ცელულოზის ეთერი ეპოქსიდურ ფისზე

ნარჩენი ბამბა და ნახერხი გამოიყენება ნედლეულად და ჰიდროლიზდება ტუტეშიცელულოზის ეთერი18% ტუტესა და დანამატების სერიის მოქმედებით. შემდეგ გამოიყენეთ ეპოქსიდური ფისი მყნობისთვის, ეპოქსიდური ფისისა და ტუტე ბოჭკოს მოლური თანაფარდობა არის 0,5:1,0, რეაქციის ტემპერატურა 100°C, რეაქციის დრო არის 5.0 სთ, კატალიზატორის დოზაა 1%, ხოლო ეთერიფიკაციის გადანერგვის სიჩქარე არის 32%. მიღებული ეპოქსიდური ცელულოზის ეთერი შერეულია 0,6 მოლ Cel-Ep და 0,4 მოლი CAB, რათა მოხდეს ახალი საფარის პროდუქტის სინთეზირება კარგი შესრულებით. პროდუქტის სტრუქტურა დადასტურდა IR-ით.

საკვანძო სიტყვები:ცელულოზის ეთერი; სინთეზი; CAB; საფარის თვისებები

ცელულოზა ეთერი არის ბუნებრივი პოლიმერი, რომელიც წარმოიქმნება კონდენსაციის შედეგადβ- გლუკოზა. ცელულოზას აქვს პოლიმერიზაციის მაღალი ხარისხი, ორიენტაციის კარგი ხარისხი და კარგი ქიმიური სტაბილურობა. მისი მიღება შესაძლებელია ცელულოზის ქიმიური დამუშავებით (ესტერიფიკაცია ან ეთერიფიკაცია). ცელულოზის წარმოებულების სერია, ეს პროდუქტები ფართოდ გამოიყენება პლასტმასებში, ბიოდეგრადირებად ლანჩ ყუთებში, მაღალი კლასის საავტომობილო საფარებში, ავტონაწილებში, საბეჭდი მელანებში, წებოვანებში და ა.შ. ამჟამად მუდმივად ჩნდება ახალი მოდიფიცირებული ცელულოზის სახეობები და გამოყენების სფერო მუდმივად ფართოვდება, თანდათან ყალიბდება ბოჭკოვანი ინდუსტრიის სისტემა. ეს თემა არის ნახერხის ან ნარჩენი ბამბის გამოყენება, რომელიც ჰიდროლიზდება მოკლე ბოჭკოებად ცოცხით, შემდეგ კი ქიმიურად დამყნობილი და მოდიფიცირებული ახალი ტიპის საფარის შესაქმნელად, რომელიც არ არის მოხსენებული დოკუმენტში.

1. ექსპერიმენტი

1.1 რეაგენტები და ინსტრუმენტები

ბამბის ნარჩენები (გარეცხილი და გამხმარი), NaOH, 1,4-ბუტანედიოლი, მეთანოლი, თიოურა, შარდოვანა, ეპოქსიდური ფისი, ძმარმჟავა, ბუტირის მჟავა, ტრიქლოროეთანი, ჭიანჭველა მჟავა, გლიოქსალი, ტოლუოლი, CAB და ა.შ. (სიწმინდე არის CP კლასის) . ნიკოლეტის მიერ წარმოებული Magna-IR 550 ინფრაწითელი სპექტრომეტრი, რომელიც წარმოებულია შეერთებული შტატების Nicolet Company-ის მიერ, გამოიყენებოდა ნიმუშების მოსამზადებლად გამხსნელი ტეტრაჰიდროფურანის საფარით. Tu-4 ვისკომეტრი, FVXD3-1 ტიპის მუდმივი ტემპერატურის თვითმართვადი ელექტრული აღრევის რეაქციის ქვაბი, წარმოებული Weihai Xiangwei Chemical Machinery Factory-ის მიერ; მბრუნავი ვისკომეტრი NDJ-7, Z-10MP5 ტიპის, წარმოებული შანხაის Tianping Instrument Factory-ის მიერ; მოლეკულური წონა იზომება Ubbelohde-ს სიბლანტის მიხედვით; საღებავის ფირის მომზადება და ტესტირება უნდა განხორციელდეს ეროვნული სტანდარტის GB-79 მიხედვით.

