Eter celuloz në rrëshirë epokside

Mbetjet e pambukut dhe tallashit përdoren si lëndë të para dhe hidrolizohen në alkalieter celuloznën veprimin e 18% alkali dhe një sërë aditivësh. Pastaj përdorni rrëshirë epoksi për shartim, raporti molar i rrëshirës epoksi dhe fibrave alkali është 0.5:1.0, temperatura e reagimit është 100°C, koha e reagimit është 5.0 orë, doza e katalizatorit është 1%, dhe shkalla e shartimit të eterifikimit është 32%. Eteri epoksid celuloz i përftuar përzihet me 0.6mol Cel-Ep dhe 0.4mol CAB për të sintetizuar një produkt të ri veshjeje me performancë të mirë. Struktura e produktit u konfirmua me IR.

Fjalët kyçe:eter celuloze; sintezë; CAB; vetitë e veshjes

Celuloza eter është një polimer natyral, i cili formohet nga kondensimi iβ- glukozë. Celuloza ka një shkallë të lartë polimerizimi, një shkallë të mirë orientimi dhe stabilitet të mirë kimik. Mund të merret duke trajtuar kimikisht celulozën (esterifikim ose eterifikim). Një seri derivatesh celuloze, këto produkte përdoren gjerësisht në plastikë, kuti drekë të biodegradueshme, veshje automobilistike të nivelit të lartë, pjesë makinash, bojëra printimi, ngjitës, etj. Aktualisht, varietete të reja të modifikuara celulozë po shfaqen vazhdimisht dhe fushat e aplikimit janë duke u zgjeruar vazhdimisht, duke formuar gradualisht një sistem të industrisë së fibrave. Kjo temë është përdorimi i tallashit ose mbeturinave të pambukut për t'u hidrolizuar në fibra të shkurtra me salcë, dhe më pas shartuar dhe modifikuar kimikisht për të formuar një lloj të ri veshjeje që nuk është raportuar në dokument.

1. Eksperimentoni

1.1 Reagentët dhe instrumentet

Mbeturinat e pambukut (të larë dhe të thara), NaOH, 1,4-butanediol, metanol, tioure, ure, rrëshirë epoksi, anhidrid acetik, acid butirik, trikloroetan, acid formik, glioksal, toluen, CAB, etj. (Pastërtia është e klasës CP) . Spektrometri infra të kuq Magna-IR 550 i prodhuar nga Nicolet Company i Shteteve të Bashkuara u përdor për përgatitjen e mostrave me veshje me tetrahidrofuran tretës. Viskometër Tu-4, kazan i reagimit nxitës elektrik i vetëkontrolluar me temperaturë konstante të tipit FVXD3-1, prodhuar nga Fabrika e Makinerisë Kimike Weihai Xiangwei; viskometër rrotullues NDJ-7, tipi Z-10MP5, prodhuar nga Fabrika e Instrumenteve Shanghai Tianping; pesha molekulare matet me viskozitetin Ubbelohde; Përgatitja dhe testimi i filmit të bojës do të kryhet sipas standardit kombëtar GB-79.

1.2 Parimi i reagimit

1.3 Sinteza

Sinteza e celulozës epokside: Shtoni 100 g fibër pambuku të copëtuar në një reaktor trazues elektrik të vetëkontrolluar me temperaturë konstante, shtoni një oksidant dhe reagoni për 10 minuta, më pas shtoni alkool dhe alkali për të bërë një salcë me përqendrim 18%. Shtoni përshpejtuesit A, B, etj. për impregnim. Reagoni në një temperaturë të caktuar nën vakum për 12 orë, filtroni, thajeni dhe peshoni 50 g celulozë të alkalizuar, shtoni tretës të përzier për të bërë një pluhur, shtoni katalizator dhe rrëshirë epokside me peshë molekulare specifike, ngrohni deri në 90-110℃për reaksionin eterifikimit 4.0~ 6.0h derisa reaktantët të jenë të përzier. Shtoni acid formik për të neutralizuar dhe hequr alkalin e tepërt, ndani tretësirën ujore dhe tretësin, lani me 80℃ujë të nxehtë për të hequr kripën e natriumit dhe thajeni për përdorim të mëvonshëm. Viskoziteti i brendshëm u mat me një viskometër Ubbelohde dhe pesha molekulare mesatare e viskozitetit u llogarit sipas literaturës.

Acetat butil celuloza përgatitet sipas metodës së literaturës, peshoni 57,2 g pambuk të rafinuar, shtoni 55 g anhidrid acetik, 79 g acid butirik, 9,5 g acetat magnezi, 5,1 g acid sulfurik, përdorni butil acetat si tretës dhe reagoni në një temperaturë të caktuar derisa të kualifikohet, neutralizohet duke shtuar acetat natriumi, precipitohet, filtrohet, lahet, filtrohet dhe thahet për përdorim të mëvonshëm. Merrni Cel-Ep, shtoni sasinë e duhur të CAB dhe tretës të përzier specifik, ngroheni dhe përzieni për 0,5 orë për të formuar një lëng të trashë uniform, dhe përgatitja e filmit të veshjes dhe testi i performancës ndjek metodën GB-79.

