halisi cha alkali kinachotumiwa ni kikubwa kuliko uwiano huu, kwa sababu mkusanyiko fulani wa alkali usiolipishwa lazima uhakikishwe katika mfumo wa athari. , kwa sababu: fulani Mkusanyiko wa juu wa msingi wa bure unafaa kwa kukamilika kwa mmenyuko wa alkalization; mmenyuko wa kuunganisha msalaba lazima ufanyike chini ya hali ya alkali; baadhi ya athari za upande hutumia alkali. Hata hivyo, ikiwa kiasi cha alkali kinaongezwa sana, nyuzi za alkali zitaharibiwa sana, na wakati huo huo, ufanisi wa wakala wa etherification utapungua. Majaribio yanaonyesha kuwa uwiano wa alkali na etha ni takriban 2.5:1.

3.4 Ushawishi wa kiasi cha kutengenezea

Masharti ya majaribio ni: ukolezi wa alkali 40%; kipimo cha alkali 20ml; uwiano wa alkali-etha 2.5: 1; kipimo cha wakala wa kuunganisha 0.06g, alkalization 90min.

Anhidrasi ya kutengenezea ethanoli ina jukumu la kutawanya, kufanya homogenizing na kudumisha hali ya tope ya mfumo, ambayo ni ya manufaa kutawanya na kuhamisha joto iliyotolewa wakati wa kuunda selulosi ya alkali, na inaweza kupunguza majibu ya hidrolisisi ya selulosi ya alkali, na hivyo kupata sare. selulosi. Hata hivyo, ikiwa kiasi cha pombe kilichoongezwa ni kikubwa sana, monochloroacetate ya alkali na sodiamu itapasuka ndani yake, mkusanyiko wa reactants itapungua, kiwango cha majibu kitapungua, na pia itakuwa na athari mbaya kwa kuunganisha baadae. Wakati kiasi cha ethanol kamili ni 20ml, thamani ya WRV ni kubwa.

Kwa muhtasari, hali zinazofaa zaidi za kuandaa resin ya superabsorbent kutoka kwa pamba ajizi ya alkali na etherified carboxymethyl cellulose msalaba-zilizounganishwa na N, N-methylenebisacrylamide ni: alkali ukolezi 40%, 20ml isiyo na kutengenezea ya maji na ethanol, uwiano wa alkali na etha. ni 2.5:1, na kipimo cha wakala wa kuunganisha ni 0.06g (6% ya kiasi cha lita za pamba).