Eter celulozy na żywicy epoksydowej

Odpady bawełny i trociny są wykorzystywane jako surowce i hydrolizowane do zasadeter celulozypod działaniem 18% alkaliów i szeregu dodatków. Następnie użyj żywicy epoksydowej do szczepienia, stosunek molowy żywicy epoksydowej i włókna alkalicznego wynosi 0,5:1,0, temperatura reakcji wynosi 100°C, czas reakcji wynosi 5,0 h, dawka katalizatora wynosi 1%, a stopień szczepienia eteryfikacji wynosi 32%. Otrzymany eter epoksycelulozowy miesza się z 0,6 mola Cel-Ep i 0,4 mola CAB w celu syntezy nowego produktu powłokowego o dobrych właściwościach. Strukturę produktu potwierdzono metodą IR.

Słowa kluczowe:eter celulozy; synteza; TAKSÓWKA; właściwości powłoki

Celuloza eter jest naturalnym polimerem, który powstaje w wyniku kondensacjiβ-glukoza. Celuloza charakteryzuje się wysokim stopniem polimeryzacji, dobrym stopniem orientacji i dobrą stabilnością chemiczną. Można go otrzymać poprzez chemiczną obróbkę celulozy (estryfikację lub eteryfikację). Seria pochodnych celulozy, produkty te są szeroko stosowane w tworzywach sztucznych, biodegradowalnych pudełkach na kanapki, wysokiej klasy powłokach samochodowych, częściach samochodowych, farbach drukarskich, klejach itp. Obecnie stale pojawiają się nowe modyfikowane odmiany celulozy, a obszary zastosowań obejmują stale się rozwija, stopniowo tworząc system przemysłu włókienniczego. Tematem tym jest wykorzystanie trocin lub odpadów bawełnianych do hydrolizy na krótkie włókna za pomocą ługu, a następnie chemicznego szczepienia i modyfikacji w celu utworzenia nowego rodzaju powłoki, która nie została opisana w dokumencie.

1. Eksperymentuj

1.1 Odczynniki i instrumenty

Odpady bawełny (umyte i wysuszone), NaOH, 1,4-butanodiol, metanol, tiomocznik, mocznik, żywica epoksydowa, bezwodnik octowy, kwas masłowy, trichloroetan, kwas mrówkowy, glioksal, toluen, CAB itp. (Czystość ma stopień CP) . Do przygotowania próbek poprzez powlekanie rozpuszczalnikiem tetrahydrofuranem wykorzystano spektrometr podczerwieni Magna-IR 550 wyprodukowany przez firmę Nicolet Company ze Stanów Zjednoczonych. Wiskozymetr Tu-4, samokontrolujący elektryczny kocioł reakcyjny z mieszaniem o stałej temperaturze typu FVXD3-1, wyprodukowany przez Weihai Xiangwei Chemical Machinery Factory; wiskozymetr rotacyjny NDJ-7 typu Z-10MP5 produkcji Shanghai Tianping Instrument Factory; masę cząsteczkową mierzy się za pomocą lepkości Ubbelohde'a; Przygotowanie i badanie powłoki farby należy przeprowadzić zgodnie z normą krajową GB-79.

1.2 Zasada reakcji

1.3 Synteza

Synteza epoksycelulozy: Dodaj 100 g posiekanego włókna bawełnianego do samokontrolującego elektrycznego reaktora mieszającego o stałej temperaturze, dodaj utleniacz i reaguj przez 10 minut, następnie dodaj alkohol i zasadę, aby uzyskać ług o stężeniu 18%. Do impregnacji dodać przyspieszacze A, B, itp. Reagować w określonej temperaturze pod próżnią przez 12 godzin, przesączyć, osuszyć i odważyć 50 g zalkalizowanej celulozy, dodać mieszany rozpuszczalnik do uzyskania zawiesiny, dodać katalizator i żywicę epoksydową o określonej masie cząsteczkowej, ogrzać do 90~110℃dla reakcji eteryfikacji 4,0 ~ 6,0 h, aż reagenty będą się mieszały. Dodać kwas mrówkowy w celu zneutralizowania i usunięcia nadmiaru zasady, oddzielić roztwór wodny i rozpuszczalnik, przemyć 80℃gorącą wodę w celu usunięcia soli sodowej i wysusz do późniejszego wykorzystania. Lepkość istotną zmierzono za pomocą wiskozymetru Ubbelohde'a i obliczono średnią masę cząsteczkową według lepkości zgodnie z literaturą.