1.2 რეაქციის პრინციპი

1.3 სინთეზი

ეპოქსიდური ცელულოზის სინთეზი: დაუმატეთ 100გრ დაქუცმაცებული ბამბის ბოჭკო მუდმივი ტემპერატურის თვითკონტროლირებად ელექტრო ამრევ რეაქტორს, დაამატეთ ოქსიდანტი და 10 წუთის განმავლობაში რეაგირება, შემდეგ დაამატეთ სპირტი და ტუტე, რათა მიიღოთ ცოცხალი 18% კონცენტრაციით. გაჟღენთისთვის დაამატეთ ამაჩქარებლები A, B და ა.შ. იმოქმედეთ გარკვეულ ტემპერატურაზე ვაკუუმში 12 საათის განმავლობაში, გაფილტრეთ, გააშრეთ და აწონეთ 50გრ ალკალიზებული ცელულოზა, დაამატეთ შერეული გამხსნელი, რომ მიიღოთ ნალექი, დაამატეთ კატალიზატორი და ეპოქსიდური ფისი სპეციფიკური მოლეკულური მასით, გაათბეთ 90-110-მდე.℃ეთერიფიკაციის რეაქციისთვის 4.0-6.0 სთ, სანამ რეაქტიული ნივთიერებები არ ერწყმის. ჭარბი ტუტე გასანეიტრალებლად და მოსაშორებლად დაამატეთ ჭიანჭველა მჟავა, გამოაცალეთ წყალხსნარი და გამხსნელი, ჩამოიბანეთ 80℃ცხელი წყალი ნატრიუმის მარილის მოსაშორებლად და მშრალი შემდგომი გამოყენებისთვის. შინაგანი სიბლანტე გაზომილი იყო Ubbelohde-ს ვისკომეტრით და სიბლანტის საშუალო მოლეკულური წონა გამოითვალა ლიტერატურის მიხედვით.

აცეტატი ბუტილცელულოზა მზადდება ლიტერატურული მეთოდით, აწონეთ 57,2 გრ რაფინირებული ბამბა, დაამატეთ 55 გრ ძმარმჟავა, 79 გრ ბუტირის მჟავა, 9,5 გრ მაგნიუმის აცეტატი, 5,1 გრ გოგირდმჟავა, გამოიყენეთ ბუტილის აცეტატი გამხსნელად და რეაგირება გარკვეული ტემპერატურა კვალიფიკაციამდე, განეიტრალება ნატრიუმის აცეტატის დამატებით, დალექილი, გაფილტრული, გარეცხილი, გაფილტრული და გამხმარი შემდგომი გამოყენებისთვის. აიღეთ Cel-Ep, დაამატეთ CAB-ის შესაბამისი რაოდენობა და სპეციფიკური შერეული გამხსნელი, გააცხელეთ და აურიეთ 0,5 საათის განმავლობაში ერთგვაროვანი სქელი სითხის შესაქმნელად, ხოლო საფარის ფირის მომზადება და შესრულების ტესტი მიჰყვება GB-79 მეთოდს.

