Éther de cellulose sur Résine Epoxy

Les déchets de coton et la sciure de bois sont utilisés comme matières premières et sont hydrolysés en alcaliéther de cellulosesous l'action de 18% d'alcali et d'une série d'additifs. Utilisez ensuite de la résine époxy pour le greffage, le rapport molaire de la résine époxy et de la fibre alcaline est de 0,5 : 1,0, la température de réaction est de 100°C, le temps de réaction est de 5,0 h, le dosage du catalyseur est de 1 % et le taux de greffage par éthérification est de 32 %. L'éther époxy-cellulose obtenu est mélangé avec 0,6 mole de Cel-Ep et 0,4 mole de CAB pour synthétiser un nouveau produit de revêtement offrant de bonnes performances. La structure du produit a été confirmée par IR.

Mots clés :éther de cellulose; synthèse; TAXI; propriétés du revêtement

Cellulose éther est un polymère naturel formé par condensation deβ-glucose. La cellulose présente un degré élevé de polymérisation, un bon degré d'orientation et une bonne stabilité chimique. Il peut être obtenu par traitement chimique de la cellulose (estérification ou éthérification). Série de dérivés de cellulose, ces produits sont largement utilisés dans les plastiques, les boîtes à lunch biodégradables, les revêtements automobiles haut de gamme, les pièces automobiles, les encres d'imprimerie, les adhésifs, etc. À l'heure actuelle, de nouvelles variétés de cellulose modifiées apparaissent constamment et les domaines d'application sont en constante expansion, formant progressivement un système industriel de la fibre. Ce sujet consiste à utiliser de la sciure de bois ou des déchets de coton pour être hydrolysés en fibres courtes par lessive, puis greffés chimiquement et modifiés pour former un nouveau type d'enduit qui n'a pas été rapporté dans le document.

1. Expérimentez

1.1 Réactifs et instruments

Déchets de coton (lavés et séchés), NaOH, 1,4-butanediol, méthanol, thiourée, urée, résine époxy, anhydride acétique, acide butyrique, trichloroéthane, acide formique, glyoxal, toluène, CAB, etc. (La pureté est de qualité CP) . Le spectromètre infrarouge Magna-IR 550 produit par la société Nicolet aux États-Unis a été utilisé pour préparer les échantillons par revêtement au solvant tétrahydrofurane. Viscosimètre Tu-4, bouilloire de réaction à agitation électrique auto-contrôlée à température constante de type FVXD3-1, produite par Weihai Xiangwei Chemical Machinery Factory ; viscosimètre rotatif NDJ-7, type Z-10MP5, produit par Shanghai Tianping Instrument Factory ; le poids moléculaire est mesuré par la viscosité Ubbelohde ; La préparation et les tests du film de peinture doivent être effectués conformément à la norme nationale GB-79.

1.2 Principe de réaction

1.3 Synthèse

Synthèse d'époxycellulose : Ajouter 100 g de fibre de coton hachée dans un réacteur à agitation électrique auto-contrôlé à température constante, ajouter un oxydant et réagir pendant 10 minutes, puis ajouter de l'alcool et de l'alcali pour obtenir une lessive avec une concentration de 18 %. Ajouter les accélérateurs A, B, etc. pour l'imprégnation. Réagir à une certaine température sous vide pendant 12 heures, filtrer, sécher et peser 50 g de cellulose alcalinisée, ajouter un solvant mélangé pour obtenir une suspension, ajouter un catalyseur et une résine époxy de poids moléculaire spécifique, chauffer jusqu'à 90 ~ 110.℃pour la réaction d'éthérification 4,0 ~ 6,0 h jusqu'à ce que les réactifs soient miscibles. Ajouter de l'acide formique pour neutraliser et éliminer l'excès d'alcali, séparer la solution aqueuse et le solvant, laver à 80℃eau chaude pour éliminer le sel de sodium et sécher pour une utilisation ultérieure. La viscosité intrinsèque a été mesurée avec un viscosimètre Ubbelohde et le poids moléculaire moyen en viscosité a été calculé selon la littérature.

