Éter de celulosa sobre resina epoxi

El algodón de desecho y el aserrín se utilizan como materias primas y se hidrolizan en álcali.éter de celulosabajo la acción de un 18% de álcali y una serie de aditivos. Luego use resina epoxi para injertar, la proporción molar de resina epoxi y fibra alcalina es 0,5:1,0, la temperatura de reacción es 100°C, el tiempo de reacción es de 5,0 h, la dosis de catalizador es del 1 % y la tasa de injerto de eterificación es del 32 %. El éter de epoxicelulosa obtenido se mezcla con 0,6 moles de Cel-Ep y 0,4 moles de CAB para sintetizar un nuevo producto de recubrimiento con buen rendimiento. La estructura del producto se confirmó con IR.

Palabras clave:éter de celulosa; síntesis; TAXI; propiedades del recubrimiento

Celulosa éter Es un polímero natural, que se forma por condensación deβ-glucosa. La celulosa tiene un alto grado de polimerización, un buen grado de orientación y buena estabilidad química. Se puede obtener tratando químicamente la celulosa (esterificación o eterificación). Estos productos, una serie de derivados de la celulosa, se utilizan ampliamente en plásticos, loncheras biodegradables, revestimientos para automóviles de alta gama, autopartes, tintas de impresión, adhesivos, etc. En la actualidad, constantemente surgen nuevas variedades de celulosa modificada y los campos de aplicación son En constante expansión, formando gradualmente un sistema de industria de fibras. Este tema consiste en utilizar aserrín o residuos de algodón para hidrolizarlos en fibras cortas con lejía y luego injertarlos y modificarlos químicamente para formar un nuevo tipo de recubrimiento que no se ha informado en el documento.

1. Experimentar

1.1 Reactivos e instrumentos

Algodón de desecho (lavado y secado), NaOH, 1,4-butanodiol, metanol, tiourea, urea, resina epoxi, anhídrido acético, ácido butírico, tricloroetano, ácido fórmico, glioxal, tolueno, CAB, etc. (La pureza es grado CP) . Se utilizó el espectrómetro infrarrojo Magna-IR 550 producido por Nicolet Company de los Estados Unidos para preparar las muestras mediante recubrimiento con disolvente de tetrahidrofurano. Viscosímetro Tu-4, hervidor de reacción de agitación eléctrico autocontrolado de temperatura constante tipo FVXD3-1, producido por Weihai Xiangwei Chemical Machinery Factory; viscosímetro rotacional NDJ-7, tipo Z-10MP5, producido por Shanghai Tianping Instrument Factory; el peso molecular se mide mediante la viscosidad de Ubbelohde; La preparación y prueba de la película de pintura se realizará de acuerdo con la norma nacional GB-79.

1.2 Principio de reacción

1.3 Síntesis

Síntesis de celulosa epoxi: agregue 100 g de fibra de algodón picada a un reactor agitador eléctrico autocontrolado a temperatura constante, agregue un oxidante y reaccione durante 10 minutos, luego agregue alcohol y álcali para obtener una lejía con una concentración del 18%. Añadir aceleradores A, B, etc. para la impregnación. Reaccionar a una determinada temperatura al vacío durante 12 horas, filtrar, secar y pesar 50 g de celulosa alcalinizada, añadir disolvente mixto para formar una suspensión, añadir catalizador y resina epoxi con peso molecular específico, calentar hasta 90~110℃para la reacción de eterificación 4,0 ~ 6,0 h hasta que los reactivos sean miscibles. Añadir ácido fórmico para neutralizar y eliminar el exceso de álcali, separar la solución acuosa y el disolvente, lavar con 80℃agua caliente para eliminar la sal de sodio y secar para su uso posterior. La viscosidad intrínseca se midió con un viscosímetro Ubbelohde y el peso molecular medio de la viscosidad se calculó según la literatura.

Se prepara acetato de butilcelulosa según el método de la literatura, se pesan 57,2 g de algodón refinado, se añaden 55 g de anhídrido acético, 79 g de ácido butírico, 9,5 g de acetato de magnesio, 5,1 g de ácido sulfúrico, se utiliza acetato de butilo como disolvente y se reacciona a una cierta temperatura hasta que esté calificado, neutralizado agregando acetato de sodio, precipitado, filtrado, lavado, filtrado y secado para su uso posterior. Tome Cel-Ep, agregue la cantidad adecuada de CAB y un solvente mixto específico, caliente y agite durante 0,5 h para formar un líquido espeso uniforme, y la preparación de la película de recubrimiento y la prueba de rendimiento siguen el método GB-79.

