Ether celulózy na epoxidové pryskyřici

Odpadní bavlna a piliny se používají jako suroviny a jsou hydrolyzovány na alkálieether celulózypůsobením 18% alkálie a řady přísad. Poté použijte pro roubování epoxidovou pryskyřici, molární poměr epoxidové pryskyřice a alkalického vlákna je 0,5:1,0, reakční teplota je 100°C, reakční doba je 5,0 h, dávka katalyzátoru je 1 % a rychlost roubování etherifikace je 32 %. Získaný ether epoxycelulózy se smíchá s 0,6 mol Cel-Ep a 0,4 mol CAB za účelem syntézy nového nátěrového produktu s dobrým výkonem. Struktura produktu byla potvrzena IR.

klíčová slova:ether celulózy; syntéza; KABINA; vlastnosti povlaku

Celulóza éter je přírodní polymer, který vzniká kondenzacíβ-glukóza. Celulóza má vysoký stupeň polymerace, dobrý stupeň orientace a dobrou chemickou stabilitu. Lze jej získat chemickým zpracováním celulózy (esterifikace nebo etherifikace). Řada derivátů celulózy, tyto produkty jsou široce používány v plastech, biologicky odbouratelných krabičkách na oběd, špičkových automobilových nátěrech, autodílech, tiskařských barvách, lepidlech atd. V současné době se neustále objevují nové modifikované odrůdy celulózy a oblasti použití jsou neustále se rozšiřující a postupně vytvářející systém vláknitého průmyslu. Tímto tématem je použití pilin nebo odpadní bavlny k hydrolýze na krátká vlákna louhem a poté chemickému roubování a úpravě za účelem vytvoření nového typu povlaku, který nebyl v dokumentu uveden.

1. Experiment

1.1 Reagencie a nástroje

Odpadní bavlna (vypraná a vysušená), NaOH, 1,4-butandiol, methanol, thiomočovina, močovina, epoxidová pryskyřice, acetanhydrid, kyselina máselná, trichlorethan, kyselina mravenčí, glyoxal, toluen, CAB atd. (Čistota je CP grade) . Infračervený spektrometr Magna-IR 550 vyrobený společností Nicolet Company ze Spojených států amerických byl použit k přípravě vzorků potahováním rozpouštědlem tetrahydrofuranem. Tu-4 viskozimetr, typ FVXD3-1 s konstantní teplotou samočinně ovládaný elektrický míchací reakční kotel, vyrobený firmou Weihai Xiangwei Chemical Machinery Factory; rotační viskozimetr NDJ-7, typ Z-10MP5, výrobce Shanghai Tianping Instrument Factory; molekulová hmotnost se měří Ubbelohdeovou viskozitou; Příprava a testování nátěrového filmu se provádí podle národní normy GB-79.

1.2 Princip reakce

1.3 Syntéza

Syntéza epoxidové celulózy: Přidejte 100 g nasekaných bavlněných vláken do samořízeného elektrického míchacího reaktoru s konstantní teplotou, přidejte oxidant a nechejte reagovat po dobu 10 minut, poté přidejte alkohol a alkálii, abyste vytvořili louh o koncentraci 18 %. Pro impregnaci přidejte urychlovače A, B atd. Reagujte při určité teplotě ve vakuu po dobu 12 hodin, přefiltrujte, vysušte a odvažte 50 g alkalizované celulózy, přidejte smíšené rozpouštědlo, aby vznikla kaše, přidejte katalyzátor a epoxidovou pryskyřici se specifickou molekulovou hmotností, zahřejte na 90~110℃pro etherifikační reakci 4,0 až 6,0 h, dokud nejsou reaktanty mísitelné. Přidejte kyselinu mravenčí pro neutralizaci a odstranění přebytečné alkálie, oddělte vodný roztok a rozpouštědlo, promyjte 80℃horkou vodou k odstranění sodné soli a vysušte pro pozdější použití. Vnitřní viskozita byla měřena pomocí Ubbelohdeho viskozimetru a viskozitně-průměrná molekulová hmotnost byla vypočtena podle literatury.

