Tselluloosi eeter epoksüvaigul

Toorainena kasutatakse puuvilla ja saepuru jäätmeid, mis hüdrolüüsitakse leelisekstselluloosi eeter18% leelise ja mitmete lisandite toimel. Seejärel kasutage pookimiseks epoksüvaiku, epoksüvaigu ja leeliskiu molaarsuhe on 0,5:1,0, reaktsioonitemperatuur on 100°C, reaktsiooniaeg on 5,0 tundi, katalüsaatori annus on 1% ja eeterdamise pookimiskiirus on 32%. Saadud epoksütselluloosi eeter segatakse 0,6 mol Cel-Ep ja 0,4 mol CAB-ga, et sünteesida uus hea jõudlusega kattetoode. Toote struktuur kinnitati IR-ga.

Võtmesõnad:tselluloosi eeter; süntees; CAB; katte omadused

Tselluloos eeter on looduslik polümeer, mis tekib kondenseerumiselβ- glükoos. Tselluloosil on kõrge polümerisatsiooniaste, hea orientatsiooniaste ja hea keemiline stabiilsus. Seda saab saada tselluloosi keemilisel töötlemisel (esterdamine või eeterdamine). Tselluloosi derivaatide seeria, neid tooteid kasutatakse laialdaselt plastides, biolagunevates lõunakarpides, kõrgekvaliteedilistes autokatetes, autoosades, trükivärvides, liimides jne. Praegu tekib pidevalt uusi modifitseeritud tselluloosi sorte ja kasutusvaldkonnad on pidevalt laienedes, moodustades järk-järgult kiutööstuse süsteemi. Selle teema eesmärk on kasutada saepuru või puuvillajäätmeid, mis hüdrolüüsitakse leelisega lühikesteks kiududeks ning seejärel pookitakse ja modifitseeritakse, et moodustada uut tüüpi kattekiht, mida dokumendis ei ole kirjeldatud.

1. Eksperiment

1.1 Reaktiivid ja instrumendid

Puuvillajäätmed (pestud ja kuivatatud), NaOH, 1,4-butaandiool, metanool, tiouurea, uurea, epoksüvaik, äädikanhüdriid, võihape, trikloroetaan, sipelghape, glüoksaal, tolueen, CAB jne (puhtus on CP-klassi) . Proovide ettevalmistamiseks lahustiga tetrahüdrofuraankattega kasutati Ameerika Ühendriikide Nicolet Company toodetud infrapunaspektromeetrit Magna-IR 550. Tu-4 viskosimeeter, FVXD3-1 tüüpi konstantse temperatuuriga isejuhitav elektriline segamisreaktsioonikeetja, toodetud Weihai Xiangwei keemiatööstusmasinate tehases; pöörlev viskosimeeter NDJ-7, Z-10MP5 tüüp, toodetud Shanghai Tianpingi instrumentide tehases; molekulmassi mõõdetakse Ubbelohde viskoossusega; Värvikile ettevalmistamine ja katsetamine toimub vastavalt riiklikule standardile GB-79.

1.2 Reaktsioonipõhimõte

1.3 Süntees

Epoksütselluloosi süntees: lisage 100g hakitud puuvillakiudu konstantse temperatuuriga isejuhitavasse elektrisegamisreaktorisse, lisage oksüdeerija ja laske 10 minutit reageerida, seejärel lisage alkohol ja leelis, et saada 18% kontsentratsiooniga leelis. Lisage immutamiseks kiirendid A, B jne. Reageerige teatud temperatuuril vaakumis 12 tundi, filtreerige, kuivatage ja kaaluge 50 g leelistatud tselluloosi, lisage segu moodustamiseks lahusti, lisage katalüsaator ja spetsiifilise molekulmassiga epoksüvaik, kuumutage temperatuurini 90-110℃eeterdamisreaktsiooni jaoks 4,0-6,0 tundi, kuni reagendid segunevad. Lisage sipelghapet neutraliseerimiseks ja liigse leelise eemaldamiseks, eraldage vesilahus ja lahusti, peske 80 °C-ga.℃kuuma vett naatriumsoola eemaldamiseks ja kuivatage hilisemaks kasutamiseks. Sisemine viskoossus mõõdeti Ubbelohde viskosimeetriga ja viskoossuse keskmine molekulmass arvutati vastavalt kirjandusele.