ცელულოზის აცეტატის ესტერიფიკაციის ხარისხის განსაზღვრა: ჯერ გავხსნათ ცელულოზის აცეტატი დიმეთილ სულფოქსიდში, დავამატოთ გაზომილი რაოდენობის ტუტე ხსნარი გაცხელებაზე და ჰიდროლიზებაზე და ჰიდროლიზებული ხსნარი ტიტრირდეს NaOH სტანდარტული ხსნარით ტუტეს მთლიანი მოხმარების გამოსათვლელად. წყლის შემცველობის განსაზღვრა: ნიმუში მოათავსეთ ღუმელში 100~105 ტემპერატურაზე°გაშრობა 0,2 სთ, აწონეთ და გამოთვალეთ წყლის შეწოვა გაგრილების შემდეგ. ტუტე აბსორბციის განსაზღვრა: აწონეთ რაოდენობრივი ნიმუში, გახსენით ცხელ წყალში, დაამატეთ მეთილის იისფერი ინდიკატორი და შემდეგ ტიტრატით 0,05მოლ/ლ H2SO4. გაფართოების ხარისხის განსაზღვრა: აწონეთ 50 გ ნიმუში, დააქუცმაცეთ და ჩადეთ გრადუირებულ მილში, წაიკითხეთ მოცულობა ელექტრული ვიბრაციის შემდეგ და შეადარეთ იგი არატუტე ცელულოზის ფხვნილის მოცულობას გაფართოების ხარისხის გამოსათვლელად.

2. შედეგები და დისკუსია

2.1 კავშირი ტუტე კონცენტრაციასა და ცელულოზის შეშუპების ხარისხს შორის

ცელულოზის რეაქციას NaOH ხსნარის გარკვეული კონცენტრაციით შეუძლია გაანადგუროს ცელულოზის რეგულარული და მოწესრიგებული კრისტალიზაცია და ცელულოზის შეშუპება. და ცოცხალში ხდება სხვადასხვა დეგრადაცია, რაც ამცირებს პოლიმერიზაციის ხარისხს. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ცელულოზის შეშუპების ხარისხი და ტუტე შებოჭვის ან ადსორბციის რაოდენობა იზრდება ტუტეს კონცენტრაციასთან ერთად. ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება ჰიდროლიზის ხარისხი. როდესაც ტუტეების კონცენტრაცია 20%-ს აღწევს, ჰიდროლიზის ხარისხი არის 6,8% t=100-ზე.°C; ჰიდროლიზის ხარისხი არის 14% t=135-ზე°გ. ამავდროულად, ექსპერიმენტი აჩვენებს, რომ როდესაც ტუტე 30%-ზე მეტია, ცელულოზის ჯაჭვის ჭრილობის ჰიდროლიზის ხარისხი საგრძნობლად მცირდება. როდესაც ტუტეს კონცენტრაცია აღწევს 18%-ს, წყლის ადსორბციის უნარი და შეშუპების ხარისხი მაქსიმალურია, კონცენტრაცია აგრძელებს მატებას, მკვეთრად ეცემა პლატოზე და შემდეგ სტაბილურად იცვლება. ამავდროულად, ეს ცვლილება საკმაოდ მგრძნობიარეა ტემპერატურის გავლენის მიმართ. იგივე ტუტე კონცენტრაციით, როდესაც ტემპერატურა დაბალია (<20°გ), ცელულოზის შეშუპების ხარისხი დიდია, ხოლო წყლის ადსორბციული რაოდენობა დიდია; მაღალ ტემპერატურაზე შეშუპების ხარისხი და წყლის ადსორბციის რაოდენობა მნიშვნელოვანია. შემცირება.

ლიტერატურის მიხედვით რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მეთოდით განისაზღვრა ტუტე ბოჭკოები სხვადასხვა წყლის შემცველობითა და ტუტე შემცველობით. რეალურ ექსპლუატაციაში, 18%~20% ცოცხალი გამოიყენება გარკვეული რეაქციის ტემპერატურის გასაკონტროლებლად, რათა გაზარდოს ცელულოზის შეშუპების ხარისხი. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ცელულოზა, რომელიც რეაგირებს 6-12 საათის განმავლობაში გაცხელებით, შეიძლება დაიშალოს პოლარულ გამხსნელებში. ამ ფაქტიდან გამომდინარე, ავტორი ფიქრობს, რომ ცელულოზის ხსნადობა გადამწყვეტ როლს ასრულებს კრისტალურ სეგმენტში ცელულოზის მოლეკულებს შორის წყალბადური ბმის განადგურების ხარისხში, რასაც მოჰყვება წყალბადური ბმის განადგურების ხარისხი გლუკოზის ინტრამოლეკულური ჯგუფების C3-C2. რაც უფრო დიდია წყალბადის ბმის განადგურების ხარისხი, მით მეტია ტუტე ბოჭკოს შეშუპების ხარისხი და წყალბადის ბმა მთლიანად განადგურებულია, ხოლო საბოლოო ჰიდროლიზატი არის წყალში ხსნადი ნივთიერება.

