Éter celulózy na epoxidovej živici

Odpadová bavlna a piliny sa používajú ako suroviny a hydrolyzujú sa na alkálieéter celulózypôsobením 18% alkálie a série prísad. Potom použite epoxidovú živicu na štepenie, molárny pomer epoxidovej živice a alkalického vlákna je 0,5:1,0, reakčná teplota je 100°C, reakčný čas je 5,0 h, dávka katalyzátora je 1 % a rýchlosť očkovania éterifikácie je 32 %. Získaný éter epoxidovej celulózy sa zmieša s 0,6 mol Cel-Ep a 0,4 mol CAB, aby sa syntetizoval nový náterový produkt s dobrým výkonom. Štruktúra produktu bola potvrdená IR.

kľúčové slová:éter celulózy; syntéza; CAB; vlastnosti povlaku

Celulóza éter je prírodný polymér, ktorý vzniká kondenzáciouβ-glukóza. Celulóza má vysoký stupeň polymerizácie, dobrý stupeň orientácie a dobrú chemickú stabilitu. Dá sa získať chemickým spracovaním celulózy (esterifikácia alebo éterifikácia). Rad derivátov celulózy, tieto produkty sa široko používajú v plastoch, biodegradovateľných obedárňach, špičkových automobilových náteroch, automobilových súčiastkach, tlačiarenských farbách, lepidlách atď. V súčasnosti sa neustále objavujú nové modifikované odrody celulózy a oblasti použitia neustále sa rozširuje a postupne vytvára systém vláknitého priemyslu. Touto témou je použitie pilín alebo odpadovej bavlny, ktoré sa hydrolyzujú na krátke vlákna lúhom a potom sa chemicky štepu a upravia tak, aby vytvorili nový typ povlaku, ktorý nebol uvedený v dokumente.

1. Experimentujte

1.1 Činidlá a nástroje

Odpadová bavlna (praná a sušená), NaOH, 1,4-butándiol, metanol, tiomočovina, močovina, epoxidová živica, acetanhydrid, kyselina maslová, trichlóretán, kyselina mravčia, glyoxal, toluén, CAB atď. (Čistota je CP grade) . Infračervený spektrometer Magna-IR 550 vyrobený spoločnosťou Nicolet Company zo Spojených štátov amerických sa použil na prípravu vzoriek potiahnutím rozpúšťadlom tetrahydrofuránom. Tu-4 viskozimeter, typ FVXD3-1 typ FVXD3-1 s automatickou reguláciou elektrickej miešacej reakčnej nádoby, vyrobený spoločnosťou Weihai Xiangwei Chemical Machinery Factory; rotačný viskozimeter NDJ-7, typ Z-10MP5, vyrábaný Shanghai Tianping Instrument Factory; molekulová hmotnosť sa meria pomocou Ubbelohdeovej viskozity; Príprava a testovanie náterového filmu sa vykonáva podľa národnej normy GB-79.

1.2 Princíp reakcie

1.3 Syntéza

Syntéza epoxidovej celulózy: Pridajte 100 g nasekaného bavlneného vlákna do elektrického miešacieho reaktora s konštantnou teplotou, pridajte oxidant a nechajte reagovať 10 minút, potom pridajte alkohol a alkálie, aby ste vytvorili lúh s koncentráciou 18 %. Na impregnáciu pridajte urýchľovače A, B atď. Reagujte pri určitej teplote vo vákuu po dobu 12 hodín, prefiltrujte, vysušte a odvážte 50 g alkalizovanej celulózy, pridajte zmiešané rozpúšťadlo na vytvorenie kaše, pridajte katalyzátor a epoxidovú živicu so špecifickou molekulovou hmotnosťou, zahrejte na 90~110℃na éterifikačnú reakciu 4,0 až 6,0 h, kým nie sú reaktanty miešateľné. Pridajte kyselinu mravčiu na neutralizáciu a odstránenie prebytočnej alkálie, oddeľte vodný roztok a rozpúšťadlo, premyte 80℃horúcou vodou na odstránenie sodnej soli a vysušte na neskoršie použitie. Vnútorná viskozita sa merala pomocou Ubbelohdeho viskozimetra a viskozita-priemerná molekulová hmotnosť sa vypočítala podľa literatúry.

Acetátbutylcelulóza sa pripraví podľa metódy opísanej v literatúre, naváži sa 57,2 g rafinovanej bavlny, pridá sa 55 g anhydridu kyseliny octovej, 79 g kyseliny maslovej, 9,5 g octanu horečnatého, 5,1 g kyseliny sírovej, ako rozpúšťadlo sa použije butylacetát a nechá sa reagovať pri pri určitej teplote až do dosiahnutia kvalifikácie, neutralizuje sa pridaním octanu sodného, ​​vyzráža sa, prefiltruje, premyje, prefiltruje a vysuší na neskoršie použitie. Vezmite Cel-Ep, pridajte vhodné množstvo CAB a špecifické zmiešané rozpúšťadlo, zahrejte a miešajte 0,5 hodiny, aby sa vytvorila rovnomerná hustá kvapalina, a príprava náterového filmu a test účinnosti sa riadia metódou GB-79.

Stanovenie stupňa esterifikácie acetátu celulózy: acetát celulózy sa najskôr rozpustí v dimetylsulfoxide, pridá sa odmerané množstvo alkalického roztoku na zahriatie a hydrolýza a hydrolyzovaný roztok sa titruje štandardným roztokom NaOH, aby sa vypočítala celková spotreba alkálie. Stanovenie obsahu vody: Vzorku vložte do pece pri 100~105 °C°C na sušenie 0,2 hodiny, zvážte a vypočítajte absorpciu vody po ochladení. Stanovenie absorpcie alkálií: odvážte kvantitatívnu vzorku, rozpustite ju v horúcej vode, pridajte indikátor metyl violeť a potom titrujte 0,05 mol/l H2SO4. Stanovenie stupňa expanzie: Odvážte 50g vzorku, rozdrvte ju a vložte do odmernej skúmavky, odčítajte objem po elektrických vibráciách a porovnajte ho s objemom prášku nezásaditej celulózy, aby ste vypočítali stupeň expanzie.

2. Výsledky a diskusia

2.1 Vzťah medzi koncentráciou alkálií a stupňom napučania celulózy

Reakcia celulózy s určitou koncentráciou roztoku NaOH môže zničiť pravidelnú a usporiadanú kryštalizáciu celulózy a spôsobiť jej napučanie. A v lúhu dochádza k rôznym degradáciám, ktoré znižujú stupeň polymerizácie. Experimenty ukazujú, že stupeň napučiavania celulózy a množstvo viazania alebo adsorpcie alkálií sa zvyšujú s koncentráciou alkálií. Stupeň hydrolýzy sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Keď koncentrácia alkálie dosiahne 20 %, stupeň hydrolýzy je 6,8 % pri t = 100°C; stupeň hydrolýzy je 14 % pri t = 135°C. Experiment zároveň ukazuje, že keď je alkália viac ako 30 %, stupeň hydrolýzy štiepenia reťazca celulózy sa výrazne zníži. Keď koncentrácia alkálií dosiahne 18 %, adsorpčná kapacita a stupeň napučania vody sú maximálne, koncentrácia sa ďalej zvyšuje, prudko klesá na plató a potom sa plynule mení. Zároveň je táto zmena dosť citlivá na vplyv teploty. Pri rovnakej koncentrácii alkálií, keď je teplota nízka (<20°C), stupeň napučiavania celulózy je veľký a adsorpčné množstvo vody je veľké; pri vysokej teplote je stupeň napučania a množstvo adsorpcie vody významné. znížiť.

Alkalické vlákna s rôznym obsahom vody a alkálií boli stanovené metódou rôntgenovej difrakčnej analýzy podľa literatúry. V skutočnej prevádzke sa používa 18% až 20% lúhu na reguláciu určitej reakčnej teploty na zvýšenie stupňa napučania celulózy. Experimenty ukazujú, že celulóza zreagovaná zahrievaním počas 6 až 12 hodín sa môže rozpustiť v polárnych rozpúšťadlách. Na základe tejto skutočnosti sa autor domnieva, že v stupni deštrukcie vodíkových väzieb medzi molekulami celulózy v kryštalickom segmente zohráva rozhodujúcu úlohu rozpustnosť celulózy, po ktorej nasleduje stupeň deštrukcie vodíkových väzieb intramolekulárnych glukózových skupín C3-C2. Čím väčší je stupeň deštrukcie vodíkovej väzby, tým väčší je stupeň napučiavania alkalického vlákna a vodíková väzba je úplne zničená a konečný hydrolyzát je vo vode rozpustná látka.

2.2 Účinok urýchľovača

Pridanie alkoholu s vysokou teplotou varu počas alkalizácie celulózy môže zvýšiť reakčnú teplotu a pridanie malého množstva hnacieho plynu, ako je nižší alkohol a tiomočovina (alebo močovina), môže výrazne podporiť penetráciu a napučiavanie celulózy. So zvyšujúcou sa koncentráciou alkoholu sa zvyšuje absorpcia alkálií celulózy a dochádza k náhlej zmene, keď je koncentrácia 20 %, čo môže znamenať, že monofunkčný alkohol prenikne do molekúl celulózy a vytvorí vodíkové väzby s celulózou, čím sa zabráni vzniku celulózy. molekuly Vodíkové väzby medzi reťazcami a molekulovými reťazcami zvyšujú stupeň poruchy, zväčšujú plochu povrchu a zvyšujú mieru adsorpcie alkálií. Za rovnakých podmienok je však absorpcia alkálií drevnej štiepky nízka a krivka sa mení v kolísajúcom stave. Môže to súvisieť s nízkym obsahom celulózy v drevnej štiepke, ktorá obsahuje veľké množstvo lignínu, ktorý bráni prenikaniu alkoholu, má dobrú odolnosť voči vode a zásadám.

2.3 Éterifikácia

Pridajte 1 % B katalyzátora, kontrolujte rôzne reakčné teploty a vykonajte éterifikačnú modifikáciu epoxidovou živicou a alkalickým vláknom. Aktivita eterifikačnej reakcie je nízka pri 80°C. Rýchlosť vrúbľovania Cel je len 28 % a eterifikačná aktivita je takmer dvojnásobná pri 110°Pri zohľadnení reakčných podmienok, ako je rozpúšťadlo, je reakčná teplota 100 °C°C a reakčný čas je 2,5 hodiny a rýchlosť očkovania Cel môže dosiahnuť 41 %. Okrem toho v počiatočnom štádiu eterifikačnej reakcie (< 1,0 h) je v dôsledku heterogénnej reakcie medzi alkalickou celulózou a epoxidovou živicou rýchlosť očkovania nízka. So zvyšujúcim sa stupňom éterifikácie Cel postupne prechádza do homogénnej reakcie, takže reakcia Aktivita sa prudko zvýšila a rýchlosť vrúbľovania sa zvýšila.

2.4 Vzťah medzi rýchlosťou vrúbľovania Cel a rozpustnosťou

Experimenty ukázali, že po naočkovaní epoxidovej živice alkalickou celulózou sa fyzikálne vlastnosti, ako je viskozita produktu, priľnavosť, odolnosť voči vode a tepelná stabilita, môžu výrazne zlepšiť. Test rozpustnosti Produkt s mierou očkovania Cel <40% sa môže rozpustiť v esteroch nižších alkoholov, alkydovej živici, živici kyseliny polyakrylovej, kyseline akrylovej pimarovej a iných živicach. Živica Cel-Ep má zjavný solubilizačný účinok.

V kombinácii s testom poťahového filmu majú zmesi s rýchlosťou naočkovania 32 % až 42 % všeobecne lepšiu kompatibilitu a zmesi s rýchlosťou naočkovania < 30 % majú zlú kompatibilitu a nízky lesk poťahového filmu; miera očkovania je vyššia ako 42 %, odolnosť náterového filmu voči vriacej vode, odolnosť voči alkoholu a odolnosť proti polárnym organickým rozpúšťadlám sú znížené. Aby sa zlepšila materiálová kompatibilita a výkonnosť povlaku, autor pridal CAB podľa vzorca v tabuľke 1, aby sa ďalej rozpúšťal a modifikoval, aby sa podporila koexistencia Cel-Ep a CAB. Zmes tvorí približne homogénny systém. Hrúbka rozhrania zloženia zmesi má tendenciu byť veľmi tenká a snaží sa byť v stave nano-buniek.

2.5 Vzťah medzi Cel—Pomer miešania Ep/CAB a fyzikálne vlastnosti

S použitím Cel-Ep na zmiešanie s CAB výsledky testu povlaku ukazujú, že acetát celulózy môže výrazne zlepšiť vlastnosti povlaku materiálu, najmä rýchlosť sušenia. Čistá zložka Cel-Ep sa ťažko suší pri izbovej teplote. Po pridaní CAB majú tieto dva materiály zjavnú výkonnostnú komplementaritu.

2.6 Detekcia spektra FTIR

3. Záver

(1) Bavlnená celulóza môže napučať pri 80°C s >18% koncentrovanou alkáliou a radom aditív, zvyšujú reakčnú teplotu, predlžujú reakčný čas, zvyšujú stupeň napučania a degradácie až do úplnej hydrolýzy.

(2) Eterifikačná reakcia, molárny pomer Cel-Ep je 2, reakčná teplota je 100°C, čas je 5 hodín, dávka katalyzátora je 1% a rýchlosť éterifikácie môže dosiahnuť 32% ~ 42%.

(3) Modifikácia miešania, keď je molárny pomer Cel-Ep:CAB=3:2, výkonnosť syntetizovaného produktu je dobrá, ale čistý Cel-Ep nemožno použiť ako povlak, iba ako lepidlo.