سیلولوز ایتھر سے سپر جاذب مواد

سپرابسوربینٹ رال تیار کرنے کے لیے N، N-methylenebisacrylamide کے ذریعے کراس سے منسلک کاربوکسی میتھائل سیلولوز کے عمل اور مصنوعات کی کارکردگی کا مطالعہ کیا گیا، اور الکلی کی ارتکاز، کراس لنک کرنے والے ایجنٹ کی مقدار، الکلی ایتھریفیکیشن، اور سالوینٹ پر تبادلہ خیال کیا گیا۔مصنوعات کی پانی جذب کرنے کی کارکردگی پر خوراک کا اثر۔پانی میں پانی جذب کرنے والی رال کے جذب کے طریقہ کار کی وضاحت کی گئی ہے۔مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ اس پروڈکٹ کی واٹر ریٹینشن ویلیو (WRV) 114ml/g تک پہنچ جاتی ہے۔

کلیدی الفاظ:سیلولوز ایتھر؛methylenebisacrylamide؛تیاری

1،تعارف

سپرابسوربینٹ رال ایک پولیمر مواد ہے جس میں مضبوط ہائیڈرو فیلک گروپس اور ایک خاص حد تک کراس لنکنگ ہے۔عام پانی جذب کرنے والے مواد جیسے کاغذ، روئی اور بھنگ میں پانی جذب کرنے کی شرح کم ہوتی ہے اور پانی کو برقرار رکھنے کی کم صلاحیت ہوتی ہے، جبکہ انتہائی جاذب رال اپنے وزن سے درجنوں گنا پانی جذب کر سکتی ہے، اور پانی جذب کرنے کے بعد بننے والا جیل پانی کی کمی بھی نہیں کرے گا۔ ہلکے دباؤ کے ساتھ۔پانی کو برقرار رکھنے کی بہترین صلاحیت۔یہ نہ تو پانی میں حل پذیر ہے اور نہ ہی نامیاتی سالوینٹس میں۔

سیلولوز سے بنے سپر جاذب مواد کی مالیکیولر چین پر ہائیڈروکسیل گروپس، کاربوکسائل گروپس اور سوڈیم ہائیڈریٹ آئنز کی ایک بڑی تعداد موجود ہے۔پانی کو جذب کرنے کے بعد، پانی ایک ہائیڈرو فیلک میکرومولیکولر نیٹ ورک سے گھرا ہوا ہے اور اسے بیرونی دباؤ میں برقرار رکھا جا سکتا ہے۔جب پانی جذب رال کو نمی کرتا ہے تو رال اور پانی کے درمیان نیم پارگمی جھلی کی ایک تہہ بن جاتی ہے۔ڈونن کے مطابق، پانی میں جذب کرنے والی رال میں موبائل آئنوں (Na+) کی زیادہ ارتکاز کی وجہ سے's توازن کے اصول کے مطابق، یہ آئن ارتکاز کا فرق آسموٹک دباؤ کا سبب بن سکتا ہے۔ناقص، نمی اور سوجن کی کمزور طاقت کی شکل میں، پانی نیم پارگمی جھلی کی اس تہہ سے گزرتا ہے اور ہائیڈرو فیلک گروپس اور آئنوں کے ساتھ مل جاتا ہے جو سپر ابسوربینٹ رال کے میکرو مالیکیولز پر ہوتا ہے، موبائل آئنوں کے ارتکاز کو کم کرتا ہے، جس سے پانی کی زیادہ جذب اور سوجن ظاہر ہوتی ہے۔جذب کرنے کا یہ عمل اس وقت تک جاری رہتا ہے جب تک کہ موبائل آئنوں کے ارتکاز میں فرق کی وجہ سے پیدا ہونے والا اوسموٹک دباؤ کا فرق پولیمر رال کے مالیکیولر نیٹ ورک کی مربوط قوت کی وجہ سے مزید پھیلاؤ کی مزاحمت کے برابر نہ ہو۔سیلولوز سے تیار کردہ سپرابسوربینٹ رال کے فوائد یہ ہیں: اعتدال پسند پانی جذب کرنے کی شرح، تیز پانی جذب کرنے کی رفتار، نمکین پانی کی اچھی مزاحمت، غیر زہریلا، پی ایچ ویلیو کو ایڈجسٹ کرنے میں آسان، فطرت میں انحطاط ہوسکتا ہے، اور کم قیمت، اس لیے اس کی وسیع مقدار ہے۔ استعمال کی حد.اسے پانی کو روکنے والے ایجنٹ، مٹی کے کنڈیشنر، اور صنعت اور زراعت میں پانی کو برقرار رکھنے والے ایجنٹ کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔اس کے علاوہ، اس میں صحت، خوراک، مائیکرو بایولوجی، اور طب میں اچھی ترقی اور اطلاق کے امکانات ہیں۔

