เซลลูโลสอีเทอร์ บนอีพอกซีเรซิน

เศษฝ้ายและขี้เลื่อยถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบและถูกไฮโดรไลซ์ให้เป็นด่างเซลลูโลสอีเทอร์ภายใต้การกระทำของอัลคาไล 18% และชุดสารเติมแต่ง จากนั้นใช้อีพอกซีเรซินในการต่อกิ่ง อัตราส่วนโมลของอีพอกซีเรซินและเส้นใยอัลคาไลคือ 0.5:1.0 อุณหภูมิปฏิกิริยาคือ 100°C เวลาปฏิกิริยาคือ 5.0 ชม. ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาคือ 1% และอัตราการกราฟต์อีเทอร์ริฟิเคชันคือ 32% อีพอกซีเซลลูโลสอีเทอร์ที่ได้รับจะถูกผสมกับ 0.6mol Cel-Ep และ 0.4mol CAB เพื่อสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์เคลือบใหม่ที่มีประสิทธิภาพดี โครงสร้างผลิตภัณฑ์ได้รับการยืนยันจาก IR

คำสำคัญ:เซลลูโลสอีเทอร์; สังเคราะห์; แท็กซี่; คุณสมบัติการเคลือบ

เซลลูโลส อีเทอร์ เป็นโพลีเมอร์ธรรมชาติที่เกิดจากการควบแน่นของβ-กลูโคส เซลลูโลสมีระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันในระดับสูง มีการวางแนวที่ดี และมีความคงตัวทางเคมีที่ดี สามารถรับได้โดยการบำบัดด้วยเซลลูโลสทางเคมี (เอสเทอริฟิเคชันหรือเอเทอริฟิเคชัน) ชุดอนุพันธ์เซลลูโลสผลิตภัณฑ์เหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในพลาสติก, กล่องอาหารกลางวันที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ, การเคลือบยานยนต์ระดับไฮเอนด์, ชิ้นส่วนรถยนต์, หมึกพิมพ์, กาว ฯลฯ ในปัจจุบัน เซลลูโลสดัดแปลงสายพันธุ์ใหม่ ๆ กำลังเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง และสาขาการใช้งานก็มี ขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ค่อยๆ ก่อตัวเป็นระบบอุตสาหกรรมเส้นใย หัวข้อนี้คือการใช้ขี้เลื่อยหรือเศษฝ้ายมาไฮโดรไลซ์เป็นเส้นใยสั้นโดยใช้น้ำด่าง แล้วต่อกิ่งทางเคมีและดัดแปลงให้เกิดการเคลือบแบบใหม่ที่ยังไม่มีรายงานในเอกสาร

1. การทดลอง

1.1 รีเอเจนต์และเครื่องมือ

เศษฝ้าย (ซักและตากแห้ง), NaOH, 1,4-บิวเทนไดออล, เมทานอล, ไธโอยูเรีย, ยูเรีย, อีพอกซีเรซิน, อะซิติกแอนไฮไดรด์, ​​กรดบิวริก, ไตรคลอโรอีเทน, กรดฟอร์มิก, ไกลออกซาล, โทลูอีน, CAB ฯลฯ (ความบริสุทธิ์คือเกรด CP) . สเปกโตรมิเตอร์อินฟราเรด Magna-IR 550 ที่ผลิตโดยบริษัท Nicolet ของสหรัฐอเมริกาใช้ในการเตรียมตัวอย่างโดยการเคลือบเตตระไฮโดรฟูแรนด้วยตัวทำละลาย เครื่องวัดความหนืด Tu-4, FVXD3-1 ชนิดอุณหภูมิคงที่กาต้มน้ำปฏิกิริยากวนไฟฟ้าที่ควบคุมด้วยตนเองผลิตโดยโรงงานเครื่องจักรเคมี Weihai Xiangwei; เครื่องวัดความหนืดแบบหมุน NDJ-7, ประเภท Z-10MP5 ผลิตโดยโรงงาน Shanghai Tianping Instrument Factory; น้ำหนักโมเลกุลวัดจากความหนืดของ Ubbelohde การเตรียมและการทดสอบฟิล์มสีจะต้องดำเนินการตามมาตรฐานแห่งชาติ GB-79

