Etere taċ-ċelluloża fuq Raża Epossidika

L-iskart tal-qoton u s-serratura jintużaw bħala materja prima, u huma idrolizzati f'alkalietere taċ-ċellulożataħt l-azzjoni ta '18% alkali u serje ta' addittivi. Imbagħad uża raża epossidika għat-tilqim, il-proporzjon molari tar-reżina epossidika u l-fibra alkali hija 0.5:1.0, it-temperatura tar-reazzjoni hija 100°C, il-ħin tar-reazzjoni huwa 5.0h, id-dożaġġ tal-katalizzatur huwa 1%, u r-rata tat-tilqim ta 'eterifikazzjoni hija 32%. L-etere taċ-ċelluloża epoxy miksub huwa mħallat ma '0.6mol Cel-Ep u 0.4mol CAB biex jissintetizza prodott ta' kisi ġdid b'rendiment tajjeb. L-istruttura tal-prodott ġiet ikkonfermata bl-IR.

Kliem ewlieni:etere taċ-ċelluloża; sinteżi; CAB; proprjetajiet tal-kisi

Ċelluloża etere huwa polimeru naturali, li huwa ffurmat mill-kondensazzjoni ta 'β-glukosju. Iċ-ċelluloża għandha grad għoli ta 'polimerizzazzjoni, grad tajjeb ta' orjentazzjoni, u stabbiltà kimika tajba. Jista 'jinkiseb bit-trattament kimiku taċ-ċelluloża (esterifikazzjoni jew eterifikazzjoni). Serje ta 'derivattivi taċ-ċelluloża, dawn il-prodotti jintużaw ħafna fi plastiks, kaxxi tal-ikel bijodegradabbli, kisjiet tal-karozzi high-end, partijiet tal-karozzi, linka tal-istampar, adeżivi, eċċ Fil-preżent, varjetajiet ġodda ta' ċelluloża modifikati qed jitfaċċaw kontinwament, u l-oqsma tal-applikazzjoni huma tespandi b'mod kostanti, gradwalment jiffurmaw sistema tal-industrija tal-fibra. Dan is-suġġett huwa li tuża serratura jew qoton skart biex jiġi idrolizzat f'fibri qosra permezz ta 'lye, u mbagħad imlaqqam kimikament u modifikat biex jifforma tip ġdid ta' kisi li ma ġiex irrappurtat fid-dokument.

1. Esperiment

1.1 Reaġenti u strumenti

Skart tal-qoton (maħsul u mnixxef), NaOH, 1,4-butanediol, metanol, thiourea, urea, reżina epossidika, anidride aċetiku, aċidu butiriku, trichloroethane, aċidu formiku, glyoxal, toluene, CAB, eċċ. (Il-purità hija grad CP) . L-ispettrometru infra-aħmar Magna-IR 550 prodott minn Nicolet Company ta 'l-Istati Uniti intuża biex jipprepara l-kampjuni b'kisi ta' tetrahydrofuran solvent. Viscometer Tu-4, FVXD3-1 tat-tip temperatura kostanti kitla ta 'reazzjoni ta' tħawwad elettrika kkontrollata minnha nnifisha, prodotta minn Weihai Xiangwei Chemical Machinery Factory; viskometru rotazzjonali NDJ-7, tip Z-10MP5, prodott minn Shanghai Tianping Instrument Factory; piż molekulari huwa mkejjel mill-viskożità Ubbelohde; Il-preparazzjoni u l-ittestjar tal-film taż-żebgħa għandhom jitwettqu skont l-istandard nazzjonali GB-79.

1.2 Prinċipju ta' reazzjoni

1.3 Sinteżi

Sinteżi ta 'ċelluloża epossidika: Żid 100g ta' fibra tal-qoton mqatta 'ma' reattur tat-taħwid elettriku awtokontrollat ​​b'temperatura kostanti, żid ossidant u jirreaġixxi għal 10 minuti, imbagħad żid alkoħol u alkali biex tagħmel lisfa b'konċentrazzjoni ta '18%. Żid l-aċċeleraturi A, B, eċċ għall-mili. Irreaġixxi f'ċerta temperatura taħt vakwu għal 12-il siegħa, iffiltra, nixxef u iżen 50g ta 'ċelluloża alkalizzata, żid solvent imħallat biex tagħmel demel likwidu, żid katalizzatur u reżina epoxy b'piż molekulari speċifiku, saħħan sa 90 ~ 110℃għal reazzjoni ta 'eterifikazzjoni 4.0 ~ 6.0h sakemm ir-reaġenti jitħalltu. Żid l-aċidu formiku biex jinnewtralizza u neħħi l-alkali żejjed, issepara s-soluzzjoni milwiema u s-solvent, aħsel bi 80℃ilma sħun biex tneħħi l-melħ tas-sodju, u nixxef għal użu aktar tard. Il-viskożità intrinsika ġiet imkejla b'viskometru Ubbelohde u l-piż molekulari medju tal-viskożità ġie kkalkulat skont il-letteratura.