Octan butylocelulozy przygotowuje się według metody literaturowej, odważa się 57,2 g rafinowanej bawełny, dodaje 55 g bezwodnika octowego, 79 g kwasu masłowego, 9,5 g octanu magnezu, 5,1 g kwasu siarkowego, stosuje się octan butylu jako rozpuszczalnik i reaguje w temperaturze w określonej temperaturze do momentu kwalifikacji, zobojętnienia przez dodanie octanu sodu, wytrącenia, przefiltrowania, przemycia, przefiltrowania i wysuszenia do późniejszego użycia. Weź Cel-Ep, dodaj odpowiednią ilość CAB i specjalnego zmieszanego rozpuszczalnika, podgrzej i mieszaj przez 0,5 godziny, aby utworzyć jednolitą gęstą ciecz, a przygotowanie powłoki powłokowej i test wydajności przebiegają zgodnie z metodą GB-79.

Oznaczanie stopnia estryfikacji octanu celulozy: najpierw rozpuścić octan celulozy w sulfotlenku dimetylu, dodać odmierzoną ilość roztworu zasady, ogrzać i zhydrolizować, a następnie miareczkować zhydrolizowany roztwór mianowanym roztworem NaOH w celu obliczenia całkowitego zużycia zasady. Oznaczanie zawartości wody: Umieścić próbkę w piecu w temperaturze 100~105°C, wysuszyć przez 0,2h, zważyć i obliczyć nasiąkliwość po ochłodzeniu. Oznaczanie absorpcji alkaliów: odważyć próbkę ilościową, rozpuścić ją w gorącej wodzie, dodać wskaźnik fioletu metylowego i następnie miareczkować 0,05mol/L H2SO4. Oznaczanie stopnia ekspansji: Odważyć próbkę o masie 50 g, rozdrobnić ją i włożyć do probówki miarowej, odczytać objętość po wibracjach elektrycznych i porównać z objętością niealkalizowanego proszku celulozowego w celu obliczenia stopnia ekspansji.

2. Wyniki i dyskusja

2.1 Zależność stężenia alkaliów od stopnia pęcznienia celulozy

Reakcja celulozy z pewnym stężeniem roztworu NaOH może zniszczyć regularną i uporządkowaną krystalizację celulozy i spowodować jej pęcznienie. W ługu zachodzą różne degradacje, zmniejszając stopień polimeryzacji. Doświadczenia pokazują, że stopień pęcznienia celulozy i ilość wiązania lub adsorpcji zasady wzrastają wraz ze stężeniem zasady. Stopień hydrolizy wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Gdy stężenie alkaliów osiągnie 20%, stopień hydrolizy wynosi 6,8% przy t=100°C; stopień hydrolizy wynosi 14% przy t=135°Jednocześnie doświadczenie pokazuje, że gdy zawartość alkaliów jest większa niż 30%, stopień hydrolizy rozerwania łańcucha celulozy znacznie się zmniejsza. Kiedy stężenie alkaliów osiąga 18%, zdolność adsorpcji i stopień pęcznienia wody są maksymalne, stężenie nadal rośnie, gwałtownie spada do plateau, a następnie stale się zmienia. Jednocześnie zmiana ta jest dość wrażliwa na wpływ temperatury. Przy tym samym stężeniu alkaliów, gdy temperatura jest niska (<20°C), stopień pęcznienia celulozy jest duży, a ilość adsorpcji wody jest duża; w wysokiej temperaturze istotny jest stopień pęcznienia i ilość adsorpcji wody. zmniejszyć.

Włókna alkaliczne o różnej zawartości wody i zasad oznaczono metodą analizy dyfrakcji promieni rentgenowskich zgodnie z literaturą. W rzeczywistej operacji stosuje się 18% ~ 20% ługu do kontrolowania określonej temperatury reakcji w celu zwiększenia stopnia pęcznienia celulozy. Doświadczenia pokazują, że celulozę poddaną reakcji ogrzewania przez 6–12 godzin można rozpuścić w polarnych rozpuszczalnikach. Na tej podstawie autor uważa, że ​​rozpuszczalność celulozy odgrywa decydującą rolę w stopniu zniszczenia wiązań wodorowych pomiędzy cząsteczkami celulozy w segmencie krystalicznym, a w dalszej kolejności stopień zniszczenia wiązań wodorowych wewnątrzcząsteczkowych grup glukozowych C3-C2. Im większy stopień zniszczenia wiązań wodorowych, tym większy stopień pęcznienia włókna alkalicznego, a wiązanie wodorowe ulega całkowitemu zniszczeniu, a końcowy hydrolizat jest substancją rozpuszczalną w wodzie.

