Tsellyuloza efiridan olingan super changni yutish materiali

Superabsorbent qatronlar tayyorlash uchun N, N-metilenbisakrilamid bilan o'zaro bog'langan karboksimetil tsellyuloza jarayoni va mahsulot ishlashi o'rganildi va gidroksidi kontsentratsiyasi, o'zaro bog'liqlik agenti miqdori, gidroksidi eterifikatsiyasi va erituvchi muhokama qilindi. Dozaning mahsulotning suvni singdirish ko'rsatkichlariga ta'siri. Suvni yutuvchi smolaning suvga adsorbsion mexanizmi tushuntiriladi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, ushbu mahsulotning suvni ushlab turish qiymati (WRV) 114 ml / g ga etadi.

Kalit so'zlar:tsellyuloza efiri; metilenbisakrilamid; tayyorlash

1、Kirish

Superabsorbent qatronlar kuchli hidrofilik guruhlarga va ma'lum darajada o'zaro bog'lanishga ega bo'lgan polimer materialdir. Qog'oz, paxta va kanop kabi oddiy suvni yutuvchi materiallar suvni singdirish darajasi past va suvni yomon ushlab turish qobiliyatiga ega, super singdiruvchi qatronlar esa suvni o'z og'irligidan o'nlab marta o'zlashtirishi mumkin va suvni yutgandan keyin hosil bo'lgan jel hatto suvsizlanmaydi. engil bosim bilan. Ajoyib suvni saqlash qobiliyati. U suvda ham, organik erituvchilarda ham erimaydi.

Tsellyulozadan tayyorlangan o'ta changni yutish materialning molekulyar zanjirida ko'p miqdordagi gidroksil guruhlari, karboksil guruhlari va natriy gidrat ionlari mavjud. Suvni o'zlashtirgandan so'ng, suv gidrofil makromolekulyar tarmoq bilan o'ralgan va tashqi bosim ostida saqlanishi mumkin. Suv adsorbsion qatronni namlaganda, qatron va suv o'rtasida yarim o'tkazuvchan membrana qatlami hosil bo'ladi. Donnanning so'zlariga ko'ra, suvni yutuvchi smolada harakatlanuvchi ionlarning (Na+) yuqori konsentratsiyasi tufayli.'ning muvozanat printsipi, bu ion kontsentratsiyasi farqi osmotik bosimga olib kelishi mumkin. Kambag'al, namlovchi va shishgan zaif quvvatni hosil qiluvchi suv, yarim o'tkazuvchan membrananing ushbu qatlamidan o'tadi va superabsorbent qatronlar makromolekulalaridagi hidrofilik guruhlar va ionlar bilan birlashadi, mobil ionlarning kontsentratsiyasini pasaytiradi va shu bilan suvning yuqori singishi va shishishini ko'rsatadi. Ushbu adsorbsiya jarayoni mobil ionlar kontsentratsiyasidagi farqdan kelib chiqadigan osmotik bosim farqi polimer smolasining molekulyar tarmog'ining biriktiruvchi kuchidan kelib chiqadigan yanada kengayish qarshiligiga teng bo'lgunga qadar davom etadi. Tsellyulozadan tayyorlangan superabsorbent qatronning afzalliklari quyidagilardan iborat: o'rtacha suv assimilyatsiya tezligi, tez suv assimilyatsiya tezligi, tuzli suvga yaxshi qarshilik, toksik bo'lmagan, pH qiymatini sozlash oson, tabiatda yomonlashishi mumkin va arzon narx, shuning uchun u keng foydalanish doirasi. U sanoat va qishloq xo'jaligida suvni blokirovka qiluvchi vosita, tuproq konditsioneri va suvni ushlab turuvchi vosita sifatida ishlatilishi mumkin. Bundan tashqari, u sog'liqni saqlash, oziq-ovqat, mikrobiologiya va tibbiyotda yaxshi rivojlanish va qo'llash istiqbollariga ega.

2. Eksperimental qism

2.1 Eksperimental printsip

Paxta tolasi superabsorbent qatronini tayyorlash, asosan, tolalar po'stlog'ida past darajadagi almashtirish bilan o'zaro bog'langan strukturani hosil qilishdir. Odatda ikki yoki undan ortiq reaktiv funktsional guruhlarga ega bo'lgan birikmalar bilan o'zaro bog'lanish. O'zaro bog'lanishga qodir bo'lgan funktsional guruhlarga vinil, gidroksil, karboksil, amid, kislota xlorid, oksiran, nitril va boshqalar kiradi. Turli o'zaro bog'lovchi moddalar bilan tayyorlangan superabsorbent qatronlarning suvni yutish nisbati har xil. Ushbu tajribada N, N-metilenbisakrilamid o'zaro bog'lovchi vosita sifatida ishlatiladi, shu jumladan quyidagi bosqichlar:

(1) Tsellyuloza (Rcell) gidroksidi tsellyuloza hosil qilish uchun gidroksidi eritma bilan reaksiyaga kirishadi va tsellyulozaning gidroksidi reaktsiyasi tez ekzotermik reaktsiyadir. Haroratni pasaytirish ishqoriy tolalar hosil bo'lishiga yordam beradi va ularning gidrolizlanishini inhibe qilishi mumkin. Spirtli ichimliklarni qo'shish tsellyuloza buzilishini kuchaytirishi mumkin, bu esa alkalizatsiya va keyinchalik eterifikatsiya uchun foydalidir.