Acetate butyl cellulose hija ppreparata skond il-metodu tal-letteratura, iżen 57.2g ta 'qoton raffinat, żid 55g ta' anidride aċetiku, 79g ta 'aċidu butiriku, 9.5g ta' aċetat tal-manjeżju, 5.1g ta 'aċidu sulfuriku, uża aċetat tal-butil bħala solvent, u jirreaġixxi fuq ċerta temperatura sakemm tkun kwalifikata, newtralizzata billi żżid aċetat tas-sodju, preċipitat, iffiltrat, maħsul, iffiltrat, u mnixxef għal użu aktar tard. Ħu Cel-Ep, żid ammont xieraq ta 'CAB u solvent imħallat speċifiku, saħħan u ħawwad għal 0.5h biex tifforma likwidu oħxon uniformi, u l-preparazzjoni tal-film tal-kisi u t-test tal-prestazzjoni jsegwu l-metodu GB-79.

Determinazzjoni tal-grad ta 'esterifikazzjoni taċ-ċelluloża aċetat: l-ewwel ħoll l-aċetat taċ-ċelluloża f'dimethyl sulfoxide, żid ammont imkejjel ta' soluzzjoni alkali biex issaħħan u idrolizza, u tittitra s-soluzzjoni idrolizzata b'soluzzjoni standard ta 'NaOH biex tikkalkula l-konsum totali ta' alkali. Determinazzjoni tal-kontenut tal-ilma: Poġġi l-kampjun f'forn f'100 ~ 105°Ċ biex tinxef għal 0.2h, iżen u kkalkula l-assorbiment tal-ilma wara t-tkessiħ. Determinazzjoni tal-assorbiment tal-alkali: iżen kampjun kwantitattiv, dewweb fl-ilma sħun, żid indikatur vjola tal-metil, u mbagħad ittitra b'0.05mol/L H2SO4. Determinazzjoni tal-grad ta 'espansjoni: Iżen kampjun ta' 50g, tfarrakha u poġġih f'tubu gradwat, aqra l-volum wara l-vibrazzjoni elettrika, u qabblu mal-volum ta 'trab taċ-ċelluloża mhux alkalin biex tikkalkula l-grad ta' espansjoni.

2. Riżultati u diskussjoni

2.1 Ir-relazzjoni bejn il-konċentrazzjoni ta 'l-alkali u l-grad ta' nefħa taċ-ċelluloża

Ir-reazzjoni taċ-ċelluloża b'ċerta konċentrazzjoni ta 'soluzzjoni ta' NaOH tista 'teqred il-kristallizzazzjoni regolari u ordnata taċ-ċelluloża u tagħmel iċ-ċelluloża jintefħu. U diversi degradazzjonijiet iseħħu fil-lye, li jnaqqas il-grad ta 'polimerizzazzjoni. L-esperimenti juru li l-grad ta 'nefħa taċ-ċelluloża u l-ammont ta' rbit jew adsorbiment alkali jiżdiedu mal-konċentrazzjoni ta 'alkali. Il-grad ta 'idroliżi jiżdied maż-żieda tat-temperatura. Meta l-konċentrazzjoni tal-alkali tilħaq 20%, il-grad ta 'idroliżi huwa 6.8% f't=100°C; il-grad ta 'idroliżi huwa 14% f't=135°C. Fl-istess ħin, l-esperiment juri li meta l-alkali huwa aktar minn 30%, il-grad ta 'idroliżi ta' scission tal-katina taċ-ċelluloża jitnaqqas b'mod sinifikanti. Meta l-konċentrazzjoni alkali tilħaq 18%, il-kapaċità ta 'assorbiment u l-grad ta' nefħa ta 'l-ilma huma l-massimu, il-konċentrazzjoni tkompli tiżdied, tinżel f'daqqa għal plateau, u mbagħad tinbidel b'mod stabbli. Fl-istess ħin, din il-bidla hija pjuttost sensittiva għall-influwenza tat-temperatura. Taħt l-istess konċentrazzjoni alkali, meta t-temperatura tkun baxxa (<20°C), il-grad ta ' nefħa taċ-ċelluloża huwa kbir, u l-ammont ta ' adsorbiment ta ' ilma huwa kbir; f'temperatura għolja, il-grad ta 'nefħa u l-ammont ta' adsorbiment ta 'ilma huma sinifikanti. tnaqqas.