Determinación del grado de esterificación del acetato de celulosa: primero disuelva el acetato de celulosa en dimetilsulfóxido, agregue una cantidad medida de solución alcalina para calentar e hidrolizar, y valore la solución hidrolizada con una solución estándar de NaOH para calcular el consumo total de álcali. Determinación del contenido de agua: Coloque la muestra en un horno a 100~105°C para secar durante 0,2 h, pesar y calcular la absorción de agua después del enfriamiento. Determinación de la absorción de álcali: pesar una muestra cuantitativa, disolverla en agua caliente, agregar indicador violeta de metilo y luego titular con 0,05 mol/L de H2SO4. Determinación del grado de expansión: Pese 50 g de muestra, tritúrela y colóquela en un tubo graduado, lea el volumen después de la vibración eléctrica y compárelo con el volumen de polvo de celulosa no alcalina para calcular el grado de expansión.

2. Resultados y discusión

2.1 La relación entre la concentración de álcali y el grado de hinchamiento de la celulosa.

La reacción de la celulosa con una cierta concentración de solución de NaOH puede destruir la cristalización regular y ordenada de la celulosa y hacer que la celulosa se hinche. Y en la lejía se producen diversas degradaciones, lo que reduce el grado de polimerización. Los experimentos muestran que el grado de hinchamiento de la celulosa y la cantidad de unión o adsorción de álcali aumentan con la concentración de álcali. El grado de hidrólisis aumenta con el aumento de la temperatura. Cuando la concentración de álcali alcanza el 20%, el grado de hidrólisis es del 6,8% en t=100°DO; el grado de hidrólisis es del 14% en t=135°C. Al mismo tiempo, el experimento muestra que cuando el álcali es superior al 30%, el grado de hidrólisis de la escisión de la cadena de celulosa se reduce significativamente. Cuando la concentración de álcali alcanza el 18%, la capacidad de adsorción y el grado de hinchamiento del agua son máximos, la concentración continúa aumentando, cae bruscamente hasta una meseta y luego cambia de manera constante. Al mismo tiempo, este cambio es bastante sensible a la influencia de la temperatura. Bajo la misma concentración de álcali, cuando la temperatura es baja (<20°C), el grado de hinchamiento de la celulosa es grande y la cantidad de agua adsorbida es grande; a alta temperatura, el grado de hinchamiento y la cantidad de adsorción de agua son significativos. reducir.

Las fibras alcalinas con diferente contenido de agua y contenido de álcali se determinaron mediante el método de análisis de difracción de rayos X de acuerdo con la literatura. En la operación real, se usa entre 18% y 20% de lejía para controlar una cierta temperatura de reacción para aumentar el grado de hinchamiento de la celulosa. Los experimentos muestran que la celulosa que reacciona calentándola durante 6 a 12 h se puede disolver en disolventes polares. Basándose en este hecho, el autor piensa que la solubilidad de la celulosa juega un papel decisivo en el grado de destrucción de los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de celulosa en el segmento cristalino, seguido del grado de destrucción de los enlaces de hidrógeno de los grupos intramoleculares de glucosa C3-C2. Cuanto mayor es el grado de destrucción del enlace de hidrógeno, mayor es el grado de hinchamiento de la fibra alcalina, el enlace de hidrógeno se destruye por completo y el hidrolizado final es una sustancia soluble en agua.

2.2 Efecto del acelerador

Agregar alcohol de alto punto de ebullición durante la alcalinización de la celulosa puede aumentar la temperatura de reacción, y agregar una pequeña cantidad de propulsor, como alcohol inferior y tiourea (o urea), puede promover en gran medida la penetración y el hinchamiento de la celulosa. A medida que aumenta la concentración de alcohol, aumenta la absorción de álcali de la celulosa y hay un punto de cambio repentino cuando la concentración es del 20%, lo que puede deberse a que el alcohol monofuncional penetra en las moléculas de celulosa para formar enlaces de hidrógeno con la celulosa, evitando que la celulosa moléculas Los enlaces de hidrógeno entre cadenas y cadenas moleculares aumentan el grado de desorden, aumentan el área de superficie y aumentan la cantidad de adsorción alcalina. Sin embargo, en las mismas condiciones, la absorción de álcali de las astillas de madera es baja y la curva cambia en un estado fluctuante. Puede estar relacionado con el bajo contenido de celulosa en las astillas de madera, que contiene una gran cantidad de lignina, lo que dificulta la penetración del alcohol y tiene buena resistencia al agua y a los álcalis.

