Эфір цэлюлозы на эпаксіднай смале

У якасці сыравіны выкарыстоўваюцца адходы бавоўны і пілавінне, якія гідралізуюцца ў шчолачэфір цэлюлозыпад дзеяннем 18% шчолачы і шэрагу дадаткаў. Затым для прышчэпкі выкарыстоўвайце эпаксідную смалу, малярнае суадносіны эпаксіднай смалы і шчолачнага валакна складае 0,5:1,0, тэмпература рэакцыі - 100°C, час рэакцыі складае 5,0 гадзін, дазоўка каталізатара складае 1%, а хуткасць этэрыфікацыі - 32%. Атрыманы эпаксідны эфір цэлюлозы змешваюць з 0,6 моль Cel-Ep і 0,4 моль CAB, каб сінтэзаваць новы прадукт пакрыцця з добрымі характарыстыкамі. Структура прадукту была пацверджана з ІЧ.

Ключавыя словы:эфір цэлюлозы; сінтэз; КАБІНА; ўласцівасці пакрыцця

Цэлюлоза эфір ўяўляе сабой прыродны палімер, які ўтвараецца ў выніку кандэнсацыіβ-глюкоза. Цэлюлоза мае высокую ступень полімерызацыі, добрую ступень арыентацыі і добрую хімічную стабільнасць. Яго можна атрымаць шляхам хімічнай апрацоўкі цэлюлозы (этэрыфікацыі або этэрыфікацыі). Серыя вытворных цэлюлозы, гэтыя прадукты шырока выкарыстоўваюцца ў пластмасах, біяраскладальных ланч-боксах, высакакласных аўтамабільных пакрыццях, аўтазапчастках, друкарскіх фарбах, клеях і г.д. У цяперашні час пастаянна з'яўляюцца новыя мадыфікаваныя разнавіднасці цэлюлозы, і вобласці прымянення пастаянна пашыраецца, паступова фарміруецца сістэма валакнапрамысл. Гэта тэма заключаецца ў выкарыстанні пілавіння або адходаў бавоўны для гідралізу на кароткія валакна з дапамогай шчолаку, а затым хімічнай прышчэпкі і мадыфікацыі для стварэння новага тыпу пакрыцця, пра што не паведамляецца ў дакуменце.

1. Эксперымент

1.1 Рэактывы і прыборы

Адходы бавоўны (прамытыя і высушаныя), NaOH, 1,4-бутандиол, метанол, тиомочевина, мачавіна, эпаксідная смала, воцатны ангідрыд, масляная кіслата, трыхларэтан, мурашыная кіслата, гліоксаль, талуол, CAB і г.д. (Чысціня - клас CP) . Для падрыхтоўкі проб метадам нанясення тэтрагідрафурана растваральніка выкарыстоўваўся інфрачырвоны спектрометр Magna-IR 550 вытворчасці Nicolet Company (ЗША). Вісказіметр Ту-4 тыпу FVXD3-1 з самарэгуляванай электрычнай мяшалкай з пастаяннай тэмпературай, выраблены Weihai Xiangwei Chemical Machinery Factory; ратацыйны вісказіметр NDJ-7 тыпу Z-10MP5 вытворчасці Шанхайскага інструментальнага завода Цяньпін; малекулярная маса вымяраецца глейкасцю па Уббелоде; Падрыхтоўка і выпрабаванне плёнкі фарбы павінны праводзіцца ў адпаведнасці з нацыянальным стандартам GB-79.

