نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی صنایع خمیر و کاغذ، دانشکده مهندسی فناوری های نوین، دانشگاه شهید بهشتی، زیراب

2 گروه مهندسی فناوری تولید سلولز و کاغذ، دانشکده مهندسی فناوری های نوین، دانشگاه شهید بهشتی، زیراب

چکیده

آلوده شدن محیط زیست توسط انواع آلاینده­ها یکی از مهمترین دغدغه­های دانشمندان عرصه محیط­زیست در دهه اخیر است. پلیمرهای آبدوست غیر قابل حل در آب با قابلیت جذب سطحی آلاینده­ها، یکی از مواد نوین در کنترل و حذف آلاینده­ها محسوب می­شوند. در این تحقیق، پودر کربوکسی متیل سلولز (CMC) دارای درصد خلوص 7/87 درصد و درجه استخلاف 5/0 مورد استفاده قرار گرفت. هدف تولید یک سوپرجاذب به روشی سازگار با محیط زیست و بر پایه مواد زیستی بود. ابتدا به منظور نامحلول­سازی پودر CMC، بازه­های گسترده­ای از دما و زمان مورد آزمون قرار گرفتند که از آن میان ترکیب دماهای 165، 175، 180 درجه سانتی­گراد و به ترتیب زمان­های 90، 60 و 45 دقیقه انتخاب شدند. سپس، مقدار مشخصی از هر یک از شرایط اصلاح حرارتی توزین و با آب مخلوط گردید و عامل اتصال دهنده اسید سیتریک با مقادیر 1/0، 3/0، 5/0، 2، 5/3، 5، 10، 15 و 20 درصد نسبت به وزن پلیمر به نمونه­های اصلاح نشده (شاهد) و اصلاح حرارتی شده اضافه شد. در ادامه نمونه­ها در شرایط مشخص زمان و دما خشک شدند. نمونه­های تولید شده تحت آزمون­های کیسه چای، حساسیت یونی، جذب تحت بار، تغییر شکل و اندازه­گیری زمان تورم قرار گرفته و ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که انجام اصلاح حرارتی با موفقیت توانست نیاز به مصرف اتصال دهنده عرضی را مرتفع ساخته بطوریکه حداکثر مقادیر جذب در کلیه آزمون­های مورد بررسی در مقادیر اندک افزودن عامل اتصال دهنده عرضی مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

An Environmentally-friendly Approach for Producing Bio-superabsorbent Based on carboxymethyl cellulose

نویسندگان [English]

  • Faezeh Askari 1
  • Omid Ramezani 2
  • Esmaeil Rasooly Garmaroody 2
  • Seyed Rahman Djafari Petroudy 2
  • Faranak Mohammadkazemi 2

1 Student of Pulp and Paper Technology, Faculty of New Technologies Engineering, Shahid Beheshti University, Zirab

2 Department of Cellulose and Paper Technology, Faculty of New Technologies, Shahid Beheshi University, Zirab

چکیده [English]

Contamination of environment by different pollutants is one of the most important concerns of environmental scientists in the last decade. Water insoluble hydrophilic polymers with the contaminants surface absorption potential are considered new materials in control and removal of pollutants. Carboxymethyl cellulose (CMC) powder with the purity of 87.7 % and 0.5 degree of substitution (DS) was utilized in the current research project. The aim was producing a superabsorbent by an environmentally-friendly approach based on bio-based materials. First, in order to insolubilize CMC powder, a wide range of temperature and time were experimented among which the combination of 165, 175 and 180 °C temperatures and 45, 60 and 90 minutes were selected respectively. Then, certain amount of heat-modified samples were weighted and dispersed in water and citric acid as cross-linking agent was added with 0.1, 0.3, 0.5, 2, 3.5, 5, 10, 15 and 20 addition levels based on polymer weight. The samples were evaluated through Tea Bag, Ionic Sensitivity, Absorption under Load (AUL), Deformability and Swelling Kinetic tests. The results showed that heat treatment reduced the consumption of cross-liking agent which the highest absorption capacity was observed in low cross-linker addition levels in all tests.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrogel
  • Carboxymethyl Cellulose
  • Heat Treatment
  • Superabsorbent

Buchholz, FL., Graham, AT.,(1998). Modern Superabsorbent Polymer Technology. Wiley- VCH, NewYork, Ch 2.97-217.

Buchholz, FL., Peppas NA.(1994). Superabsorbent Polymers Science and Technology. ACS Symposium Series. American Chemical society, Washington, DC; 34 - 124. 573.

Brannon-Peppas L, Harland RS.(1990).Absorbent Polymer Technology. Elsevier. Amsterdam, 9 -99.

Zohuriaan-Mehr, Mohammad ,J., Kabiri,K..(2008). Superabsorbent Polymer Materials:A Review. Iranian Polymer Journal17 (6), 451-477.

