Celiuliozės eteris ant epoksidinės dervos

Medvilnės ir pjuvenų atliekos naudojamos kaip žaliavos ir hidrolizuojamos į šarmąceliuliozės eterisveikiant 18% šarmų ir daugybės priedų. Tada skiepijimui naudokite epoksidinę dervą, epoksidinės dervos ir šarminio pluošto molinis santykis yra 0,5:1,0, reakcijos temperatūra yra 100°C, reakcijos laikas yra 5,0 valandos, katalizatoriaus dozė yra 1%, o eterinimo skiepijimo greitis yra 32%. Gautas epoksidinės celiuliozės eteris sumaišomas su 0,6 molio Cel-Ep ir 0,4 molio CAB, kad būtų susintetintas naujas dangos produktas, pasižymintis geromis savybėmis. Produkto struktūra buvo patvirtinta IR.

Pagrindiniai žodžiai:celiuliozės eteris; sintezė; CAB; dangos savybės

Celiuliozė eteris yra natūralus polimeras, kuris susidaro kondensuojantisβ- gliukozė. Celiuliozė turi aukštą polimerizacijos laipsnį, gerą orientacijos laipsnį ir gerą cheminį stabilumą. Jį galima gauti chemiškai apdorojant celiuliozę (esterifikacija arba eterinimas). Celiuliozės darinių serija, šie produktai plačiai naudojami plastikuose, biologiškai skaidomose priešpiečių dėžutėse, aukščiausios klasės automobilių dangose, automobilių dalyse, spausdinimo dažuose, klijuose ir kt. Šiuo metu nuolat atsiranda naujų modifikuotų celiuliozės veislių, o pritaikymo sritys yra tokios. nuolat plečiasi, palaipsniui formuojasi pluošto pramonės sistema. Ši tema skirta naudoti pjuvenas arba medvilnės atliekas, kurios šarmu hidrolizuojamos į trumpus pluoštus, o po to chemiškai skiepijamos ir modifikuojamos, kad būtų suformuota naujo tipo danga, apie kurią dokumente nebuvo pranešta.

1. Eksperimentuokite

1.1 Reagentai ir prietaisai

Medvilnės atliekos (skalbtos ir išdžiovintos), NaOH, 1,4-butandiolis, metanolis, tiokarbamidas, karbamidas, epoksidinė derva, acto anhidridas, sviesto rūgštis, trichloretanas, skruzdžių rūgštis, glioksalis, toluenas, CAB ir kt. (Grynumas yra CP) . Mėginiams paruošti dengiant tirpikliu tetrahidrofuranu buvo naudojamas Magna-IR 550 infraraudonųjų spindulių spektrometras, pagamintas Nicolet Company of United States. Tu-4 viskozimetras, FVXD3-1 tipo pastovios temperatūros savaime valdomas elektrinis maišymo reakcijos virdulys, pagamintas Weihai Xiangwei Chemical Machinery Factory; rotacinis viskozimetras NDJ-7, Z-10MP5 tipas, pagamintas Šanchajaus Tianping Instrument Factory; molekulinė masė matuojama Ubbelohde klampumu; Dažų plėvelės paruošimas ir bandymas turi būti atliekamas pagal nacionalinį standartą GB-79.

1.2 Reakcijos principas

1.3 Sintezė

Epoksidinės celiuliozės sintezė: Į pastovios temperatūros reguliuojamą elektrinį maišymo reaktorių įpilkite 100 g susmulkinto medvilnės pluošto, įpilkite oksidatoriaus ir reaguokite 10 minučių, tada įpilkite alkoholio ir šarmo, kad susidarytų 18% koncentracijos šarmas. Impregnavimui pridėkite greitintuvų A, B ir kt. Reaguokite tam tikroje temperatūroje vakuume 12 valandų, filtruokite, išdžiovinkite ir pasverkite 50 g šarminės celiuliozės, įpilkite sumaišyto tirpiklio, kad susidarytų suspensija, įpilkite katalizatoriaus ir specifinės molekulinės masės epoksidinės dervos, pašildykite iki 90–110℃eterinimo reakcijai 4,0–6,0 val., kol reagentai susimaišys. Įpilkite skruzdžių rūgšties, kad neutralizuotų ir pašalintumėte šarmų perteklių, atskirkite vandeninį tirpalą ir tirpiklį, nuplaukite 80℃karštu vandeniu, kad pašalintumėte natrio druską, ir išdžiovinkite vėlesniam naudojimui. Vidinis klampumas buvo matuojamas Ubbelohde viskozimetru, o klampos vidutinė molekulinė masė buvo apskaičiuota pagal literatūrą.