Fibri alkali b'kontenut differenti ta 'ilma u kontenut ta' alkali ġew determinati bil-metodu ta 'analiżi tad-diffrazzjoni tar-raġġi X skond il-letteratura. Fl-operazzjoni attwali, 18% ~ 20% lye tintuża biex tikkontrolla ċerta temperatura ta 'reazzjoni biex iżid il-grad ta' nefħa taċ-ċelluloża. L-esperimenti juru li ċ-ċelluloża rreaġita bit-tisħin għal 6 ~ 12h tista 'tiġi maħlula f'solventi polari. Ibbażat fuq dan il-fatt, l-awtur jaħseb li s-solubilità taċ-ċelluloża għandha rwol deċiżiv fil-grad ta 'qerda tal-bonds tal-idroġenu bejn molekuli taċ-ċelluloża fis-segment kristallin, segwit mill-grad ta' qerda tal-bonds tal-idroġenu ta 'gruppi ta' glukosju intramolekulari C3-C2. Iktar ma jkun kbir il-grad ta 'qerda tal-bonds tal-idroġenu, iktar ikun kbir il-grad ta' nefħa tal-fibra alkali, u l-bond tal-idroġenu jinqered kompletament, u l-idrolizzat finali huwa sustanza li tinħall fl-ilma.

2.2 Effett tal-Aċċeleratur

Iż-żieda ta 'alkoħol b'punt għoli ta' togħlija waqt l-alkalizzazzjoni taċ-ċelluloża tista 'żżid it-temperatura tar-reazzjoni, u żżid ammont żgħir ta' propellant bħal alkoħol aktar baxx u thiourea (jew urea) tista 'tippromwovi ħafna l-penetrazzjoni u n-nefħa taċ-ċelluloża. Hekk kif tiżdied il-konċentrazzjoni tal-alkoħol, l-assorbiment tal-alkali taċ-ċelluloża jiżdied, u hemm punt ta 'bidla f'daqqa meta l-konċentrazzjoni tkun ta' 20%, li jista 'jkun li l-alkoħol monofunzjonali jippenetra fil-molekuli taċ-ċelluloża biex jifforma bonds tal-idroġenu maċ-ċelluloża, u jipprevjeni ċ-ċelluloża molekuli Ir-rabtiet ta 'l-idroġenu bejn il-ktajjen u l-ktajjen molekulari jżidu l-grad ta' diżordni, iżidu l-erja tal-wiċċ, u jżidu l-ammont ta 'adsorbiment alkali. Madankollu, taħt l-istess kundizzjonijiet, l-assorbiment tal-alkali taċ-ċipep tal-injam huwa baxx, u l-kurva tinbidel fi stat li jvarja. Jista 'jkun relatat mal-kontenut baxx ta' ċelluloża fiċ-ċipep tal-injam, li fih ammont kbir ta 'lignin, li jfixkel il-penetrazzjoni tal-alkoħol, u għandu reżistenza tajba għall-ilma u reżistenza għall-alkali.

2.3 Eterifikazzjoni

Żid 1% katalizzatur B, tikkontrolla temperaturi ta 'reazzjoni differenti, u wettaq modifika ta' eterifikazzjoni b'reżina epoxy u fibra alkali. L-attività ta 'reazzjoni ta' eterifikazzjoni hija baxxa f'80°C. Ir-rata tat-tilqim ta 'Cel hija biss 28%, u l-attività ta' eterifikazzjoni hija kważi rdoppjata f'110°C. Meta wieħed iqis il-kundizzjonijiet ta 'reazzjoni bħal solvent, it-temperatura ta' reazzjoni hija 100°C, u l-ħin ta 'reazzjoni huwa 2.5h, u r-rata tat-tilqim ta' Cel tista 'tilħaq 41%. Barra minn hekk, fl-istadju inizjali tar-reazzjoni ta 'eterifikazzjoni (<1.0h), minħabba r-reazzjoni eteroġenja bejn ċelluloża alkali u reżina epoxy, ir-rata tat-tilqim hija baxxa. Biż-żieda tal-grad ta 'eterifikazzjoni Cel, gradwalment jinbidel f'reazzjoni omoġenja, għalhekk ir-reazzjoni L-attività żdiedet drastikament, u r-rata tat-tilqim żdiedet.

