సెల్యులోజ్ ఈథర్ నుండి సూపర్ అబ్సార్బెంట్ మెటీరియల్

సూపర్అబ్సోర్బెంట్ రెసిన్‌ను తయారు చేయడానికి N, N-మిథైలీన్‌బిసాక్రిలమైడ్ ద్వారా క్రాస్-లింక్ చేయబడిన కార్బాక్సిమీథైల్ సెల్యులోజ్ యొక్క ప్రక్రియ మరియు ఉత్పత్తి పనితీరు అధ్యయనం చేయబడ్డాయి మరియు క్షార సాంద్రత, క్రాస్-లింకింగ్ ఏజెంట్ మొత్తం, క్షార ఈథరిఫికేషన్ మరియు ద్రావకం చర్చించబడ్డాయి. ఉత్పత్తి యొక్క నీటి శోషణ పనితీరుపై మోతాదు ప్రభావం. నీటికి నీరు-శోషక రెసిన్ యొక్క శోషణ విధానం వివరించబడింది. ఈ ఉత్పత్తి యొక్క నీటి నిలుపుదల విలువ (WRV) 114ml/g చేరుతుందని అధ్యయనాలు చూపిస్తున్నాయి.

ముఖ్య పదాలు:సెల్యులోజ్ ఈథర్; మిథైలెబిసాక్రిలమైడ్; తయారీ

1,పరిచయం

సూపర్అబ్సోర్బెంట్ రెసిన్ అనేది బలమైన హైడ్రోఫిలిక్ సమూహాలు మరియు నిర్దిష్ట స్థాయి క్రాస్‌లింకింగ్‌తో కూడిన పాలిమర్ పదార్థం. కాగితం, పత్తి మరియు జనపనార వంటి సాధారణ నీటిని శోషించే పదార్థాలు తక్కువ నీటి శోషణ రేటు మరియు పేలవమైన నీటిని నిలుపుకునే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి, అయితే సూపర్-శోషక రెసిన్లు తమ సొంత బరువుకు డజన్ల కొద్దీ నీటిని గ్రహించగలవు మరియు నీటిని పీల్చుకున్న తర్వాత ఏర్పడిన జెల్ కూడా డీహైడ్రేట్ చేయదు. స్వల్ప ఒత్తిడితో. అద్భుతమైన నీటి నిలుపుదల సామర్థ్యం. ఇది నీటిలో లేదా సేంద్రీయ ద్రావకాలలో కరగదు.

సెల్యులోజ్‌తో తయారు చేయబడిన సూపర్ శోషక పదార్థం యొక్క పరమాణు గొలుసుపై పెద్ద సంఖ్యలో హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు, కార్బాక్సిల్ సమూహాలు మరియు సోడియం హైడ్రేట్ అయాన్లు ఉన్నాయి. నీటిని గ్రహించిన తర్వాత, నీటిని హైడ్రోఫిలిక్ మాక్రోమోలిక్యులర్ నెట్‌వర్క్‌తో చుట్టుముట్టింది మరియు బాహ్య ఒత్తిడిలో నిలుపుకోవచ్చు. నీరు శోషణ రెసిన్‌ను తేమ చేసినప్పుడు, రెసిన్ మరియు నీటి మధ్య సెమీ-పారగమ్య పొర యొక్క పొర ఏర్పడుతుంది. డోనన్ ప్రకారం, నీటి-శోషక రెసిన్‌లో మొబైల్ అయాన్ల (Na+) అధిక సాంద్రత కారణంగా'సమతౌల్య సూత్రం ప్రకారం, ఈ అయాన్ ఏకాగ్రత వ్యత్యాసం ద్రవాభిసరణ ఒత్తిడికి కారణమవుతుంది. బలహీనమైన, తేమ మరియు వాపు బలహీనమైన శక్తిని ఏర్పరుస్తుంది, నీరు సెమీ-పారగమ్య పొర యొక్క ఈ పొర గుండా వెళుతుంది మరియు సూపర్అబ్సార్బెంట్ రెసిన్ యొక్క స్థూల కణాలపై హైడ్రోఫిలిక్ సమూహాలు మరియు అయాన్లతో కలిపి, మొబైల్ అయాన్ల సాంద్రతను తగ్గిస్తుంది, తద్వారా అధిక నీటి శోషణ మరియు వాపును చూపుతుంది. మొబైల్ అయాన్ల ఏకాగ్రతలో వ్యత్యాసం కారణంగా ఏర్పడే ద్రవాభిసరణ పీడన వ్యత్యాసం పాలిమర్ రెసిన్ యొక్క పరమాణు నెట్‌వర్క్ యొక్క బంధన శక్తి వల్ల కలిగే మరింత విస్తరణకు నిరోధకతకు సమానం అయ్యే వరకు ఈ అధిశోషణ ప్రక్రియ కొనసాగుతుంది. సెల్యులోజ్ నుండి తయారుచేసిన సూపర్అబ్సోర్బెంట్ రెసిన్ యొక్క ప్రయోజనాలు: మితమైన నీటి శోషణ రేటు, వేగవంతమైన నీటి శోషణ వేగం, మంచి ఉప్పు నీటి నిరోధకత, విషపూరితం కాదు, pH విలువను సర్దుబాటు చేయడం సులభం, ప్రకృతిలో అధోకరణం చెందుతుంది మరియు తక్కువ ధర, కాబట్టి ఇది విస్తృతంగా ఉంటుంది. ఉపయోగాల శ్రేణి. ఇది పరిశ్రమ మరియు వ్యవసాయంలో నీటిని నిరోధించే ఏజెంట్‌గా, మట్టి కండీషనర్‌గా మరియు నీటిని నిలుపుకునే ఏజెంట్‌గా ఉపయోగించవచ్చు. అదనంగా, ఇది ఆరోగ్యం, ఆహారం, మైక్రోబయాలజీ మరియు వైద్యంలో మంచి అభివృద్ధి మరియు అనువర్తన అవకాశాలను కలిగి ఉంది.