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) Ishqoriy tsellyuloza va monoxloroasetik kislota natriy karboksimetil tsellyuloza hosil qiladi va eterifikatsiya reaktsiyasi nukleofil almashtirish reaktsiyasiga tegishli:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N, N-metilenbisakrilamid super changni yutish qatronini olish uchun o'zaro bog'langan. Karboksimetil tolasining molekulyar zanjirida hali ham ko'p miqdordagi gidroksil guruhlar mavjud bo'lganligi sababli, ta'sir ostida tsellyuloza gidroksil guruhining ionlanishi va N, N-metilenbisakrilamid molekulyar zanjirida akriloil qo'sh bog'ining ionlanishi boshlanishi mumkin. gidroksidi katalizlanadi, so'ngra tsellyuloza molekulyar zanjirlari orasidagi o'zaro bog'lanish Maykl kondensatsiyasi orqali sodir bo'ladi va suvda erimaydigan tsellyuloza superabsorbent qatroniga aylanish uchun darhol suv bilan proton almashinuviga uchraydi.

2.2 Xom ashyo va asboblar

Xom ashyo: changni yutish paxta (linterlarga kesilgan), natriy gidroksid, monoxloroasetik kislota, N, N-metilenbisakrilamid, mutlaq etanol, aseton.

Asboblar: uch bo'yinli kolba, elektr aralashtirgich, qayta oqim kondensatori, so'ruvchi filtr kolbasi, Buxner voronkasi, vakuumli quritish pechi, aylanma suv vakuum nasosi.

2.3 Tayyorlash usuli

2.3.1 Ishqorlanish

Uch bo'yinli shishaga 1 g changni yutish paxta qo'shing, so'ngra ma'lum miqdorda natriy gidroksid eritmasi va mutlaq etanol qo'shing, haroratni xona haroratidan pastroq tuting va bir muddat aralashtiramiz.

2.3.2 Eterifikatsiya

Ma'lum miqdorda xloroasetik kislota qo'shing va 1 soat davomida aralashtiring.

2.3.2 O'zaro bog'lanish

Eterifikatsiyaning keyingi bosqichida N, N-metilenbisakrilamid o'zaro bog'lanishni amalga oshirish uchun mutanosib ravishda qo'shildi va xona haroratida 2 soat davomida aralashtiriladi.

2.3.4 Keyingi ishlov berish

PH qiymatini 7 ga sozlash uchun muzli sirka kislotasidan foydalaning, tuzni etanol bilan yuving, suvni aseton bilan yuving, so'rg'ich bilan filtrlang va 4 soat davomida vakuum bilan quriting (taxminan 60 ° C da).°C, vakuum darajasi 8,8kPa) oq paxta filament mahsulotini olish uchun.

2.4 Analitik test

Suvni singdirish darajasi (WRV) elakdan o'tkazish yo'li bilan aniqlanadi, ya'ni 1 g mahsulot (G) 100 ml distillangan suv (V1) bo'lgan stakanga qo'shiladi, 24 soat davomida namlanadi, 200 ko'zli zanglamaydigan po'latdan yasalgan ekran orqali filtrlanadi. , va ekranning pastki qismidagi suv yig'iladi (V2). Hisoblash formulasi quyidagicha: WRV=(V1-V2)/G.

3. Natijalar va muhokama

3.1 Ishqorlanish reaksiya sharoitlarini tanlash

Paxta tolasi va gidroksidi eritmasi ta'sirida gidroksidi tsellyuloza ishlab chiqarish jarayonida jarayon sharoitlari mahsulotning ishlashiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Alkalizatsiya reaktsiyasida ko'plab omillar mavjud. Kuzatish qulayligi uchun ortogonal eksperimentni loyihalash usuli qabul qilingan.

Boshqa shartlar: Erituvchi 20ml mutlaq etanol, ishqorning efirlashtiruvchi (mol/md) nisbati 3:1, oʻzaro bogʻlovchi 0,05g.

Tajriba natijalari shuni ko'rsatadiki: birlamchi va ikkilamchi munosabatlar: C>A>B, eng yaxshi nisbat: A3B3C3. Alkalizatsiya reaktsiyasining eng muhim omili lye kontsentratsiyasidir. Liening yuqori konsentratsiyasi gidroksidi tsellyuloza hosil bo'lishiga yordam beradi. Shu bilan birga, shuni ta'kidlash kerakki, lye kontsentratsiyasi qanchalik yuqori bo'lsa, tayyorlangan superabsorbent smolaning tuzi shunchalik ko'p bo'ladi. Shuning uchun, tuzni etanol bilan yuvishda, mahsulotning suvni singdirish qobiliyatiga ta'sir qilmaslik uchun mahsulotdagi tuzni olib tashlashni ta'minlash uchun uni bir necha marta yuving.