Acetatinė butilceliuliozė paruošiama pagal literatūros metodą, pasverkite 57,2 g rafinuotos medvilnės, įpilkite 55 g acto rūgšties anhidrido, 79 g sviesto rūgšties, 9,5 g magnio acetato, 5,1 g sieros rūgšties, naudokite butilo acetatą kaip tirpiklį ir reaguokite tam tikroje temperatūroje, kol bus kvalifikuotas, neutralizuojamas pridedant natrio acetato, nusodinamas, filtruojamas, plaunamas, filtruojamas ir išdžiovinamas vėlesniam naudojimui. Paimkite Cel-Ep, įpilkite atitinkamą kiekį CAB ir specifinio mišraus tirpiklio, pakaitinkite ir maišykite 0,5 val., kad susidarytų vienodas tirštas skystis, o dangos plėvelės paruošimas ir veikimo patikrinimas atliekamas pagal GB-79 metodą.

Celiuliozės acetato esterifikacijos laipsnio nustatymas: pirmiausia ištirpinkite celiuliozės acetatą dimetilsulfokside, įpilkite matuojamą kiekį šarmo tirpalo, kad pašildytumėte ir hidrolizuotų, ir titruokite hidrolizuotą tirpalą NaOH etaloniniu tirpalu, kad apskaičiuotumėte bendrą šarmo suvartojimą. Vandens kiekio nustatymas: Įdėkite mėginį į 100–105 laipsnių orkaitę°C, kad išdžiūtų 0,2 val., pasverkite ir apskaičiuokite vandens sugėrimą po aušinimo. Šarminės absorbcijos nustatymas: pasverkite kiekybinį mėginį, ištirpinkite jį karštame vandenyje, įpilkite metilo violetinio indikatoriaus ir titruokite 0,05 mol/L H2SO4. Plėtimo laipsnio nustatymas: pasverkite 50 g mėginio, susmulkinkite ir sudėkite į graduotą mėgintuvėlį, nuskaitykite tūrį po elektrinės vibracijos ir palyginkite jį su nešarmintų celiuliozės miltelių tūriu, kad apskaičiuotumėte išsiplėtimo laipsnį.

2. Rezultatai ir diskusija

2.1 Ryšys tarp šarmų koncentracijos ir celiuliozės brinkimo laipsnio

Celiuliozės reakcija su tam tikros koncentracijos NaOH tirpalu gali sugriauti reguliarią ir tvarkingą celiuliozės kristalizaciją ir priversti celiuliozę išsipūsti. Ir šarme atsiranda įvairių skilimų, dėl kurių sumažėja polimerizacijos laipsnis. Eksperimentai rodo, kad didėjant šarmo koncentracijai didėja celiuliozės brinkimo laipsnis ir šarmų surišimo ar adsorbcijos kiekis. Hidrolizės laipsnis didėja kylant temperatūrai. Kai šarmų koncentracija pasiekia 20%, hidrolizės laipsnis yra 6,8%, esant t=100°C; hidrolizės laipsnis yra 14 %, kai t=135°C. Tuo pačiu metu eksperimentas rodo, kad kai šarmas yra didesnis nei 30%, celiuliozės grandinės skilimo hidrolizės laipsnis žymiai sumažėja. Kai šarmo koncentracija pasiekia 18%, vandens adsorbcijos geba ir brinkimo laipsnis yra didžiausias, koncentracija toliau didėja, staigiai nukrenta iki plokščiakalnio, o vėliau tolygiai kinta. Tuo pačiu metu šis pokytis yra gana jautrus temperatūros įtakai. Esant tokiai pačiai šarmų koncentracijai, kai temperatūra žema (<20°C), celiuliozės brinkimo laipsnis yra didelis, o vandens adsorbcijos kiekis yra didelis; esant aukštai temperatūrai, brinkimo laipsnis ir vandens adsorbcijos kiekis yra reikšmingi. sumažinti.

Rentgeno spindulių difrakcinės analizės metodu, remiantis literatūroje, nustatyti šarminiai pluoštai, turintys skirtingą vandens ir šarmų kiekį. Realiai veikiant tam tikrai reakcijos temperatūrai kontroliuoti naudojamas 18–20 % šarmo, kad padidėtų celiuliozės brinkimo laipsnis. Eksperimentai rodo, kad celiuliozė, sureaguota kaitinant 6–12 valandų, gali būti ištirpinta poliniuose tirpikliuose. Remdamasis šiuo faktu, autorius mano, kad celiuliozės tirpumas vaidina lemiamą vaidmenį nustatant vandenilio jungties sunaikinimo laipsnį tarp celiuliozės molekulių kristaliniame segmente, o po to seka intramolekulinių gliukozės grupių C3-C2 vandenilio jungties sunaikinimo laipsnis. Kuo didesnis vandenilio jungties sunaikinimo laipsnis, tuo didesnis šarminio pluošto brinkimo laipsnis, o vandenilio jungtis visiškai sunaikinama, o galutinis hidrolizatas yra vandenyje tirpi medžiaga.