2. ప్రయోగాత్మక భాగం

2.1 ప్రయోగాత్మక సూత్రం

పత్తి ఫైబర్ సూపర్అబ్సోర్బెంట్ రెసిన్ తయారీ ప్రధానంగా ఫైబర్ చర్మంపై తక్కువ స్థాయి ప్రత్యామ్నాయంతో క్రాస్-లింక్డ్ స్ట్రక్చర్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. సాధారణంగా రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ రియాక్టివ్ ఫంక్షనల్ గ్రూపులను కలిగి ఉండే సమ్మేళనాలకు క్రాస్-లింకింగ్. వినైల్, హైడ్రాక్సిల్, కార్బాక్సిల్, అమైడ్, యాసిడ్ క్లోరైడ్, ఆక్సిరేన్, నైట్రిల్ మొదలైనవి క్రాస్-లింకింగ్ చేయగల క్రియాత్మక సమూహాలలో ఉన్నాయి. వివిధ క్రాస్-లింకింగ్ ఏజెంట్లతో తయారుచేసిన సూపర్అబ్సోర్బెంట్ రెసిన్ల నీటి శోషణ నిష్పత్తి భిన్నంగా ఉంటుంది. ఈ ప్రయోగంలో, N, N-methylenebisacrylamide క్రింది దశలతో సహా క్రాస్-లింకింగ్ ఏజెంట్‌గా ఉపయోగించబడుతుంది:

(1) సెల్యులోజ్ (Rcell) ఆల్కలీ సెల్యులోజ్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఆల్కలీన్ ద్రావణంతో చర్య జరుపుతుంది మరియు సెల్యులోజ్ యొక్క ఆల్కలైజేషన్ ప్రతిచర్య వేగవంతమైన ఎక్సోథర్మిక్ ప్రతిచర్య. ఉష్ణోగ్రతను తగ్గించడం క్షార ఫైబర్స్ ఏర్పడటానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు వాటి జలవిశ్లేషణను నిరోధించవచ్చు. ఆల్కహాల్‌లను జోడించడం వల్ల సెల్యులోజ్ రుగ్మత పెరుగుతుంది, ఇది ఆల్కలైజేషన్ మరియు తదుపరి ఈథరిఫికేషన్‌కు ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది.

RcellOH+NaOH→Rcellona+H2O

(2) ఆల్కలీ సెల్యులోజ్ మరియు మోనోక్లోరోఅసిటిక్ యాసిడ్ సోడియం కార్బాక్సిమీథైల్ సెల్యులోజ్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి మరియు ఈథరిఫికేషన్ ప్రతిచర్య న్యూక్లియోఫిలిక్ ప్రత్యామ్నాయ ప్రతిచర్యకు చెందినది:

