Sobrang sumisipsip na materyal mula sa cellulose eter

Ang proseso at pagganap ng produkto ng carboxymethyl cellulose na naka-link sa pamamagitan ng N, N-methylenebisacrylamide upang maghanda ng superabsorbent resin ay pinag-aralan, at ang konsentrasyon ng alkali, ang halaga ng cross-link na ahente, alkali eterification, at solvent ay tinalakay. Ang epekto ng dosis sa pagganap ng pagsipsip ng tubig ng produkto. Ang mekanismo ng adsorption ng tubig-sumisipsip na dagta sa tubig ay ipinaliwanag. Ipinakita ng mga pag -aaral na ang halaga ng pagpapanatili ng tubig (WRV) ng produktong ito ay umabot sa 114ml/g.

Mga pangunahing salita:Cellulose eter; Methylenebisacrylamide; Paghahanda

1、Panimula

Ang superabsorbent resin ay isang materyal na polimer na may malakas na mga pangkat ng hydrophilic at isang tiyak na antas ng pag -crosslink. Ang mga karaniwang materyales na sumisipsip ng tubig tulad ng papel, koton, at abaka ay may mababang rate ng pagsipsip ng tubig at hindi magandang kapasidad sa pagpapanatili ng tubig, habang ang mga super-sumisipsip na resin ay maaaring sumipsip ng tubig ng dose na may kaunting presyon. Napakahusay na kapasidad ng pagpapanatili ng tubig. Hindi ito natutunaw sa tubig o sa mga organikong solvent.

Mayroong isang malaking bilang ng mga pangkat ng hydroxyl, mga grupo ng carboxyl at mga sodium hydrate ion sa molekular na kadena ng sobrang sumisipsip na materyal na gawa sa cellulose. Matapos ang pagsipsip ng tubig, ang tubig ay napapalibutan ng isang hydrophilic macromolecular network at maaaring mapanatili sa ilalim ng panlabas na presyon. Kapag moistens ng tubig ang resin ng adsorption, isang layer ng semi-permeable membrane ay nabuo sa pagitan ng dagta at tubig. Dahil sa mataas na konsentrasyon ng mga mobile ion (Na+) sa resin ng tubig-sumisipsip, ayon kay Donnan's prinsipyo ng balanse, ang pagkakaiba ng konsentrasyon ng ion na ito ay maaaring maging sanhi ng osmotic pressure. Mahina, na bumubuo ng isang moistening at pamamaga mahina na kapangyarihan, ang tubig ay dumadaan sa layer na ito ng semi-permeable membrane at pinagsasama sa mga pangkat ng hydrophilic at mga ion sa macromolecules ng superabsorbent resin, binabawasan ang konsentrasyon ng mga mobile ions, sa gayon ay nagpapakita ng mataas na pagsipsip ng tubig at pamamaga. Ang proseso ng adsorption na ito ay nagpapatuloy hanggang sa pagkakaiba -iba ng osmotic pressure na sanhi ng pagkakaiba sa konsentrasyon ng mga mobile ion ay katumbas ng paglaban sa karagdagang pagpapalawak na dulot ng cohesive force ng molekular na network ng polymer resin. Ang mga bentahe ng superabsorbent dagta na inihanda mula sa cellulose ay: katamtaman na rate ng pagsipsip ng tubig, mabilis na bilis ng pagsipsip ng tubig, mahusay na paglaban ng tubig sa asin, hindi nakakalason, madaling ayusin ang halaga ng pH, ay maaaring mabagsak sa kalikasan, at mababang gastos, kaya mayroon itong malawak Saklaw ng mga gamit. Maaari itong magamit bilang ahente ng pagharang ng tubig, conditioner ng lupa, at ahente ng pagpapanatili ng tubig sa industriya at agrikultura. Bilang karagdagan, mayroon itong mahusay na pag -unlad at mga prospect ng aplikasyon sa kalusugan, pagkain, microbiology, at gamot.

2. Pang -eksperimentong Bahagi

2.1 Prinsipyo ng Eksperimentong

Ang paghahanda ng cotton fiber superabsorbent resin ay pangunahing upang makabuo ng isang istraktura na nauugnay sa cross na may mababang antas ng pagpapalit sa balat ng hibla. Ang pag-link sa cross sa mga compound na sa pangkalahatan ay may dalawa o higit pang reaktibo na mga grupo ng pagganap. Ang mga functional na grupo na may kakayahang cross-link ay kinabibilangan ng vinyl, hydroxyl, carboxyl, amide, acid chloride, oxirane, nitrile, atbp. Sa eksperimento na ito, ang N, N-Methylenebisacrylamide ay ginagamit bilang isang ahente ng pag-link sa cross, kabilang ang mga sumusunod na hakbang:

(1) Ang cellulose (RCELL) ay tumugon sa solusyon ng alkalina upang makabuo ng alkali cellulose, at ang reaksyon ng alkalization ng cellulose ay isang mabilis na reaksyon ng exothermic. Ang pagbaba ng temperatura ay kaaya -aya sa pagbuo ng mga alkali fibers at maaaring mapigilan ang kanilang hydrolysis. Ang pagdaragdag ng mga alkohol ay maaaring dagdagan ang karamdaman ng cellulose, na kapaki -pakinabang sa alkalization at kasunod na eterification.

