Cellеллюлоза эфирыннан супер абсорбент материал

Суперабсорбент резинасын әзерләү өчен N, N-метиленебисакриламид белән үзара бәйләнгән карбоксиметил целлюлозасының процессы һәм продукт эше өйрәнелде, һәм алкал концентрациясе, үзара бәйләүче агент күләме, алкалы эфирлаштыру һәм эретүче турында сөйләштеләр. Дозаның продуктның су сеңдерү эшенә тәэсире. Суны үзләштерүче резинаның суга сеңдерү механизмы аңлатыла. Тикшеренүләр күрсәткәнчә, бу продуктның су тоту бәясе (WRV) 114мл / г тәшкил итә.

Төп сүзләр:целлюлоза эфиры; метиленебисакриламид; әзерлек

1、Кереш сүз

Суперабсорбент резинасы - көчле гидрофилик төркемнәр һәм билгеле бер дәрәҗәдә үзара бәйләнешле полимер материал. Кәгазь, мамык, соры кебек гомуми су сеңдерүче материаллар түбән су сеңдерү дәрәҗәсенә һәм су тоту сыйфаты начар, супер-үзләштергеч резиналар су үз авырлыгыннан дистәләгән тапкыр үзләштерә ала, һәм су сеңдергәннән соң барлыкка килгән гель сусызланмас. аз басым белән. Искиткеч су тоту сыйфаты. Ул суда да, органик эреткечләрдә дә эри алмый.

Cellеллюлозадан ясалган супер сеңдергеч материалның молекуляр чылбырында бик күп гидроксил төркемнәре, карбоксил төркемнәре һәм натрий гидрат ионнары бар. Су сеңдергәннән соң, су гидрофилик макромолекуляр челтәр белән әйләндереп алынган һәм тышкы басым астында сакланырга мөмкин. Су адсорбция резинасын дымлаганда, резин белән су арасында ярым үткәргеч мембрана катламы барлыкка килә. Доннан әйтүенчә, су сеңдерүче резинада күчмә ионнарның (Na +) югары концентрациясе аркасында'тигезлек принцибы, бу ион концентрациясе аермасы осмотик басымга китерергә мөмкин. Начар, дымландыручы һәм шешкән көчсез көчне барлыкка китереп, су ярым үткәргеч мембрананың бу катламы аша уза һәм суперабсорбент резинасының макромолекулаларында гидрофилик төркемнәр һәм ионнар белән кушыла, мобиль ионнарның концентрациясен киметә, шуның белән су югары үзләштерелә һәм шешә. Бу adsorption процессы күчмә ион концентрациясенең аермасы аркасында килеп чыккан осмотик басым аермасы полимер резинаның молекуляр челтәренең кушылу көче аркасында алга таба киңәюгә каршы торуга кадәр дәвам итә. Cellеллюлозадан әзерләнгән суперабсорбент резинаның өстенлекләре: уртача су сеңдерү тизлеге, тиз су сеңдерү тизлеге, тозлы суга каршы тору, агулы булмаган, pH кыйммәтен көйләү җиңел, табигатьтә бозылырга мөмкин, һәм аз бәя, шуңа күрә ул киң. куллану диапазоны. Аны су блоклаучы, туфрак кондиционеры, сәнәгатьтә һәм авыл хуҗалыгында су саклаучы агент буларак кулланырга мөмкин. Моннан тыш, аның сәламәтлек, азык-төлек, микробиология, медицина өлкәсендә яхшы үсеш һәм куллану перспективалары бар.

2. Эксперименталь өлеш

2.1 Эксперименталь принцип

Пахта җепселеннән суперабсорбент резинасын әзерләү, нигездә, җепсел тиресенә түбән дәрәҗәдәге алмашлык белән үзара бәйләнгән структура формалаштыру. Гадәттә ике яки күбрәк реактив функциональ төркемнәргә ия булган кушылмалар белән үзара бәйләнеш. Crossзара бәйләнешкә сәләтле функциональ төркемнәргә винил, гидроксил, карбоксил, амид, кислота хлориды, оксиран, нитрил һ.б. керә. Бу экспериментта N, N-метиленебисакриламид үзара бәйләүче агент буларак кулланыла, түбәндәге адымнарны да кертеп:

(1) Cellеллюлоза (Rcell) эшкәртү эремәсе белән эшкәртүче целлюлоза барлыкка китерә, һәм целлюлозаның эшкәртү реакциясе тиз экзотермик реакция. Температураны төшерү алкалы җепселләр формалашуга ярдәм итә һәм аларның гидролизын тоткарлый ала. Спиртлар өстәү целлюлозаның бозылуын арттырырга мөмкин, бу эшкәртү һәм аннан соң эфирлаштыру өчен файдалы.

