Etere di cellulosa sulla resina epossidica

Il cotone di scarto e la segatura vengono utilizzati come materie prime e vengono idrolizzati in alcalietere di cellulosasotto l'azione del 18% di alcali e di una serie di additivi. Quindi utilizzare resina epossidica per l'innesto, il rapporto molare tra resina epossidica e fibra alcalina è 0,5:1,0, la temperatura di reazione è 100°C, il tempo di reazione è 5,0 ore, il dosaggio del catalizzatore è dell'1% e la velocità di innesto dell'eterificazione è del 32%. L'etere epossidico di cellulosa ottenuto viene miscelato con 0,6 moli di Cel-Ep e 0,4 moli di CAB per sintetizzare un nuovo prodotto di rivestimento con buone prestazioni. La struttura del prodotto è stata confermata con IR.

Parole chiave:etere di cellulosa; sintesi; TAXI; proprietà del rivestimento

Cellulosa etere è un polimero naturale, che si forma per condensazione diβ-glucosio. La cellulosa ha un alto grado di polimerizzazione, un buon grado di orientamento e una buona stabilità chimica. Può essere ottenuto trattando chimicamente la cellulosa (esterificazione o eterificazione). Una serie di derivati ​​della cellulosa, questi prodotti sono ampiamente utilizzati nella plastica, nei contenitori per il pranzo biodegradabili, nei rivestimenti automobilistici di fascia alta, nei ricambi auto, negli inchiostri da stampa, negli adesivi, ecc. Attualmente emergono costantemente nuove varietà di cellulosa modificata e i campi di applicazione sono in costante espansione, formando gradualmente un sistema industriale della fibra. Questo argomento riguarda l'utilizzo di segatura o cotone di scarto da idrolizzare in fibre corte mediante liscivia, quindi innestati chimicamente e modificati per formare un nuovo tipo di rivestimento che non è stato riportato nel documento.

1. Esperimento

1.1 Reagenti e strumenti

Cotone di scarto (lavato e asciugato), NaOH, 1,4-butandiolo, metanolo, tiourea, urea, resina epossidica, anidride acetica, acido butirrico, tricloroetano, acido formico, gliossale, toluene, CAB, ecc. (La purezza è grado CP) . Per preparare i campioni mediante rivestimento con solvente tetraidrofurano è stato utilizzato lo spettrometro a infrarossi Magna-IR 550 prodotto dalla Nicolet Company degli Stati Uniti. Viscosimetro Tu-4, bollitore di reazione con agitazione elettrica autocontrollata a temperatura costante di tipo FVXD3-1, prodotto dalla fabbrica di macchinari chimici Weihai Xiangwei; viscosimetro rotazionale NDJ-7, tipo Z-10MP5, prodotto dalla Shanghai Tianping Instrument Factory; il peso molecolare è misurato dalla viscosità Ubbelohde; La preparazione e il test del film di vernice devono essere eseguiti secondo la norma nazionale GB-79.

1.2 Principio di reazione

1.3 Sintesi

Sintesi di cellulosa epossidica: aggiungere 100 g di fibra di cotone tritata a un reattore di agitazione elettrico autocontrollato a temperatura costante, aggiungere un ossidante e far reagire per 10 minuti, quindi aggiungere alcol e alcali per ottenere una lisciva con una concentrazione del 18%. Aggiungere acceleratori A, B, ecc. per l'impregnazione. Reagire ad una certa temperatura sotto vuoto per 12 ore, filtrare, asciugare e pesare 50 g di cellulosa alcalinizzata, aggiungere solvente misto per ottenere un impasto liquido, aggiungere catalizzatore e resina epossidica con peso molecolare specifico, riscaldare fino a 90~110℃per la reazione di eterificazione 4,0~ 6,0 ore fino a quando i reagenti sono miscibili. Aggiungere acido formico per neutralizzare ed eliminare l'eccesso di alcali, separare la soluzione acquosa e il solvente, lavare con 80℃acqua calda per rimuovere il sale di sodio e asciugare per un uso successivo. La viscosità intrinseca è stata misurata con un viscosimetro Ubbelohde e il peso molecolare medio della viscosità è stato calcolato secondo la letteratura.

L'acetato butilcellulosa viene preparato secondo il metodo della letteratura, pesare 57,2 g di cotone raffinato, aggiungere 55 g di anidride acetica, 79 g di acido butirrico, 9,5 g di acetato di magnesio, 5,1 g di acido solforico, utilizzare acetato di butile come solvente e reagire a una certa temperatura fino a quando non è qualificato, neutralizzato aggiungendo acetato di sodio, precipitato, filtrato, lavato, filtrato ed essiccato per un uso successivo. Prendere Cel-Ep, aggiungere una quantità adeguata di CAB e solvente misto specifico, riscaldare e agitare per 0,5 ore per formare un liquido denso uniforme e la preparazione del film di rivestimento e il test delle prestazioni seguono il metodo GB-79.

