Целлюлозын эфир эпокси давирхайн дээр

Хаягдал хөвөн, модны үртэсийг түүхий эд болгон ашиглаж, шүлт болгон гидролиз болгодогцеллюлозын эфир18%-ийн шүлт ба хэд хэдэн нэмэлтүүдийн нөлөөн дор. Дараа нь залгахад эпокси давирхайг ашиглана, эпокси давирхай ба шүлтийн эслэгийн молийн харьцаа 0.5: 1.0, урвалын температур 100 байна.°C, урвалын хугацаа 5.0 цаг, катализаторын тун 1%, эфиржуулалтын залгаасжилтын хурд 32% байна. Олж авсан эпокси целлюлозын эфирийг 0.6 моль Cel-Ep ба 0.4 моль CAB-тай хольж, сайн гүйцэтгэлтэй шинэ бүрэх бүтээгдэхүүнийг нэгтгэнэ. Бүтээгдэхүүний бүтцийг IR-ээр баталгаажуулсан.

Түлхүүр үгс:целлюлозын эфир; синтез; CAB; бүрэх шинж чанар

Целлюлоз эфир нь конденсацын үр дүнд үүссэн байгалийн полимер юмβ- глюкоз. Целлюлоз нь полимержилтын өндөр түвшинтэй, чиг баримжаа сайтай, химийн тогтвортой байдал сайтай байдаг. Үүнийг целлюлозыг химийн аргаар (эфиржилт эсвэл эфиржүүлэх) аргаар гаргаж авч болно. Целлюлозын үүсмэл бүтээгдэхүүнүүд нь хуванцар, биологийн задралд ордог өдрийн хоолны хайрцаг, өндөр зэрэглэлийн автомашины өнгөлгөө, автомашины эд анги, хэвлэх бэх, цавуу зэрэгт өргөн хэрэглэгддэг. Одоогийн байдлаар шинэчилсэн целлюлозын сортууд байнга гарч ирж байгаа бөгөөд хэрэглээний талбарууд нь байнга өргөжиж, аажмаар шилэн үйлдвэрлэлийн системийг бүрдүүлдэг. Энэ сэдэв нь модны үртэс эсвэл хаягдал хөвөнг шохойн уусмалаар богино утас болгон гидролиз болгон ашиглаж, дараа нь химийн аргаар залгаж, баримт бичигт тусгаагүй шинэ төрлийн бүрээсийг бий болгоход чиглэнэ.

1. Туршилт хийх

1.1 Урвалж ба багаж хэрэгсэл

Хаягдал хөвөн (угаасан, хатаасан), NaOH, 1,4-бутандиол, метанол, тиокарбамид, мочевин, эпокси давирхай, цууны ангидрид, бутирийн хүчил, трихлорэтан, шоргоолжны хүчил, глиоксал, толуол, CAB гэх мэт (Цэвэр чанар нь CP зэрэг юм) . АНУ-ын Николет компанийн үйлдвэрлэсэн Magna-IR 550 хэт улаан туяаны спектрометрийг уусгагч тетрагидрофуранаар бүрэх дээжийг бэлтгэхэд ашигласан. Вэйхай Шианвэй химийн машин үйлдвэрлэлийн үйлдвэрт үйлдвэрлэсэн Ту-4 вискозиметр, FVXD3-1 төрлийн тогтмол температурын өөрөө удирдах чадвартай цахилгаан хутгах урвалын данх; Шанхайн Тяньпин багажийн үйлдвэрээс үйлдвэрлэсэн эргэлтийн вискозиметр NDJ-7, Z-10MP5 төрөл; молекулын жинг Ubbelohde зуурамтгай чанараар хэмждэг; Будгийн хальсыг бэлтгэх, турших ажлыг GB-79 үндэсний стандартын дагуу гүйцэтгэнэ.