2.4 Relazzjoni bejn ir-rata tat-tilqim Cel u s-solubilità

L-esperimenti wrew li wara t-tilqim tar-reżina epossidika b'ċelluloża alkali, il-proprjetajiet fiżiċi bħall-viskożità tal-prodott, l-adeżjoni, ir-reżistenza għall-ilma u l-istabbiltà termali jistgħu jitjiebu b'mod sinifikanti. Test tas-solubilità Il-prodott b'rata ta 'tilqim Cel <40% jista' jiġi maħlul f'ester alkoħoliku aktar baxx, reżina alkidika, reżina ta 'aċidu poliakriliku, aċidu pimariku akriliku u reżini oħra. Ir-reżina Cel-Ep għandha effett ta 'solubilizzazzjoni ovvju.

Flimkien mat-test tal-film tal-kisi, it-taħlitiet b'rata ta 'tilqim ta' 32% ~ 42% ġeneralment għandhom kompatibilità aħjar, u t-taħlitiet b'rata ta 'tilqim ta' <30% għandhom kompatibilità fqira u tleqqija baxxa tal-film tal-kisi; ir-rata tat-tilqim hija ogħla minn 42%, ir-reżistenza għall-ilma jagħli, ir-reżistenza għall-alkoħol, u r-reżistenza tas-solvent organiku polari tal-film tal-kisi huma mnaqqsa. Sabiex ittejjeb il-kompatibilità tal-materjal u l-prestazzjoni tal-kisi, l-awtur żied il-CAB skont il-formula fit-Tabella 1 biex ikompli solubilizza u jimmodifika biex jippromwovi l-koeżistenza ta 'Cel-Ep u CAB. It-taħlita tifforma sistema omoġenja approssimattiva. Il-ħxuna tal-interface tal-kompożizzjoni tat-taħlita għandha tendenza li tkun irqaq ħafna u tipprova tkun fl-istat ta 'nano-ċelluli.

2.5 Relazzjoni bejn Cel—Proporzjon ta 'taħlit Ep/CAB u proprjetajiet fiżiċi

Bl-użu ta 'Cel-Ep biex jitħallat ma' CAB, ir-riżultati tat-test tal-kisi juru li l-aċetat taċ-ċelluloża jista 'jtejjeb b'mod sinifikanti l-proprjetajiet tal-kisi tal-materjal, speċjalment il-veloċità tat-tnixxif. Il-komponent pur ta 'Cel-Ep huwa diffiċli biex jinxef f'temperatura tal-kamra. Wara li żżid CAB, iż-żewġ materjali għandhom komplementarjetà ovvja tal-prestazzjoni.

2.6 Sejbien tal-ispettru FTIR

3. Konklużjoni

(1) Iċ-ċelluloża tal-qoton tista' tintefaħ fi 80°C bi> 18% alkali ikkonċentrat u serje ta 'addittivi, iżżid it-temperatura ta' reazzjoni, ittawwal il-ħin ta 'reazzjoni, iżżid il-grad ta' nefħa u degradazzjoni sakemm tkun idrolizzata kompletament.

(2) Reazzjoni ta 'eterifikazzjoni, il-proporzjon tal-għalf molari Cel-Ep huwa 2, it-temperatura tar-reazzjoni hija 100°C, il-ħin huwa 5h, id-dożaġġ tal-katalizzatur huwa 1%, u r-rata tat-tilqim ta 'eterifikazzjoni tista' tilħaq 32% ~ 42%.

(3) Modifikazzjoni tat-taħlit, meta l-proporzjon molari ta 'Cel-Ep:CAB=3:2, il-prestazzjoni tal-prodott sintetizzat hija tajba, iżda Cel-Ep pur ma jistax jintuża bħala kisja, biss bħala kolla.