2.2 Wpływ akceleratora

Dodanie alkoholu o wysokiej temperaturze wrzenia podczas alkalizacji celulozy może zwiększyć temperaturę reakcji, a dodanie niewielkiej ilości propelenta, takiego jak niższy alkohol i tiomocznik (lub mocznik), może znacznie ułatwić penetrację i pęcznienie celulozy. Wraz ze wzrostem stężenia alkoholu wzrasta absorpcja alkaliczna celulozy i następuje nagła zmiana, gdy stężenie wynosi 20%, co może oznaczać, że jednofunkcyjny alkohol wnika w cząsteczki celulozy, tworząc wiązania wodorowe z celulozą, uniemożliwiając celulozie cząsteczki Wiązania wodorowe między łańcuchami i łańcuchami molekularnymi zwiększają stopień nieuporządkowania, zwiększają pole powierzchni i zwiększają ilość adsorpcji zasad. Jednakże w tych samych warunkach absorpcja alkaliów przez zrębki drzewne jest niska, a krzywa zmienia się w stanie zmiennym. Może to być związane z niską zawartością celulozy w zrębkach drzewnych, które zawierają dużą ilość ligniny utrudniającej przenikanie alkoholu, a także charakteryzują się dobrą wodoodpornością i odpornością na działanie zasad.

2.3 Eteryfikacja

Dodaj 1% katalizatora B, kontroluj różne temperatury reakcji i przeprowadzaj modyfikację eteryfikacji żywicą epoksydową i włóknem alkalicznym. Aktywność reakcji eteryfikacji jest niska i wynosi 80°C. Stopień szczepienia Celu wynosi tylko 28%, a aktywność eteryfikacji jest prawie dwukrotnie większa w temperaturze 110°C. Biorąc pod uwagę warunki reakcji, takie jak rozpuszczalnik, temperatura reakcji wynosi 100°C°C, czas reakcji wynosi 2,5 godziny, a stopień szczepienia Cel może osiągnąć 41%. Ponadto, w początkowej fazie reakcji eteryfikacji (<1,0h), ze względu na niejednorodną reakcję celulozy alkalicznej z żywicą epoksydową, stopień szczepienia jest niski. Wraz ze wzrostem stopnia eteryfikacji Cel stopniowo przechodzi w reakcję jednorodną, ​​więc aktywność reakcji gwałtownie wzrosła, a szybkość szczepienia wzrosła.

2.4 Zależność pomiędzy szybkością szczepienia Cel i rozpuszczalnością

Eksperymenty wykazały, że po szczepieniu żywicy epoksydowej celulozą alkaliczną można znacznie poprawić właściwości fizyczne, takie jak lepkość produktu, przyczepność, wodoodporność i stabilność termiczną. Test rozpuszczalności Produkt o współczynniku szczepienia Cel <40% można rozpuścić w estrach niższych alkoholi, żywicach alkidowych, żywicach kwasu poliakrylowego, kwasie akrylowo-pimarowym i innych żywicach. Żywica Cel-Ep ma wyraźne działanie solubilizujące.

W połączeniu z testem powłoki powlekającej, mieszanki o stopniu szczepienia 32% ~ 42% mają ogólnie lepszą kompatybilność, a mieszanki o stopniu szczepienia <30% mają słabą kompatybilność i niski połysk powłoki powlekającej; stopień szczepienia jest wyższy niż 42%, odporność powłoki na wrzącą wodę, alkohol i polarny rozpuszczalnik organiczny jest zmniejszona. W celu poprawy kompatybilności materiałowej i wydajności powłoki autor dodał CAB zgodnie ze wzorem podanym w Tabeli 1 w celu dalszego rozpuszczenia i modyfikacji w celu promowania współistnienia Cel-Ep i CAB. Mieszanina tworzy w przybliżeniu jednorodny układ. Grubość granicy składu mieszanki jest zwykle bardzo cienka i stara się mieć stan nanokomórek.

2.5 Związek między Cel—Stosunek mieszania Ep/CAB i właściwości fizyczne

Wyniki testów powlekania, wykorzystując Cel-Ep do zmieszania z CAB, pokazują, że octan celulozy może znacznie poprawić właściwości powlekające materiału, zwłaszcza szybkość suszenia. Czysty składnik Cel-Ep trudno jest wysuszyć w temperaturze pokojowej. Po dodaniu CAB te dwa materiały wykazują oczywistą komplementarność działania.

2.6 Detekcja widma FTIR

3. Wniosek

(1) Celuloza bawełniana może pęcznieć w temperaturze 80°C z >18% stężoną zasadą i szeregiem dodatków, podwyższają temperaturę reakcji, wydłużają czas reakcji, zwiększają stopień pęcznienia i degradacji aż do całkowitej hydrolizy.

(2) Reakcja eteryfikacji, stosunek molowy Cel-Ep wynosi 2, temperatura reakcji wynosi 100°C, czas wynosi 5 godzin, dawka katalizatora wynosi 1%, a stopień szczepienia eteryfikacji może osiągnąć 32% ~ 42%.

(3) Modyfikacja mieszania, gdy stosunek molowy Cel-Ep:CAB = 3:2, wydajność syntetyzowanego produktu jest dobra, ale czystego Cel-Ep nie można stosować jako powłoki, a jedynie jako klej.