1.2 Урвалын зарчим

1.3 Синтез

Эпокси целлюлозын нийлэгжилт: Тогтмол температуртай өөрөө удирдах чадвартай цахилгаан хутгагч реакторт 100гр жижиглэсэн хөвөн эсийг хийж, исэлдүүлэгч нэмээд 10 минут урвалд оруулсны дараа спирт, шүлтийг нэмээд 18%-ийн концентрацитай шүлтлэг уусмал хийнэ. Нэвчилтэнд A, B гэх мэт хурдасгуур нэмнэ. Тодорхой температурт вакуумд 12 цагийн турш урвалд оруулан 50гр шүлтжүүлсэн целлюлозыг шүүж, хатааж, жинлэнэ, холимог уусгагч нэмж зутан хийж, катализатор, тодорхой молекул жинтэй эпокси давирхай нэмж, 90~110 хүртэл халаана.℃эфиржих урвалын хувьд урвалж бодис холилдох хүртэл 4.0 ~ 6.0 цаг. Илүүдэл шүлтийг саармагжуулах, арилгахын тулд шоргоолжны хүчил нэмж, усан уусмал, уусгагчийг салгаж, 80-аар угаана.℃натрийн давсыг арилгахын тулд халуун ус, дараа нь ашиглахын тулд хатаана. Дотоод зуурамтгай чанарыг Ubbelohde вискозиметрээр хэмжиж, наалдамхай байдлын дундаж молекулын жинг уран зохиолын дагуу тооцоолсон.

Ацетат бутил целлюлозыг уран зохиолын аргын дагуу бэлтгэж, цэвэршүүлсэн хөвөнг 57.2г жинлэн авч, 55г цууны ангидрид, 79г бутирийн хүчил, 9.5г магнийн ацетат, 5.1г хүхрийн хүчил нэмж, бутил ацетатыг уусгагч болгон ашиглаж, урвалд оруулна. тодорхой температурт тохируулан натрийн ацетат нэмж саармагжуулж, тунадасжуулж, шүүж, угааж, шүүж, дараа нь ашиглахаар хатаана. Cel-Ep-ийг авч, зохих хэмжээний CAB болон тодорхой холимог уусгагчийг нэмж, халааж, жигд зузаан шингэн үүсгэхийн тулд 0.5 цагийн турш хутгана, бүрхүүлийн хальс бэлтгэх, гүйцэтгэлийн туршилтыг GB-79 аргыг дагаж мөрдөнө.

Целлюлоз ацетатын эфиржилтийн зэргийг тодорхойлох: эхлээд целлюлоз ацетатыг диметил сульфоксид уусгаж, шүлтийн уусмалыг хэмжсэн хэмжээгээр нэмж халааж, гидролиз хийж, гидролиз болсон уусмалыг NaOH стандарт уусмалаар титрлээд шүлтийн нийт зарцуулалтыг тооцоолно. Усны агууламжийг тодорхойлох: Дээжийг 100~105 хэмийн зууханд хийнэ°С-ийг 0.2 цагийн турш хатааж, хөргөсний дараа ус шингээлтийг жинлэж тооцоолно. Шүлтлэг шингээлтийг тодорхойлох: тоон дээжийг жинлэн авч, халуун усанд уусгаж, метил ягаан индикатор нэмээд дараа нь 0.05 моль/л H2SO4-ээр титрлэнэ. Өргөлтийн зэргийг тодорхойлох: 50 гр дээжийг жинлэн буталж, гуурсан хоолойд хийнэ, цахилгаан чичиргээний дараа эзлэхүүнийг уншиж, шүлтлэггүй целлюлозын нунтаг эзэлхүүнтэй харьцуулж тэлэлтийн зэргийг тооцоолно.

2. Үр дүн ба хэлэлцүүлэг

2.1 Шүлтийн концентраци ба целлюлозын хавдах зэрэг хоорондын хамаарал

Целлюлозыг тодорхой концентрацитай NaOH уусмалаар урвалд оруулснаар целлюлозын тогтмол, эмх цэгцтэй талсжилтыг устгаж, целлюлозыг хавдаж болно. Шуурхай шингэнд янз бүрийн задрал үүсч, полимержих түвшинг бууруулдаг. Туршилтаас үзэхэд целлюлозын хавдах зэрэг, шүлтийн агууламж нэмэгдэхийн хэрээр шүлттэй холбогдох буюу шингээх хэмжээ нэмэгддэг. Температур нэмэгдэхийн хэрээр гидролизийн зэрэг нэмэгддэг. Шүлтийн концентраци 20% хүрэхэд t=100 үед гидролизийн зэрэг 6.8% байна.°C; t=135 үед гидролизийн зэрэг 14% байна°C. Үүний зэрэгцээ, туршилт нь шүлт нь 30% -иас дээш байх үед целлюлозын гинжин хэлхээний таслалтын гидролизийн зэрэг мэдэгдэхүйц буурч байгааг харуулж байна. Шүлтийн концентраци 18% хүрэхэд усны шингээх чадвар, хавдах зэрэг нь хамгийн их байх ба концентраци нэмэгдсээр, өндөрлөг газар хүртэл огцом буурч, дараа нь тогтвортой өөрчлөгддөг. Үүний зэрэгцээ энэ өөрчлөлт нь температурын нөлөөнд нэлээд мэдрэмтгий байдаг. Температур бага байх үед шүлтийн ижил концентрацитай (<20°C), целлюлозын хавдах зэрэг нь их, ус шингээх хэмжээ их байдаг; өндөр температурт хавдах зэрэг ба усны шингээлтийн хэмжээ чухал байдаг. багасгах.