Përcaktimi i shkallës së esterifikimit të acetatit të celulozës: së pari shpërndahet acetati i celulozës në dimetil sulfoksid, shtohet një sasi e matur e tretësirës alkali për t'u ngrohur dhe hidrolizuar dhe titrohet tretësira e hidrolizuar me tretësirë ​​standarde NaOH për të llogaritur konsumin total të alkalit. Përcaktimi i përmbajtjes së ujit: Vendoseni kampionin në furrë në 100~105°C për t'u tharë për 0,2 orë, peshoni dhe llogaritni thithjen e ujit pas ftohjes. Përcaktimi i përthithjes së alkalit: peshoni një kampion sasior, shpërndajeni në ujë të nxehtë, shtoni treguesin metil violet dhe më pas titroni me 0,05mol/L H2SO4. Përcaktimi i shkallës së zgjerimit: Peshoni 50 g kampion, shtypeni dhe vendoseni në një tub të graduar, lexoni vëllimin pas dridhjes elektrike dhe krahasoni atë me vëllimin e pluhurit të celulozës të paalkalizuar për të llogaritur shkallën e zgjerimit.

2. Rezultatet dhe diskutimi

2.1 Marrëdhënia midis përqendrimit të alkalit dhe shkallës së ënjtjes së celulozës

Reagimi i celulozës me një përqendrim të caktuar të tretësirës NaOH mund të shkatërrojë kristalizimin e rregullt dhe të rregullt të celulozës dhe të bëjë që celuloza të bymehet. Dhe degradime të ndryshme ndodhin në salcë, duke ulur shkallën e polimerizimit. Eksperimentet tregojnë se shkalla e fryrjes së celulozës dhe sasia e lidhjes ose adsorbimit të alkalit rriten me përqendrimin e alkalit. Shkalla e hidrolizës rritet me rritjen e temperaturës. Kur përqendrimi i alkalit arrin 20%, shkalla e hidrolizës është 6.8% në t=100°C; shkalla e hidrolizës është 14% në t=135°C. Në të njëjtën kohë, eksperimenti tregon se kur alkali është më shumë se 30%, shkalla e hidrolizës së prerjes së zinxhirit celuloz zvogëlohet ndjeshëm. Kur përqendrimi i alkalit arrin 18%, kapaciteti i absorbimit dhe shkalla e fryrjes së ujit janë maksimale, përqendrimi vazhdon të rritet, bie ndjeshëm në një pllajë dhe më pas ndryshon në mënyrë të qëndrueshme. Në të njëjtën kohë, ky ndryshim është mjaft i ndjeshëm ndaj ndikimit të temperaturës. Nën të njëjtin përqendrim alkali, kur temperatura është e ulët (<20°C), shkalla e fryrjes së celulozës është e madhe dhe sasia e absorbimit të ujit është e madhe; në temperaturë të lartë, shkalla e ënjtjes dhe sasia e absorbimit të ujit janë të rëndësishme. zvogëloni.

Fibrat alkali me përmbajtje të ndryshme uji dhe përmbajtje alkali u përcaktuan me metodën e analizës së difraksionit me rreze X sipas literaturës. Në funksionimin aktual, 18% ~ 20% salcë përdoret për të kontrolluar një temperaturë të caktuar reagimi për të rritur shkallën e bymimit të celulozës. Eksperimentet tregojnë se celuloza e reaguar me ngrohje për 6-12 orë mund të shpërndahet në tretës polare. Nisur nga ky fakt, autori mendon se tretshmëria e celulozës luan një rol vendimtar në shkallën e shkatërrimit të lidhjes hidrogjenore ndërmjet molekulave të celulozës në segmentin kristalor, e ndjekur nga shkalla e shkatërrimit të lidhjes hidrogjenore të grupeve intramolekulare të glukozës C3-C2. Sa më e madhe të jetë shkalla e shkatërrimit të lidhjes hidrogjenore, aq më e madhe është shkalla e fryrjes së fibrës alkaline, dhe lidhja hidrogjenore shkatërrohet plotësisht, dhe hidrolizati përfundimtar është një substancë e tretshme në ujë.

2.2 Efekti i përshpejtuesit

Shtimi i alkoolit me pikë të lartë vlimi gjatë alkalizimit të celulozës mund të rrisë temperaturën e reaksionit dhe shtimi i një sasie të vogël të lëndës djegëse si alkooli më i ulët dhe tiourea (ose urea) mund të nxisë shumë depërtimin dhe fryrjen e celulozës. Ndërsa përqendrimi i alkoolit rritet, thithja e alkalit të celulozës rritet, dhe ka një pikë ndryshimi të papritur kur përqendrimi është 20%, që mund të jetë që alkooli monofunksional depërton në molekulat e celulozës për të formuar lidhje hidrogjeni me celulozën, duke parandaluar celulozën. molekulat Lidhjet hidrogjenore ndërmjet zinxhirëve dhe zinxhirëve molekularë rrisin shkallën e çrregullimit, rrisin sipërfaqen dhe rrisin sasinë e adsorbimit të alkalit. Megjithatë, në të njëjtat kushte, thithja e alkalit të copëzave të drurit është e ulët dhe kurba ndryshon në një gjendje luhatëse. Mund të lidhet me përmbajtjen e ulët të celulozës në copat e drurit, e cila përmban një sasi të madhe linjine, e cila pengon depërtimin e alkoolit dhe ka rezistencë të mirë ndaj ujit dhe rezistencë ndaj alkaleve.