2. تجرباتی حصہ

2.1 تجرباتی اصول

کپاس کے فائبر سپرابسوربینٹ رال کی تیاری بنیادی طور پر فائبر کی جلد پر کم درجے کے متبادل کے ساتھ کراس سے منسلک ڈھانچہ بنانا ہے۔مرکبات سے کراس لنکنگ جن میں عام طور پر دو یا زیادہ رد عمل والے فنکشنل گروپ ہوتے ہیں۔کراس لنک کرنے کے قابل فنکشنل گروپس میں ونائل، ہائیڈروکسیل، کاربوکسائل، امائیڈ، ایسڈ کلورائیڈ، آکسیرین، نائٹریل وغیرہ شامل ہیں۔ مختلف کراس لنکنگ ایجنٹوں کے ساتھ تیار کردہ سپرابسوربینٹ ریزن کا پانی جذب کرنے کا تناسب مختلف ہے۔اس تجربے میں، N, N-methylenebisacrylamide کو کراس لنکنگ ایجنٹ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، بشمول درج ذیل اقدامات:

(1) سیلولوز (Rcell) الکلی سیلولوز پیدا کرنے کے لیے الکلین محلول کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے، اور سیلولوز کا الکلائزیشن رد عمل ایک تیز خارجی رد عمل ہے۔درجہ حرارت کو کم کرنا الکلی ریشوں کی تشکیل کے لیے سازگار ہے اور ان کے ہائیڈولیسس کو روک سکتا ہے۔الکوحل کو شامل کرنے سے سیلولوز کی خرابی میں اضافہ ہوسکتا ہے، جو الکلائزیشن اور اس کے بعد ایتھریفیکیشن کے لیے فائدہ مند ہے۔

RcellOH+NaOH→RcellONa+H2O

(2) الکلی سیلولوز اور مونوکلورواسیٹک ایسڈ سوڈیم کاربوکسی میتھائل سیلولوز پیدا کرتے ہیں، اور ایتھریفیکیشن ری ایکشن نیوکلیوفیلک متبادل رد عمل سے تعلق رکھتا ہے:

RcellONa+ClCH2COONa→RcellOCH2COONa+NaCl

(3) N، N-methylenebisacrylamide ایک سپر جاذب رال حاصل کرنے کے لیے کراس سے منسلک ہے۔کیونکہ کاربوکسی میتھائل فائبر کی مالیکیولر چین پر اب بھی ہائیڈروکسیل گروپس کی ایک بڑی تعداد موجود ہے، سیلولوز کے ہائیڈروکسیل گروپ کی آئنائزیشن اور N، N-methylenebisacrylamide کی سالماتی زنجیر پر ایکریلویل ڈبل بانڈ کی آئنائزیشن کو متحرک کیا جا سکتا ہے۔ الکلی کیٹالیسس کا، اور پھر سیلولوز مالیکیولر چینز کے درمیان کراس لنکنگ مائیکل کنڈینسیشن کے ذریعے ہوتا ہے، اور فوری طور پر پانی کے ساتھ پروٹون کے تبادلے سے گزرتا ہے تاکہ پانی میں گھلنشیل سیلولوز سپرابسوربینٹ رال بن جائے۔

2.2 خام مال اور آلات

خام مال: جاذب روئی (لنٹرز میں کاٹا ہوا)، سوڈیم ہائیڈرو آکسائیڈ، مونوکلورواسیٹک ایسڈ، N، N-methylenebisacrylamide، absolute ethanol، acetone۔

آلات: تین گردن والا فلاسک، الیکٹرک اسٹرنگ، ریفلوکس کنڈینسر، سکشن فلٹر فلاسک، بوچنر فنل، ویکیوم ڈرائینگ اوون، گردش کرنے والا واٹر ویکیوم پمپ۔

2.3 تیاری کا طریقہ

2.3.1 الکلینائزیشن

تین گردن والی بوتل میں 1 گرام جاذب روئی ڈالیں، پھر سوڈیم ہائیڈرو آکسائیڈ محلول اور مطلق ایتھنول کی ایک خاص مقدار شامل کریں، درجہ حرارت کو کمرے کے درجہ حرارت سے نیچے رکھیں، اور تھوڑی دیر ہلائیں۔