Усны агууламж, шүлтийн агууламж өөр өөр шүлтлэг утаснуудыг уран зохиолын дагуу рентген туяаны дифракцийн шинжилгээний аргаар тодорхойлсон. Бодит үйл ажиллагааны үед целлюлозын хавдах зэргийг нэмэгдүүлэхийн тулд тодорхой урвалын температурыг хянахын тулд 18% ~ 20% шохойг хэрэглэдэг. Туршилтаас харахад 6-12 цагийн турш халаахад урвалд орсон целлюлозыг туйлын уусгагчид уусгаж болно. Энэхүү баримтад үндэслэн зохиогч целлюлозын уусах чадвар нь талст сегмент дэх целлюлозын молекулуудын хоорондох устөрөгчийн холбоог устгахад шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд дараа нь молекулын глюкозын C3-C2 бүлгүүдийн устөрөгчийн холбоог устгах зэрэгт чухал үүрэг гүйцэтгэдэг гэж зохиогч үзэж байна. Устөрөгчийн холбоо сүйрэх тусам шүлтлэг ширхэгийн хаван ихсэх тусам устөрөгчийн холбоо бүрэн устаж, эцсийн гидролизат нь усанд уусдаг бодис юм.

2.2 Хурдасгуурын нөлөө

Целлюлозыг шүлтжүүлэх үед буцалгах температур өндөртэй спиртийг нэмэх нь урвалын температурыг нэмэгдүүлж, бага хэмжээний спирт, тиокарбамид (эсвэл мочевин) гэх мэт бага хэмжээний түлш нэмэх нь целлюлозын нэвчиж, хавдахыг ихээхэн дэмждэг. Согтууруулах ундааны концентраци ихсэх тусам целлюлозын шүлтийн шингээлт нэмэгдэж, концентраци 20% байх үед огцом өөрчлөлтийн цэг гарч ирдэг бөгөөд энэ нь монофункциональ спирт нь целлюлозын молекулуудад нэвтэрч целлюлозтой устөрөгчийн холбоо үүсгэж, целлюлоз үүсэхээс сэргийлдэг. молекулууд Гинж ба молекулын гинж хоорондын устөрөгчийн холбоо нь эмх замбараагүй байдлыг нэмэгдүүлж, гадаргуугийн талбайг нэмэгдүүлж, шүлтийн шингээлтийн хэмжээг нэмэгдүүлдэг. Гэсэн хэдий ч ижил нөхцөлд модны чипсийн шүлтийн шингээлт бага, муруй нь хэлбэлзэлтэй байдалд өөрчлөгддөг. Энэ нь модны үртэс дэх целлюлозын агууламж багатай холбоотой байж болох бөгөөд энэ нь их хэмжээний лигнин агуулдаг бөгөөд энэ нь спиртийн нэвтрэлтэнд саад учруулдаг, ус, шүлтийг тэсвэрлэх чадвар сайтай байдаг.

