Selulosa Eter pada Resin Epoksi

Limbah kapas dan serbuk gergaji digunakan sebagai bahan mentah, dan dihidrolisis menjadi alkaliselulosa eterdi bawah aksi alkali 18% dan serangkaian aditif. Kemudian gunakan resin epoksi untuk pencangkokan, perbandingan molar resin epoksi dan serat alkali adalah 0,5:1.0, suhu reaksi 100°C, waktu reaksi 5,0 jam, dosis katalis 1%, dan laju pencangkokan eterifikasi 32%. Epoksi selulosa eter yang diperoleh dicampur dengan 0,6mol Cel-Ep dan 0,4mol CAB untuk mensintesis produk pelapis baru dengan kinerja yang baik. Struktur produk dikonfirmasi dengan IR.

Kata kunci:selulosa eter; sintesis; TAKSI; sifat pelapis

Selulosa eter adalah polimer alami yang dibentuk melalui kondensasiβ-glukosa. Selulosa mempunyai derajat polimerisasi yang tinggi, derajat orientasi yang baik, dan stabilitas kimia yang baik. Ini dapat diperoleh dengan mengolah selulosa secara kimia (esterifikasi atau eterifikasi). Serangkaian turunan selulosa, produk ini banyak digunakan dalam plastik, kotak makan siang yang dapat terbiodegradasi, pelapis otomotif kelas atas, suku cadang mobil, tinta cetak, perekat, dll. Saat ini, varietas selulosa baru yang dimodifikasi terus bermunculan, dan bidang aplikasinya adalah terus berkembang, secara bertahap membentuk sistem industri serat. Topiknya adalah menggunakan serbuk gergaji atau limbah kapas untuk dihidrolisis menjadi serat pendek dengan alkali, dan kemudian dicangkokkan secara kimia dan dimodifikasi untuk membentuk jenis pelapis baru yang belum dilaporkan dalam dokumen.

1. Eksperimen

1.1 Reagen dan instrumen

Limbah kapas (dicuci dan dikeringkan), NaOH, 1,4-butanediol, metanol, tiourea, urea, resin epoksi, asetat anhidrida, asam butirat, trikloroetana, asam format, glioksal, toluena, CAB, dll. (Kemurnian adalah tingkat CP) . Spektrometer inframerah Magna-IR 550 yang diproduksi oleh Nicolet Company Amerika Serikat digunakan untuk menyiapkan sampel dengan lapisan pelarut tetrahidrofuran. Viskometer Tu-4, ketel reaksi pengadukan listrik yang dikontrol sendiri suhu konstan tipe FVXD3-1, diproduksi oleh Pabrik Mesin Kimia Weihai Xiangwei; viskometer rotasi NDJ-7, tipe Z-10MP5, diproduksi oleh Shanghai Tianping Instrument Factory; berat molekul diukur dengan viskositas Ubbelohde; Persiapan dan pengujian film cat harus dilakukan sesuai dengan standar nasional GB-79.

1.2 Prinsip reaksi

1.3 Sintesis

Sintesis selulosa epoksi: Tambahkan 100g serat kapas cincang ke dalam reaktor pengaduk listrik yang dikontrol sendiri dengan suhu konstan, tambahkan oksidan dan bereaksi selama 10 menit, kemudian tambahkan alkohol dan alkali untuk membuat alkali dengan konsentrasi 18%. Tambahkan akselerator A, B, dst. untuk impregnasi. Bereaksi pada suhu tertentu dalam kondisi vakum selama 12 jam, saring, keringkan dan timbang 50g selulosa alkali, tambahkan pelarut campuran untuk membuat bubur, tambahkan katalis dan resin epoksi dengan berat molekul spesifik, panaskan hingga 90~110℃untuk reaksi eterifikasi 4.0~ 6.0 jam hingga reaktan dapat larut. Tambahkan asam format untuk menetralkan dan menghilangkan kelebihan alkali, pisahkan larutan encer dan pelarut, cuci dengan 80℃air panas untuk menghilangkan garam natrium, dan keringkan untuk digunakan nanti. Viskositas intrinsik diukur dengan viskometer Ubbelohde dan berat molekul rata-rata viskositas dihitung menurut literatur.

Butil selulosa asetat dibuat sesuai dengan metode literatur, timbang 57,2g kapas halus, tambahkan 55g asetat anhidrida, 79g asam butirat, 9,5g magnesium asetat, 5,1g asam sulfat, gunakan butil asetat sebagai pelarut, dan bereaksi pada suhu tertentu sampai memenuhi syarat, dinetralkan dengan menambahkan natrium asetat, diendapkan, disaring, dicuci, disaring, dan dikeringkan untuk digunakan kemudian. Ambil Cel-Ep, tambahkan CAB dan pelarut campuran spesifik dalam jumlah yang sesuai, panaskan dan aduk selama 0,5 jam untuk membentuk cairan kental yang seragam, dan persiapan film pelapis serta uji kinerja mengikuti metode GB-79.