1.2 Прынцып рэакцыі

1.3 Сінтэз

Сінтэз эпаксіднай цэлюлозы: дадайце 100 г здробненага баваўнянага валакна ў рэактар ​​з электрычным мяшаннем з самакантраляванай пастаяннай тэмпературай, дадайце акісляльнік і прарэагуйце на працягу 10 хвілін, затым дадайце спірт і шчолач, каб атрымаць шчолак з канцэнтрацыяй 18%. Для насычэння дадайце паскаральнікі А, В і інш. Рэагуюць пры пэўнай тэмпературы ў вакууме на працягу 12 гадзін, фільтруюць, высушваюць і ўзважваюць 50 г подщелаченной цэлюлозы, дадаюць змешаны растваральнік, каб атрымалася суспензія, дадаюць каталізатар і эпаксідную смалу з удзельнай малекулярнай масай, награваюць да 90~110℃для рэакцыі этэрыфікацыі 4,0 ~ 6,0 гадзін, пакуль рэагенты не будуць змешвацца. Дадайце мурашыную кіслату для нейтралізацыі і выдалення лішку шчолачы, аддзяліце водны раствор і растваральнік, прамыйце 80℃гарачай вады, каб выдаліць натрыевую соль, і высушыце для наступнага выкарыстання. Уласную глейкасць вымяралі з дапамогай вісказіметра Ubbelohde, а сярэднюю малекулярную масу глейкасці разлічвалі ў адпаведнасці з літаратурай.

Ацэтатбутылацэлюлозу атрымліваюць у адпаведнасці з літаратурным метадам, узважваюць 57,2 г рафінаванага бавоўны, дадаюць 55 г воцатнага ангідрыду, 79 г маслянай кіслаты, 9,5 г ацэтату магнію, 5,1 г сернай кіслаты, выкарыстоўваюць у якасці растваральніка бутылацэтат і ўступаюць у рэакцыю пры пэўнай тэмпературы да кваліфікацыі, нейтралізуецца даданнем ацэтату натрыю, выпадае ў асадак, фільтруецца, прамываецца, фільтруецца і сушыцца для наступнага выкарыстання. Вазьміце Cel-Ep, дадайце адпаведную колькасць CAB і спецыфічны змешаны растваральнік, нагрэйце і памешвайце на працягу 0,5 гадзін да адукацыі аднастайнай густой вадкасці, а затым падрыхтуйце плёнку пакрыцця і праверце прадукцыйнасць па метадзе GB-79.

Вызначэнне ступені этэрыфікацыі ацэтату цэлюлозы: спачатку растварыце ацэтат цэлюлозы ў дыметилсульфоксиде, дадайце адмераную колькасць раствора шчолачы для награвання і гідралізу і тытруйце гидролизованный раствор стандартным растворам NaOH для разліку агульнага спажывання шчолачы. Вызначэнне ўтрымання вады: пастаўце ўзор у духоўку пры 100~105°C для высыхання на працягу 0,2 гадзіны, узважыць і разлічыць водапаглынанне пасля астуджэння. Вызначэнне шчолачнага паглынання: узважыць колькасны ўзор, растварыць яго ў гарачай вадзе, дадаць індыкатар метылавы фіялетавы, а затым тытраваць 0,05 моль/л H2SO4. Вызначэнне ступені пашырэння: Узважце 50 г узору, здрабніце яго і пакладзеце ў градуяваную прабірку, прачытайце аб'ём пасля электрычнай вібрацыі і параўнайце яго з аб'ёмам нешчолачнага парашка цэлюлозы, каб вылічыць ступень пашырэння.