1.2 หลักปฏิกิริยา

1.3 การสังเคราะห์

การสังเคราะห์อีพอกซีเซลลูโลส: เติมใยฝ้ายสับ 100 กรัมลงในเครื่องปฏิกรณ์แบบกวนไฟฟ้าที่ควบคุมเองด้วยอุณหภูมิคงที่ เติมสารออกซิแดนท์และทำปฏิกิริยาเป็นเวลา 10 นาที จากนั้นเติมแอลกอฮอล์และอัลคาไลเพื่อสร้างน้ำด่างที่มีความเข้มข้น 18% เพิ่มคันเร่ง A, B ฯลฯ สำหรับการทำให้ชุ่ม ทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิที่กำหนดภายใต้สุญญากาศเป็นเวลา 12 ชั่วโมง กรอง แห้ง และชั่งน้ำหนักเซลลูโลสอัลคาไลซ์ 50 กรัม เติมตัวทำละลายผสมเพื่อทำเป็นสารละลาย เติมตัวเร่งปฏิกิริยาและอีพอกซีเรซินที่มีน้ำหนักโมเลกุลเฉพาะ ให้ความร้อนสูงถึง 90~110℃สำหรับปฏิกิริยาอีเทอร์ริฟิเคชั่น 4.0~ 6.0 ชม. จนกว่าสารตั้งต้นจะผสมกัน เติมกรดฟอร์มิกเพื่อทำให้เป็นกลางและกำจัดด่างส่วนเกินออก แยกสารละลายน้ำและตัวทำละลายออก ล้างด้วย 80℃น้ำร้อนเพื่อขจัดเกลือโซเดียม และเช็ดให้แห้งเพื่อใช้ในภายหลัง ความหนืดที่แท้จริงถูกวัดด้วยเครื่องวัดความหนืด Ubbelohde และคำนวณน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยความหนืดตามวรรณกรรม

อะซิเตตบิวทิลเซลลูโลสเตรียมตามวิธีการวรรณกรรม มีน้ำหนักฝ้ายกลั่น 57.2 กรัม เติมอะซิติกแอนไฮไดรด์ 55 กรัม กรดบิวริก 79 กรัม แมกนีเซียมอะซิเตต 9.5 กรัม กรดซัลฟิวริก 5.1 กรัม ใช้บิวทิลอะซิเตตเป็นตัวทำละลาย และทำปฏิกิริยาที่ อุณหภูมิที่กำหนดจนผ่านคุณสมบัติ ปรับสมดุลโดยการเติมโซเดียมอะซิเตต ตกตะกอน กรอง ล้าง กรองและทำให้แห้งเพื่อใช้ในภายหลัง ใช้ Cel-Ep เติม CAB ในปริมาณที่เหมาะสมและตัวทำละลายผสมเฉพาะ ให้ความร้อนและคนเป็นเวลา 0.5 ชั่วโมงเพื่อให้เกิดเป็นของเหลวที่มีความหนาสม่ำเสมอ และการเตรียมฟิล์มเคลือบและการทดสอบประสิทธิภาพเป็นไปตามวิธี GB-79

การกำหนดระดับเอสเทอริฟิเคชันของเซลลูโลสอะซิเตต: ขั้นแรกละลายเซลลูโลสอะซิเตตในไดเมทิลซัลฟอกไซด์ เติมสารละลายอัลคาไลในปริมาณหนึ่งมิเตอร์เพื่อให้ความร้อนและไฮโดรไลซ์ และไตเตรทสารละลายไฮโดรไลซ์ด้วยสารละลายมาตรฐาน NaOH เพื่อคำนวณปริมาณการใช้อัลคาไลทั้งหมด การกำหนดปริมาณน้ำ: วางตัวอย่างในเตาอบที่อุณหภูมิ 100~105°C ปล่อยให้แห้งเป็นเวลา 0.2 ชม. ชั่งน้ำหนักและคำนวณการดูดซึมน้ำหลังจากเย็นตัวลง การหาค่าการดูดซึมของด่าง: ชั่งน้ำหนักตัวอย่างเชิงปริมาณ ละลายในน้ำร้อน เติมตัวบ่งชี้เมทิลไวโอเล็ต จากนั้นไตเตรตด้วย 0.05mol/L H2SO4 การกำหนดระดับการขยายตัว: ชั่งน้ำหนักตัวอย่าง 50 กรัม บดแล้วใส่ลงในหลอดตวง อ่านปริมาตรหลังการสั่นสะเทือนทางไฟฟ้า และเปรียบเทียบกับปริมาตรของผงเซลลูโลสที่ไม่มีคาไลน์เพื่อคำนวณระดับการขยายตัว