3.2 O'zaro bog'lash agenti dozasining WRV mahsulotiga ta'siri

Tajriba shartlari: 20ml mutlaq etanol, 2,3:1 nisbatda ishqor va eterifikatsiya agenti, 20ml lye, 90 min ishqor.

Natijalar shuni ko'rsatdiki, o'zaro bog'liqlik agenti miqdori CMC-Na ning o'zaro bog'lanish darajasiga ta'sir qiladi. Haddan tashqari o'zaro bog'liqlik mahsulot bo'shlig'ida qattiq tarmoq tuzilishiga olib keladi, bu suvning yutilish tezligining pastligi va suvni singdirishdan keyin zaif elastiklik bilan tavsiflanadi; o'zaro bog'lovchi vosita miqdori kichik bo'lsa, o'zaro bog'liqlik to'liq emas va suvda eriydigan mahsulotlar mavjud bo'lib, ular suvning assimilyatsiya tezligiga ham ta'sir qiladi. O'zaro bog'lovchi moddalar miqdori 0,06 g dan kam bo'lsa, suvni yutish tezligi o'zaro bog'lovchi moddalar miqdori ortishi bilan ortadi, o'zaro bog'lovchi moddalar miqdori 0,06 g dan ortiq bo'lsa, suvning yutilish darajasi pasayadi. o'zaro bog'lash agenti miqdori bilan. Shuning uchun, o'zaro bog'lovchi vositaning dozasi paxta tolasi massasining taxminan 6% ni tashkil qiladi.

3.3 Eterifikatsiya shartlarining WRV mahsulotiga ta'siri

Tajriba shartlari: ishqor konsentratsiyasi 40%; gidroksidi hajmi 20 ml; mutlaq etanol 20 ml; o'zaro bog'lovchi vositaning dozasi 0,06 g; gidroksidi 90 min.

Kimyoviy reaktsiya formulasidan ishqor-efir nisbati (NaOH:CICH2-COOH) 2:1 bo'lishi kerak, lekin ishqorning haqiqiy miqdori bu nisbatdan kattaroqdir, chunki reaksiya tizimida ma'lum bir erkin ishqor kontsentratsiyasi kafolatlangan bo'lishi kerak. , chunki: ma'lum Erkin asosning yuqori konsentratsiyasi ishqorlanish reaktsiyasining tugashiga yordam beradi; o'zaro bog'lanish reaktsiyasi ishqoriy sharoitda amalga oshirilishi kerak; ba'zi yon reaktsiyalar gidroksidi iste'mol qiladi. Biroq, agar ishqor miqdori juda ko'p qo'shilsa, gidroksidi tola jiddiy ravishda buziladi va shu bilan birga, eterifikatsiya agentining samaradorligi pasayadi. Tajribalar shuni ko'rsatadiki, ishqor va efir nisbati taxminan 2,5:1 ni tashkil qiladi.

3.4 Erituvchi miqdorining ta'siri

Tajriba shartlari: ishqor konsentratsiyasi 40%; gidroksidi dozasi 20 ml; ishqoriy-efir nisbati 2,5:1; o'zaro bog'lash agenti dozasi 0,06 g, gidroksidi 90 min.

Erituvchi suvsiz etanol tizimni dispersiyalash, homogenlash va qo'llab-quvvatlash rolini o'ynaydi, bu gidroksidi tsellyuloza hosil bo'lganda ajralib chiqadigan issiqlikni tarqatish va uzatish uchun foydalidir va ishqoriy tsellyulozaning gidroliz reaktsiyasini kamaytirishi mumkin va shu bilan bir xil hosil bo'ladi. tsellyuloza. Biroq, agar qo'shilgan spirt miqdori juda ko'p bo'lsa, unda ishqor va natriy monoxloroatsetat eriydi, reaksiyaga kirishuvchi moddalarning konsentratsiyasi pasayadi, reaksiya tezligi pasayadi va bu ham keyingi o'zaro bog'lanishga salbiy ta'sir qiladi. Mutlaq etanol miqdori 20 ml bo'lsa, WRV qiymati katta bo'ladi.

Xulosa qilib aytadigan bo'lsak, N, N-metilenbisakrilamid bilan o'zaro bog'langan changni yutish paxta ishqorlangan va efirlangan karboksimetil tsellyulozadan superabsorbent qatronlar tayyorlash uchun eng mos shartlar quyidagilardir: ishqor konsentratsiyasi 40%, erituvchisiz 20 ml suv va etanol, ishqor va efir nisbati. 2,5:1, o'zaro bog'lovchining dozasi esa 0,06 g (paxta linterlari miqdorining 6%).