Determinazione del grado di esterificazione dell'acetato di cellulosa: sciogliere prima l'acetato di cellulosa in dimetilsolfossido, aggiungere una quantità misurata di soluzione alcalina per riscaldare e idrolizzare e titolare la soluzione idrolizzata con una soluzione standard di NaOH per calcolare il consumo totale di alcali. Determinazione del contenuto di acqua: posizionare il campione in un forno a 100~105°C per asciugare per 0,2 ore, pesare e calcolare l'assorbimento d'acqua dopo il raffreddamento. Determinazione dell'assorbimento degli alcali: pesare un campione quantitativo, scioglierlo in acqua calda, aggiungere l'indicatore metilvioletto e quindi titolare con 0,05 mol/L H2SO4. Determinazione del grado di espansione: pesare 50 g di campione, frantumarlo e inserirlo in un tubo graduato, leggere il volume dopo vibrazione elettrica e confrontarlo con il volume della polvere di cellulosa non alcalina per calcolare il grado di espansione.

2. Risultati e discussione

2.1 La relazione tra la concentrazione degli alcali e il grado di rigonfiamento della cellulosa

La reazione della cellulosa con una certa concentrazione di soluzione di NaOH può distruggere la cristallizzazione regolare e ordinata della cellulosa e far rigonfiare la cellulosa. E varie degradazioni si verificano nella liscivia, riducendo il grado di polimerizzazione. Gli esperimenti dimostrano che il grado di rigonfiamento della cellulosa e la quantità di legame o assorbimento degli alcali aumentano con la concentrazione di alcali. Il grado di idrolisi aumenta con l'aumento della temperatura. Quando la concentrazione alcalina raggiunge il 20%, il grado di idrolisi è del 6,8% a t=100°C; il grado di idrolisi è del 14% a t=135°C. Allo stesso tempo, l'esperimento mostra che quando la percentuale di alcali è superiore al 30%, il grado di idrolisi della scissione della catena di cellulosa è significativamente ridotto. Quando la concentrazione di alcali raggiunge il 18%, la capacità di assorbimento e il grado di rigonfiamento dell'acqua sono massimi, la concentrazione continua ad aumentare, scende bruscamente fino a un plateau e quindi cambia costantemente. Allo stesso tempo, questo cambiamento è abbastanza sensibile all'influenza della temperatura. Alla stessa concentrazione di alcali, quando la temperatura è bassa (<20°C), il grado di rigonfiamento della cellulosa è elevato e la quantità di acqua assorbita è elevata; ad alta temperatura, il grado di rigonfiamento e la quantità di acqua adsorbita sono significativi. ridurre.

Le fibre alcaline con diverso contenuto di acqua e contenuto di alcali sono state determinate mediante il metodo di analisi della diffrazione di raggi X secondo la letteratura. Nel funzionamento effettivo, viene utilizzata una soluzione al 18%~20% per controllare una determinata temperatura di reazione e aumentare il grado di rigonfiamento della cellulosa. Gli esperimenti mostrano che la cellulosa reagita mediante riscaldamento per 6~12 ore può essere sciolta in solventi polari. Sulla base di questo fatto, l'autore ritiene che la solubilità della cellulosa svolga un ruolo decisivo nel grado di distruzione dei legami idrogeno tra le molecole di cellulosa nel segmento cristallino, seguita dal grado di distruzione dei legami idrogeno dei gruppi intramolecolari di glucosio C3-C2. Maggiore è il grado di distruzione del legame idrogeno, maggiore è il grado di rigonfiamento della fibra alcalina e il legame idrogeno viene completamente distrutto e l'idrolizzato finale è una sostanza solubile in acqua.

