Material superabsorvente de éter de celulose

O processo e o desempenho do produto da carboximetilcelulose reticulada por N, N-metilenobisacrilamida para preparar resina superabsorvente foram estudados, e a concentração de álcali, a quantidade de agente de reticulação, eterificação alcalina e solvente foram discutidos.O efeito da dosagem no desempenho de absorção de água do produto.O mecanismo de adsorção da resina absorvente de água à água é explicado.Estudos demonstraram que o valor de retenção de água (WRV) deste produto chega a 114ml/g.

Palavras-chave:éter de celulose;metilenobisacrilamida;preparação

1、Introdução

A resina superabsorvente é um material polimérico com fortes grupos hidrofílicos e um certo grau de reticulação.Materiais comuns que absorvem água, como papel, algodão e cânhamo, têm baixa taxa de absorção de água e baixa capacidade de retenção de água, enquanto resinas superabsorventes podem absorver água dezenas de vezes seu próprio peso, e o gel formado após a absorção de água não desidratará mesmo com leve pressão.Excelente capacidade de retenção de água.Não é solúvel em água nem em solventes orgânicos.

Há um grande número de grupos hidroxila, grupos carboxila e íons hidrato de sódio na cadeia molecular do material superabsorvente feito de celulose.Depois de absorver água, a água é cercada por uma rede macromolecular hidrofílica e pode ser retida sob pressão externa.Quando a água umedece a resina de adsorção, uma camada de membrana semipermeável é formada entre a resina e a água.Devido à alta concentração de íons móveis (Na+) na resina absorvente de água, segundo Donnan'De acordo com o princípio de equilíbrio, essa diferença na concentração de íons pode causar pressão osmótica.Pobre, formando um poder fraco de umedecimento e inchaço, a água passa por essa camada de membrana semipermeável e se combina com grupos hidrofílicos e íons nas macromoléculas da resina superabsorvente, reduzindo a concentração de íons móveis, apresentando assim alta absorção de água e inchaço.Este processo de adsorção continua até que a diferença de pressão osmótica causada pela diferença na concentração de íons móveis seja igual à resistência à expansão adicional causada pela força coesiva da rede molecular da resina polimérica.As vantagens da resina superabsorvente preparada a partir de celulose são: taxa moderada de absorção de água, rápida velocidade de absorção de água, boa resistência à água salgada, não tóxica, fácil ajuste do valor de pH, pode ser degradada na natureza e baixo custo, por isso tem uma ampla gama de usos.Pode ser usado como agente bloqueador de água, condicionador de solo e agente de retenção de água na indústria e na agricultura.Além disso, tem boas perspectivas de desenvolvimento e aplicação em saúde, alimentação, microbiologia e medicina.

2. Parte experimental

2.1 Princípio experimental

A preparação da resina superabsorvente de fibra de algodão visa principalmente formar uma estrutura reticulada com baixo grau de substituição na pele da fibra.Reticulação com compostos que geralmente possuem dois ou mais grupos funcionais reativos.Os grupos funcionais capazes de reticulação incluem vinil, hidroxila, carboxila, amida, cloreto de ácido, oxirano, nitrila, etc. A taxa de absorção de água de resinas superabsorventes preparadas com diferentes agentes de reticulação é diferente.Neste experimento, N,N-metilenobisacrilamida é usada como agente de reticulação, incluindo as seguintes etapas:

(1) A celulose (Rcell) reage com a solução alcalina para gerar celulose alcalina, e a reação de alcalinização da celulose é uma reação exotérmica rápida.A redução da temperatura conduz à formação de fibras alcalinas e pode inibir sua hidrólise.A adição de álcoois pode aumentar a desordem da celulose, o que é benéfico para a alcalinização e subsequente eterificação.

RcélulaOH+NaOH→RcélulaONa+H2O

(2) A celulose alcalina e o ácido monocloroacético geram carboximetilcelulose sódica, e a reação de eterificação pertence à reação de substituição nucleofílica:

RcellONa+ClCH2COONa→RcélulaOCH2COONa+NaCl

(3) N,N-metilenobisacrilamida reticulada para obter uma resina superabsorvente.Como ainda existe um grande número de grupos hidroxila na cadeia molecular da fibra carboximetil, a ionização do grupo hidroxila da celulose e a ionização da ligação dupla acriloíla na cadeia molecular de N, N-metilenobisacrilamida podem ser desencadeadas sob a ação da catálise alcalina e, em seguida, a reticulação entre as cadeias moleculares de celulose ocorre através da condensação de Michael e imediatamente sofre troca de prótons com água para se tornar uma resina superabsorvente de celulose insolúvel em água.

2.2 Matérias-primas e instrumentos

Matérias-primas: algodão absorvente (cortado em linters), hidróxido de sódio, ácido monocloroacético, N,N-metilenobisacrilamida, etanol absoluto, acetona.

Instrumentos: balão de três bocas, agitação elétrica, condensador de refluxo, frasco com filtro de sucção, funil de Buchner, estufa de secagem a vácuo, bomba de vácuo com circulação de água.

2.3 Método de preparação

2.3.1 Alcalinização

Adicione 1 g de algodão absorvente ao frasco de três gargalos, depois adicione uma certa quantidade de solução de hidróxido de sódio e etanol absoluto, mantenha a temperatura abaixo da temperatura ambiente e mexa um pouco.