Rcellona+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-methylenebisacrylamide ఒక సూపర్ శోషక రెసిన్‌ను పొందేందుకు క్రాస్-లింక్ చేయబడింది. కార్బాక్సిమీథైల్ ఫైబర్ యొక్క పరమాణు గొలుసుపై ఇప్పటికీ పెద్ద సంఖ్యలో హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు ఉన్నందున, సెల్యులోజ్ యొక్క హైడ్రాక్సిల్ సమూహం యొక్క అయనీకరణం మరియు N యొక్క పరమాణు గొలుసుపై అక్రిలాయిల్ డబుల్ బాండ్ యొక్క అయనీకరణం, N-మిథైలెన్బిసాక్రిలమైడ్ చర్య కింద ప్రేరేపించబడతాయి. క్షార ఉత్ప్రేరకము, ఆపై సెల్యులోజ్ పరమాణు గొలుసుల మధ్య క్రాస్-లింకింగ్ మైఖేల్ సంగ్రహణ ద్వారా సంభవిస్తుంది మరియు వెంటనే నీటితో ప్రోటాన్ మార్పిడికి గురై నీటిలో కరగని సెల్యులోజ్ సూపర్అబ్సార్బెంట్ రెసిన్‌గా మారుతుంది.

2.2 ముడి పదార్థాలు మరియు సాధనాలు

ముడి పదార్థాలు: శోషక పత్తి (లీంటర్లుగా కట్), సోడియం హైడ్రాక్సైడ్, మోనోక్లోరోఅసిటిక్ యాసిడ్, N, N-మిథైలెన్బిసాక్రిలమైడ్, సంపూర్ణ ఇథనాల్, అసిటోన్.

పరికరాలు: మూడు-మెడల ఫ్లాస్క్, ఎలక్ట్రిక్ స్టిరింగ్, రిఫ్లక్స్ కండెన్సర్, చూషణ ఫిల్టర్ ఫ్లాస్క్, బుచ్నర్ గరాటు, వాక్యూమ్ డ్రైయింగ్ ఓవెన్, సర్క్యులేటింగ్ వాటర్ వాక్యూమ్ పంప్.

2.3 తయారీ విధానం

2.3.1 ఆల్కలీనైజేషన్

మూడు-మెడల సీసాలో 1 గ్రా శోషక పత్తిని జోడించండి, ఆపై కొంత మొత్తంలో సోడియం హైడ్రాక్సైడ్ ద్రావణం మరియు సంపూర్ణ ఇథనాల్‌ను జోడించండి, ఉష్ణోగ్రతను గది ఉష్ణోగ్రత కంటే తక్కువగా ఉంచి, కాసేపు కదిలించు.

2.3.2 ఈథరిఫికేషన్

ఒక నిర్దిష్ట మొత్తంలో క్లోరోఅసిటిక్ యాసిడ్ వేసి, 1గం వరకు కదిలించు.

2.3.2 క్రాస్‌లింకింగ్

ఈథరిఫికేషన్ యొక్క తరువాతి దశలో, క్రాస్-లింకింగ్ చేయడానికి N,N-మిథైలెన్బిసక్రిలమైడ్ అనుపాతంలో జోడించబడింది మరియు గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 2 గంటలపాటు కదిలించబడింది.

2.3.4 పోస్ట్-ప్రాసెసింగ్

pH విలువను 7కి సర్దుబాటు చేయడానికి గ్లేసియల్ ఎసిటిక్ యాసిడ్‌ని ఉపయోగించండి, ఉప్పును ఇథనాల్‌తో కడగాలి, అసిటోన్‌తో నీటిని కడగాలి, చూషణతో ఫిల్టర్ చేయండి మరియు 4 గంటల పాటు వాక్యూమ్ డ్రై చేయండి (సుమారు 60 వద్ద°C, వాక్యూమ్ డిగ్రీ 8.8kPa) తెల్లటి కాటన్ ఫిలమెంట్ ఉత్పత్తిని పొందేందుకు.

2.4 విశ్లేషణాత్మక పరీక్ష

నీటి శోషణ రేటు (WRV) జల్లెడ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది, అనగా, 100ml స్వేదనజలం (V1) కలిగిన బీకర్‌లో 1g ఉత్పత్తి (G) జోడించబడుతుంది, 24 గంటల పాటు నానబెట్టి, 200-మెష్ స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ స్క్రీన్ ద్వారా ఫిల్టర్ చేయబడుతుంది. , మరియు స్క్రీన్ దిగువన ఉన్న నీరు సేకరించబడుతుంది (V2). గణన సూత్రం క్రింది విధంగా ఉంది: WRV=(V1-V2)/G.