Atsetaatbutüültselluloos valmistatakse vastavalt kirjanduse meetodile, kaaluge 57,2 g rafineeritud puuvilla, lisage 55 g äädikhappe anhüdriidi, 79 g võihapet, 9,5 g magneesiumatsetaati, 5,1 g väävelhapet, kasutage lahustina butüülatsetaati ja reageerige teatud temperatuuril kuni kvalifitseerimiseni, neutraliseeritakse naatriumatsetaadi lisamisega, sadestatakse, filtreeritakse, pestakse, filtreeritakse ja kuivatatakse hilisemaks kasutamiseks. Võtke Cel-Ep, lisage sobiv kogus CAB-d ja spetsiifilist lahustit, kuumutage ja segage 0,5 tundi, et moodustuks ühtlane paks vedelik ning kattekile ettevalmistamisel ja toimivuse testimisel järgige GB-79 meetodit.

Tselluloosatsetaadi esterdusastme määramine: esmalt lahustage tselluloosatsetaat dimetüülsulfoksiidis, lisage kuumutamiseks ja hüdrolüüsimiseks mõõdetud kogus leeliselahust ning tiitrige hüdrolüüsitud lahus NaOH standardlahusega, et arvutada leelise kogukulu. Veesisalduse määramine: asetage proov 100-105 kraadisesse ahju°Kuivatage 0,2 tundi C, kaaluge ja arvutage veeimavus pärast jahutamist. Leelise absorptsiooni määramine: kaaluge kvantitatiivne proov, lahustage see kuumas vees, lisage metüülvioleti indikaator ja tiitrige seejärel 0,05 mol/l H2SO4-ga. Paisumisastme määramine: kaaluge 50 g proovi, purustage see ja asetage gradueeritud torusse, lugege ruumala pärast elektrivibratsiooni ja võrrelge paisumisastme arvutamiseks leelistamata tselluloosipulbri mahuga.

2. Tulemused ja arutelu

2.1 Leelise kontsentratsiooni ja tselluloosi pundumisastme vaheline seos

Tselluloosi reaktsioon teatud kontsentratsiooniga NaOH lahusega võib hävitada tselluloosi korrapärase ja korrapärase kristalliseerumise ning panna tselluloosi paisuma. Ja leelis toimuvad mitmesugused lagunemised, mis vähendavad polümerisatsiooniastet. Katsed näitavad, et tselluloosi paisumisaste ja leelise sidumise või adsorptsiooni hulk suureneb koos leelise kontsentratsiooniga. Hüdrolüüsi aste suureneb koos temperatuuri tõusuga. Kui leelise kontsentratsioon jõuab 20% -ni, on hüdrolüüsi aste t = 100 juures 6,8%.°C; hüdrolüüsiaste on 14% t=135 juures°C. Samal ajal näitab katse, et kui leelis on üle 30%, väheneb tselluloosi ahela katkemise hüdrolüüsi aste oluliselt. Kui leelise kontsentratsioon jõuab 18% -ni, on vee adsorptsioonivõime ja pundumisaste maksimaalsed, kontsentratsioon jätkab suurenemist, langeb järsult platoole ja muutub seejärel pidevalt. Samal ajal on see muutus temperatuuri mõju suhtes üsna tundlik. Sama leelise kontsentratsiooni korral, kui temperatuur on madal (<20°C), tselluloosi pundumisaste on suur ja vee adsorptsioonikogus on suur; kõrgel temperatuuril on pundumisaste ja vee adsorptsiooni hulk märkimisväärne. vähendada.

Erineva vee- ja leelisesisaldusega leeliskiud määrati röntgendifraktsioonanalüüsi meetodil vastavalt kirjandusele. Tegelikus töös kasutatakse tselluloosi paisumisastme suurendamiseks teatud reaktsioonitemperatuuri reguleerimiseks 18–20% leelist. Katsed näitavad, et 6-12 tunni jooksul kuumutamisel reageerinud tselluloosi saab lahustada polaarsetes lahustites. Sellele faktile tuginedes arvab autor, et tselluloosi lahustuvus mängib otsustavat rolli tselluloosi molekulide vahelises vesiniksideme hävimisastmes kristalses segmendis, millele järgneb molekulisiseste glükoosirühmade C3-C2 vesiniksideme hävimise määr. Mida suurem on vesiniksideme hävimise aste, seda suurem on leeliskiu pundumisaste ja vesinikside hävib täielikult ning lõplik hüdrolüsaat on vees lahustuv aine.