RcellOH + NaOH→RcellONa + H2O

(2) Алкали целлюлозасы һәм монохлороацетик кислотасы натрий карбоксиметил целлюлозасын барлыкка китерә, һәм эфирлаштыру реакциясе нуклеофил алмаштыру реакциясенә карый:

RcellONa + ClCH2COONa→RcellOCH2COONa + NaCl

(3) N, N-метиленебисакриламид супер сеңдергеч резинаны алу өчен үзара бәйләнгән. Карбоксиметил җепселенең молекуляр чылбырында әле күп санлы гидроксил төркемнәре булганлыктан, целлюлозаның гидроксил группасын ионлаштыру һәм N, N-метиленебисакриламид молекуляр чылбырында акрилойл икеләтә бәйләнешне ионлаштыру этәргеч ясарга мөмкин. алкалы катализы, аннары целлюлоза молекуляр чылбырлары арасында үзара бәйләнеш Майкл конденсациясе аша барлыкка килә, һәм шундук су белән эри торган целлюлоза суперабсорбент резинасына әверелү өчен протон алмашу уза.

2.2 Чимал һәм кораллар

Чимал: сеңдергеч мамык (линтерларга киселгән), натрий гидроксиды, монохлороацетик кислотасы, N, N-метиленебисакриламид, абсолют этанол, ацетон.

Инструментлар: өч муенлы фласс, электр селкетү, рефлюкс конденсатор, сорау фильтры, Бухнер функциясе, вакуум киптерү миче, су вакуум насосы.

2.3 Әзерлек ысулы

2.3.1 Алкалинизация

Өч муенлы шешәгә 1 г сеңдергеч мамык кушыгыз, аннары билгеле күләмдә натрий гидроксид эремәсе һәм абсолют этанол кушыгыз, температураны бүлмә температурасыннан түбән саклагыз һәм бераз куегыз.

2.3.2 Этерификация

Билгеле күләмдә хлороацетик кислотасы кушыгыз һәм 1с.

2.3.2

Эфирлаштыруның соңгы этабында N, N-метиленебисакриламид үзара бәйләнешне башкару өчен пропорциональ рәвештә кушылды һәм бүлмә температурасында 2 сәгать кайнатылды.

2.3.4

РН кыйммәтен 7гә көйләү, тозны этанол белән юу, суны ацетон белән юу, сорау белән фильтр һәм вакуум коры 4 сәгать (60 тирәсе) белән кулланыгыз.°С, вакуум дәрәҗәсе 8,8кПа) ак мамык филамент продуктын алу өчен.

2.4 Аналитик тест

Суны үзләштерү темплары (WRV) чистарту белән билгеләнә, ягъни 1м продукт (G) 100мл дистилляцияләнгән су (V1) булган чүкечкә кушыла, 24 сәгать чумган, 200 меш пассажир корыч экран аша фильтрланган. , һәм экран төбендәге су җыелган (V2). Хисаплау формуласы түбәндәгечә: WRV = (V1-V2) / G..

3. Нәтиҗә һәм фикер алышу

3.1 Алкализация реакция шартларын сайлау

Пахта җепселләре һәм эшкәртү эремәсе ярдәмендә алкалы целлюлозасы җитештерү процессында процесс шартлары продукт эшенә зур йогынты ясый. Кычыту реакциясендә бик күп факторлар бар. Күзәтүнең уңайлыгы өчен, ортогональ эксперимент дизайны ысулы кабул ителә.

Башка шартлар: эретүче 20мл абсолют этанол, эшкәртү эфирлаштыручы агентка (мол / мд) 3: 1, һәм үзара бәйләүче агент 0,05г.

Эксперименталь нәтиҗәләр шуны күрсәтә: төп һәм икенчел мөнәсәбәтләр: C> A> B, иң яхшы катнашу: A3B3C3. Лай концентрациясе - эшкәртү реакциясендә иң мөһим фактор. Лайның югары концентрациясе алкалы целлюлозасы формалашуга ярдәм итә. Ләкин шуны әйтергә кирәк: лай концентрациясе никадәр югары булса, әзерләнгән суперабсорбент резинасының тоз күләме шулкадәр зур. Шуңа күрә, тозны этанол белән юганда, продукттагы тозның алынуы өчен, аны берничә тапкыр юыгыз, продуктның су сеңдерү көченә тәэсир итмәс өчен.