2.3 Eterifikimi

Shtoni katalizator 1% B, kontrolloni temperaturat e ndryshme të reagimit dhe kryeni modifikimin e eterifikimit me rrëshirë epoksi dhe fibër alkali. Aktiviteti i reaksionit të eterifikimit është i ulët në 80°C. Shkalla e shartimit të Cel është vetëm 28%, dhe aktiviteti i eterifikimit është pothuajse dyfishuar në 110°C. Duke marrë parasysh kushtet e reaksionit siç është tretësi, temperatura e reaksionit është 100°C, dhe koha e reagimit është 2.5h, dhe shkalla e shartimit të Cel mund të arrijë 41%. Përveç kësaj, në fazën fillestare të reaksionit të eterifikimit (<1,0h), për shkak të reaksionit heterogjen midis celulozës alkaline dhe rrëshirës epokside, shkalla e shartimit është e ulët. Me rritjen e shkallës së eterifikimit Cel, gradualisht kthehet në një reaksion homogjen, kështu që reaksioni Aktiviteti u rrit ndjeshëm dhe shpejtësia e shartimit u rrit.

2.4 Marrëdhënia ndërmjet shkallës së shartimit të Cellit dhe tretshmërisë

Eksperimentet kanë treguar se pas shartimit të rrëshirës epoksi me celulozë alkali, vetitë fizike si viskoziteti i produktit, ngjitja, rezistenca ndaj ujit dhe stabiliteti termik mund të përmirësohen ndjeshëm. Testi i tretshmërisë Produkti me shkallë shartimi Cel <40% mund të shpërndahet në alkool-ester të ulët, rrëshirë alkid, rrëshirë të acidit poliakrilik, acid pimarik akrilik dhe rrëshira të tjera. Rrëshira Cel-Ep ka një efekt të dukshëm tretës.

Kombinuar me testin e filmit të veshjes, përzierjet me një shkallë shartimi 32%~42% kanë përgjithësisht përputhshmëri më të mirë, dhe përzierjet me një shkallë shartimi <30% kanë përputhshmëri të dobët dhe shkëlqim të ulët të filmit të veshjes; shkalla e shartimit është më e lartë se 42%, rezistenca ndaj ujit të valë, rezistenca ndaj alkoolit dhe rezistenca e tretësit organik polar të filmit të veshjes janë zvogëluar. Për të përmirësuar përputhshmërinë e materialit dhe performancën e veshjes, autori shtoi CAB sipas formulës në Tabelën 1 për të tretur dhe modifikuar më tej për të promovuar bashkëekzistencën e Cel-Ep dhe CAB. Përzierja formon një sistem të përafërt homogjen. Trashësia e ndërfaqes së përbërjes së përzierjes tenton të jetë shumë e hollë dhe përpiqet të jetë në gjendjen e nanoqelizave.

2.5 Marrëdhënia ndërmjet Cel-Raporti i përzierjes Ep/CAB dhe vetitë fizike

Duke përdorur Cel-Ep për t'u përzier me CAB, rezultatet e testit të veshjes tregojnë se acetati i celulozës mund të përmirësojë ndjeshëm vetitë e veshjes së materialit, veçanërisht shpejtësinë e tharjes. Komponenti i pastër i Cel-Ep është i vështirë për t'u tharë në temperaturën e dhomës. Pas shtimit të CAB, të dy materialet kanë komplementaritet të dukshëm të performancës.

2.6 Zbulimi i spektrit FTIR

3. Përfundim

(1) Celuloza e pambukut mund të fryhet në 80°C me alkali të koncentruar >18% dhe një sërë aditivësh, rrisin temperaturën e reaksionit, zgjasin kohën e reagimit, rrisin shkallën e fryrjes dhe degradimit derisa të hidrolizohet plotësisht.

(2) Reaksioni i eterifikimit, raporti molar i ushqimit Cel-Ep është 2, temperatura e reagimit është 100°C, koha është 5 orë, doza e katalizatorit është 1%, dhe shkalla e shartimit të eterifikimit mund të arrijë 32% ~ 42%.

(3) Modifikimi i përzierjes, kur raporti molar i Cel-Ep:CAB=3:2, performanca e produktit të sintetizuar është e mirë, por Cel-Ep i pastër nuk mund të përdoret si veshje, vetëm si ngjitës.