2. ผลลัพธ์และการอภิปราย

2.1 ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของอัลคาไลและระดับการบวมของเซลลูโลส

ปฏิกิริยาของเซลลูโลสกับสารละลาย NaOH ที่ความเข้มข้นระดับหนึ่งสามารถทำลายการตกผลึกของเซลลูโลสอย่างสม่ำเสมอและเป็นระเบียบ และทำให้เซลลูโลสขยายตัวได้ และการย่อยสลายต่างๆ เกิดขึ้นในน้ำด่าง ทำให้ระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันลดลง การทดลองแสดงให้เห็นว่าระดับการบวมของเซลลูโลสและปริมาณการจับกับอัลคาไลหรือการดูดซับจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของอัลคาไล ระดับของการไฮโดรไลซิสจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เมื่อความเข้มข้นของอัลคาไลถึง 20% ระดับของไฮโดรไลซิสคือ 6.8% ที่ t=100°ซี; ระดับไฮโดรไลซิสคือ 14% ที่ t=135°C. ในเวลาเดียวกัน การทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่ออัลคาไลมากกว่า 30% ระดับของการไฮโดรไลซิสของการแยกสายโซ่เซลลูโลสจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อความเข้มข้นของอัลคาไลถึง 18% ความสามารถในการดูดซับและระดับการบวมของน้ำจะเป็นค่าสูงสุด ความเข้มข้นยังคงเพิ่มขึ้น ลดลงอย่างรวดเร็วจนถึงที่ราบสูง จากนั้นจึงเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ในขณะเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงนี้ค่อนข้างอ่อนไหวต่ออิทธิพลของอุณหภูมิ ภายใต้ความเข้มข้นของด่างเท่ากันเมื่ออุณหภูมิต่ำ (<20°C) ระดับการบวมของเซลลูโลสมีขนาดใหญ่ และปริมาณการดูดซับน้ำมีขนาดใหญ่ ที่อุณหภูมิสูง ระดับการบวมและปริมาณการดูดซับน้ำมีความสำคัญ ลด.

เส้นใยอัลคาไลที่มีปริมาณน้ำและปริมาณอัลคาไลต่างกันถูกกำหนดโดยวิธีการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ตามวรรณกรรม ในการทำงานจริง จะใช้น้ำด่าง 18%~20% เพื่อควบคุมอุณหภูมิปฏิกิริยาบางอย่างเพื่อเพิ่มระดับการบวมของเซลลูโลส การทดลองแสดงให้เห็นว่าเซลลูโลสที่ทำปฏิกิริยาโดยให้ความร้อนเป็นเวลา 6~12 ชั่วโมงสามารถละลายในตัวทำละลายที่มีขั้วได้ จากข้อเท็จจริงนี้ ผู้เขียนคิดว่าความสามารถในการละลายของเซลลูโลสมีบทบาทชี้ขาดในระดับการทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลเซลลูโลสในส่วนของผลึก ตามมาด้วยระดับการทำลายพันธะไฮโดรเจนของกลุ่มกลูโคสในโมเลกุล C3-C2 ยิ่งระดับการทำลายพันธะไฮโดรเจนมาก ระดับการบวมตัวของเส้นใยอัลคาไลก็จะยิ่งมากขึ้น และพันธะไฮโดรเจนจะถูกทำลายอย่างสมบูรณ์ และไฮโดรไลเซตสุดท้ายจะเป็นสารที่ละลายน้ำได้