2.2 ამაჩქარებლის ეფექტი

ცელულოზის ალკალიზაციის დროს მაღალი დუღილის ალკოჰოლის დამატებამ შეიძლება გაზარდოს რეაქციის ტემპერატურა და მცირე რაოდენობის საწვავის დამატება, როგორიცაა ქვედა ალკოჰოლი და თიოურა (ან შარდოვანა) შეიძლება მნიშვნელოვნად შეუწყოს ხელი ცელულოზის შეღწევას და შეშუპებას. ალკოჰოლის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად იზრდება ცელულოზის ტუტე აბსორბცია და ჩნდება უეცარი ცვლილების წერტილი, როდესაც კონცენტრაცია არის 20%, რაც შეიძლება იყოს ის, რომ მონოფუნქციური სპირტი შეაღწევს ცელულოზის მოლეკულებში წყალბადის კავშირების წარმოქმნას ცელულოზასთან, რაც ხელს უშლის ცელულოზას. მოლეკულები წყალბადის ბმები ჯაჭვებსა და მოლეკულურ ჯაჭვებს შორის ზრდის უწესრიგობის ხარისხს, ზრდის ზედაპირის ფართობს და ზრდის ტუტე ადსორბციის რაოდენობას. თუმცა, იმავე პირობებში, ხის ჩიპების ტუტე შთანთქმა დაბალია და მრუდი იცვლება მერყევ მდგომარეობაში. ეს შეიძლება დაკავშირებული იყოს ხის ნაფოტებში ცელულოზის დაბალ შემცველობასთან, რომელიც შეიცავს დიდი რაოდენობით ლიგნინს, რომელიც აფერხებს ალკოჰოლის შეღწევას და აქვს კარგი წყალგამძლეობა და ტუტე გამძლეობა.

2.3 ეთერიფიკაცია

დაამატეთ 1% B კატალიზატორი, აკონტროლეთ სხვადასხვა რეაქციის ტემპერატურა და განახორციელეთ ეთერიფიკაციის მოდიფიკაცია ეპოქსიდური ფისით და ტუტე ბოჭკოთი. ეთერიფიკაციის რეაქციის აქტივობა დაბალია 80-ზე°C. Cel-ის გადანერგვის სიჩქარე არის მხოლოდ 28%, ხოლო ეთერიფიკაციის აქტივობა თითქმის გაორმაგებულია 110-მდე.°გ. რეაქციის პირობების გათვალისწინებით, როგორიცაა გამხსნელი, რეაქციის ტემპერატურაა 100°C, ხოლო რეაქციის დრო არის 2.5 სთ, ხოლო Cel-ის გადანერგვის სიჩქარემ შეიძლება მიაღწიოს 41%-ს. გარდა ამისა, ეთერიფიკაციის რეაქციის საწყის ეტაპზე (<1,0სთ), ტუტე ცელულოზასა და ეპოქსიდურ ფისს შორის ჰეტეროგენული რეაქციის გამო, მყნობის სიჩქარე დაბალია. ცელის ეთერიზაციის ხარისხის მატებასთან ერთად ის თანდათან გადადის ერთგვაროვან რეაქციაში, რის გამოც რეაქცია მკვეთრად გაიზარდა აქტივობა და გაიზარდა მყნობის სიჩქარე.