Rcelllo+Naoh→Rcellona+H2O

.

Rcellona+clch2coona→Rcelloch2coona+NaCl

(3) N, N-methylenebisacrylamide na naka-link upang makakuha ng isang sobrang sumisipsip na dagta. Dahil mayroon pa ring isang malaking bilang ng mga pangkat ng hydroxyl sa molekular na kadena ng carboxymethyl fiber, ang ionization ng hydroxyl group ng cellulose at ang ionization ng acryloyl double bond sa molekular chain ng N, N-methylenebisacrylamide ay maaaring ma-trigger sa ilalim ng aksyon ng N, N-methylenebisacrylamide ng catalysis ng alkali, at pagkatapos ay ang pag-link sa pagitan ng mga cellulose molekular na kadena ay nangyayari sa pamamagitan ng Michael Condensation, at agad na sumailalim sa proton exchange na may tubig upang maging isang hindi malulutas na cellulose superabsorbent resin.

2.2 RAW MATERIALS AT INSTRUMENTS

Raw na materyales: sumisipsip na koton (gupitin sa mga linter), sodium hydroxide, monochloroacetic acid, N, N-methylenebisacrylamide, ganap na ethanol, acetone.

Mga instrumento: three-necked flask, electric stirring, reflux condenser, suction filter flask, buchner funnel, vacuum drying oven, nagpapalipat-lipat ng vacuum pump.

2.3 Paraan ng Paghahanda

2.3.1 Alkalinization

Magdagdag ng 1 g ng sumisipsip na koton sa three-necked bote, pagkatapos ay magdagdag ng isang tiyak na halaga ng solusyon ng sodium hydroxide at ganap na ethanol, panatilihin ang temperatura sa ibaba ng temperatura ng silid, at pukawin ang ilang sandali.

2.3.2 Etherification

Magdagdag ng isang tiyak na halaga ng chloroacetic acid at pukawin para sa 1H.

2.3.2 Crosslinking

Sa paglaon ng yugto ng eterification, ang N, N-methylenebisacrylamide ay idinagdag sa proporsyon upang maisagawa ang pag-link sa cross, at hinalo sa temperatura ng silid sa loob ng 2 oras.

2.3.4 Post-Processing

Gumamit ng glacial acetic acid upang ayusin ang halaga ng pH sa 7, hugasan ang asin na may ethanol, hugasan ang tubig na may acetone, filter na may pagsipsip, at vacuum na tuyo sa loob ng 4 na oras (sa mga 60°C, Vacuum degree 8.8kpa) upang makakuha ng isang puting produktong filament ng cotton.

2.4 Pagsubok sa Analytical

Ang rate ng pagsipsip ng tubig (WRV) ay tinutukoy ng sieving, iyon ay, 1g ng produkto (g) ay idinagdag sa isang beaker na naglalaman ng 100ml ng distilled water (v1), na nababad sa loob ng 24 na oras, na na-filter sa pamamagitan ng isang 200-mesh hindi kinakalawang na asero screen , at ang tubig sa ilalim ng screen ay nakolekta (V2). Ang formula ng pagkalkula ay ang mga sumusunod: WRV = (V1-V2)/g.

3. Mga Resulta at Talakayan

3.1 Pagpili ng mga kondisyon ng reaksyon ng alkalization

Sa proseso ng paggawa ng alkali cellulose sa pamamagitan ng pagkilos ng cotton fiber at alkalina na solusyon, ang mga kondisyon ng proseso ay may makabuluhang epekto sa pagganap ng produkto. Maraming mga kadahilanan sa reaksyon ng alkalization. Para sa kaginhawaan ng pagmamasid, ang pamamaraan ng disenyo ng eksperimento ng orthogonal ay pinagtibay.

Iba pang mga kondisyon: Ang solvent ay 20ml ng ganap na ethanol, ang ratio ng alkali sa eterifying agent (mol/MD) ay 3: 1, at ang crosslinking agent ay 0.05G.