Omidian H, Hashemi SA, Sammes PG, Meldrum, I. (1999). Modified acrylic-based superabsorbent polymers (dependence on particle size and salinity), Polymer, 40, 1753-1761.

Sannino, A.; Esposito, A.; Nicolais, L.; Del Nobile, M.A.; Giovane, A.; Balestrieri, C.; Esposito, R.; Agresti, M. (2009). Cellulose-based hydrogels as body water retainers. J. Mater. Sci. - Mater. Med, 11 (4), 247-253;

Ogushi, Y., Sakai, S., Kawakami, K.(2007). Synthesis of enzimatically-gellable carboxymethylcellulose for biomedical applications. J. Biosci. Bioeng: 104 (1), 30-33.

. Adel, A. M., Abou-Youssef , H., El-Gendy, A.A., Nada, A.M. (2010).Carboxymethylated Cellulose Hydrogel; Sorption Behavior andCharacterization, Nature and Science 8(8).

Astrini N., Anaha, L. , Haryono ,A. (2012).Crosslinking Parameter on the Preparation of Cellulose BasedHydrogel with Divynilsulfone. Procedia Chemistry 4 ,275 – 281.

Harsh, D.C., Gehrke, S.H. (1991). Controlling the swelling characteristics of temperature –sensitive cellulose ether hydrogels. Journal of Controlled Release,17,175-186.

Elliot, E. S., Heat-Treated Alkali-Metal Carboxymetheyl Cellulose and Process of Preparing it, US 2,639,239, 1953.

Demitri Ch. and Sole R D., Novel Superabsorbent Cellulose-Based Hydrogels

Crosslinked with CitricAcid,J.Polymer.Sci.,Vol.2453–2460,2008.

Raucci M.G. and Alvarez-Perez m.A., Effect of citric acid crosslinking cellulose-based hydrogels onosteogenic differentiation, J. Biomed Mater Res., Part A, 103A .2045–2056,2015.

MarcÃ‌ G., Mele G., Palmisano L., Pulito P. and Sannino, A.,Environmentally sustainable production of cellulose-based superabsorbent hydrogels. Green Chemistry, 8(5), 439-444. . (2006).

Pourjavadi A, Mahdavinia GR, Zohuriaan-Mehr MJ., )2003.(Modified chitosan. II. H-ChitoPAN, a novel pH-responsive superbasorbent hydrogel, J Appl Polym Sci, 90, 3115-3121,

Zohuriaan-Mehr MJ, Pourjavadi A (2003) Superabsorbent hydrogels from starch-g-PAN: Effect of some reaction variables on swelling behavior. J Polym Mater 20:113–120

Fellah, B.H.; Weiss, P.; Gauthier, O.; Rouillon, T.; Pilet, P.; Daculsi, G.; Layrolle, P.( 2006). Bone repair using a new injectable self-crosslinkable bone substitute. J. Orthop. Res. 24 (4), 628-635.

Doo-Won L., Kee-Jong Y.,. Sohk-Won K.O, Appl J.Polym. Sci. 78) 2525–2532(2000(.

Zohuriaan-Mehr MJ,.( 2006). Super-Absorbents (in Persian), Iran Polymer Society, Tehran, 2-4.

Hebeish, A., Hashem, M., El-Hady, M. A., & Sharaf, S. (2013). Development of CMC hydrogels loaded with silver nano-particles for medical applications. Carbohydrate polymers, 92(1), 407-413.

Westman L. and Lindström T., Swelling and mechanical properties of cellulose hydrogels. I. Preparation, characterization, and swelling behavior. Journal of Applied Polymer Science, 26(8), 2519-2532, (1981).

Shalaby W., ShalabyKaren J.L.and Burg, AbsorbableandBiodegradablePolymers, This edition published in the Taylor & Francis e-Library, 2005.

Brannon – Peppas L. and Harland R.S. , Absorbent Polymer Technology, Amsterdam - Oxford - New York - Tokyo 1990.

Bao Y., Ma J.and Li N., Synthesis and swelling behaviors of sodium carboxymethyl cellulose-g-poly (AA-co-AM-co-AMPS)/MMT superabsorbent hydrogel, Carbohydrate Polymers, 84(1), 76-82, 2011.

Omidian H., Hashemi S. A., Askari F. A. H. I. M. E. H. and Nafisi, S., Modifying acrylic‐based superabsorbents. I. Modification of crosslinker and comonomer nature, Journal of applied polymer science, 54(2), 241-249,1994.

Ramazani‐Harandi M. J., Zohuriaan‐Mehr M. J., Yousefi A. A., Ershad‐Langroudi A.and Kabiri K., Effects of structural variables on AUL and rheological behavior of SAP gels,Journal of applied polymer science, 113(6), 3676-3686,2009.