2.4 კავშირი უჯრედის გადანერგვის სიჩქარესა და ხსნადობას შორის

ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ეპოქსიდური ფისის ტუტე ცელულოზის გადანერგვის შემდეგ, შეიძლება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს ფიზიკური თვისებები, როგორიცაა პროდუქტის სიბლანტე, ადჰეზია, წყალგამძლეობა და თერმული სტაბილურობა. ხსნადობის ტესტი ცელ გადანერგვის სიჩქარით <40% პროდუქტი შეიძლება გაიხსნას ქვედა ალკოჰოლ-ესტერში, ალკიდის ფისში, პოლიაკრილის მჟავას ფისში, აკრილის პიმარინის მჟავაში და სხვა ფისებში. Cel-Ep ფისს აქვს აშკარა ხსნადი ეფექტი.

დაფარვის ფირის ტესტთან ერთად, ნარევებს, რომელთა გადანერგვის მაჩვენებელი 32%-42%-ია, ზოგადად აქვთ უკეთესი თავსებადობა, ხოლო ნარევებს, რომელთა გადანერგვის მაჩვენებელი <30%-ია, აქვთ ცუდი თავსებადობა და დაფარვის ფილმის დაბალი სიპრიალე; მყნობის სიჩქარე 42%-ზე მაღალია, მდუღარე წყლის წინააღმდეგობა, ალკოჰოლის წინააღმდეგობა და საფარის ფირის პოლარული ორგანული გამხსნელის წინააღმდეგობა მცირდება. მასალის თავსებადობისა და საფარის მუშაობის გასაუმჯობესებლად, ავტორმა დაამატა CAB ცხრილი 1-ში მოცემული ფორმულის მიხედვით შემდგომი ხსნარებისთვის და ცვლილებებისთვის Cel-Ep-ისა და CAB-ის თანაარსებობის ხელშეწყობისთვის. ნარევი ქმნის დაახლოებით ერთგვაროვან სისტემას. ნაზავის კომპოზიციის ინტერფეისის სისქე ძალიან თხელია და ცდილობს იყოს ნანო-უჯრედების მდგომარეობაში.

2.5 ურთიერთობა ცელ-Ep/CAB შერწყმის თანაფარდობა და ფიზიკური თვისებები

Cel-Ep-ის გამოყენებით CAB-თან შერევისთვის, საფარის ტესტის შედეგები აჩვენებს, რომ ცელულოზის აცეტატს შეუძლია მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს მასალის საფარის თვისებები, განსაკუთრებით გაშრობის სიჩქარე. Cel-Ep-ის სუფთა კომპონენტის გაშრობა რთულია ოთახის ტემპერატურაზე. CAB-ის დამატების შემდეგ, ორ მასალას აქვს აშკარა შესრულება.

2.6 FTIR სპექტრის გამოვლენა

3. დასკვნა

(1) ბამბის ცელულოზა შეიძლება ადიდდეს 80 გრადუსზე°C >18% კონცენტრირებული ტუტეთა და დანამატების სერიით, ზრდის რეაქციის ტემპერატურას, ახანგრძლივებს რეაქციის დროს, ზრდის შეშუპების და დეგრადაციის ხარისხს სრულ ჰიდროლიზებამდე.

(2) ეთერიზაციის რეაქცია, Cel-Ep მოლური კვების თანაფარდობა არის 2, რეაქციის ტემპერატურა 100°C, დრო არის 5 სთ, კატალიზატორის დოზაა 1%, ხოლო ეთერიფიკაციის გადანერგვის სიჩქარე შეიძლება მიაღწიოს 32% ~ 42%.

(3) შერევის მოდიფიკაცია, როდესაც Cel-Ep:CAB=3:2 მოლური თანაფარდობაა, სინთეზირებული პროდუქტის მოქმედება კარგია, მაგრამ სუფთა Cel-Ep არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც საფარი, მხოლოდ როგორც წებოვანი.