3. ఫలితాలు మరియు చర్చ

3.1 ఆల్కలైజేషన్ ప్రతిచర్య పరిస్థితుల ఎంపిక

కాటన్ ఫైబర్ మరియు ఆల్కలీన్ ద్రావణం యొక్క చర్య ద్వారా ఆల్కలీ సెల్యులోజ్‌ను ఉత్పత్తి చేసే ప్రక్రియలో, ప్రక్రియ పరిస్థితులు ఉత్పత్తి పనితీరుపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతాయి. ఆల్కలైజేషన్ ప్రతిచర్యలో అనేక అంశాలు ఉన్నాయి. పరిశీలన సౌలభ్యం కోసం, ఆర్తోగోనల్ ప్రయోగ రూపకల్పన పద్ధతిని అవలంబించారు.

ఇతర పరిస్థితులు: ద్రావకం 20ml సంపూర్ణ ఇథనాల్, క్షారానికి ఈథరిఫైయింగ్ ఏజెంట్ (mol/md) నిష్పత్తి 3:1, మరియు క్రాస్‌లింకింగ్ ఏజెంట్ 0.05g.

ప్రయోగాత్మక ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి: ప్రాథమిక మరియు ద్వితీయ సంబంధం: C>A>B, ఉత్తమ నిష్పత్తి: A3B3C3. ఆల్కలైజేషన్ ప్రతిచర్యలో లై యొక్క ఏకాగ్రత చాలా ముఖ్యమైన అంశం. లై యొక్క అధిక సాంద్రత ఆల్కలీ సెల్యులోజ్ ఏర్పడటానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, లై యొక్క ఏకాగ్రత ఎక్కువ, సిద్ధం చేయబడిన సూపర్అబ్సోర్బెంట్ రెసిన్ యొక్క ఉప్పు కంటెంట్ ఎక్కువ అని గమనించాలి. అందువల్ల, ఇథనాల్‌తో ఉప్పును కడగడం, ఉత్పత్తిలోని ఉప్పు తొలగించబడిందని నిర్ధారించుకోవడానికి, ఉత్పత్తి యొక్క నీటి శోషణ సామర్థ్యాన్ని ప్రభావితం చేయకుండా అనేక సార్లు కడగాలి.

3.2 ఉత్పత్తి WRVపై క్రాస్‌లింకింగ్ ఏజెంట్ మోతాదు ప్రభావం

ప్రయోగాత్మక పరిస్థితులు: 20ml సంపూర్ణ ఇథనాల్, 2.3:1 క్షారానికి ఈథరిఫికేషన్ ఏజెంట్, 20ml లై మరియు 90నిమి ఆల్కలైజేషన్.

CMC-Na యొక్క క్రాస్-లింకింగ్ డిగ్రీని క్రాస్-లింకింగ్ ఏజెంట్ మొత్తం ప్రభావితం చేసినట్లు ఫలితాలు చూపించాయి. మితిమీరిన క్రాస్-లింకింగ్ ఉత్పత్తి స్థలంలో గట్టి నెట్‌వర్క్ నిర్మాణానికి దారితీస్తుంది, ఇది నీటి శోషణ తర్వాత తక్కువ నీటి శోషణ రేటు మరియు పేలవమైన స్థితిస్థాపకతతో వర్గీకరించబడుతుంది; క్రాస్-లింకింగ్ ఏజెంట్ మొత్తం తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, క్రాస్-లింకింగ్ అసంపూర్తిగా ఉంటుంది మరియు నీటిలో కరిగే ఉత్పత్తులు ఉన్నాయి, ఇవి నీటి శోషణ రేటును కూడా ప్రభావితం చేస్తాయి. క్రాస్-లింకింగ్ ఏజెంట్ మొత్తం 0.06g కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, క్రాస్-లింకింగ్ ఏజెంట్ మొత్తం పెరుగుదలతో నీటి శోషణ రేటు పెరుగుతుంది, క్రాస్-లింకింగ్ ఏజెంట్ మొత్తం 0.06g కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, నీటి శోషణ రేటు తగ్గుతుంది. క్రాస్-లింకింగ్ ఏజెంట్ మొత్తంతో. అందువల్ల, క్రాస్‌లింకింగ్ ఏజెంట్ యొక్క మోతాదు పత్తి ఫైబర్ ద్రవ్యరాశిలో 6% ఉంటుంది.

