Èter de cel·lulosa sobre resina epoxi

Els residus de cotó i serradures s'utilitzen com a matèries primeres i s'hi hidrolitzen en àlcalièter de cel·lulosasota l'acció d'un 18% d'àlcali i una sèrie d'additius. A continuació, utilitzeu resina epoxi per empeltar, la proporció molar de resina epoxi i fibra alcalina és de 0,5: 1,0, la temperatura de reacció és de 100°C, el temps de reacció és de 5,0 h, la dosi del catalitzador és de l'1% i la taxa d'empelt d'eterificació és del 32%. L'èter epoxi cel·lulosa obtingut es barreja amb 0,6 mol Cel-Ep i 0,4 mol CAB per sintetitzar un nou producte de recobriment amb bon rendiment. L'estructura del producte es va confirmar amb IR.

Paraules clau:èter de cel·lulosa; síntesi; CAB; propietats del recobriment

Cel·lulosa èter és un polímer natural, que es forma per condensació deβ-glucosa. La cel·lulosa té un alt grau de polimerització, un bon grau d'orientació i una bona estabilitat química. Es pot obtenir tractant químicament la cel·lulosa (esterificació o eterificació). Una sèrie de derivats de la cel·lulosa, aquests productes s'utilitzen àmpliament en plàstics, carmanyoles biodegradables, recobriments d'automòbils de gamma alta, peces d'automòbils, tintes d'impressió, adhesius, etc. Actualment, apareixen constantment noves varietats de cel·lulosa modificada i els camps d'aplicació són en constant expansió, formant gradualment un sistema de indústria de fibra. Aquest tema consisteix a utilitzar serradures o residus de cotó per ser hidrolitzats en fibres curtes per lleixí, i després empeltats químicament i modificats per formar un nou tipus de recobriment que no s'ha informat al document.

1. Experimenta

1.1 Reactius i instruments

Residus de cotó (rentat i assecat), NaOH, 1,4-butanediol, metanol, tiourea, urea, resina epoxi, anhídrid acètic, àcid butíric, tricloroetano, àcid fòrmic, glioxal, toluè, CAB, etc. (La puresa és de grau CP) . L'espectròmetre d'infrarojos Magna-IR 550 produït per Nicolet Company dels Estats Units es va utilitzar per preparar les mostres mitjançant un recobriment de dissolvent de tetrahidrofurà. Viscosímetre Tu-4, bullidor de reacció elèctric autocontrolat de temperatura constant de tipus FVXD3-1, produït per la fàbrica de maquinària química Weihai Xiangwei; viscosímetre rotacional NDJ-7, tipus Z-10MP5, produït per Shanghai Tianping Instrument Factory; el pes molecular es mesura per la viscositat Ubbelohde; La preparació i prova de la pel·lícula de pintura s'ha de dur a terme segons la norma nacional GB-79.

1.2 Principi de reacció

1.3 Síntesi

Síntesi de cel·lulosa epoxi: afegiu 100 g de fibra de cotó picada a un reactor d'agitació elèctrica autocontrolada de temperatura constant, afegiu un oxidant i reaccioneu durant 10 minuts, a continuació, afegiu alcohol i àlcali per fer una lixivia amb una concentració del 18%. Afegiu acceleradors A, B, etc. per a la impregnació. Reaccioneu a una determinada temperatura al buit durant 12 hores, filtreu, assequeu i peseu 50 g de cel·lulosa alcalinitzada, afegiu dissolvent barrejat per fer una suspensió, afegiu catalitzador i resina epoxi amb pes molecular específic, escalfeu fins a 90 ~ 110℃per a la reacció d'eterificació 4,0 ~ 6,0 h fins que els reactius siguin miscibles. Afegir àcid fòrmic per neutralitzar i eliminar l'excés d'àlcali, separar la solució aquosa i el dissolvent, rentar amb 80℃aigua calenta per eliminar la sal de sodi i assecar-la per utilitzar-la posteriorment. La viscositat intrínseca es va mesurar amb un viscosímetre Ubbelohde i el pes molecular mitjà de la viscositat es va calcular segons la literatura.

L'acetat butilcel·lulosa es prepara segons el mètode de la literatura, pesen 57,2 g de cotó refinat, afegiu 55 g d'anhídrid acètic, 79 g d'àcid butíric, 9,5 g d'acetat de magnesi, 5,1 g d'àcid sulfúric, utilitzeu acetat de butil com a dissolvent i reaccioneu a una determinada temperatura fins que es qualifica, neutralitzat afegint acetat de sodi, precipitat, filtrat, rentat, filtrat i assecat per a un ús posterior. Agafeu Cel-Ep, afegiu la quantitat adequada de CAB i dissolvent barrejat específic, escalfeu i remeneu durant 0,5 h per formar un líquid gruixut i uniforme, i la preparació de la pel·lícula de recobriment i la prova de rendiment segueixen el mètode GB-79.