Acetátbutylcelulóza se připraví podle metody z literatury, naváží se 57,2 g rafinované bavlny, přidá se 55 g anhydridu kyseliny octové, 79 g kyseliny máselné, 9,5 g octanu hořečnatého, 5,1 g kyseliny sírové, jako rozpouštědlo se použije butylacetát a nechá se reagovat při při určité teplotě, dokud se nekvalifikuje, neutralizuje se přidáním octanu sodného, ​​vysráží, filtruje, promyje, filtruje a suší pro pozdější použití. Vezměte Cel-Ep, přidejte vhodné množství CAB a specifické smíšené rozpouštědlo, zahřejte a míchejte po dobu 0,5 hodiny, aby se vytvořila stejnoměrná hustá kapalina, a příprava nátěrového filmu a test účinnosti se řídí metodou GB-79.

Stanovení stupně esterifikace acetátu celulózy: acetát celulózy se nejprve rozpustí v dimethylsulfoxidu, přidá se odměřené množství alkalického roztoku k zahřátí a hydrolýze a hydrolyzovaný roztok se titruje standardním roztokem NaOH pro výpočet celkové spotřeby alkálie. Stanovení obsahu vody: Vložte vzorek do sušárny při 100~105 °C°C sušit po dobu 0,2 h, zvážit a vypočítat absorpci vody po ochlazení. Stanovení absorpce alkálií: zváží se kvantitativní vzorek, rozpustí se v horké vodě, přidá se indikátor methyl violeti a poté se titruje 0,05 mol/l H2SO4. Stanovení stupně expanze: Zvažte 50g vzorek, rozdrťte jej a vložte do odměrné zkumavky, odečtěte objem po elektrické vibraci a porovnejte jej s objemem prášku nezásadité celulózy pro výpočet stupně expanze.

2. Výsledky a diskuse

2.1 Vztah mezi koncentrací alkálie a stupněm bobtnání celulózy

Reakce celulózy s určitou koncentrací roztoku NaOH může zničit pravidelnou a uspořádanou krystalizaci celulózy a způsobit, že celulóza nabobtná. A v louhu dochází k různým degradacím, které snižují stupeň polymerace. Experimenty ukazují, že stupeň bobtnání celulózy a množství vazby nebo adsorpce alkálie se zvyšují s koncentrací alkálie. Stupeň hydrolýzy se zvyšuje s rostoucí teplotou. Když koncentrace alkálie dosáhne 20 %, stupeň hydrolýzy je 6,8 % při t=100°C; stupeň hydrolýzy je 14 % při t=135°C. Experiment zároveň ukazuje, že když je alkálie více než 30 %, stupeň hydrolýzy štěpení celulózového řetězce se výrazně sníží. Když koncentrace alkálie dosáhne 18 %, adsorpční kapacita a stupeň bobtnání vody jsou maximální, koncentrace dále roste, prudce klesá na plató a pak se plynule mění. Tato změna je přitom dosti citlivá na vliv teploty. Při stejné koncentraci alkálie, když je teplota nízká (<20°C), stupeň bobtnání celulózy je velký a adsorpční množství vody je velké; při vysoké teplotě je významný stupeň bobtnání a množství adsorpce vody. snížit.

Alkalická vlákna s různým obsahem vody a alkálií byla stanovena metodou rentgenové difrakční analýzy podle literatury. Ve skutečném provozu se používá 18% až 20% louhu pro řízení určité reakční teploty pro zvýšení stupně bobtnání celulózy. Experimenty ukazují, že celulóza zreagovaná zahříváním po dobu 6~12 hodin může být rozpuštěna v polárních rozpouštědlech. Na základě této skutečnosti se autor domnívá, že rozpustnost celulózy hraje rozhodující roli v míře destrukce vodíkových vazeb mezi molekulami celulózy v krystalickém segmentu, následovaná mírou destrukce vodíkových můstků intramolekulárních glukózových skupin C3-C2. Čím větší je stupeň destrukce vodíkové vazby, tím větší je stupeň bobtnání alkalického vlákna a vodíková vazba je zcela zničena a konečný hydrolyzát je ve vodě rozpustná látka.

2.2 Účinek urychlovače

Přidání alkoholu s vysokým bodem varu během alkalizace celulózy může zvýšit reakční teplotu a přidání malého množství hnací látky, jako je nižší alkohol a thiomočovina (nebo močovina), může výrazně podpořit penetraci a bobtnání celulózy. Jak se zvyšuje koncentrace alkoholu, zvyšuje se absorpce alkálií celulózy a dochází k náhlé změně, když je koncentrace 20 %, což může být tím, že monofunkční alkohol proniká do molekul celulózy a vytváří vodíkové vazby s celulózou, čímž brání vzniku celulózy. molekuly Vodíkové vazby mezi řetězci a molekulárními řetězci zvyšují stupeň neuspořádanosti, zvětšují plochu povrchu a zvyšují množství adsorpce alkálií. Za stejných podmínek je však absorpce alkálií dřevní štěpkou nízká a křivka se mění ve kolísavém stavu. Může to souviset s nízkým obsahem celulózy ve dřevní štěpce, která obsahuje velké množství ligninu, který brání pronikání alkoholu, má dobrou odolnost vůči vodě a zásadám.

2.3 Etherifikace

Přidejte 1% B katalyzátor, řiďte různé reakční teploty a proveďte etherifikační modifikaci epoxidovou pryskyřicí a alkalickým vláknem. Aktivita etherifikační reakce je nízká při 80 °C°C. Rychlost roubování Cel je pouze 28 % a etherifikační aktivita je téměř dvojnásobná při 110 °C.°C. S ohledem na reakční podmínky, jako je rozpouštědlo, je reakční teplota 100 °C°C a reakční doba je 2,5 h a rychlost roubování Cel může dosáhnout 41 %. Navíc v počáteční fázi etherifikační reakce (<1,0 h) je v důsledku heterogenní reakce mezi alkalickou celulózou a epoxidovou pryskyřicí rychlost roubování nízká. Se zvýšením stupně etherifikace Cel postupně přechází v homogenní reakci, takže reakce Aktivita se prudce zvýšila a rychlost roubování se zvýšila.

2.4 Vztah mezi rychlostí roubování Cel a rozpustností

Experimenty ukázaly, že po naroubování epoxidové pryskyřice s alkalickou celulózou lze výrazně zlepšit fyzikální vlastnosti, jako je viskozita produktu, adheze, odolnost proti vodě a tepelná stabilita. Test rozpustnosti Produkt s rychlostí roubování Cel <40% lze rozpustit v esteru nižšího alkoholu, alkydové pryskyřici, pryskyřici kyseliny polyakrylové, kyselině akrylové pimarové a dalších pryskyřicích. Cel-Ep pryskyřice má zjevný solubilizační účinek.

V kombinaci s testem povlakového filmu mají směsi s mírou roubování 32 % až 42 % obecně lepší kompatibilitu a směsi s mírou roubování < 30 % mají špatnou kompatibilitu a nízký lesk povlakového filmu; míra roubování je vyšší než 42 %, odolnost povlaku vůči vroucí vodě, odolnost vůči alkoholu a odolnost proti polárním organickým rozpouštědlům jsou sníženy. Aby se zlepšila materiálová kompatibilita a výkonnost povlaku, autor přidal CAB podle vzorce v tabulce 1, aby se dále rozpouštěl a modifikoval, aby se podpořila koexistence Cel-Ep a CAB. Směs tvoří přibližně homogenní systém. Tloušťka rozhraní složení směsi má tendenci být velmi tenká a snaží se být ve stavu nanobuněk.

2.5 Vztah mezi Cel—Směšovací poměr Ep/CAB a fyzikální vlastnosti

S použitím Cel-Ep ke smíchání s CAB výsledky testu povlaku ukazují, že acetát celulózy může výrazně zlepšit vlastnosti povlaku materiálu, zejména rychlost sušení. Čistá složka Cel-Ep se obtížně suší při pokojové teplotě. Po přidání CAB mají tyto dva materiály zjevnou výkonnostní komplementaritu.

2.6 Detekce spektra FTIR

3. Závěr

(1) Bavlněná celulóza může bobtnat při 80°C s >18% koncentrovanou alkálií a řadou přísad zvyšují reakční teplotu, prodlužují reakční dobu, zvyšují stupeň bobtnání a degradace až do úplné hydrolýzy.

(2) Etherifikační reakce, molární poměr nástřiku Cel-Ep je 2, reakční teplota je 100°C, doba je 5 h, dávka katalyzátoru je 1 % a rychlost roubování etherifikace může dosáhnout 32 %~42 %.

(3) Modifikace míšení, kdy je molární poměr Cel-Ep:CAB=3:2, výkon syntetizovaného produktu je dobrý, ale čistý Cel-Ep nelze použít jako povlak, pouze jako lepidlo.