2.2 Greitintuvo poveikis

Aukštos virimo temperatūros alkoholio pridėjimas celiuliozės šarminimo metu gali padidinti reakcijos temperatūrą, o įpylus nedidelį kiekį raketinio kuro, pvz., mažesnio alkoholio ir tiokarbamido (arba karbamido), celiuliozės prasiskverbimas ir patinimas gali labai padidėti. Didėjant alkoholio koncentracijai, didėja celiuliozės šarminė absorbcija ir staigus pokyčio taškas, kai koncentracija yra 20%, gali būti, kad monofunkcinis alkoholis prasiskverbia į celiuliozės molekules ir sudaro vandenilinius ryšius su celiulioze, užkertant kelią celiuliozei. molekulės Vandeniliniai ryšiai tarp grandinių ir molekulinių grandinių padidina netvarkos laipsnį, padidina paviršiaus plotą ir padidina šarmų adsorbcijos kiekį. Tačiau tokiomis pačiomis sąlygomis medžio drožlių šarmų absorbcija yra maža, o kreivė kinta svyruojant. Tai gali būti susiję su mažu celiuliozės kiekiu medienos drožlėje, kurioje yra daug lignino, kuris trukdo prasiskverbti alkoholiui, pasižymi geru atsparumu vandeniui ir šarmams.

2.3 Eterifikavimas

Įpilkite 1% B katalizatoriaus, valdykite skirtingas reakcijos temperatūras ir atlikite eterinimo modifikavimą epoksidine derva ir šarminiu pluoštu. Eterifikavimo reakcijos aktyvumas yra mažas, esant 80°C. Cel skiepijimo greitis yra tik 28%, o eterinimo aktyvumas yra beveik dvigubai didesnis – 110°C. Atsižvelgiant į reakcijos sąlygas, tokias kaip tirpiklis, reakcijos temperatūra yra 100 °C°C, o reakcijos laikas yra 2,5 valandos, o Cel skiepijimo greitis gali siekti 41%. Be to, pradiniame eterinimo reakcijos etape (<1,0 h) dėl nevienalytės reakcijos tarp šarminės celiuliozės ir epoksidinės dervos skiepijimo greitis yra mažas. Didėjant Cel eterinimo laipsniui, ji palaipsniui virsta vienalyte reakcija, todėl reakcija Aktyvumas smarkiai padidėjo, o skiepijimo greitis padidėjo.

2.4 Ryšys tarp ląstelių skiepijimo greičio ir tirpumo

Eksperimentai parodė, kad skiepijus epoksidinę dervą šarmine celiulioze, galima žymiai pagerinti fizines savybes, tokias kaip produkto klampumas, sukibimas, atsparumas vandeniui ir terminis stabilumas. Tirpumo testas Produktą, kurio Cel skiepijimo greitis <40%, galima ištirpinti žemesniojo alkoholio esterio, alkidinės dervos, poliakrilo rūgšties dervos, akrilo pimaro rūgšties ir kitose dervose. Cel-Ep derva turi akivaizdų tirpinamąjį poveikį.

Kartu su dengimo plėvelės bandymu mišiniai, kurių skiepijimo greitis yra 32–42%, paprastai yra geriau suderinami, o mišiniai, kurių skiepijimo greitis yra <30%, yra prastai suderinami ir mažai blizga; skiepijimo greitis yra didesnis nei 42%, sumažėja dangos plėvelės atsparumas verdančiam vandeniui, atsparumas alkoholiui ir atsparumas poliniams organiniams tirpikliams. Siekdamas pagerinti medžiagų suderinamumą ir dangos veikimą, autorius pridėjo CAB pagal 1 lentelėje pateiktą formulę, kad toliau tirpintų ir modifikuotų, kad paskatintų Cel-Ep ir CAB sambūvį. Mišinys sudaro apytikslę vienalytę sistemą. Mišinio kompozicijos sąsajos storis paprastai būna labai plonas ir stengiasi būti nanoląstelių būsenoje.

2.5 Ryšys tarp Cel—Ep/CAB maišymo santykis ir fizinės savybės

Naudojant Cel-Ep maišymui su CAB, dangos bandymo rezultatai rodo, kad celiuliozės acetatas gali žymiai pagerinti medžiagos dangos savybes, ypač džiūvimo greitį. Gryną Cel-Ep komponentą sunku išdžiovinti kambario temperatūroje. Pridėjus CAB, šios dvi medžiagos akivaizdžiai papildo viena kitą.

2.6 FTIR spektro aptikimas

3. Išvada

(1) Medvilnės celiuliozė gali išsipūsti esant 80 laipsnių°C su >18% koncentruotu šarmu ir priedų serija, padidinkite reakcijos temperatūrą, pailginkite reakcijos laiką, padidinkite brinkimo ir skilimo laipsnį, kol jis visiškai hidrolizuojamas.

(2) Eterifikavimo reakcija, Cel-Ep molinis tiekimo santykis yra 2, reakcijos temperatūra yra 100°C, laikas yra 5 valandos, katalizatoriaus dozė yra 1%, o eterinimo skiepijimo greitis gali siekti 32% ~ 42%.

(3) Maišymo modifikavimas, kai Cel-Ep:CAB molinis santykis = 3:2, susintetinto produkto savybės yra geros, tačiau grynas Cel-Ep negali būti naudojamas kaip danga, tik kaip klijai.