2. Вынікі і абмеркаванне

2.1 Залежнасць паміж канцэнтрацыяй шчолачы і ступенню набракання цэлюлозы

Рэакцыя цэлюлозы з пэўнай канцэнтрацыяй раствора NaOH можа разбурыць рэгулярную і ўпарадкаваную крышталізацыю цэлюлозы і прымусіць цэлюлозу набракаць. І ў шчолаку адбываюцца розныя дэградацыі, зніжаючы ступень полімерызацыі. Эксперыменты паказваюць, што ступень набракання цэлюлозы і колькасць звязвання або адсорбцыі шчолачы павялічваюцца з павелічэннем канцэнтрацыі шчолачы. Ступень гідролізу павялічваецца з павышэннем тэмпературы. Калі канцэнтрацыя шчолачы дасягае 20%, ступень гідролізу складае 6,8% пры t=100°C; ступень гідролізу 14% пры t=135°С. У той жа час эксперымент паказвае, што пры шчолачы больш за 30% ступень гідролізу разрыву ланцуга цэлюлозы значна зніжаецца. Калі канцэнтрацыя шчолачы дасягае 18%, адсарбцыйная здольнасць і ступень набракання вады максімальныя, канцэнтрацыя працягвае расці, рэзка падае да плато, а затым раўнамерна змяняецца. Пры гэтым гэта змяненне даволі адчувальна да ўздзеяння тэмпературы. Пры той жа канцэнтрацыі шчолачы, калі тэмпература нізкая (<20°C), ступень набракання цэлюлозы вялікая, і колькасць адсорбцыі вады вялікая; пры высокай тэмпературы ступень набракання і колькасць адсорбцыі вады значныя. паменшыць.

Шчолачныя валакна з розным утрыманнем вады і шчолачаў вызначалі метадам рэнтгенаструктурнага аналізу ў адпаведнасці з літаратурай. Пры фактычнай працы 18%~20% шчолаку выкарыстоўваецца для кантролю пэўнай тэмпературы рэакцыі, каб павялічыць ступень набракання цэлюлозы. Эксперыменты паказваюць, што цэлюлоза, якая рэагуе пры награванні на працягу 6~12 гадзін, можа растварацца ў палярных растваральніках. Зыходзячы з гэтага факту, аўтар лічыць, што растваральнасць цэлюлозы гуляе вызначальную ролю ў ступені разбурэння вадароднай сувязі паміж малекуламі цэлюлозы ў крышталічным сегменце, а затым і ступені разбурэння ўнутрымалекулярных груп глюкозы С3-С2. Чым большая ступень разбурэння вадароднай сувязі, тым большая ступень набракання шчолачнага валакна, і вадародная сувязь цалкам разбураецца, і канчатковы гідралізат з'яўляецца вадараспушчальным рэчывам.

2.2 Уплыў паскаральніка

Даданне спірту з высокай тэмпературай кіпення падчас подщелачивания цэлюлозы можа павысіць тэмпературу рэакцыі, а даданне невялікай колькасці аэразольнага газу, такога як нізкі спірт і тиомочевина (або мачавіна), можа значна спрыяць пранікненню і набраканню цэлюлозы. Калі канцэнтрацыя спірту павялічваецца, паглынанне шчолаччу цэлюлозай павялічваецца, і адбываецца раптоўная кропка змены, калі канцэнтрацыя складае 20%, што можа быць звязана з тым, што монафункцыянальны спірт пранікае ў малекулы цэлюлозы, утвараючы вадародныя сувязі з цэлюлозай, прадухіляючы цэлюлозу малекул Вадародныя сувязі паміж ланцугамі і малекулярнымі ланцугамі павялічваюць ступень неўпарадкаванасці, павялічваюць плошчу паверхні і павялічваюць колькасць адсорбцыі шчолачаў. Аднак пры тых жа ўмовах паглынанне шчолаччу драўнянай габлюшкі нізкае, і крывая змяняецца ў стане ваганняў. Гэта можа быць звязана з нізкім утрыманнем цэлюлозы ў драўнянай дранцы, якая змяшчае вялікую колькасць лігніну, які перашкаджае пранікненню спірту, і мае добрую вадаўстойлівасць і шчолачастойлівасць.