2.3.2 ایتھریفیکیشن

کلورواسیٹک ایسڈ کی ایک خاص مقدار شامل کریں اور 1 گھنٹے تک ہلائیں۔

2.3.2 کراس لنکنگ

ایتھریفیکیشن کے بعد کے مرحلے میں، N,N-methylenebisacrylamide کو ایک دوسرے سے منسلک کرنے کے لیے تناسب میں شامل کیا گیا، اور کمرے کے درجہ حرارت پر 2 گھنٹے تک ہلایا گیا۔

2.3.4 پوسٹ پروسیسنگ

پی ایچ ویلیو کو 7 پر ایڈجسٹ کرنے کے لیے گلیشیل ایسٹک ایسڈ کا استعمال کریں، نمک کو ایتھنول سے دھوئیں، پانی کو ایسٹون سے دھوئیں، سکشن سے فلٹر کریں، اور ویکیوم کو 4 گھنٹے تک خشک کریں (تقریباً 60 پر°C، ویکیوم ڈگری 8.8kPa) ایک سفید کپاس فلیمینٹ پروڈکٹ حاصل کرنے کے لیے۔

2.4 تجزیاتی جانچ

پانی جذب کرنے کی شرح (WRV) کا تعین چھلنی سے کیا جاتا ہے، یعنی 1 گرام پروڈکٹ (G) کو ایک بیکر میں شامل کیا جاتا ہے جس میں 100 ملی لیٹر ڈسٹل واٹر (V1) ہوتا ہے، 24 گھنٹے تک بھگو کر 200 میش سٹینلیس سٹیل کی سکرین کے ذریعے فلٹر کیا جاتا ہے۔ ، اور اسکرین کے نیچے پانی جمع کیا جاتا ہے (V2)۔حساب کتاب کا فارمولا درج ذیل ہے: WRV=(V1-V2)/G.

3. نتائج اور مباحثہ

3.1 الکلائزیشن رد عمل کے حالات کا انتخاب

کپاس کے ریشہ اور الکلین محلول کے عمل سے الکلی سیلولوز پیدا کرنے کے عمل میں، عمل کی شرائط مصنوعات کی کارکردگی پر نمایاں اثر ڈالتی ہیں۔الکلائزیشن ردعمل میں بہت سے عوامل ہیں.مشاہدے کی سہولت کے لیے آرتھوگونل تجرباتی ڈیزائن کا طریقہ اپنایا جاتا ہے۔

دیگر حالات: سالوینٹ 20 ملی لیٹر مطلق ایتھنول ہے، الکلی کا ایتھریفائینگ ایجنٹ (mol/md) کا تناسب 3:1 ہے، اور کراس لنکنگ ایجنٹ 0.05 گرام ہے۔

تجرباتی نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ: بنیادی اور ثانوی تعلق: C>A>B، بہترین تناسب: A3B3C3۔لائی کا ارتکاز الکلائزیشن رد عمل میں سب سے اہم عنصر ہے۔لائی کا زیادہ ارتکاز الکلی سیلولوز کی تشکیل کے لیے سازگار ہے۔تاہم، یہ غور کرنا چاہیے کہ لائی کا ارتکاز جتنی زیادہ ہو گا، تیار شدہ سپرابسوربینٹ رال میں نمک کی مقدار اتنی ہی زیادہ ہو گی۔لہذا، ایتھنول کے ساتھ نمک کو دھوتے وقت، اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کئی بار دھوئیں کہ پروڈکٹ میں موجود نمک ختم ہو جائے، تاکہ پروڈکٹ کی پانی جذب کرنے کی صلاحیت متاثر نہ ہو۔

3.2 پروڈکٹ WRV پر کراس لنکنگ ایجنٹ کی خوراک کا اثر

تجرباتی حالات یہ ہیں: 20 ملی لیٹر مطلق ایتھنول، 2.3:1 الکالی کا ایتھریفیکیشن ایجنٹ، 20 ملی لیٹر لائی، اور الکلائزیشن کا 90 منٹ۔