3.2 WRV продуктына үзара бәйләнешле агент дозасының йогынтысы

Эксперимент шартлары: 20мл абсолют этанол, 2,3: 1 эшкәртү эфирлаштыру агентына, 20мл лай, һәм 90мин эшкәртү.

Нәтиҗә күрсәткәнчә, үзара бәйләүче агент күләме CMC-Na үзара бәйләнеш дәрәҗәсенә тәэсир иткән. Артык үзара бәйләнеш продукт киңлегендә челтәр структурасына китерә, ул түбән су сеңдерү темплары һәм су сеңгәннән соң начар эластиклык белән характерлана; үзара бәйләүче агент күләме аз булганда, үзара бәйләнеш тулы түгел, һәм суда эри торган продуктлар бар, алар шулай ук ​​су сеңдерү тизлегенә тәэсир итәләр. Crossзара бәйләүче агент күләме 0,06гдан ким булганда, үзара бәйләүче агент күләменең артуы белән су сеңдерү темплары арта, үзара бәйләүче агент күләме 0,06гтан артканда, су сеңдерү темплары кими. үзара бәйләүче агент күләме белән. Шуңа күрә, үзара бәйләүче агентның дозасы мамык җепсел массасының якынча 6% тәшкил итә.

3.3 Эфирлаштыру шартларының WRV продуктына йогынтысы

Эксперимент шартлары: эшкәртү концентрациясе 40%; эшкәртү күләме 20мл; абсолют этанол 20мл; үзара бәйләүче агент дозасы 0.06г; эшкәртү 90мин.

Химик реакция формуласыннан алкалы-эфир коэффициенты (NaOH: CICH2-COOH) 2: 1 булырга тиеш, ләкин кулланылган эшкәртү күләменең күләме бу күрсәткечтән зуррак, чөнки реакция системасында билгеле бер эре эшкәртү концентрациясе гарантияләнергә тиеш. , чөнки: билгеле бер ирекле базаның югары концентрациясе эшкәртү реакциясен тәмамлау өчен уңайлы; үзара бәйләнеш эшкәртү шартларында башкарылырга тиеш; кайбер як реакцияләр алкалы ашый. Ләкин, алкалы күләме артык кушылса, алкалы җепселләре җитди бозылачак, һәм шул ук вакытта эфирлаштыру агентының эффективлыгы түбәнәячәк. Тикшеренүләр күрсәткәнчә, алкалларның эфирга мөнәсәбәте якынча 2,5: 1.

3.4 Чыгаручан күләмнең йогынтысы

Эксперимент шартлары: эшкәртү концентрациясе 40%; эшкәртү дозасы 20мл; эшкәртү-эфир коэффициенты 2,5: 1; үзара бәйләүче агент дозасы 0.06г, эшкәртү 90мин.

Чыгаручы сусыз этанол системаның таралу, гомогенизацияләү һәм саклау ролен башкара, бу алкалы целлюлозасы барлыкка килгәндә чыгарылган җылылыкны тарату һәм күчерү өчен файдалы, һәм алкалы целлюлозасының гидролиз реакциясен киметә, шуның белән бердәм форма ала. целлюлоза. Ләкин, кушылган спирт күләме артык булса, алкалы һәм натрий монохлороацетаты эрер, реакторларның концентрациясе кимиячәк, реакция тизлеге кимиячәк, һәм ул шулай ук ​​киләсе үзара бәйләнешкә тискәре йогынты ясар. Абсолют этанол күләме 20мл булганда, WRV кыйммәте зур.

Йомгаклап әйткәндә, N, N-метиленебисакриламид белән үзара бәйләнгән мамык эшкәртелгән һәм эфирланган карбоксиметил целлюлозасыннан суперабсорбент резинасын әзерләү өчен иң кулай шартлар: эшкәртү концентрациясе 40%, эретүсез 20мл су һәм этанол, эшкәртү эфиры. 2,5: 1, һәм үзара бәйләүче агентның дозасы - 0,06г (мамык линтерлар күләменең 6%).