Éter de celulosa en resina epoxi

Los desechos de algodón y aserrín se usan como materias primas y se hidrolizan en álcaliéter de celulosabajo la acción del 18% álcali y una serie de aditivos. Luego use resina epoxi para el injerto, la relación molar de la resina epoxi y la fibra alcalina es de 0.5: 1.0, la temperatura de reacción es 100°C, el tiempo de reacción es de 5.0 h, la dosis del catalizador es del 1%y la tasa de injerto de eterificación es del 32%. El éter de celulosa epoxi obtenida se combina con CEL-EP de 0.6mol y CAB de 0.4mol para sintetizar un nuevo producto de recubrimiento con buen rendimiento. La estructura del producto fue confirmada con IR.

Palabras clave:éter de celulosa; síntesis; TAXI; propiedades de 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 a la celulosa (esterificación o eterificación). Una serie de derivados de celulosa, estos productos se usan ampliamente en plásticos, loncheras biodegradables, recubrimientos automotrices de alta gama, autopartes, tintas de impresión, adhesivos, etc. En la actualidad, las nuevas variedades de celulosa modificadas están constantemente emergiendo, y los campos de aplicación son expandiéndose constantemente, formando gradualmente un sistema de la industria de fibra. Este tema es usar algodón de aserrín o desechos para hidrolizarse en fibras cortas por ley, y luego injertado y modificado químicamente para formar un nuevo tipo de recubrimiento que no se ha informado en el documento.

1. Experimento

1.1 reactivos e instrumentos

Desechos de algodón (lavado y secado), NaOH, 1,4-butanodiol, metanol, tiourea, urea, resina epoxi, anhídrido acético, ácido butírico, tricloroetano, ácido fórmico, glioxal, tolueno, cabina, etc. (La pureza es un grado CP) . El espectrómetro infrarrojo MAGNA-IR 550 producido por Nicolet Company de los Estados Unidos se utilizó para preparar las muestras mediante recubrimiento con tetrahidrofurano solvente. TU-4 VISCOMETER, FVXD3-1 Tipo de temperatura constante Reacción de reacción eléctrica autocontrolada, producida por la fábrica de maquinaria química Weihai Xiangwei; viscoster rotacional NDJ-7, tipo Z-10MP5, producido por la fábrica de instrumentos de Shanghai Tianping; El peso molecular se mide por viscosidad de Ubbelohde; La preparación y prueba de la película de pintura se llevará a cabo de acuerdo con el estándar nacional GB-79.

1.2 Principio de reacción

1.3 Síntesis

Síntesis de celulosa epoxi: agregue 100 g de fibra de algodón picado a una temperatura constante de reactor eléctrico autocontrolado, agregue un oxidante y reaccione durante 10 minutos, luego agregue alcohol y álcali para hacer una lejía con una concentración del 18%. Agregue los aceleradores A, B, etc. para la impregnación. Reaccione a cierta temperatura bajo vacío durante 12 horas, filtre, seque y pese 50 g de celulosa alcalizada, agregue solvente mixto para hacer una lechada, agregue catalizador y resina epoxi con peso molecular específico, caliente hasta 90 ~ 110℃Para la reacción de eterificación 4.0 ~ 6.0h hasta que los reactivos sean miscibles. Agregue ácido fórmico para neutralizar y eliminar el exceso de álcali, separe la solución acuosa y el solvente, lave con 80℃Agua caliente para eliminar la sal de sodio y secar para su uso posterior. La viscosidad intrínseca se midió con un viscosímetro de Ubbelohde y el peso molecular promedio de viscosidad se calculó de acuerdo con la literatura.

El acetato de butilcelulosa se prepara de acuerdo con el método de literatura, pesa 57.2 g de algodón refinado, agregue 55 g de anhídrido acético, 79 g de ácido butírico, 9.5 g de acetato de magnesio, 5.1 g de ácido sulfúrico, use acetato de butilo como solvente y react AT AT AT AT 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 apropiada de CAB y el solvente mixto específico, caliente y revuelva durante 0.5 h para formar un líquido uniforme grueso, 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 el sulfóxido de dimetil, agregue una cantidad medida de solución alcalina para calor e hidrolice, y titre la solución hidrolizada con 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, pese y calcule la absorción de agua después del enfriamiento. Determinación de la absorción de álcali: pese una muestra cuantitativa, disuelva en agua caliente, agregue indicador de violeta metilo y luego titre con 0.05mol/L H2SO4. Determinación del grado de expansión: pese la muestra de 50 g, tritúe 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 varias degradaciones ocurren en la lejía, reduciendo el grado de polimerización. Los experimentos muestran que el grado de hinchazón de la celulosa y la cantidad de unión al álcali o adsorción 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 de 6.8% a 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 más del 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 hinchazón de agua son el máximo, la concentración continúa aumentando, cae bruscamente a una meseta y luego cambia constantemente. 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 hinchazón de la celulosa es grande y la cantidad de adsorción de agua es grande; A alta temperatura, el grado de hinchazón y la cantidad de adsorción de agua son significativos. reducir.