2.3 Этэрыфікацыя

Дадайце 1% каталізатара B, кантралюйце розныя тэмпературы рэакцыі і правядзіце мадыфікацыю этэрыфікацыі эпаксіднай смалой і шчолачным валакном. Актыўнасць рэакцыі этерификации нізкая - 80°C. Хуткасць прышчэпкі Cel складае ўсяго 28%, а актыўнасць этэрыфікацыі амаль падвойваецца пры 110°C. Улічваючы ўмовы рэакцыі, такія як растваральнік, тэмпература рэакцыі роўная 100°C, а час рэакцыі складае 2,5 гадзіны, а хуткасць прышчэпкі Cel можа дасягаць 41%. Акрамя таго, на пачатковай стадыі рэакцыі этэрыфікацыі (<1,0 ч) з-за гетэрагеннай рэакцыі паміж шчолачнай цэлюлозай і эпаксіднай смалой хуткасць прышчэпкі нізкая. З павелічэннем ступені этерификации Cel паступова пераходзіць у гамагенную рэакцыю, таму актыўнасць рэакцыі рэзка ўзрастае, а хуткасць прышчэпкі павялічваецца.

2.4 Сувязь паміж хуткасцю прышчэпкі Cel і растваральнасцю

Эксперыменты паказалі, што пасля прышчэпкі эпаксіднай смалы са шчолачнай цэлюлозай можна значна палепшыць такія фізічныя ўласцівасці, як глейкасць прадукту, адгезія, воданепранікальнасць і тэрмаўстойлівасць. Тэст на растваральнасць. Прадукт з хуткасцю прышчэпкі Cell <40% можна растварыць у складаным спіртавым эфіры, алкидной смале, поліакрылавай кіслаце, акрылавай пімарынавай кіслаце і іншых смалах. Смала Cel-Ep мае відавочны солюбилизирующий эфект.

У спалучэнні з выпрабаваннем плёнкі пакрыцця сумесі з каэфіцыентам прышчэпкі 32%~42% звычайна маюць лепшую сумяшчальнасць, а сумесі з каэфіцыентам прышчэпкі <30% маюць дрэнную сумяшчальнасць і нізкі бляск плёнкі пакрыцця; хуткасць прышчэпкі вышэй за 42%, устойлівасць плёнкі да кіпячэння вады, спірту і палярных арганічных растваральнікаў зніжаецца. Для паляпшэння сумяшчальнасці матэрыялаў і характарыстык пакрыцця аўтар дадаў CAB у адпаведнасці з формулай у табліцы 1 для далейшага растварання і мадыфікацыі для садзейнічання суіснаванню Cel-Ep і CAB. Сумесь ўтварае прыблізную аднастайную сістэму. Кампазіцыя таўшчыні інтэрфейсу сумесі мае тэндэнцыю быць вельмі тонкай і імкнуцца быць у стане нана-ячэек.

2.5 Адносіны паміж Цэл—Каэфіцыент змешвання Ep/CAB і фізічныя ўласцівасці

Выкарыстоўваючы Cel-Ep для змешвання з CAB, вынікі выпрабаванняў пакрыцця паказваюць, што ацэтат цэлюлозы можа значна палепшыць уласцівасці пакрыцця матэрыялу, асабліва хуткасць высыхання. Чысты кампанент Cel-Ep цяжка высушыць пры пакаёвай тэмпературы. Пасля дадання CAB гэтыя два матэрыялы відавочна ўзаемадапаўняюць характарыстыкі.

2.6 Выяўленне спектру FTIR

3. Заключэнне

(1) Баваўняная цэлюлоза можа набракаць пры 80°C з больш чым 18% канцэнтраванай шчолаччу і шэрагам дабавак, павялічваюць тэмпературу рэакцыі, падаўжаюць час рэакцыі, павялічваюць ступень набракання і дэградацыі да поўнага гідралізу.

(2) Рэакцыя этэрыфікацыі, малярны каэфіцыент падачы Cel-Ep роўны 2, тэмпература рэакцыі роўная 100°C, час складае 5 гадзін, дазоўка каталізатара складае 1%, а хуткасць этэрыфікацыі можа дасягаць 32%~42%.

(3) Мадыфікацыя змешвання, калі малярныя суадносіны Cel-Ep:CAB=3:2, прадукцыйнасць сінтэзаванага прадукту добрая, але чысты Cel-Ep не можа выкарыстоўвацца ў якасці пакрыцця, толькі ў якасці клею.