نتائج سے ظاہر ہوا کہ کراس لنکنگ ایجنٹ کی مقدار نے CMC-Na کی کراس لنکنگ ڈگری کو متاثر کیا۔ضرورت سے زیادہ کراس لنکنگ پروڈکٹ کی جگہ میں ایک تنگ نیٹ ورک کی ساخت کا باعث بنتی ہے، جس کی خصوصیت پانی جذب کرنے کی کم شرح اور پانی کے جذب کے بعد کمزور لچک ہوتی ہے۔جب کراس لنکنگ ایجنٹ کی مقدار کم ہوتی ہے، کراس لنکنگ نامکمل ہے، اور پانی میں گھلنشیل مصنوعات موجود ہیں، جو پانی کے جذب کی شرح کو بھی متاثر کرتی ہیں۔جب کراس لنکنگ ایجنٹ کی مقدار 0.06 گرام سے کم ہوتی ہے تو پانی جذب کرنے کی شرح کراس لنکنگ ایجنٹ کی مقدار میں اضافے کے ساتھ بڑھ جاتی ہے، جب کراس لنکنگ ایجنٹ کی مقدار 0.06 گرام سے زیادہ ہوتی ہے تو پانی جذب کرنے کی شرح کم ہو جاتی ہے۔ کراس لنکنگ ایجنٹ کی مقدار کے ساتھ۔لہذا، کراس لنکنگ ایجنٹ کی خوراک کاٹن فائبر ماس کا تقریباً 6% ہے۔

3.3 پروڈکٹ WRV پر ایتھریفیکیشن کی شرائط کا اثر

تجرباتی حالات ہیں: الکلی کا ارتکاز 40%؛الکلی حجم 20 ملی لیٹر؛مطلق ایتھنول 20 ملی لیٹر؛کراس لنکنگ ایجنٹ کی خوراک 0.06 گرام؛الکلائزیشن 90 منٹ

کیمیائی رد عمل کے فارمولے سے، الکلی ایتھر کا تناسب (NaOH:CICH2-COOH) 2:1 ہونا چاہیے، لیکن استعمال شدہ الکلی کی اصل مقدار اس تناسب سے زیادہ ہے، کیونکہ رد عمل کے نظام میں الکلی کی ایک مخصوص مقدار کی ضمانت ہونی چاہیے۔ , کیونکہ: مفت بیس کی کچھ زیادہ ارتکاز الکلائزیشن رد عمل کی تکمیل کے لیے سازگار ہے۔کراس لنکنگ رد عمل الکلائن حالات کے تحت کیا جانا چاہئے؛کچھ ضمنی ردعمل الکلی کھاتے ہیں.تاہم، اگر الکلی کی مقدار بہت زیادہ شامل کی جاتی ہے، تو الکلی ریشہ شدید طور پر خراب ہو جائے گا، اور اسی وقت، ایتھریفیکیشن ایجنٹ کی کارکردگی کم ہو جائے گی۔تجربات سے پتہ چلتا ہے کہ الکلی اور ایتھر کا تناسب تقریباً 2.5:1 ہے۔

3.4 سالوینٹس کی مقدار کا اثر

تجرباتی حالات ہیں: الکلی کا ارتکاز 40%؛الکلی کی خوراک 20 ملی لیٹر؛الکلی ایتھر کا تناسب 2.5:1؛کراس لنکنگ ایجنٹ کی خوراک 0.06 گرام، الکلائزیشن 90 منٹ۔

سالوینٹ اینہائیڈروس ایتھنول نظام کی گندگی کی حالت کو منتشر کرنے، ہم آہنگی پیدا کرنے اور برقرار رکھنے کا کردار ادا کرتا ہے، جو الکلی سیلولوز کی تشکیل کے دوران خارج ہونے والی حرارت کو منتشر کرنے اور منتقل کرنے کے لیے فائدہ مند ہے، اور الکلی سیلولوز کے ہائیڈولیسس رد عمل کو کم کر سکتا ہے، اس طرح یکساں حاصل کرتا ہے۔ سیلولوزتاہم، اگر شامل کی گئی الکحل کی مقدار بہت زیادہ ہے، تو الکلی اور سوڈیم مونوکلورواسیٹیٹ اس میں تحلیل ہو جائیں گے، ری ایکٹنٹس کا ارتکاز کم ہو جائے گا، رد عمل کی شرح کم ہو جائے گی، اور اس کے بعد کے کراس لنکنگ پر بھی منفی اثر پڑے گا۔جب مطلق ایتھنول کی مقدار 20 ملی لیٹر ہے، تو WRV قدر بڑی ہوتی ہے۔

خلاصہ طور پر، N, N-methylenebisacrylamide کے ذریعے کراس لنک شدہ جاذب کپاس الکلائزڈ اور ایتھریفائیڈ کاربوکسی میتھائل سیلولوز سے سپرابسوربینٹ رال کی تیاری کے لیے سب سے موزوں حالات یہ ہیں: الکلی کا ارتکاز 40%، سالوینٹس سے پاک 20 ملی لیٹر پانی اور ایتھنول، الکالیو ایتھنول 2.5:1 ہے، اور کراس لنکنگ ایجنٹ کی خوراک 0.06 گرام ہے (کپاس کے لنٹر کی مقدار کا 6%)۔