Penentuan derajat esterifikasi selulosa asetat: pertama-tama larutkan selulosa asetat dalam dimetil sulfoksida, tambahkan larutan alkali dalam jumlah tertentu untuk memanaskan dan menghidrolisis, dan titrasi larutan terhidrolisis dengan larutan standar NaOH untuk menghitung total konsumsi alkali. Penentuan kadar air: Tempatkan sampel dalam oven pada suhu 100~105°C hingga kering selama 0,2 jam, timbang dan hitung serapan air setelah pendinginan. Penentuan serapan alkali: timbang sampel kuantitatif, larutkan dalam air panas, tambahkan indikator metil violet, lalu titrasi dengan 0,05mol/L H2SO4. Penentuan derajat muai: Timbang 50g sampel, hancurkan dan masukkan ke dalam tabung ukur, baca volume setelah getaran listrik, dan bandingkan dengan volume bubuk selulosa tak basa untuk menghitung derajat muai.

2. Hasil dan pembahasan

2.1 Hubungan antara konsentrasi alkali dan derajat pembengkakan selulosa

Reaksi selulosa dengan larutan NaOH konsentrasi tertentu dapat merusak kristalisasi selulosa yang teratur dan teratur serta membuat selulosa membengkak. Dan berbagai degradasi terjadi pada alkali, sehingga mengurangi derajat polimerisasi. Eksperimen menunjukkan bahwa derajat pembengkakan selulosa dan jumlah pengikatan atau adsorpsi alkali meningkat seiring dengan konsentrasi alkali. Derajat hidrolisis meningkat seiring dengan meningkatnya suhu. Ketika konsentrasi alkali mencapai 20%, derajat hidrolisisnya adalah 6,8% pada t=100°C; derajat hidrolisisnya adalah 14% pada t=135°C. Pada saat yang sama, percobaan menunjukkan bahwa ketika alkali lebih dari 30%, derajat hidrolisis pembelahan rantai selulosa berkurang secara signifikan. Ketika konsentrasi alkali mencapai 18%, kapasitas adsorpsi dan derajat pembengkakan air mencapai maksimum, konsentrasi terus meningkat, turun tajam ke dataran tinggi, dan kemudian terus berubah. Pada saat yang sama, perubahan ini cukup sensitif terhadap pengaruh suhu. Di bawah konsentrasi alkali yang sama, ketika suhu rendah (<20°C), tingkat pembengkakan selulosa besar, dan jumlah adsorpsi air besar; pada suhu tinggi, tingkat pembengkakan dan jumlah adsorpsi air sangat signifikan. mengurangi.

Serat alkali dengan kadar air dan kandungan alkali yang berbeda ditentukan dengan metode analisis difraksi sinar-X sesuai literatur. Dalam pengoperasian sebenarnya, 18%~20% alkali digunakan untuk mengontrol suhu reaksi tertentu guna meningkatkan derajat pembengkakan selulosa. Eksperimen menunjukkan bahwa selulosa yang direaksikan dengan pemanasan selama 6~12 jam dapat dilarutkan dalam pelarut polar. Berdasarkan fakta ini, penulis berpendapat bahwa kelarutan selulosa memainkan peran yang menentukan dalam tingkat penghancuran ikatan hidrogen antara molekul selulosa dalam segmen kristal, diikuti oleh tingkat penghancuran ikatan hidrogen gugus glukosa intramolekul C3-C2. Semakin besar derajat penghancuran ikatan hidrogen, semakin besar pula derajat pembengkakan serat alkali, dan ikatan hidrogen hancur total, dan hidrolisat akhir adalah zat yang larut dalam air.