2.2 Effetto dell'acceleratore

L'aggiunta di alcol ad alto punto di ebollizione durante l'alcalinizzazione della cellulosa può aumentare la temperatura di reazione e l'aggiunta di una piccola quantità di propellente come alcol inferiore e tiourea (o urea) può favorire notevolmente la penetrazione e il rigonfiamento della cellulosa. All'aumentare della concentrazione di alcol, aumenta l'assorbimento alcalino della cellulosa e si verifica un punto di cambiamento improvviso quando la concentrazione è del 20%, il che potrebbe significare che l'alcol monofunzionale penetra nelle molecole di cellulosa per formare legami idrogeno con la cellulosa, impedendo alla cellulosa di molecole I legami idrogeno tra catene e catene molecolari aumentano il grado di disordine, aumentano l'area superficiale e aumentano la quantità di adsorbimento di alcali. Tuttavia, alle stesse condizioni, l'assorbimento degli alcali da parte del cippato è basso e la curva cambia in uno stato fluttuante. Ciò potrebbe essere correlato al basso contenuto di cellulosa nei trucioli di legno, che contiene una grande quantità di lignina, che ostacola la penetrazione dell'alcol e ha una buona resistenza all'acqua e agli alcali.

2.3 Eterificazione

Aggiungere l'1% di catalizzatore B, controllare le diverse temperature di reazione ed eseguire la modifica dell'eterificazione con resina epossidica e fibra alcalina. L'attività della reazione di eterificazione è bassa a 80°C. Il tasso di innesto di Cel è solo del 28% e l'attività di eterificazione è quasi raddoppiata a 110°C. Considerando le condizioni di reazione come il solvente, la temperatura di reazione è 100°C, il tempo di reazione è di 2,5 ore e la velocità di innesto di Cel può raggiungere il 41%. Inoltre, nella fase iniziale della reazione di eterificazione (<1,0 ore), a causa della reazione eterogenea tra cellulosa alcalina e resina epossidica, la velocità di innesto è bassa. Con l'aumento del grado di eterificazione di Cel, si trasforma gradualmente in una reazione omogenea, quindi la reazione. L'attività è aumentata notevolmente e la velocità di innesto è aumentata.

2.4 Relazione tra velocità di innesto di Cel e solubilità

Gli esperimenti hanno dimostrato che dopo l'innesto della resina epossidica con cellulosa alcalina, le proprietà fisiche come la viscosità del prodotto, l'adesione, la resistenza all'acqua e la stabilità termica possono essere notevolmente migliorate. Test di solubilità Il prodotto con tasso di innesto Cel <40% può essere disciolto in estere alcolico inferiore, resina alchidica, resina di acido poliacrilico, acido acrilico pimarico e altre resine. La resina Cel-Ep ha un evidente effetto solubilizzante.

In combinazione con il test della pellicola di rivestimento, le miscele con un tasso di innesto del 32%~42% hanno generalmente una migliore compatibilità, mentre le miscele con un tasso di innesto <30% hanno una scarsa compatibilità e una bassa brillantezza del film di rivestimento; il tasso di innesto è superiore al 42%, la resistenza all'acqua bollente, la resistenza all'alcool e la resistenza ai solventi organici polari della pellicola di rivestimento sono ridotte. Al fine di migliorare la compatibilità del materiale e le prestazioni del rivestimento, l'autore ha aggiunto CAB secondo la formula nella Tabella 1 per solubilizzare e modificare ulteriormente per promuovere la coesistenza di Cel-Ep e CAB. La miscela forma un sistema approssimativamente omogeneo. Lo spessore dell'interfaccia della composizione della miscela tende ad essere molto sottile e cerca di essere nello stato di nanocelle.

2.5 Rapporto tra Cel—Rapporto di miscelazione Ep/CAB e proprietà fisiche

Utilizzando Cel-Ep per miscelarlo con CAB, i risultati dei test di rivestimento mostrano che l'acetato di cellulosa può migliorare significativamente le proprietà di rivestimento del materiale, in particolare la velocità di asciugatura. La componente pura di Cel-Ep è difficile da essiccare a temperatura ambiente. Dopo l'aggiunta del CAB, i due materiali hanno un'ovvia complementarità prestazionale.

2.6 Rilevazione dello spettro FTIR

3. Conclusione

(1) La cellulosa di cotone può gonfiarsi a 80°C con alcali concentrati >18% e una serie di additivi, aumenta la temperatura di reazione, prolunga il tempo di reazione, aumenta il grado di rigonfiamento e degradazione fino alla completa idrolisi.

(2) Reazione di eterificazione, il rapporto di alimentazione molare Cel-Ep è 2, la temperatura di reazione è 100°C, il tempo è 5 ore, il dosaggio del catalizzatore è 1% e la velocità di innesto dell'eterificazione può raggiungere il 32%~42%.

(3) Modifica della miscelazione, quando il rapporto molare di Cel-Ep:CAB=3:2, le prestazioni del prodotto sintetizzato sono buone, ma Cel-Ep puro non può essere utilizzato come rivestimento, ma solo come adesivo.