2.3 Эфиржилт

1% B катализатор нэмж, янз бүрийн урвалын температурыг хянаж, эпокси давирхай болон шүлтлэг эслэгээр эфирийн өөрчлөлтийг хийнэ. Эфиржих урвалын идэвхжил 80-д бага байна°C. Cel-ийн залгаасжилтын хэмжээ ердөө 28%, эфиржих идэвхжил нь 110-д бараг хоёр дахин нэмэгддэг.°C. Уусгагч зэрэг урвалын нөхцөлийг авч үзвэл урвалын температур 100 байна°C, урвалын хугацаа 2.5 цаг, Cel-ийн залгах хурд 41% хүрч болно. Түүнчлэн эфиржих урвалын эхний үе шатанд (<1.0ц) шүлтлэг целлюлоз ба эпокси давирхай хоёрын гетероген урвалын улмаас залгах хурд бага байна. Целийн эфиржилтийн зэрэг нэмэгдэхийн хэрээр энэ нь аажмаар нэгэн төрлийн урвал болж хувирдаг тул урвалын идэвхжил огцом нэмэгдэж, залгах хурд нэмэгддэг.

2.4 Цел залгах хурд ба уусах чадварын хамаарал

Эпокси давирхайг шүлтийн целлюлозоор залгасны дараа бүтээгдэхүүний зуурамтгай чанар, наалдамхай чанар, усны эсэргүүцэл, дулааны тогтвортой байдал зэрэг физик шинж чанар нь мэдэгдэхүйц сайжирч болохыг туршилтаар харуулсан. Уусах чадварын сорил Cel залгах хувь хэмжээ <40%-тай бүтээгдэхүүнийг доод спирт-эфир, алкидийн давирхай, полиакрилийн хүчлийн давирхай, акрилийн пимарины хүчил болон бусад давирхайд уусгаж болно. Cel-Ep давирхай нь тодорхой уусгах нөлөөтэй.

Бүрэх хальсны туршилттай хослуулан 32% ~ 42% залгаастай хольцууд ерөнхийдөө илүү сайн нийцдэг бөгөөд залгах хурд нь 30% -аас бага байдаг бөгөөд бүрэх хальсны гялбаа муу; залгаасны хэмжээ 42% -иас их, буцалж буй усны эсэргүүцэл, архины эсэргүүцэл, бүрэх хальсны туйлын органик уусгагчийн эсэргүүцэл буурсан. Материалын нийцэмж, бүрэх гүйцэтгэлийг сайжруулахын тулд зохиогч CAB-ийг 1-р хүснэгтэд заасан томъёоны дагуу нэмж, Cel-Ep болон CAB-ийн хамт орших байдлыг дэмжих зорилгоор цаашид уусгах, өөрчлөх зорилгоор нэмсэн. Холимог нь ойролцоогоор нэгэн төрлийн системийг бүрдүүлдэг. Холимог найрлагын интерфейсийн зузаан нь маш нимгэн байх хандлагатай бөгөөд нано эсийн төлөв байдалд байхыг хичээдэг.

2.5 Cel хоорондын хамаарал-Ep/CAB холих харьцаа ба физик шинж чанарууд

CAB-тай холихын тулд Cel-Ep ашиглан бүрэх туршилтын үр дүн нь целлюлозын ацетат нь материалын бүрэх шинж чанарыг, ялангуяа хатаах хурдыг ихээхэн сайжруулж чадна гэдгийг харуулж байна. Cel-Ep-ийн цэвэр бүрэлдэхүүн хэсэг нь өрөөний температурт хатаахад хэцүү байдаг. CAB-ийг нэмсний дараа хоёр материал нь гүйцэтгэлийн хувьд илт нэмэлт юм.

2.6 FTIR спектрийн илрүүлэлт

3. Дүгнэлт

(1) Хөвөн целлюлоз 80 хүртэл хавдаж болно°С>18%-ийн төвлөрсөн шүлт ба хэд хэдэн нэмэлт бодисуудтай, урвалын температурыг нэмэгдүүлж, урвалын хугацааг уртасгаж, хаван, задралын зэргийг бүрэн гидролиз хүртэл нэмэгдүүлнэ.

(2) Эфиржих урвал, Cel-Ep молийн тэжээлийн харьцаа 2, урвалын температур 100°C, хугацаа нь 5 цаг, катализаторын тун нь 1%, эфиржуулалтын залгаас 32% ~ 42% хүрч болно.

(3) Холих өөрчлөлт нь Cel-Ep:CAB=3:2-ийн молийн харьцаатай үед нийлэгжүүлсэн бүтээгдэхүүний гүйцэтгэл сайн байх боловч цэвэр Cel-Ep-ийг бүрээс болгон ашиглах боломжгүй, зөвхөн наалдамхай бодис болгон ашиглах боломжтой.