2.3.2 Eterificação

Adicione uma certa quantidade de ácido cloroacético e mexa por 1h.

2.3.2 Reticulação

Na última etapa de eterificação, N,N-metilenobisacrilamida foi adicionada proporcionalmente para realizar a reticulação e agitada à temperatura ambiente durante 2 horas.

2.3.4 Pós-processamento

Use ácido acético glacial para ajustar o valor do pH para 7, lave o sal com etanol, lave a água com acetona, filtre com sucção e seque a vácuo por 4 horas (a cerca de 60°C, grau de vácuo 8,8kPa) para obter um produto de filamento de algodão branco.

2.4 Testes analíticos

A taxa de absorção de água (WRV) é determinada por peneiramento, ou seja, 1g do produto (G) é adicionado a um béquer contendo 100ml de água destilada (V1), embebido por 24 horas, filtrado em tela de aço inoxidável de malha 200. , e a água do fundo da tela é coletada (V2).A fórmula de cálculo é a seguinte: WRV=(V1-V2)/G.

3 Resultados e discussão

3.1 Seleção das condições de reação de alcalinização

No processo de produção de celulose alcalina pela ação da fibra de algodão e da solução alcalina, as condições do processo têm impacto significativo no desempenho do produto.Existem muitos fatores na reação de alcalinização.Para conveniência de observação, é adotado o método de planejamento de experimento ortogonal.

Outras condições: O solvente é 20ml de etanol absoluto, a proporção de álcali para agente eterificante (mol/md) é de 3:1 e o agente de reticulação é de 0,05g.

Os resultados experimentais mostram que: relação primária e secundária: C>A>B, a melhor relação: A3B3C3.A concentração de soda cáustica é o fator mais importante na reação de alcalinização.A alta concentração de soda cáustica favorece a formação de celulose alcalina.Contudo, deve notar-se que quanto maior for a concentração de soda cáustica, maior será o teor de sal da resina superabsorvente preparada.Portanto, ao lavar o sal com etanol, lave várias vezes para garantir a retirada do sal do produto, para não prejudicar a capacidade de absorção de água do produto.

3.2 Efeito da dosagem do agente reticulante no produto WRV

As condições experimentais são: 20ml de etanol absoluto, proporção de 2,3:1 de álcali para agente de eterificação, 20ml de soda cáustica e 90min de alcalinização.

Os resultados mostraram que a quantidade de agente de reticulação afetou o grau de reticulação do CMC-Na.A reticulação excessiva leva a uma estrutura de rede rígida no espaço do produto, que é caracterizada por baixa taxa de absorção de água e baixa elasticidade após a absorção de água;quando a quantidade de agente de reticulação é pequena, a reticulação é incompleta e há produtos solúveis em água, que também afetam a taxa de absorção de água.Quando a quantidade de agente de reticulação é inferior a 0,06g, a taxa de absorção de água aumenta com o aumento da quantidade de agente de reticulação, quando a quantidade de agente de reticulação é superior a 0,06g, a taxa de absorção de água diminui com a quantidade de agente de reticulação.Portanto, a dosagem do agente reticulador é de cerca de 6% da massa da fibra de algodão.

3.3 Efeito das condições de eterificação no produto WRV

As condições experimentais são: concentração alcalina 40%;volume alcalino 20ml;etanol absoluto 20ml;dosagem de agente de reticulação 0,06g;alcalinização 90min.

Pela fórmula da reação química, a proporção álcali-éter (NaOH:CICH2-COOH) deve ser 2:1, mas a quantidade real de álcali utilizada é maior que esta proporção, porque uma certa concentração de álcali livre deve ser garantida no sistema de reação , porque: certas Uma concentração mais elevada de base livre conduz à conclusão da reação de alcalinização;a reação de reticulação deve ser realizada em condições alcalinas;algumas reações colaterais consomem álcali.No entanto, se a quantidade de álcali for adicionada em demasia, a fibra alcalina será seriamente degradada e, ao mesmo tempo, a eficiência do agente de eterificação será reduzida.Experimentos mostram que a proporção de álcali para éter é de cerca de 2,5:1.

3.4 Influência da quantidade de solvente

As condições experimentais são: concentração alcalina 40%;dosagem alcalina 20ml;proporção de éter alcalino 2,5:1;dosagem de agente de reticulação 0,06g, alcalinização 90min.

O solvente etanol anidro desempenha o papel de dispersar, homogeneizar e manter o estado de pasta do sistema, o que é benéfico para dispersar e transferir o calor liberado durante a formação da celulose alcalina, podendo reduzir a reação de hidrólise da celulose alcalina, obtendo assim uniforme celulose.No entanto, se a quantidade de álcool adicionada for muito grande, o álcali e o monocloroacetato de sódio se dissolverão nele, a concentração dos reagentes diminuirá, a taxa de reação diminuirá e também terá um efeito adverso na reticulação subsequente.Quando a quantidade de etanol absoluto é de 20ml, o valor do WRV é grande.

Em resumo, as condições mais adequadas para a preparação de resina superabsorvente a partir de algodão absorvente alcalinizado e carboximetilcelulose eterificada reticulada por N,N-metilenobisacrilamida são: concentração de álcali 40%, 20ml de água e etanol sem solvente, a proporção de álcali para éter é 2,5:1, e a dosagem do agente reticulador é 0,06g (6% da quantidade de línteres de algodão).