2.2 Kiirendi mõju

Kõrge keemistemperatuuriga alkoholi lisamine tselluloosi leelistamise ajal võib tõsta reaktsiooni temperatuuri ning väikese koguse raketikütuse, näiteks madalama alkoholi ja tiouurea (või uurea) lisamine võib oluliselt soodustada tselluloosi läbitungimist ja paisumist. Alkoholi kontsentratsiooni suurenedes suureneb tselluloosi leeliseline imendumine ja kontsentratsiooni 20% juures tekib järsk muutuspunkt, mis võib seisneda selles, et monofunktsionaalne alkohol tungib tselluloosi molekulidesse, moodustades tselluloosiga vesiniksidemeid, takistades tselluloosi teket. molekulid Vesiniksidemed ahelate ja molekulaarsete ahelate vahel suurendavad häirete astet, suurendavad pindala ja suurendavad leelise adsorptsiooni hulka. Samas on samadel tingimustel puiduhakke leeliseimavus madal ja kõver muutub kõikuvas olekus. See võib olla seotud puiduhakke vähese tselluloosisisaldusega, mis sisaldab suures koguses alkoholi läbitungimist takistavat ligniini ning millel on hea vee- ja leelisekindlus.

2.3 Eeterdamine

Lisage 1% B katalüsaatorit, kontrollige erinevaid reaktsioonitemperatuure ja viige läbi eeterdamise modifikatsioon epoksüvaigu ja leeliskiuga. Eeterdamisreaktsiooni aktiivsus on madal 80 °C juures°C. Celi pookimismäär on ainult 28% ja eeterdamise aktiivsus on peaaegu kahekordistunud 110°C. Arvestades reaktsioonitingimusi, nagu lahusti, on reaktsiooni temperatuur 100 °C°C ja reaktsiooniaeg on 2,5 tundi ning Celi pookimiskiirus võib ulatuda 41% -ni. Lisaks on eeterdamisreaktsiooni algfaasis (<1,0 h) leelistselluloosi ja epoksüvaigu vahelise heterogeense reaktsiooni tõttu pookimiskiirus madal. Celi eeterdamise astme suurenemisega muutub see järk-järgult homogeenseks reaktsiooniks, nii et reaktsioon suurenes järsult ja pookimiskiirus suurenes.

2.4 Seos raku siirdamise kiiruse ja lahustuvuse vahel

Katsed on näidanud, et pärast epoksüvaigu pookimist leelistselluloosiga saab füüsikalisi omadusi, nagu toote viskoossus, adhesioon, veekindlus ja termiline stabiilsus, oluliselt parandada. Lahustuvuse test Toodet, mille pookimiskiirus on <40%, võib lahustada madalamas alkoholiestris, alküüdvaigus, polüakrüülhappevaigus, akrüülpimaarhappes ja muudes vaikudes. Cel-Ep vaigul on ilmne lahustav toime.

Koos kattekile testiga on segudel, mille pookimismäär on 32–42%, üldiselt parem ühilduvus ning segudel, mille pookimismäär on <30%, on kattekile halb ühilduvus ja madal läige; pookimiskiirus on suurem kui 42%, väheneb kattekile veekindlus, vastupidavus alkoholile ja polaarsetele orgaanilistele lahustitele. Materjalide ühilduvuse ja katte toimivuse parandamiseks lisas autor CAB-i vastavalt tabelis 1 toodud valemile, et veelgi solubiliseerida ja modifitseerida, et soodustada Cel-Ep ja CAB kooseksisteerimist. Segu moodustab ligikaudse homogeense süsteemi. Segu koostisliidese paksus kipub olema väga õhuke ja proovib olla nanorakkude olekus.

2.5 Cel—Ep/CAB segamissuhe ja füüsikalised omadused

Kasutades Cel-Epi CAB-ga segamiseks, näitavad kattekatse tulemused, et tselluloosatsetaat võib oluliselt parandada materjali katteomadusi, eriti kuivamiskiirust. Cel-Ep puhast komponenti on raske toatemperatuuril kuivatada. Pärast CAB-i lisamist on neil kahel materjalil ilmne üksteist täiendav jõudlus.

2.6 FTIR spektrituvastus

3. Järeldus

(1) Puuvillane tselluloos võib paisuda 80 kraadi juures°C koos >18% kontsentreeritud leelise ja rea ​​lisanditega, tõstavad reaktsiooni temperatuuri, pikendavad reaktsiooniaega, suurendavad pundumis- ja lagunemisastet, kuni see on täielikult hüdrolüüsitud.

(2) Eeterdamisreaktsioon, Cel-Ep molaarne toitesuhe on 2, reaktsiooni temperatuur on 100°C, aeg on 5 tundi, katalüsaatori annus on 1% ja eeterdamise pookimise määr võib ulatuda 32% ~ 42%.

(3) Segamise modifikatsioon, kui Cel-Ep:CAB molaarsuhe = 3:2, on sünteesitud toote jõudlus hea, kuid puhast Cel-Ep ei saa kasutada kattekihina, vaid ainult liimina.