Ցելյուլոզային Եթեր էպոքսիդային խեժի վրա

Որպես հումք օգտագործվում են բամբակի և թեփի թափոնները, որոնք հիդրոլիզվում են ալկալիիցելյուլոզային եթեր18% ալկալիի և մի շարք հավելումների ազդեցության տակ։ Այնուհետև պատվաստման համար օգտագործեք էպոքսիդային խեժ, էպոքսիդային խեժի և ալկալային մանրաթելի մոլային հարաբերակցությունը 0,5:1,0 է, ռեակցիայի ջերմաստիճանը 100 է:°C, ռեակցիայի ժամանակը 5.0 ժամ է, կատալիզատորի չափաբաժինը 1%, իսկ եթերիֆիկացման փոխպատվաստման արագությունը 32% է: Ստացված էպոքսիդային ցելյուլոզային եթերը խառնվում է 0,6 մոլ Cel-Ep-ի և 0,4 մոլ CAB-ի հետ՝ լավ կատարողականությամբ նոր ծածկույթի արտադրանք սինթեզելու համար: Արտադրանքի կառուցվածքը հաստատվել է IR-ով:

Բանալի բառեր:ցելյուլոզային եթեր; սինթեզ; CAB; ծածկույթի հատկությունները

Ցելյուլոզա եթեր բնական պոլիմեր է, որն առաջանում է խտացումիցβ- գլյուկոզա. Ցելյուլոզն ունի պոլիմերացման բարձր աստիճան, կողմնորոշման լավ աստիճան և լավ քիմիական կայունություն։ Այն կարելի է ձեռք բերել ցելյուլոզայի քիմիական մշակմամբ (էսթերիֆիկացիա կամ եթերիֆիկացիա): Ցելյուլոզայի մի շարք ածանցյալներ, այս արտադրատեսակները լայնորեն օգտագործվում են պլաստմասսաներում, կենսաքայքայվող ճաշի տուփերում, բարձրակարգ ավտոմոբիլային ծածկույթներում, ավտոպահեստամասերում, տպագրական թանաքներում, սոսինձներում և այլն։ անընդհատ ընդլայնվելով՝ աստիճանաբար ձևավորելով մանրաթելային արդյունաբերության համակարգ։ Այս թեման օգտագործվում է թեփի կամ բամբակի թափոնների օգտագործումը, որոնք պետք է հիդրոլիզացվեն կարճ մանրաթելերի միջոցով, այնուհետև քիմիապես փոխպատվաստվեն և ձևափոխվեն՝ ձևավորելու նոր տեսակի ծածկույթ, որը չի հաղորդվում փաստաթղթում:

1. Փորձ

1.1 Ռեակտիվներ և գործիքներ

Բամբակի թափոններ (լվացված և չորացրած), NaOH, 1,4-բուտանեդիոլ, մեթանոլ, թիուրիա, միզանյութ, էպոքսիդային խեժ, քացախաթթու անհիդրիդ, յուղաթթու, տրիքլորէթան, մրջնաթթու, գլյոքսալ, տոլուոլ, CAB և այլն (Մաքուրությունը CP աստիճան է) . Միացյալ Նահանգների Nicolet ընկերության կողմից արտադրված Magna-IR 550 ինֆրակարմիր սպեկտրոմետրը օգտագործվել է նմուշները լուծիչ տետրահիդրոֆուրանի ծածկույթով պատրաստելու համար: Tu-4 մածուցիկաչափ, FVXD3-1 տիպի մշտական ​​ջերմաստիճանի ինքնակառավարվող էլեկտրական հուզիչ ռեակցիայի թեյնիկ, արտադրված Weihai Xiangwei Chemical Machinery Factory-ի կողմից; պտտվող մածուցիկաչափ NDJ-7, Z-10MP5 տիպ, արտադրված է Shanghai Tianping Instrument Factory-ի կողմից; մոլեկուլային քաշը չափվում է Ubbelohde մածուցիկությամբ; Ներկերի թաղանթի պատրաստումը և փորձարկումը պետք է իրականացվեն GB-79 ազգային ստանդարտի համաձայն:

1.2 Ռեակցիայի սկզբունքը

1.3 Սինթեզ

Էպոքսիդային ցելյուլոզայի սինթեզ. 100 գ թակած բամբակյա մանրաթել ավելացրեք մշտական ​​ջերմաստիճանի ինքնակառավարվող էլեկտրական հուզիչ ռեակտորի մեջ, ավելացրեք օքսիդանտ և արձագանքեք 10 րոպե, այնուհետև ավելացրեք սպիրտ և ալկալի, որպեսզի ստացվի 18% կոնցենտրացիայի լուծույթ: Ներծծման համար ավելացրեք արագացուցիչներ A, B և այլն: Արձագանքել որոշակի ջերմաստիճանում վակուումի տակ 12 ժամ, զտել, չորացնել և կշռել 50 գ ալկալիացված ցելյուլոզա, ավելացնել խառը լուծիչ՝ լուծույթ ստանալու համար, ավելացնել կատալիզատոր և հատուկ մոլեկուլային քաշով էպոքսիդային խեժ, տաքացնել մինչև 90-110:℃Եթերացման ռեակցիայի համար 4.0~6.0ժ, մինչև ռեակտիվները խառնվեն: Ավելորդ ալկալիները չեզոքացնելու և հեռացնելու համար ավելացնել մրջնաթթու, առանձնացնել ջրային լուծույթն ու լուծիչը, լվանալ 80-ով:℃տաք ջուր՝ նատրիումի աղը հեռացնելու համար և չորացնել՝ հետագայում օգտագործելու համար: Ներքին մածուցիկությունը չափվել է Ubbelohde մածուցիկաչափով և մածուցիկության միջին մոլեկուլային քաշը հաշվարկվել է գրականության համաձայն:

Ացետատ բուտիլ ցելյուլոզը պատրաստվում է գրականության մեթոդով, կշռում են 57,2 գ զտված բամբակ, ավելացնում են 55 գ քացախաթթու անհիդրիդ, 79 գ յուղաթթու, 9,5 գ մագնեզիումի ացետատ, 5,1 գ ծծմբաթթու, որպես լուծիչ օգտագործում են բուտիլացետատ և արձագանքում որոշակի ջերմաստիճան մինչև որակավորումը, չեզոքացվի՝ ավելացնելով նատրիումի ացետատ, նստեցվել, զտվել, լվանալ, ֆիլտրվել և չորացնել հետագա օգտագործման համար: Վերցրեք Cel-Ep-ը, ավելացրեք CAB-ի և հատուկ խառը լուծիչի համապատասխան քանակություն, տաքացրեք և խառնեք 0,5 ժամ՝ միատարր հաստ հեղուկ ձևավորելու համար, իսկ ծածկույթի թաղանթի պատրաստման և կատարողականի փորձարկումը հետևում է GB-79 մեթոդին:

Ցելյուլոզայի ացետատի էսթերիֆիկացման աստիճանի որոշում. սկզբում ցելյուլոզայի ացետատը լուծվում է դիմեթիլ սուլֆօքսիդի մեջ, ավելացվում է չափված քանակությամբ ալկալային լուծույթ՝ տաքացնելու և հիդրոլիզելու համար և հիդրոլիզացված լուծույթը տիտրում NaOH ստանդարտ լուծույթով՝ հաշվարկելու համար ալկալիի ընդհանուր սպառումը: Ջրի պարունակության որոշում. Նմուշը դնել ջեռոցում 100~105 ջերմաստիճանում°C 0,2 ժամ չորացնելու համար, կշռել և հաշվարկել ջրի կլանումը սառչելուց հետո: Ալկալիների կլանման որոշում. կշռել քանակական նմուշը, լուծել տաք ջրի մեջ, ավելացնել մեթիլ մանուշակագույն ցուցիչը, ապա տիտրել 0,05 մոլ/լ H2SO4-ով: Ընդարձակման աստիճանի որոշում. Կշռեք 50 գ նմուշ, տրորեք այն և դրեք աստիճանավոր խողովակի մեջ, էլեկտրական թրթռումից հետո կարդացեք ծավալը և համեմատեք այն չալկալային ցելյուլոզայի փոշու ծավալի հետ՝ ընդլայնման աստիճանը հաշվարկելու համար:

2. Արդյունքներ և քննարկում

2.1 Ալկալիների կոնցենտրացիայի և ցելյուլոզայի այտուցվածության աստիճանի միջև կապը

Բջջանյութի ռեակցիան NaOH լուծույթի որոշակի կոնցենտրացիայի հետ կարող է ոչնչացնել ցելյուլոզայի կանոնավոր և կանոնավոր բյուրեղացումը և ստիպել ցելյուլոզը ուռչել: Իսկ լորի մեջ տեղի են ունենում տարբեր դեգրադացիաներ՝ նվազեցնելով պոլիմերացման աստիճանը։ Փորձերը ցույց են տալիս, որ ցելյուլոզայի այտուցվածության աստիճանը և ալկալիների կապակցման կամ կլանման քանակությունը մեծանում են ալկալիի կոնցենտրացիայի հետ: Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ հիդրոլիզի աստիճանը մեծանում է։ Երբ ալկալիների կոնցենտրացիան հասնում է 20%-ի, հիդրոլիզի աստիճանը t=100-ում կազմում է 6,8%:°C; հիդրոլիզի աստիճանը t=135-ում 14% է°C. Միևնույն ժամանակ, փորձը ցույց է տալիս, որ երբ ալկալը 30%-ից ավելի է, ցելյուլոզային շղթայի կտրվածքի հիդրոլիզի աստիճանը զգալիորեն նվազում է: Երբ ալկալիների կոնցենտրացիան հասնում է 18%-ի, ջրի կլանման հզորությունը և այտուցվածության աստիճանը առավելագույնն են, կոնցենտրացիան շարունակում է աճել, կտրուկ իջնում ​​է բարձրավանդակի վրա, այնուհետև անշեղորեն փոխվում է: Միեւնույն ժամանակ, այս փոփոխությունը բավականին զգայուն է ջերմաստիճանի ազդեցության նկատմամբ։ Նույն ալկալիների կոնցենտրացիայի դեպքում, երբ ջերմաստիճանը ցածր է (<20°Գ), ցելյուլոզայի այտուցվածության աստիճանը մեծ է, իսկ ջրի կլանման քանակը՝ մեծ. բարձր ջերմաստիճանի դեպքում այտուցվածության աստիճանը և ջրի կլանման քանակը նշանակալի են: նվազեցնել.