2.3 Eterificación

Agregue un catalizador B al 1%, controle diferentes temperaturas de reacción y realice una modificación de eterificación con resina epoxi y fibra alcalina. La actividad de la reacción de eterificación es baja a 80°C. La tasa de injerto de Cel es solo del 28% y la actividad de eterificación casi se duplica a 110°C. Considerando las condiciones de reacción como el disolvente, la temperatura de reacción es 100°C, y el tiempo de reacción es de 2,5 h, y la tasa de injerto de Cel puede alcanzar el 41%. Además, en la etapa inicial de la reacción de eterificación (<1,0 h), debido a la reacción heterogénea entre la celulosa alcalina y la resina epoxi, la velocidad de injerto es baja. Con el aumento del grado de eterificación de Cel, gradualmente se convierte en una reacción homogénea, por lo que la actividad de la reacción aumentó drásticamente y la velocidad de injerto aumentó.

2.4 Relación entre la tasa de injerto Cel y la solubilidad

Los experimentos han demostrado que después de injertar resina epoxi con celulosa alcalina, las propiedades físicas como la viscosidad del producto, la adherencia, la resistencia al agua y la estabilidad térmica se pueden mejorar significativamente. Prueba de solubilidad El producto con una tasa de injerto Cel <40% se puede disolver en éster de alcohol inferior, resina alquídica, resina de ácido poliacrílico, ácido pimárico acrílico y otras resinas. La resina Cel-Ep tiene un efecto solubilizante evidente.

En combinación con la prueba de la película de recubrimiento, las mezclas con una tasa de injerto del 32 % al 42 % generalmente tienen una mejor compatibilidad, y las mezclas con una tasa de injerto de <30 % tienen poca compatibilidad y bajo brillo de la película de recubrimiento; la tasa de injerto es superior al 42%, se reducen la resistencia al agua hirviendo, la resistencia al alcohol y la resistencia a los disolventes orgánicos polares de la película de recubrimiento. Para mejorar la compatibilidad del material y el rendimiento del recubrimiento, el autor añadió CAB según la fórmula de la Tabla 1 para solubilizarlo y modificarlo aún más para promover la coexistencia de Cel-Ep y CAB. La mezcla forma un sistema aproximadamente homogéneo. El espesor de la interfaz de composición de la mezcla tiende a ser muy fino y trata de estar en el estado de nanocélulas.

2.5 Relación entre Cel—Relación de mezcla Ep/CAB y propiedades físicas.

Al utilizar Cel-Ep para mezclar con CAB, los resultados de las pruebas de recubrimiento muestran que el acetato de celulosa puede mejorar significativamente las propiedades de recubrimiento del material, especialmente la velocidad de secado. El componente puro de Cel-Ep es difícil de secar a temperatura ambiente. Después de agregar CAB, los dos materiales tienen una evidente complementariedad de rendimiento.

2.6 Detección de espectro FTIR

3. Conclusión

(1) La celulosa del algodón puede hincharse a 80°C con >18% de álcali concentrado y una serie de aditivos, aumentar la temperatura de reacción, prolongar el tiempo de reacción, aumentar el grado de hinchamiento y degradación hasta su completa hidrolización.

(2) Reacción de eterificación, la relación de alimentación molar Cel-Ep es 2, la temperatura de reacción es 100°C, el tiempo es de 5 h, la dosis de catalizador es del 1 % y la tasa de injerto de eterificación puede alcanzar el 32 % ~ 42 %.

(3) Modificación de la mezcla, cuando la relación molar de Cel-Ep:CAB=3:2, el rendimiento del producto sintetizado es bueno, pero el Cel-Ep puro no se puede utilizar como recubrimiento, solo como adhesivo.