3.3 ఉత్పత్తి WRVపై ఈథరిఫికేషన్ పరిస్థితుల ప్రభావం

ప్రయోగాత్మక పరిస్థితులు: క్షార సాంద్రత 40%; క్షార పరిమాణం 20ml; సంపూర్ణ ఇథనాల్ 20ml; క్రాస్-లింకింగ్ ఏజెంట్ మోతాదు 0.06g; క్షారీకరణ 90నిమి.

రసాయన ప్రతిచర్య ఫార్ములా నుండి, క్షార-ఈథర్ నిష్పత్తి (NaOH:CICH2-COOH) 2:1 ఉండాలి, అయితే ఉపయోగించిన ఆల్కలీ యొక్క వాస్తవ పరిమాణం ఈ నిష్పత్తి కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే ప్రతిచర్య వ్యవస్థలో నిర్దిష్ట ఉచిత క్షార సాంద్రత తప్పనిసరిగా ఉండాలి. , ఎందుకంటే: నిర్దిష్ట ఫ్రీ బేస్ యొక్క అధిక సాంద్రత ఆల్కలైజేషన్ రియాక్షన్ పూర్తి చేయడానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది; క్రాస్-లింకింగ్ ప్రతిచర్య ఆల్కలీన్ పరిస్థితులలో తప్పనిసరిగా నిర్వహించబడాలి; కొన్ని దుష్ప్రభావాలు క్షారాన్ని తింటాయి. అయితే, ఆల్కలీ మొత్తం ఎక్కువగా జోడించబడితే, క్షార ఫైబర్ తీవ్రంగా క్షీణిస్తుంది మరియు అదే సమయంలో, ఈథరిఫికేషన్ ఏజెంట్ యొక్క సామర్థ్యం తగ్గుతుంది. క్షారానికి ఈథర్ నిష్పత్తి దాదాపు 2.5:1 అని ప్రయోగాలు చూపిస్తున్నాయి.

3.4 ద్రావణి మొత్తం ప్రభావం

ప్రయోగాత్మక పరిస్థితులు: క్షార సాంద్రత 40%; క్షార మోతాదు 20ml; క్షార-ఈథర్ నిష్పత్తి 2.5:1; క్రాస్-లింకింగ్ ఏజెంట్ మోతాదు 0.06గ్రా, ఆల్కలైజేషన్ 90నిమి.

ద్రావకం అన్‌హైడ్రస్ ఇథనాల్ వ్యవస్థ యొక్క స్లర్రీ స్థితిని చెదరగొట్టడం, సజాతీయపరచడం మరియు నిర్వహించడం వంటి పాత్రను పోషిస్తుంది, ఇది ఆల్కలీ సెల్యులోజ్ ఏర్పడేటప్పుడు విడుదలయ్యే వేడిని వెదజల్లడానికి మరియు బదిలీ చేయడానికి ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది మరియు క్షార సెల్యులోజ్ యొక్క జలవిశ్లేషణ ప్రతిచర్యను తగ్గిస్తుంది, తద్వారా ఏకరీతి పొందవచ్చు. సెల్యులోజ్ అయినప్పటికీ, ఆల్కహాల్ జోడించిన మొత్తం ఎక్కువగా ఉంటే, ఆల్కలీ మరియు సోడియం మోనోక్లోరోఅసిటేట్ దానిలో కరిగిపోతుంది, ప్రతిచర్యల సాంద్రత తగ్గుతుంది, ప్రతిచర్య రేటు తగ్గుతుంది మరియు తదుపరి క్రాస్‌లింకింగ్‌పై కూడా ప్రతికూల ప్రభావం చూపుతుంది. సంపూర్ణ ఇథనాల్ మొత్తం 20ml అయినప్పుడు, WRV విలువ పెద్దదిగా ఉంటుంది.

సారాంశంలో, శోషక కాటన్ ఆల్కలైజ్డ్ మరియు ఈథరైఫైడ్ కార్బాక్సిమీథైల్ సెల్యులోజ్ నుండి సూపర్అబ్సోర్బెంట్ రెసిన్‌ను తయారు చేయడానికి అత్యంత అనుకూలమైన పరిస్థితులు N, N-మిథైలీన్‌బిసాక్రిలమైడ్ ద్వారా క్రాస్-లింక్ చేయబడినవి: క్షార సాంద్రత 40%, ద్రావకం లేని 20ml నీరు మరియు ఇథనాల్, ఆల్కాలి నిష్పత్తి 2.5:1, మరియు క్రాస్‌లింకింగ్ ఏజెంట్ యొక్క మోతాదు 0.06g (కాటన్ లైంటర్ల మొత్తంలో 6%).