Տարբեր ջրի պարունակությամբ և ալկալիների պարունակությամբ ալկալիական մանրաթելերը որոշվել են ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի մեթոդով՝ ըստ գրականության: Իրական գործողության մեջ 18%~20% լորեն օգտագործվում է որոշակի ռեակցիայի ջերմաստիճանը վերահսկելու համար՝ ցելյուլոզայի այտուցվածության աստիճանը բարձրացնելու համար: Փորձերը ցույց են տալիս, որ 6-12 ժամ տաքացնելով ցելյուլոզը կարող է լուծվել բևեռային լուծիչների մեջ: Ելնելով այս փաստից՝ հեղինակը կարծում է, որ ցելյուլոզայի լուծելիությունը որոշիչ դեր է խաղում բյուրեղային հատվածում ցելյուլոզային մոլեկուլների միջև ջրածնային կապի ոչնչացման աստիճանի վրա, որին հաջորդում է C3-C2 գլյուկոզայի ներմոլեկուլային խմբերի ջրածնային կապի ոչնչացման աստիճանը: Որքան մեծ է ջրածնային կապի քայքայման աստիճանը, այնքան մեծ է ալկալային մանրաթելի այտուցվածության աստիճանը, և ջրածնային կապն ամբողջությամբ քայքայվում է, իսկ վերջնական հիդրոլիզատը ջրում լուծվող նյութ է։

2.2 Արագացուցիչի ազդեցությունը

Ցելյուլոզայի ալկալիզացման ժամանակ բարձր եռման կետով ալկոհոլի ավելացումը կարող է բարձրացնել ռեակցիայի ջերմաստիճանը, իսկ փոքր քանակությամբ շարժիչի, ինչպիսիք են ցածր ալկոհոլը և թիուրիան (կամ միզանյութը) ավելացնելը կարող է մեծապես նպաստել ցելյուլոզայի ներթափանցմանը և այտուցմանը: Քանի որ ալկոհոլի կոնցենտրացիան մեծանում է, ցելյուլոզայի ալկալիների կլանումը մեծանում է, և կա հանկարծակի փոփոխության կետ, երբ կոնցենտրացիան 20% է, ինչը կարող է լինել, որ միաֆունկցիոնալ ալկոհոլը ներթափանցում է ցելյուլոզայի մոլեկուլների մեջ՝ ձևավորելով ջրածնային կապեր ցելյուլոզայի հետ՝ կանխելով ցելյուլոզը։ մոլեկուլներ Շղթաների և մոլեկուլային շղթաների միջև ջրածնային կապերը մեծացնում են անկարգության աստիճանը, մեծացնում մակերեսի մակերեսը և մեծացնում ալկալիների կլանման քանակը: Այնուամենայնիվ, նույն պայմաններում փայտի կտորների ալկալիների կլանումը ցածր է, իսկ կորը փոխվում է տատանվող վիճակում: Դա կարող է կապված լինել փայտի չիպերի մեջ ցելյուլոզայի ցածր պարունակության հետ, որը պարունակում է մեծ քանակությամբ լիգնին, որը խոչընդոտում է ալկոհոլի ներթափանցմանը և ունի լավ ջրակայունություն և ալկալիների դիմադրություն:

2.3 Եթերացում

Ավելացրեք 1% B կատալիզատոր, վերահսկեք ռեակցիայի տարբեր ջերմաստիճանները և կատարեք եթերիֆիկացման ձևափոխում էպոքսիդային խեժով և ալկալային մանրաթելով: Եթերիֆիկացման ռեակցիայի ակտիվությունը ցածր է 80-ում°C. Cel-ի փոխպատվաստման արագությունը կազմում է ընդամենը 28%, իսկ եթերիֆիկացման ակտիվությունը գրեթե կրկնապատկվել է՝ 110:°Գ. Հաշվի առնելով ռեակցիայի պայմանները, ինչպիսիք են լուծիչը, ռեակցիայի ջերմաստիճանը 100 է°C, իսկ արձագանքման ժամանակը 2,5 ժամ է, իսկ Cel-ի պատվաստման արագությունը կարող է հասնել 41%: Բացի այդ, եթերիֆիկացման ռեակցիայի սկզբնական փուլում (<1,0ժ), ալկալային ցելյուլոզայի և էպոքսիդային խեժի միջև տարասեռ ռեակցիայի պատճառով պատվաստման արագությունը ցածր է: Ցելերի եթերիֆիկացման աստիճանի բարձրացմամբ այն աստիճանաբար վերածվում է միատարր ռեակցիայի, ուստի ռեակցիան Ակտիվությունը կտրուկ ավելացել է, իսկ պատվաստման արագությունը մեծացել է։

2.4 Ցել պատվաստման արագության և լուծելիության կապը

Փորձերը ցույց են տվել, որ էպոքսիդային խեժը ալկալային ցելյուլոզով պատվաստելուց հետո ֆիզիկական հատկությունները, ինչպիսիք են արտադրանքի մածուցիկությունը, կպչունությունը, ջրի դիմադրությունը և ջերմային կայունությունը, կարող են զգալիորեն բարելավվել: Լուծելիության փորձարկում Ցել պատվաստման արագությամբ <40% արտադրանքը կարող է լուծվել ցածր սպիրտ-էսթերի, ալկիդային խեժի, պոլիակրիլաթթվի խեժի, ակրիլային պիմարական թթվի և այլ խեժերի մեջ: Cel-Ep խեժն ունի ակնհայտ լուծվող ազդեցություն:

Ծածկույթի թաղանթի փորձարկման հետ զուգակցված՝ 32%~42% պատվաստման արագությամբ խառնուրդները սովորաբար ավելի լավ համատեղելիություն ունեն, իսկ պատվաստման գործակիցը <30% ունեցող խառնուրդներն ունեն վատ համատեղելիություն և ծածկույթի ցածր փայլ: պատվաստման արագությունը 42%-ից բարձր է, եռացող ջրի դիմադրությունը, ալկոհոլի դիմադրությունը և ծածկույթի թաղանթի բևեռային օրգանական լուծիչների դիմադրությունը նվազում են: Նյութերի համատեղելիությունը և ծածկույթի գործունակությունը բարելավելու համար հեղինակը ավելացրել է CAB-ը՝ համաձայն Աղյուսակ 1-ի բանաձևի, հետագայում լուծելու և փոփոխելու՝ Cel-Ep-ի և CAB-ի համակեցությունը խթանելու համար: Խառնուրդը կազմում է մոտավոր միատարր համակարգ։ Կոմպոզիցիայի միջերեսի հաստությունը խառնուրդի հակված է լինել շատ բարակ և փորձում է լինել նանոբջիջների վիճակում:

2.5 Կել—Ep/CAB խառնուրդի հարաբերակցությունը և ֆիզիկական հատկությունները

Օգտագործելով Cel-Ep-ը CAB-ի հետ խառնվելու համար, ծածկույթի փորձարկման արդյունքները ցույց են տալիս, որ ցելյուլոզայի ացետատը կարող է զգալիորեն բարելավել նյութի ծածկույթի հատկությունները, հատկապես չորացման արագությունը: Cel-Ep-ի մաքուր բաղադրիչը դժվար է չորացնել սենյակային ջերմաստիճանում: CAB-ն ավելացնելուց հետո երկու նյութերն ունեն ակնհայտ կատարողական փոխլրացում:

2.6 FTIR սպեկտրի հայտնաբերում

3. Եզրակացություն

(1) Բամբակյա ցելյուլոզը կարող է ուռչել 80°C>18% խտացված ալկալիով և մի շարք հավելումներով, բարձրացնում են ռեակցիայի ջերմաստիճանը, երկարացնում ռեակցիայի ժամանակը, մեծացնում են այտուցվածության և քայքայման աստիճանը մինչև այն ամբողջովին հիդրոլիզացված։

(2) Եթերացման ռեակցիա, Cel-Ep մոլային սնուցման հարաբերակցությունը 2 է, ռեակցիայի ջերմաստիճանը 100 է°C, ժամանակը 5 ժամ է, կատալիզատորի չափաբաժինը 1%, իսկ եթերիֆիկացման փոխպատվաստման արագությունը կարող է հասնել 32% ~ 42%:

(3) Խառնուրդի փոփոխություն, երբ Cel-Ep:CAB=3:2 մոլային հարաբերակցությունը, սինթեզված արտադրանքի կատարումը լավ է, բայց մաքուր Cel-Ep-ը չի կարող օգտագործվել որպես ծածկույթ, միայն որպես սոսինձ: