Eter de celuloză pe rășină epoxidică

Deșeurile de bumbac și rumegușul sunt folosite ca materii prime și sunt hidrolizate în alcalieter de celulozăsub acţiunea alcaline 18% şi a unei serii de aditivi. Apoi utilizați rășină epoxidică pentru altoire, raportul molar dintre rășină epoxidice și fibre alcaline este de 0,5:1,0, temperatura de reacție este de 100°C, timpul de reacție este de 5,0 ore, doza de catalizator este de 1% și rata de grefare de eterificare este de 32%. Eterul de epoxi celuloză obținut este amestecat cu 0,6 mol Cel-Ep și 0,4 mol CAB pentru a sintetiza un nou produs de acoperire cu performanță bună. Structura produsului a fost confirmată cu IR.

Cuvinte cheie:eter de celuloză; sinteză; TAXI; proprietăți de acoperire

Celuloză eter este un polimer natural, care se formează prin condensareaβ-glucoză. Celuloza are un grad ridicat de polimerizare, un bun grad de orientare și o bună stabilitate chimică. Se poate obține prin tratarea chimică a celulozei (esterificare sau eterificare). O serie de derivați de celuloză, aceste produse sunt utilizate pe scară largă în materiale plastice, cutii de prânz biodegradabile, acoperiri auto de ultimă generație, piese auto, cerneluri de imprimare, adezivi etc. În prezent, apar în mod constant noi soiuri de celuloză modificată, iar domeniile de aplicare sunt în continuă expansiune, formând treptat un sistem de industria fibrelor. Acest subiect este de a folosi rumeguș sau bumbac rezidual pentru a fi hidrolizat în fibre scurte prin leșie, apoi altoit chimic și modificat pentru a forma un nou tip de acoperire care nu a fost raportat în document.

1. Experimentează

1.1 Reactivi și instrumente

Deșeuri de bumbac (spălate și uscate), NaOH, 1,4-butandiol, metanol, tiouree, uree, rășini epoxidice, anhidridă acetică, acid butiric, tricloretan, acid formic, glioxal, toluen, CAB etc. (Puritatea este de gradul CP) . Spectrometrul în infraroșu Magna-IR 550 produs de Nicolet Company din Statele Unite a fost utilizat pentru a prepara probele prin acoperire cu tetrahidrofuran cu solvent. Viscozimetru Tu-4, fierbător electric cu reacție cu agitare autocontrolat de tip FVXD3-1, produs de Weihai Xiangwei Chemical Machinery Factory; viscozimetru rotativ NDJ-7, tip Z-10MP5, produs de Shanghai Tianping Instrument Factory; greutatea moleculară este măsurată prin vâscozitatea Ubbelohde; Pregătirea și testarea foliei de vopsea trebuie efectuate conform standardului național GB-79.

1.2 Principiul reacției

1.3 Sinteză

Sinteza celulozei epoxidice: Adăugați 100 g de fibră de bumbac mărunțită într-un reactor de agitare electric autocontrolat cu temperatură constantă, adăugați un oxidant și reacționați timp de 10 minute, apoi adăugați alcool și alcali pentru a face o leșie cu o concentrație de 18%. Adăugați acceleratori A, B etc. pentru impregnare. Reacționează la o anumită temperatură sub vid timp de 12 ore, se filtrează, se usucă și se cântăresc 50 g de celuloză alcalinizată, se adaugă un amestec de solvent pentru a face o suspensie, se adaugă catalizator și rășină epoxidica cu greutate moleculară specifică, se încălzește până la 90~110℃pentru reacția de eterificare 4,0~ 6,0h până când reactanții sunt miscibili. Adăugați acid formic pentru a neutraliza și îndepărta excesul de alcali, separați soluția apoasă și solventul, spălați cu 80℃apă fierbinte pentru a îndepărta sarea de sodiu și uscați pentru utilizare ulterioară. Vâscozitatea intrinsecă a fost măsurată cu un viscozimetru Ubbelohde și greutatea moleculară medie a vâscozității a fost calculată conform literaturii de specialitate.

Acetat-butil celuloza se prepară conform metodei din literatură, se cântăresc 57,2 g de bumbac rafinat, se adaugă 55 g de anhidridă acetică, 79 g de acid butiric, 9,5 g de acetat de magneziu, 5,1 g de acid sulfuric, se folosește acetat de butii ca solvent și reacţionează la o anumită temperatură până la calificare, neutralizată prin adăugarea de acetat de sodiu, precipitat, filtrat, spălat, filtrat și uscat pentru utilizare ulterioară. Luați Cel-Ep, adăugați cantitatea adecvată de CAB și solvent amestecat specific, încălziți și amestecați timp de 0,5 ore pentru a forma un lichid gros uniform, iar prepararea filmului de acoperire și testul de performanță urmează metoda GB-79.

Determinarea gradului de esterificare a acetatului de celuloză: mai întâi se dizolvă acetatul de celuloză în dimetil sulfoxid, se adaugă o cantitate măsurată de soluție alcalină pentru a se încălzi și se hidroliza și se titrează soluția hidrolizată cu soluție standard de NaOH pentru a calcula consumul total de alcali. Determinarea conținutului de apă: Puneți proba într-un cuptor la 100~105°C se usucă timp de 0,2 ore, se cântărește și se calculează absorbția de apă după răcire. Determinarea absorbției alcaline: se cântărește o probă cantitativă, se dizolvă în apă fierbinte, se adaugă indicator de violet de metil și apoi se titează cu 0,05 mol/L H2SO4. Determinarea gradului de expansiune: Se cântărește o probă de 50 g, se zdrobește și se pune într-un tub gradat, se citește volumul după vibrația electrică și se compară cu volumul de pulbere de celuloză nealcalină pentru a calcula gradul de expansiune.

2. Rezultate și discuții

2.1 Relația dintre concentrația de alcali și gradul de umflare a celulozei

Reacția celulozei cu o anumită concentrație de soluție de NaOH poate distruge cristalizarea regulată și ordonată a celulozei și poate face ca celuloza să se umfle. Și în leșie apar diverse degradări, reducând gradul de polimerizare. Experimentele arată că gradul de umflare al celulozei și cantitatea de legare sau adsorbție alcaline cresc odată cu concentrația de alcali. Gradul de hidroliză crește odată cu creșterea temperaturii. Când concentrația de alcali atinge 20%, gradul de hidroliză este de 6,8% la t=100°C; gradul de hidroliză este de 14% la t=135°C. În același timp, experimentul arată că atunci când alcaliul este mai mare de 30%, gradul de hidroliză al scisării lanțului de celuloză este redus semnificativ. Când concentrația de alcali atinge 18%, capacitatea de adsorbție și gradul de umflare al apei sunt maxime, concentrația continuă să crească, scade brusc la un platou și apoi se schimbă constant. În același timp, această modificare este destul de sensibilă la influența temperaturii. Sub aceeași concentrație de alcali, când temperatura este scăzută (<20°C), gradul de umflare al celulozei este mare, iar cantitatea de apă de adsorbție este mare; la temperatură ridicată, gradul de umflare și cantitatea de absorbție a apei sunt semnificative. reduce.

Fibrele alcaline cu conținut diferit de apă și conținut alcalin au fost determinate prin metoda analizei prin difracție de raze X conform literaturii de specialitate. În funcționarea efectivă, 18% ~ 20% leșie este utilizată pentru a controla o anumită temperatură de reacție pentru a crește gradul de umflare al celulozei. Experimentele arată că celuloza reacţionată prin încălzire timp de 6~12 ore poate fi dizolvată în solvenţi polari. Pe baza acestui fapt, autorul consideră că solubilitatea celulozei joacă un rol decisiv în gradul de distrugere a legăturii de hidrogen între moleculele de celuloză din segmentul cristalin, urmat de gradul de distrugere a legăturii de hidrogen a grupelor intramoleculare de glucoză C3-C2. Cu cât este mai mare gradul de distrugere a legăturii de hidrogen, cu atât este mai mare gradul de umflare al fibrei alcaline, iar legătura de hidrogen este complet distrusă, iar hidrolizatul final este o substanță solubilă în apă.

2.2 Efectul Acceleratorului

Adăugarea de alcool cu ​​punct de fierbere ridicat în timpul alcalinizării celulozei poate crește temperatura de reacție, iar adăugarea unei cantități mici de propulsor, cum ar fi alcool mai scăzut și tiouree (sau uree) poate promova foarte mult pătrunderea și umflarea celulozei. Pe măsură ce concentrația de alcool crește, absorbția alcalină a celulozei crește și există un punct de schimbare bruscă când concentrația este de 20%, ceea ce poate fi faptul că alcoolul monofuncțional pătrunde în moleculele de celuloză pentru a forma legături de hidrogen cu celuloza, prevenind celuloza. molecule Legăturile de hidrogen dintre lanțuri și lanțuri moleculare cresc gradul de dezordine, măresc suprafața și cresc cantitatea de adsorbție alcaline. Cu toate acestea, în aceleași condiții, absorbția alcalină a așchiilor de lemn este scăzută, iar curba se modifică într-o stare fluctuantă. Poate fi legat de conținutul scăzut de celuloză din așchii de lemn, care conține o cantitate mare de lignină, care împiedică pătrunderea alcoolului și are o bună rezistență la apă și rezistență la alcalii.

2.3 Eterificare

Se adaugă 1% catalizator B, se controlează diferite temperaturi de reacție și se efectuează modificarea de eterificare cu rășină epoxidică și fibre alcaline. Activitatea reacției de eterificare este scăzută la 80°C. Rata de altoire a Cel este de numai 28%, iar activitatea de eterificare este aproape dublată la 110°C. Luând în considerare condițiile de reacție, cum ar fi solventul, temperatura de reacție este 100°C°C, iar timpul de reacție este de 2,5 ore, iar rata de grefare a Cel poate ajunge la 41%. În plus, în stadiul inițial al reacției de eterificare (<1,0h), datorită reacției eterogene dintre celuloza alcalină și rășina epoxidica, viteza de grefare este scăzută. Odată cu creșterea gradului de eterificare Cel, se transformă treptat într-o reacție omogenă, astfel încât reacția Activitatea a crescut brusc, iar rata de altoire a crescut.

2.4 Relația dintre rata de grefare Cel și solubilitate

Experimentele au arătat că, după altoirea rășinii epoxidice cu celuloză alcalină, proprietățile fizice precum vâscozitatea produsului, aderența, rezistența la apă și stabilitatea termică pot fi îmbunătățite semnificativ. Test de solubilitate Produsul cu rata de grefare Cel <40% poate fi dizolvat în ester alcoolic inferior, rășină alchidă, rășină de acid poliacrilic, acid pimaric acrilic și alte rășini. Rășina Cel-Ep are efect de solubilizare evident.

Combinat cu testul filmului de acoperire, amestecurile cu o rată de altoire de 32%~42% au, în general, o compatibilitate mai bună, iar amestecurile cu o rată de altoire de <30% au o compatibilitate slabă și un luciu scăzut al filmului de acoperire; rata de altoire este mai mare de 42%, rezistența la apă de fierbere, rezistența la alcool și rezistența la solvenți organici polari a filmului de acoperire sunt reduse. Pentru a îmbunătăți compatibilitatea materialului și performanța acoperirii, autorul a adăugat CAB conform formulei din tabelul 1 pentru a se solubiliza și modifica în continuare pentru a promova coexistența Cel-Ep și CAB. Amestecul formează un sistem aproximativ omogen. Grosimea interfeței de compoziție a amestecului tinde să fie foarte subțire și încearcă să fie în starea de nano-celule.

2.5 Relația dintre Cel—Raportul de amestec Ep/CAB și proprietățile fizice

Folosind Cel-Ep pentru a amesteca cu CAB, rezultatele testului de acoperire arată că acetatul de celuloză poate îmbunătăți semnificativ proprietățile de acoperire ale materialului, în special viteza de uscare. Componenta pură a Cel-Ep este greu de uscat la temperatura camerei. După adăugarea CAB, cele două materiale au o complementaritate evidentă de performanță.

2.6 Detectarea spectrului FTIR

3. Concluzie

(1) Celuloza de bumbac se poate umfla la 80°C cu >18% alcali concentrat și o serie de aditivi, crește temperatura de reacție, prelungește timpul de reacție, crește gradul de umflare și degradare până când este complet hidrolizat.

(2) Reacție de eterificare, raportul de alimentare molar Cel-Ep este 2, temperatura de reacție este 100°C, timpul este de 5 ore, doza catalizatorului este de 1%, iar rata de grefare prin eterificare poate ajunge la 32% ~ 42%.

(3) Modificarea amestecării, când raportul molar Cel-Ep:CAB=3:2, performanța produsului sintetizat este bună, dar Cel-Ep pur nu poate fi utilizat ca acoperire, ci doar ca adeziv.