L'acétate de butyle cellulose est préparé selon la méthode de la littérature, peser 57,2 g de coton raffiné, ajouter 55 g d'anhydride acétique, 79 g d'acide butyrique, 9,5 g d'acétate de magnésium, 5,1 g d'acide sulfurique, utiliser l'acétate de butyle comme solvant et réagir à une certaine température jusqu'à ce qu'elle soit qualifiée, neutralisée par ajout d'acétate de sodium, précipitée, filtrée, lavée, filtrée et séchée pour une utilisation ultérieure. Prenez du Cel-Ep, ajoutez une quantité appropriée de CAB et un solvant mélangé spécifique, chauffez et remuez pendant 0,5 h pour former un liquide épais et uniforme, et la préparation du film de revêtement et le test de performance suivent la méthode GB-79.

Détermination du degré d'estérification de l'acétate de cellulose : dissolvez d'abord l'acétate de cellulose dans du diméthylsulfoxyde, ajoutez une quantité dosée de solution alcaline pour chauffer et hydrolyser, et titrez la solution hydrolysée avec une solution standard de NaOH pour calculer la consommation totale d'alcali. Détermination de la teneur en eau : Placer l'échantillon dans un four à 100~105°C sécher pendant 0,2h, peser et calculer l'absorption d'eau après refroidissement. Détermination de l'absorption des alcalis : peser un échantillon quantitatif, le dissoudre dans de l'eau chaude, ajouter un indicateur violet de méthyle, puis titrer avec 0,05mol/L H2SO4. Détermination du degré d'expansion : Pesez un échantillon de 50 g, écrasez-le et mettez-le dans un tube gradué, lisez le volume après vibration électrique et comparez-le avec le volume de poudre de cellulose non alcaline pour calculer le degré d'expansion.

2. Résultats et discussion

2.1 Relation entre la concentration en alcali et le degré de gonflement de la cellulose

La réaction de la cellulose avec une certaine concentration de solution de NaOH peut détruire la cristallisation régulière et ordonnée de la cellulose et faire gonfler la cellulose. Et diverses dégradations se produisent dans la lessive, réduisant le degré de polymérisation. Les expériences montrent que le degré de gonflement de la cellulose et la quantité de liaison ou d'adsorption des alcalis augmentent avec la concentration de l'alcali. Le degré d'hydrolyse augmente avec l'augmentation de la température. Lorsque la concentration en alcali atteint 20 %, le degré d'hydrolyse est de 6,8 % à t=100°C ; le degré d'hydrolyse est de 14% à t=135°C. Dans le même temps, l'expérience montre que lorsque l'alcali est supérieur à 30 %, le degré d'hydrolyse de la scission de la chaîne cellulosique est considérablement réduit. Lorsque la concentration d'alcali atteint 18 %, la capacité d'adsorption et le degré de gonflement de l'eau sont maximaux, la concentration continue d'augmenter, chute brusquement jusqu'à un plateau, puis change régulièrement. En même temps, ce changement est assez sensible à l’influence de la température. Sous la même concentration d'alcali, lorsque la température est basse (<20°C), le degré de gonflement de la cellulose est important et la quantité d'eau adsorbée est importante ; à haute température, le degré de gonflement et la quantité d'adsorption d'eau sont importants. réduire.

Les fibres alcalines avec différentes teneurs en eau et en alcalis ont été déterminées par la méthode d'analyse par diffraction des rayons X conformément à la littérature. En fonctionnement réel, 18 % à 20 % de lessive est utilisée pour contrôler une certaine température de réaction afin d'augmenter le degré de gonflement de la cellulose. Les expériences montrent que la cellulose ayant réagi par chauffage pendant 6 à 12 heures peut être dissoute dans des solvants polaires. Partant de ce fait, l'auteur pense que la solubilité de la cellulose joue un rôle décisif dans le degré de destruction des liaisons hydrogène entre les molécules de cellulose dans le segment cristallin, suivi du degré de destruction des liaisons hydrogène des groupes intramoléculaires de glucose C3-C2. Plus le degré de destruction de la liaison hydrogène est élevé, plus le degré de gonflement de la fibre alcaline est élevé, et la liaison hydrogène est complètement détruite, et l'hydrolysat final est une substance soluble dans l'eau.