Las fibras álcali con diferentes contenido de agua y contenido de álcali se determinaron mediante el método de análisis de difracción de rayos X según la literatura. En la operación real, el 18% ~ 20% se usa lejía para controlar una cierta temperatura de reacción para aumentar el grado de hinchazón de celulosa. Los experimentos muestran que la celulosa reaccionada por calentamiento durante 6 ~ 12 h se puede disolver en solventes polares. Según este hecho, el autor piensa que la solubilidad de la celulosa juega un papel decisivo en el grado de destrucción del enlace de hidrógeno entre las moléculas de celulosa en el segmento cristalino, seguido del grado de destrucción del enlace de hidrógeno de los grupos de glucosa intramolecular C3-C2. Cuanto mayor sea el grado de destrucción del enlace de hidrógeno, mayor es el grado de hinchazón de la fibra álcali y 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 alcalización de la celulosa puede aumentar la temperatura de reacción, y agregar una pequeña cantidad de propulsor, como el alcohol más bajo y la tiourea (o urea), puede promover en gran medida la penetración e hinchazón de la celulosa. A medida que aumenta la concentración de alcohol, la absorción alcalina de celulosa aumenta, y hay un punto de cambio repentino cuando la concentración es del 20%, lo que puede ser que el alcohol monofuncional penetra en las moléculas de celulosa para formar enlaces de hidrógeno con celulosa, evitando la celulosa Moléculas Los enlaces de hidrógeno entre las cadenas y las cadenas moleculares aumentan el grado de desorden, aumentan el área superficial y aumentan la cantidad de adsorción alcalina. Sin embargo, en las mismas condiciones, la absorción alcalina de chips 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 una buena resistencia al agua y resistencia álcali.

2.3 eterificación

Agregue el catalizador del 1% B, controle las diferentes temperaturas de reacción y realice la modificación de la eterificación con resina epoxi y fibra alcalina. La actividad de reacción de eterificación es baja en 80°C. La tasa de injerto de CEL es solo del 28%, y la actividad de eterificación casi se duplica en 110°C. Teniendo en cuenta las condiciones de reacción como el solvente, la temperatura de reacción es 100°C, y el tiempo de reacción es de 2.5 h, y la velocidad 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, se convierte gradualmente en una reacción homogénea, por lo que la reacción de la actividad aumentó bruscamente y la velocidad de injerto aumentó.

2.4 Relación entre la velocidad de injerto de CEL y la solubilidad

Los experimentos han demostrado que después de injertar la resina epoxi con celulosa álcali, las propiedades físicas como la viscosidad del producto, la adhesión, la resistencia al agua y la estabilidad térmica pueden mejorarse significativamente. Prueba de solubilidad El producto con tasa de injerto de CEL <40% se puede disolver en alcohol más bajo, resina alquiana, resina de ácido poliacrílico, ácido pimárico acrílico y otras resinas. La resina CEL-EP tiene un efecto solubilizante obvio.

Combinado con la prueba de la película de recubrimiento, las mezclas con una tasa de injerto de 32% ~ 42% generalmente tienen una mejor compatibilidad, y las mezclas con una tasa de injerto de <30% tienen una mala compatibilidad y bajo brillo de la película de recubrimiento; La velocidad de injerto es superior al 42%, se reducen la resistencia al agua hirviendo, la resistencia al alcohol y la resistencia del solvente orgánico polar de la película de recubrimiento. Para mejorar la compatibilidad del material y el rendimiento de recubrimiento, el autor agregó CAB de acuerdo con la fórmula de la Tabla 1 para solubilizar y modificar aún más para promover la coexistencia de CEL-EP y CAB. La mezcla forma un sistema homogéneo aproximado. El grosor de la interfaz de composición de la mezcla tiende a ser muy delgado e intente estar en el estado de las nano-células.

2.5 Relación entre CEL-Relación de mezcla EP/CAB y propiedades físicas

Usando CEL-EP para combinar con CAB, los resultados de la prueba 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 complementariedad de rendimiento obvio.

2.6 detección de espectro FTIR

3. Conclusión

(1) La celulosa de algodón puede aumentar a los 80°C Con> 18% de álcali concentrado y una serie de aditivos, aumente la temperatura de reacción, prolonga el tiempo de reacción, aumente el grado de hinchazón y degradación hasta que se hidrolie por completo.

(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 del catalizador es del 1%y la tasa de injerto de eterificación puede alcanzar el 32%~ 42%.

(3) Modificación de 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 usar como un recubrimiento, solo como adhesivo.