2.2 Pengaruh Akselerator

Menambahkan alkohol dengan titik didih tinggi selama alkalisasi selulosa dapat meningkatkan suhu reaksi, dan menambahkan sejumlah kecil propelan seperti alkohol rendah dan tiourea (atau urea) dapat sangat meningkatkan penetrasi dan pembengkakan selulosa. Ketika konsentrasi alkohol meningkat, penyerapan alkali selulosa meningkat, dan ada titik perubahan tiba-tiba ketika konsentrasinya 20%, yang mungkin terjadi karena alkohol monofungsional menembus ke dalam molekul selulosa untuk membentuk ikatan hidrogen dengan selulosa, mencegah selulosa. molekul Ikatan hidrogen antara rantai dan rantai molekul meningkatkan derajat ketidakteraturan, meningkatkan luas permukaan, dan meningkatkan jumlah adsorpsi alkali. Namun, dalam kondisi yang sama, penyerapan alkali pada serpihan kayu rendah, dan kurva berubah dalam keadaan berfluktuasi. Hal ini mungkin disebabkan oleh rendahnya kandungan selulosa dalam serpihan kayu, yang mengandung lignin dalam jumlah besar, yang menghambat penetrasi alkohol, serta memiliki ketahanan air dan alkali yang baik.

2.3 Eterifikasi

Tambahkan katalis 1% B, kendalikan suhu reaksi yang berbeda, dan lakukan modifikasi eterifikasi dengan resin epoksi dan serat alkali. Aktivitas reaksi eterifikasi rendah pada 80°C. Tingkat pencangkokan Cel hanya 28%, dan aktivitas eterifikasi hampir dua kali lipat pada 110°C. Mengingat kondisi reaksi seperti pelarut, suhu reaksi adalah 100°C, dan waktu reaksi 2,5 jam, dan kecepatan pencangkokan Cel bisa mencapai 41%. Selain itu, pada tahap awal reaksi eterifikasi (<1,0 jam), karena reaksi heterogen antara selulosa alkali dan resin epoksi, laju pencangkokan menjadi rendah. Dengan meningkatnya derajat eterifikasi Cel, secara bertahap berubah menjadi reaksi homogen, sehingga aktivitas reaksi meningkat tajam, dan laju pencangkokan meningkat.

2.4 Hubungan antara laju pencangkokan Cel dan kelarutan

Eksperimen telah menunjukkan bahwa setelah mencangkok resin epoksi dengan selulosa alkali, sifat fisik seperti viskositas produk, daya rekat, ketahanan air, dan stabilitas termal dapat ditingkatkan secara signifikan. Uji kelarutan Produk dengan tingkat pencangkokan Cel <40% dapat dilarutkan dalam alkohol-ester rendah, resin alkid, resin asam poliakrilat, asam pimarat akrilik, dan resin lainnya. Resin Cel-Ep memiliki efek pelarutan yang jelas.

Dikombinasikan dengan uji film pelapis, campuran dengan tingkat pencangkokan 32%~42% umumnya memiliki kompatibilitas yang lebih baik, dan campuran dengan tingkat pencangkokan <30% memiliki kompatibilitas yang buruk dan kilap film pelapis yang rendah; tingkat pencangkokan lebih tinggi dari 42%, ketahanan air mendidih, ketahanan alkohol, dan ketahanan pelarut organik polar dari film pelapis berkurang. Untuk meningkatkan kompatibilitas material dan kinerja pelapisan, penulis menambahkan CAB sesuai dengan formula pada Tabel 1 untuk lebih melarutkan dan memodifikasi guna mendorong koeksistensi Cel-Ep dan CAB. Campuran tersebut membentuk sistem yang kira-kira homogen. Ketebalan antarmuka komposisi campuran cenderung sangat tipis dan berusaha berada dalam keadaan sel nano.

2.5 Hubungan antara Cel—Rasio pencampuran Ep/CAB dan sifat fisik

Menggunakan Cel-Ep untuk menyatu dengan CAB, hasil uji pelapisan menunjukkan bahwa selulosa asetat dapat meningkatkan sifat pelapisan material secara signifikan, terutama kecepatan pengeringan. Komponen murni Cel-Ep sulit dikeringkan pada suhu kamar. Setelah menambahkan CAB, kedua material tersebut memiliki kinerja yang saling melengkapi.

2.6 Deteksi spektrum FTIR

3. Kesimpulan

(1) Selulosa kapas dapat membengkak pada suhu 80°C dengan alkali pekat >18% dan serangkaian aditif, meningkatkan suhu reaksi, memperpanjang waktu reaksi, meningkatkan derajat pembengkakan dan degradasi hingga terhidrolisis sempurna.

(2) Reaksi eterifikasi, rasio umpan molar Cel-Ep adalah 2, suhu reaksi 100°C, waktunya 5 jam, dosis katalis 1%, dan laju pencangkokan eterifikasi bisa mencapai 32%~42%.

(3) Modifikasi pencampuran, bila perbandingan molar Cel-Ep:CAB=3:2 maka kinerja produk hasil sintesis baik, namun Cel-Ep murni tidak dapat digunakan sebagai pelapis, hanya sebagai perekat.