Маводи суперабсорбент аз эфири селлюлоза

Раванд ва иҷрои маҳсулоти селлюлозаи карбоксиметилӣ бо N, N-метиленбисакриламид барои тайёр кардани қатрони суперабсорбент омӯхта шуда, консентратсияи сілтӣ, миқдори агенти пайвандкунанда, эфиризатсияи ишқӣ ва ҳалкунанда мавриди баррасӣ қарор гирифтанд. Таъсири истфода ба кори азхудкунии об аз маҳсулот. Механизми адсорбсияи қатрони обталаб ба об шарҳ дода шудааст. Таҳқиқот нишон доданд, ки арзиши нигоҳдории об (WRV) ин маҳсулот ба 114 мл/г мерасад.

Калимаҳои калидӣ:эфири селлюлоза; метиленбисакриламид; тайёрй

1、Муқаддима

Қатрони суперабсорбент як маводи полимерӣ бо гурӯҳҳои пурқуввати гидрофилӣ ва дараҷаи муайяни пайвастшавӣ мебошад. Маводҳои маъмули обтаъминкунанда, ба монанди коғаз, пахта ва бангдона дорои сатҳи пасти азхудкунии об ва қобилияти нигоҳдории об паст мебошанд, дар ҳоле ки қатронҳои суперабсорбӣ метавонанд даҳҳо маротиба вазни худашон обро бирӯянд ва геле, ки пас аз ҷабби об пайдо мешавад, ҳатто хушк намешавад. бо фишори ночиз. Қобилияти хуби нигоҳдории об. Он на дар об ҳал мешавад ва на дар ҳалкунандаҳои органикӣ.

Дар занҷири молекулавии маводи аз селлюлоза сохташуда миқдори зиёди гурӯҳҳои гидроксил, гурӯҳҳои карбоксил ва ионҳои гидрати натрий мавҷуданд. Баъди азхудкунии об об бо шабакаи макромолекулярии гидрофилӣ иҳота мешавад ва онро дар зери фишори беруна нигоҳ доштан мумкин аст. Вақте ки об қатрони адсорбсиониро нам мекунад, дар байни қатрон ва об қабати мембранаи нимгузаранда ба вуҷуд меояд. Ба гуфтаи Доннан, аз сабаби консентратсияи баланди ионҳои мобилӣ (Na+) дар қатрони обталаб'Принсипи мувозинат, ин фарқияти консентратсияи ионҳо метавонад боиси фишори осмотикӣ гардад. Заиф, қувваи сусти таркунанда ва варамкуниро ташкил карда, об аз ин қабати мембранаи нимгузаранда мегузарад ва бо гурӯҳҳо ва ионҳои гидрофилӣ дар макромолекулаҳои қатрони суперабсорбент муттаҳид шуда, консентратсияи ионҳои мобилиро коҳиш медиҳад ва ба ин васила ҷаббиш ва варами баланди обро нишон медиҳад. Ин раванди адсорбсия то он даме идома меёбад, ки фарқияти фишори осмотикӣ, ки дар натиҷаи фарқияти консентратсияи ионҳои мобилӣ ба вуҷуд омадааст, ба муқовимат ба васеъшавии минбаъда, ки дар натиҷаи қувваи пайвастагии шабакаи молекулавии қатрони полимерӣ ба вуҷуд омадааст, баробар мешавад. Бартариҳои қатрони суперабсорбент, ки аз селлюлоза омода карда шудаанд, инҳоянд: суръати мӯътадили азхудкунии об, суръати азхудкунии зуди об, муқовимати хуби оби шӯр, заҳролуд нест, арзиши рН-ро осон кардан мумкин аст, дар табиат вайрон карда мешавад ва арзиши паст дорад. доираи истифода. Он метавонад ҳамчун агенти блоки об, кондитсионери хок ва агенти нигоҳдории об дар саноат ва кишоварзӣ истифода шавад. Илова бар ин, он дорои дурнамои хуби рушд ва татбиқ дар соҳаи тандурустӣ, ғизо, микробиология ва тиб мебошад.

2. Қисми таҷрибавӣ

2.1 Принсипи таҷрибавӣ

Тайёр кардани қатрони суперабсорбенти нахи пахта асосан барои ташкили сохтори ба ҳам алоқаманд бо дараҷаи пасти ивазкунӣ дар пӯсти нах иборат аст. Пайвастшавӣ ба пайвастагиҳое, ки одатан ду ё зиёда гурӯҳҳои функсионалии реактивӣ доранд. Ба гурўњњои функсионалии ќобилияти пайваст кардани пайванди винилї, гидроксил, карбоксил, амид, хлориди кислота, оксиран, нитрил ва ѓайра дохил мешаванд. Таносуби азхудкунии оби ќатронњои суперабсорбент, ки бо агентњои гуногуни салиб пайваст карда мешаванд, гуногун аст. Дар ин таҷриба, N, N-метиленбисакриламид ҳамчун агенти байниҳамдигарӣ истифода мешавад, аз ҷумла қадамҳои зерин:

(1) Целлюлоза (Rcell) бо маҳлули сілтӣ барои тавлиди селлюлозаи сілтӣ реаксия мекунад ва реаксияи сілтизатсияи селлюлоза реаксияи зуди экзотермикӣ мебошад. Паст кардани ҳарорат ба ташаккули нахҳои сілтӣ мусоидат мекунад ва метавонад гидролизи онҳоро боздорад. Илова кардани спиртҳо метавонад вайроншавии селлюлозаро зиёд кунад, ки барои алкализатсия ва этеризатсияи минбаъда муфид аст.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) Целлюлозаи ишқорӣ ва кислотаи монохлорастикӣ селлюлозаи натрий карбоксиметилро тавлид мекунанд ва реаксияи эфиризатсия ба реаксияи ивазкунии нуклеофилӣ тааллуқ дорад:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-метиленбисакриламид барои ба даст овардани як қатрони супер абсорбент ба ҳам пайваст. Азбаски дар занҷири молекулавии нахи карбоксиметил то ҳол шумораи зиёди гурӯҳҳои гидроксилӣ мавҷуд аст, дар зери таъсир ионизатсияи гурӯҳи гидроксили селлюлоза ва ионизатсияи пайванди дугонаи акрилоил дар занҷири молекулавии N, N-метиленбисакриламид ба амал омада метавонанд. катализи сілтӣ ва баъдан пайвасти байни занҷирҳои молекулавии селлюлоза тавассути конденсатсияи Майкл ба амал меояд ва фавран ба мубодилаи протон бо об табдил меёбад, то ба қатрони суперабсорбенти селлюлозаи дар об ҳалнашаванда табдил ёбад.

2.2 Ашьёи хом ва асбобхо

Ашёи хом: пахтаи абсорбент (ба линтерҳо бурида), гидроксиди натрий, кислотаи монохлорастикӣ, N, N-метиленбисакриламид, этаноли мутлақ, ацетон.

Асбобҳо: колбаи сегардан, омехтаи барқӣ, конденсатори рефлюкс, колбачаи филтри соркунанда, воҳиди Бюхнер, печи вакууми хушккунӣ, насоси вакууми обӣ.

2.3 Усули тайёр кардан

2.3.1 Алкализатсия

Ба шишаи се гардандор 1 грамм пахтаи абсорбент илова карда, баъд ба микдори муайяни махлули гидроксиди натрий ва этаноли мутлак илова карда, хароратро аз харорати хона пасттар нигох дошта, каме омехта кунед.

2.3.2 Этерификатсия

Миқдори муайяни кислотаи хлорастикӣ илова карда, 1 соат омехта кунед.

2.3.2 Пайвастшавӣ

Дар марҳилаи охирини этерификатсия, N,N-метиленбисакриламид мутаносибан илова карда шуд, то алоқаи байнисоҳавӣ анҷом дода шавад ва дар ҳарорати хонагӣ 2 соат омехта карда шуд.

2.3.4 Коркарди баъди

Кислотаи сиркоии пиряхро барои танзим кардани арзиши рН ба 7 истифода баред, намакро бо этанол бишӯед, обро бо ацетон бишӯед, бо соф филтр кунед ва барои 4 соат хушк кунед (тақрибан 60 дар ҳарорати).°C, дараҷаи вакуум 8,8 кПа) барои ба даст овардани маҳсулоти нахи пахтаи сафед.

2.4 Санҷиши таҳлилӣ

Меъёри азхудкунии об (WRV) тавассути ҷумбонидан муайян карда мешавад, яъне 1 г маҳсулот (G) ба стакане, ки дорои 100 мл оби тозашуда (V1) мавҷуд аст, илова карда мешавад, ки дар тӯли 24 соат тар карда мешавад ва тавассути экрани аз пӯлоди зангногир 200-тор филтр карда мешавад. , ва об дар поёни экран ҷамъ карда мешавад (V2). Формулаи ҳисоб чунин аст: WRV=(V1-V2)/G.

3. Натиҷаҳо ва муҳокима

3.1 Интихоби шароити реаксияи сілтизатсия

Дар процесси хосил намудани целлюлозаи ишголй бо таъсири нахи пахта ва махлули сілтй шароити процесс ба кори махсулот таъсири калон мерасонад. Дар реаксияи алкализатсия омилҳои зиёде мавҷуданд. Барои осонии мушоҳида усули тарҳрезии таҷрибаҳои ортогоналӣ қабул шудааст.

Шароитҳои дигар: Ҳалкунанда 20 мл этаноли мутлақ, таносуби сілтӣ ба агенти эфиркунанда (мол/мд) 3:1 ва агенти пайвасткунанда 0,05 г аст.

Натиҷаҳои таҷриба нишон медиҳанд, ки: муносибати ибтидоӣ ва дуюмдараҷа: C>A>B, таносуби беҳтарин: A3B3C3. Консентратсияи lye омили муҳимтарини реаксияи сілтизатсия мебошад. Консентратсияи баланди lye ба ташаккули селлюлозаи ишқорӣ мусоидат мекунад. Аммо бояд гуфт, ки консентратсияи lye хар кадар зиёд бошад, намаки катрони суперабсорбенти тайёршуда хамон кадар зиёд мешавад. Аз ин рӯ, ҳангоми шустани намак бо этанол, онро чанд бор бишӯед, то ки намаки маҳсулот хориҷ карда шавад, то ба қобилияти азхудкунии об таъсир нарасонад.

3.2 Таъсири вояи агенти crosslinking ба маҳсулоти WRV

Шароити таҷрибавӣ инҳоянд: 20 мл этаноли мутлақ, 2,3:1 таносуби сілтӣ ба агенти этерификация, 20 мл лие ва 90 дақиқа сілтизатсия.

Натиҷаҳо нишон доданд, ки миқдори агенти байниҳамдигарӣ ба дараҷаи пайвастшавии CMC-Na таъсир мерасонад. Пайвастшавии аз ҳад зиёд ба сохтори қатъии шабака дар фазои маҳсулот оварда мерасонад, ки бо суръати пасти азхудкунии об ва чандирии заиф пас аз азхудкунии об тавсиф мешавад; вакте ки микдори агенти байнихамдигарй хурд аст, алокаи байнихамдигарй нопурра аст ва махсулоти дар об халшаванда мавчуд аст, ки ба суръати азхудкунии об низ таъсир мерасонанд. Дар сурати аз 0,06 г камтар будани микдори агенти байнихамдигарии об, суръати азхудкунии об бо зиёд шудани микдори агенти байнихамдигар зиёд мешавад бо микдори агенти байнихамдигарй. Аз ин ру, микдори микдори агенти пайвандкунанда кариб 6 фоизи массаи нахи пахтаро ташкил медихад.

3.3 Таъсири шароити этерификатсия ба маҳсулоти WRV

Шароити таҷрибавӣ инҳоянд: консентратсияи сілтӣ 40%; ҳаҷми сілтӣ 20 мл; мутлақ этанол 20 мл; вояи агенти байниҳамдигарӣ 0,06 г; алкализатсия 90 дақиқа.

Аз формулаи реаксияи химиявӣ таносуби сілтӣ-эфир (NaOH:CICH2-COOH) бояд 2:1 бошад, аммо миқдори воқеии ишғоли истифодашуда аз ин таносуб зиёдтар аст, зеро дар системаи реаксия консентратсияи муайяни ишқори озод бояд кафолат дода шавад. , зеро: муайян Консентратсияи баландтари базаи озод ба анҷом ёфтани реаксияи ишкоркунӣ мусоидат мекунад; реаксияи байниҳамдигарӣ бояд дар шароити сілтӣ гузаронида шавад; баъзе аксуламалҳои тарафӣ ишқорро истеъмол мекунанд. Аммо, агар миқдори ишқор аз ҳад зиёд илова карда шавад, нахи сілтӣ ба таври ҷиддӣ вайрон мешавад ва дар айни замон самаранокии агенти этерификатсия кам мешавад. Таҷрибаҳо нишон медиҳанд, ки таносуби сілтӣ ба эфир тақрибан 2,5:1 аст.

3.4 Таъсири миқдори пардохтпазир

Шароити таҷрибавӣ инҳоянд: консентратсияи сілтӣ 40%; вояи сілтӣ 20 мл; таносуби ишқор-эфир 2,5:1; Миқдори агенти байниҳамдигарӣ 0,06 г, алкализатсия 90 дақиқа.

Этаноли ҳалкунандаи беоб дар дисперсия, гомогенизатсия ва нигоҳ доштани ҳолати шлами система нақши муҳим мебозад, ки барои пароканда кардан ва интиқол додани гармии ҳангоми ташаккули селлюлозаи ишқорӣ муфид аст ва метавонад реаксияи гидролизи селлюлозаи ишқорро коҳиш диҳад ва ба ин васила якхела ба даст орад. селлюлоза. Аммо агар микдори спирти иловашуда аз хад зиёд бошад, дар он ишкор ва монохлороацетати натрий хал мешавад, консентратсияи реаксияхо кам мешавад, суръати реаксия паст мешавад ва ба пайвастшавии минбаъдаи он низ таъсири манфй мерасонад. Вақте ки миқдори мутлақ этанол 20 мл аст, арзиши WRV калон аст.

Хулоса, шароити аз ҳама мувофиқ барои тайёр кардани қатрони суперабсорбент аз пахтаи абсорбенти алкализатсияшуда ва эфирии карбоксиметилселлюлоза, ки бо N, N-метиленбисакриламид ба ҳам пайвастанд, инҳоянд: консентратсияи сілтӣ 40%, бе ҳалкунанда 20 мл об ва этанол, таносуби сілтӣ ба эфир 2,5:1 ва вояи агенти пайвандкунанда 0,06 г (6% микдори линтерҳои пахта) мебошад.