2.2 Effet de l'accélérateur

L'ajout d'alcool à point d'ébullition élevé pendant l'alcalinisation de la cellulose peut augmenter la température de réaction, et l'ajout d'une petite quantité de propulseur tel qu'un alcool inférieur et de la thiourée (ou urée) peut grandement favoriser la pénétration et le gonflement de la cellulose. À mesure que la concentration d'alcool augmente, l'absorption alcaline de la cellulose augmente et il y a un point de changement soudain lorsque la concentration est de 20 %, ce qui peut être dû au fait que l'alcool monofonctionnel pénètre dans les molécules de cellulose pour former des liaisons hydrogène avec la cellulose, empêchant ainsi la cellulose. molécules Les liaisons hydrogène entre les chaînes et les chaînes moléculaires augmentent le degré de désordre, augmentent la surface et augmentent la quantité d'adsorption alcaline. Cependant, dans les mêmes conditions, l’absorption des alcalis par les copeaux de bois est faible et la courbe évolue de manière fluctuante. Cela peut être lié à la faible teneur en cellulose des copeaux de bois, qui contiennent une grande quantité de lignine, qui empêche la pénétration de l'alcool, et ont une bonne résistance à l'eau et aux alcalis.

2.3 Ethérification

Ajoutez 1 % de catalyseur B, contrôlez différentes températures de réaction et effectuez une modification d'éthérification avec de la résine époxy et des fibres alcalines. L'activité de la réaction d'éthérification est faible à 80°C. Le taux de greffage de Cel n'est que de 28 % et l'activité d'éthérification est presque doublée à 110°C. Compte tenu des conditions de réaction telles que le solvant, la température de réaction est de 100°C, et le temps de réaction est de 2,5 heures, et le taux de greffage de Cel peut atteindre 41 %. De plus, au stade initial de la réaction d'éthérification (<1,0 h), en raison de la réaction hétérogène entre l'alcali-cellulose et la résine époxy, le taux de greffage est faible. Avec l'augmentation du degré d'éthérification du Cel, il se transforme progressivement en une réaction homogène, de sorte que la réaction L'activité a fortement augmenté et le taux de greffage a augmenté.

2.4 Relation entre le taux de greffage Cel et la solubilité

Des expériences ont montré qu'après le greffage de résine époxy avec de la cellulose alcaline, les propriétés physiques telles que la viscosité du produit, l'adhérence, la résistance à l'eau et la stabilité thermique peuvent être considérablement améliorées. Test de solubilité Le produit avec un taux de greffage Cel <40% peut être dissous dans un ester d'alcool inférieur, une résine alkyde, une résine d'acide polyacrylique, de l'acide acrylique pimarique et d'autres résines. La résine Cel-Ep a un effet solubilisant évident.

Combinés avec le test du film de revêtement, les mélanges avec un taux de greffage de 32 % à 42 % ont généralement une meilleure compatibilité, et les mélanges avec un taux de greffage < 30 % ont une mauvaise compatibilité et un faible brillant du film de revêtement ; le taux de greffage est supérieur à 42 %, la résistance à l'eau bouillante, la résistance à l'alcool et la résistance aux solvants organiques polaires du film de revêtement sont réduites. Afin d'améliorer la compatibilité des matériaux et les performances du revêtement, l'auteur a ajouté du CAB selon la formule du tableau 1 pour le solubiliser davantage et le modifier afin de favoriser la coexistence du Cel-Ep et du CAB. Le mélange forme un système approximativement homogène. L'épaisseur de l'interface de composition du mélange a tendance à être très fine et tente d'être à l'état de nanocellules.

2.5 Relation entre Cel—Rapport de mélange Ep/CAB et propriétés physiques

En utilisant Cel-Ep pour mélanger avec CAB, les résultats des tests de revêtement montrent que l'acétate de cellulose peut améliorer considérablement les propriétés de revêtement du matériau, en particulier la vitesse de séchage. Le composant pur du Cel-Ep est difficile à sécher à température ambiante. Après ajout du CAB, les deux matériaux présentent une complémentarité évidente en termes de performances.

2.6 Détection du spectre FTIR

3. Conclusion

(1) La cellulose de coton peut gonfler à 80°C avec un alcali concentré > 18 % et une série d'additifs, augmentez la température de réaction, prolongez le temps de réaction, augmentez le degré de gonflement et de dégradation jusqu'à ce qu'il soit complètement hydrolysé.

(2) Réaction d'éthérification, le rapport d'alimentation molaire Cel-Ep est de 2, la température de réaction est de 100°C, le temps est de 5 heures, le dosage du catalyseur est de 1 % et le taux de greffage par éthérification peut atteindre 32 % à 42 %.

(3) Modification du mélange, lorsque le rapport molaire Cel-Ep:CAB = 3:2, les performances du produit synthétisé sont bonnes, mais le Cel-Ep pur ne peut pas être utilisé comme revêtement, uniquement comme adhésif.