Ang mga pang -eksperimentong resulta ay nagpapakita na: Pangunahing at pangalawang relasyon: c> a> b, ang pinakamahusay na ratio: A3B3C3. Ang konsentrasyon ng lye ay ang pinakamahalagang kadahilanan sa reaksyon ng alkalization. Ang mataas na konsentrasyon ng lye ay naaayon sa pagbuo ng alkali cellulose. Gayunpaman, dapat tandaan na ang mas mataas na konsentrasyon ng lye, mas malaki ang nilalaman ng asin ng inihanda na superabsorbent resin. Samakatuwid, kapag naghuhugas ng asin na may ethanol, hugasan ito ng maraming beses upang matiyak na ang asin sa produkto ay tinanggal, upang hindi makakaapekto sa kapasidad ng pagsipsip ng tubig ng produkto.

3.2 Epekto ng crosslinking agent dosage sa Product WRV

Ang mga pang -eksperimentong kondisyon ay: 20ml ng ganap na ethanol, 2.3: 1 ratio ng alkali sa ahente ng eterification, 20ml ng lye, at 90min ng alkalization.

Ang mga resulta ay nagpakita na ang halaga ng cross-link na ahente ay nakakaapekto sa cross-link na antas ng CMC-NA. Ang labis na pag-link sa pag-link ay humahantong sa isang masikip na istraktura ng network sa puwang ng produkto, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng mababang rate ng pagsipsip ng tubig at hindi magandang pagkalastiko pagkatapos ng pagsipsip ng tubig; Kapag ang halaga ng cross-link na ahente ay maliit, ang cross-link ay hindi kumpleto, at may mga produktong natutunaw sa tubig, na nakakaapekto rin sa rate ng pagsipsip ng tubig. Kapag ang halaga ng cross-link na ahente ay mas mababa sa 0.06g, ang rate ng pagsipsip ng tubig ay nagdaragdag sa pagtaas ng dami ng ahente ng cross-linking, kapag ang halaga ng cross-link na ahente ay higit sa 0.06g, bumababa ang rate ng pagsipsip ng tubig na may halaga ng ahente ng cross-link. Samakatuwid, ang dosis ng crosslinking agent ay tungkol sa 6% ng cotton fiber mass.

3.3 Epekto ng Mga Kondisyon ng Etherification sa Produkto WRV

Ang mga pang -eksperimentong kondisyon ay: konsentrasyon ng alkali 40%; dami ng alkali 20ml; ganap na ethanol 20ml; dosis ng cross-link na dosis 0.06G; Alkalization 90min.

Mula sa pormula ng reaksyon ng kemikal, ang ratio ng alkali-eter (NaOH: CICH2-COOH) ay dapat na 2: 1, ngunit ang aktwal na halaga ng alkali na ginamit ay mas malaki kaysa sa ratio na ito, dahil ang isang tiyak na libreng konsentrasyon ng alkali ay dapat na garantisado sa sistema ng reaksyon , sapagkat: tiyak na isang mas mataas na konsentrasyon ng libreng base ay naaayon sa pagkumpleto ng reaksyon ng alkalization; Ang reaksyon ng cross-link ay dapat isagawa sa ilalim ng mga kondisyon ng alkalina; Ang ilang mga reaksyon sa gilid ay kumonsumo ng alkali. Gayunpaman, kung ang halaga ng alkali ay idinagdag nang labis, ang alkali fiber ay malubhang masiraan ng loob, at sa parehong oras, ang kahusayan ng ahente ng eterification ay mababawasan. Ipinapakita ng mga eksperimento na ang ratio ng alkali sa eter ay tungkol sa 2.5: 1.

3.4 Impluwensya ng dami ng solvent

Ang mga pang -eksperimentong kondisyon ay: konsentrasyon ng alkali 40%; alkali dosage 20ml; Ratio ng Alkali-eter 2.5: 1; dosis ng cross-link na dosis 0.06g, alkalization 90min.

Ang solvent anhydrous ethanol Cellulose. Gayunpaman, kung ang halaga ng alkohol na idinagdag ay labis, ang alkali at sodium monochloroacetate ay matunaw sa loob nito, bababa ang konsentrasyon ng mga reaksyon, bababa ang rate ng reaksyon, at magkakaroon din ito ng masamang epekto sa kasunod na pag -crosslink. Kapag ang halaga ng ganap na ethanol ay 20ml, malaki ang halaga ng WRV.

Sa buod, ang pinaka-angkop na mga kondisyon para sa paghahanda ng superabsorbent resin mula sa sumisipsip na cotton alkalized at eterified carboxymethyl cellulose na naka-link sa pamamagitan ng N, N-methylenebisacrylamide ay: alkali konsentrasyon 40%, solvent-free 20ml ng tubig at ethanol, ang ratio ng alkali sa eter ay 2.5: 1, at ang dosis ng crosslinking agent ay 0.06g (6% ng halaga ng mga cotton linters).