Determinació del grau d'esterificació de l'acetat de cel·lulosa: primer dissoleu l'acetat de cel·lulosa en sulfòxid de dimetil, afegiu una quantitat mesurada de solució alcalina per escalfar i hidrolitzar i titular la solució hidrolitzada amb solució estàndard de NaOH per calcular el consum total d'àlcali. Determinació del contingut d'aigua: Col·loqueu la mostra en un forn a 100~105°C per assecar-se durant 0,2 h, pesar i calcular l'absorció d'aigua després del refredament. Determinació de l'absorció d'àlcali: pesar una mostra quantitativa, dissoldre-la en aigua calenta, afegir l'indicador de violeta de metil i després valorar amb 0,05 mol/L H2SO4. Determinació del grau d'expansió: peseu 50 g de mostra, tritureu-la i poseu-la en un tub graduat, llegiu el volum després de la vibració elèctrica i compareu-lo amb el volum de pols de cel·lulosa no alcalina per calcular el grau d'expansió.

2. Resultats i discussió

2.1 La relació entre la concentració d'àlcali i el grau d'inflor de cel·lulosa

La reacció de la cel·lulosa amb una certa concentració de solució de NaOH pot destruir la cristal·lització regular i ordenada de la cel·lulosa i fer que la cel·lulosa s'infle. I es produeixen diverses degradacions a la lixivia, reduint el grau de polimerització. Els experiments mostren que el grau d'inflor de la cel·lulosa i la quantitat d'unió o adsorció d'àlcali augmenten amb la concentració d'àlcali. El grau d'hidròlisi augmenta amb l'augment de la temperatura. Quan la concentració d'àlcali arriba al 20%, el grau d'hidròlisi és del 6,8% a t=100°C; el grau d'hidròlisi és del 14% a t=135°C. Al mateix temps, l'experiment mostra que quan l'àlcali és superior al 30%, el grau d'hidròlisi de la cissió de la cadena de cel·lulosa es redueix significativament. Quan la concentració d'àlcali arriba al 18%, la capacitat d'adsorció i el grau d'inflor de l'aigua són els màxims, la concentració continua augmentant, baixa bruscament a un altiplà i després canvia de manera constant. Al mateix temps, aquest canvi és bastant sensible a la influència de la temperatura. Sota la mateixa concentració d'àlcali, quan la temperatura és baixa (<20°C), el grau d'inflor de la cel·lulosa és gran i la quantitat d'aigua d'adsorció és gran; a alta temperatura, el grau d'inflor i la quantitat d'adsorció d'aigua són importants. reduir.

Les fibres alcalines amb diferents continguts d'aigua i contingut àlcali es van determinar mitjançant el mètode d'anàlisi de difracció de raigs X segons la literatura. En funcionament real, s'utilitza un 18% ~ 20% de lixivia per controlar una determinada temperatura de reacció per augmentar el grau d'inflor de la cel·lulosa. Els experiments mostren que la cel·lulosa reaccionada escalfant durant 6 ~ 12 h es pot dissoldre en dissolvents polars. A partir d'aquest fet, l'autor pensa que la solubilitat de la cel·lulosa té un paper decisiu en el grau de destrucció de l'enllaç d'hidrogen entre les molècules de cel·lulosa en el segment cristal·lí, seguida del grau de destrucció de l'enllaç d'hidrogen dels grups intramoleculars de glucosa C3-C2. Com més gran sigui el grau de destrucció de l'enllaç d'hidrogen, més gran serà el grau d'inflor de la fibra alcalina i l'enllaç d'hidrogen es destrueix completament, i l'hidrolitzat final és una substància soluble en aigua.

2.2 Efecte de l'accelerador

L'addició d'alcohol d'alt punt d'ebullició durant l'alcalinització de la cel·lulosa pot augmentar la temperatura de reacció, i afegir una petita quantitat de propulsor com ara alcohol inferior i tiourea (o urea) pot afavorir molt la penetració i la inflor de la cel·lulosa. A mesura que augmenta la concentració d'alcohol, augmenta l'absorció alcalina de la cel·lulosa i hi ha un punt de canvi sobtat quan la concentració és del 20%, que pot ser que l'alcohol monofuncional penetri a les molècules de cel·lulosa per formar enllaços d'hidrogen amb la cel·lulosa, evitant la cel·lulosa. molècules Els enllaços d'hidrogen entre cadenes i cadenes moleculars augmenten el grau de desordre, augmenten la superfície i augmenten la quantitat d'adsorció alcalina. Tanmateix, en les mateixes condicions, l'absorció d'àlcali de les estelles de fusta és baixa i la corba canvia en estat fluctuant. Pot estar relacionat amb el baix contingut de cel·lulosa en estelles de fusta, que conté una gran quantitat de lignina, que dificulta la penetració de l'alcohol i té una bona resistència a l'aigua i als àlcalis.

2.3 Eterificació

Afegiu un catalitzador de B 1%, controleu diferents temperatures de reacció i realitzeu la modificació d'eterificació amb resina epoxi i fibra alcalina. L'activitat de la reacció d'eterificació és baixa a 80°C. La taxa d'empelt de Cel és només del 28% i l'activitat d'eterificació gairebé es duplica a 110°C. Tenint en compte les condicions de reacció com el dissolvent, la temperatura de reacció és de 100ºC°C, i el temps de reacció és de 2,5 h, i la velocitat d'empelt de Cel pot arribar al 41%. A més, en l'etapa inicial de la reacció d'eterificació (<1,0 h), a causa de la reacció heterogènia entre la cel·lulosa alcalina i la resina epoxi, la velocitat d'empelt és baixa. Amb l'augment del grau d'eterificació Cel, es converteix gradualment en una reacció homogènia, de manera que la reacció L'activitat va augmentar bruscament i la velocitat d'empelt va augmentar.

2.4 Relació entre la velocitat d'empelt de Cel i la solubilitat

Els experiments han demostrat que després d'empeltar resina epoxi amb cel·lulosa alcalina, es poden millorar significativament les propietats físiques com la viscositat del producte, l'adhesió, la resistència a l'aigua i l'estabilitat tèrmica. Prova de solubilitat El producte amb una taxa d'empelt de Cel <40% es pot dissoldre en èster d'alcohol inferior, resina alquídica, resina d'àcid poliacrílic, àcid pimàric acrílic i altres resines. La resina Cel-Ep té un efecte solubilitzant evident.

Combinat amb la prova de la pel·lícula de recobriment, les barreges amb una taxa d'empelt del 32% ~ 42% generalment tenen una millor compatibilitat, i les mescles amb una taxa d'empelt de <30% tenen poca compatibilitat i poca brillantor de la pel·lícula de recobriment; la taxa d'empelt és superior al 42%, la resistència a l'aigua bullint, la resistència a l'alcohol i la resistència a dissolvents orgànics polars de la pel·lícula de recobriment es redueixen. Per tal de millorar la compatibilitat dels materials i el rendiment del recobriment, l'autor va afegir CAB segons la fórmula de la taula 1 per solubilitzar-se i modificar-les per promoure la coexistència de Cel-Ep i CAB. La mescla forma un sistema homogeni aproximat. El gruix de la interfície de composició de la barreja tendeix a ser molt prim i intenta estar en estat de nanocel·lules.

2.5 Relació entre Cel—Relació de barreja Ep/CAB i propietats físiques

Utilitzant Cel-Ep per barrejar-se amb CAB, els resultats de la prova de recobriment mostren que l'acetat de cel·lulosa pot millorar significativament les propietats de recobriment del material, especialment la velocitat d'assecat. El component pur de Cel-Ep és difícil d'assecar a temperatura ambient. Després d'afegir CAB, els dos materials tenen una complementarietat de rendiment òbvia.

2.6 Detecció d'espectre FTIR

3. Conclusió

(1) La cel·lulosa de cotó es pot inflar a 80°C amb més d'un 18% d'àlcali concentrat i una sèrie d'additius, augmenta la temperatura de reacció, allarga el temps de reacció, augmenta el grau d'inflor i degradació fins que estigui completament hidrolitzat.

(2) Reacció d'eterificació, la relació d'alimentació molar Cel-Ep és 2, la temperatura de reacció és de 100°C, el temps és de 5 h, la dosi del catalitzador és de l'1% i la taxa d'empelt d'eterificació pot arribar al 32% ~ 42%.

(3) Modificació de la barreja, quan la proporció molar de Cel-Ep:CAB = 3:2, el rendiment del producte sintetitzat és bo, però Cel-Ep pur no es pot utilitzar com a recobriment, només com a adhesiu.