2.2 ผลกระทบของตัวเร่งความเร็ว

การเติมแอลกอฮอล์ที่มีจุดเดือดสูงในระหว่างการทำให้เป็นด่างของเซลลูโลสสามารถเพิ่มอุณหภูมิของปฏิกิริยาได้ และการเติมสารขับเคลื่อนจำนวนเล็กน้อย เช่น แอลกอฮอล์ที่ลดลงและไทโอยูเรีย (หรือยูเรีย) สามารถส่งเสริมการแทรกซึมและการบวมของเซลลูโลสได้อย่างมาก เมื่อความเข้มข้นของแอลกอฮอล์เพิ่มขึ้น การดูดซึมอัลคาไลของเซลลูโลสจะเพิ่มขึ้น และเกิดจุดเปลี่ยนแปลงกะทันหันเมื่อความเข้มข้นอยู่ที่ 20% ซึ่งอาจเป็นไปได้ว่าแอลกอฮอล์ที่มีฟังก์ชันเดียวแทรกซึมเข้าไปในโมเลกุลของเซลลูโลสเพื่อสร้างพันธะไฮโดรเจนกับเซลลูโลส ป้องกันไม่ให้เซลลูโลส โมเลกุล พันธะไฮโดรเจนระหว่างโซ่และโซ่โมเลกุลจะเพิ่มระดับความผิดปกติ เพิ่มพื้นที่ผิว และเพิ่มปริมาณการดูดซับอัลคาไล อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาวะเดียวกัน การดูดกลืนอัลคาไลของเศษไม้จะต่ำ และเส้นโค้งจะเปลี่ยนแปลงไปในสภาวะที่ผันผวน อาจเกี่ยวข้องกับเซลลูโลสที่มีปริมาณต่ำในเศษไม้ซึ่งมีลิกนินจำนวนมาก ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการซึมผ่านของแอลกอฮอล์ และมีความต้านทานต่อน้ำและด่างได้ดี

2.3 อีเทอร์ริฟิเคชั่น

เพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยา B 1% ควบคุมอุณหภูมิปฏิกิริยาต่างๆ และดำเนินการดัดแปลงอีเทอร์ริฟิเคชันด้วยอีพอกซีเรซินและเส้นใยอัลคาไล กิจกรรมปฏิกิริยาเอริฟิเคชันต่ำที่ 80°C. อัตราการกราฟต์ของ Cel อยู่ที่ 28% เท่านั้น และกิจกรรม etherification เกือบสองเท่าที่ 110°C. เมื่อพิจารณาสภาวะของปฏิกิริยา เช่น ตัวทำละลาย อุณหภูมิของปฏิกิริยาจะเป็น 100°C และเวลาตอบสนองคือ 2.5 ชม. และอัตราการกราฟต์ของ Cel สามารถเข้าถึง 41% นอกจากนี้ ในระยะเริ่มต้นของปฏิกิริยาอีเทอร์ริฟิเคชัน (<1.0 ชม.) เนื่องจากปฏิกิริยาต่างกันระหว่างอัลคาไลเซลลูโลสและอีพอกซีเรซิน อัตราการกราฟต์จึงต่ำ ด้วยการเพิ่มขึ้นของระดับอีเทอร์ริฟิเคชั่นของเซล มันจะค่อยๆ กลายเป็นปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน ดังนั้นปฏิกิริยาของกิจกรรมจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และอัตราการกราฟต์ก็เพิ่มขึ้น

2.4 ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการต่อเซลล์กับความสามารถในการละลาย

การทดลองแสดงให้เห็นว่าหลังจากการกราฟต์อีพอกซีเรซินด้วยอัลคาไลเซลลูโลส คุณสมบัติทางกายภาพ เช่น ความหนืดของผลิตภัณฑ์ การยึดเกาะ การต้านทานน้ำ และความเสถียรทางความร้อนจะดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ การทดสอบความสามารถในการละลาย ผลิตภัณฑ์ที่มีอัตราการกราฟต์เซล <40% สามารถละลายได้ในแอลกอฮอล์เอสเทอร์ที่ต่ำกว่า อัลคิดเรซิน เรซินกรดโพลีอะคริลิก กรดอะคริลิกพิมาริก และเรซินอื่นๆ เรซิน Cel-Ep มีฤทธิ์ในการละลายได้ชัดเจน

เมื่อรวมกับการทดสอบฟิล์มเคลือบ ส่วนผสมที่มีอัตราการกราฟต์ 32%~42% โดยทั่วไปจะมีความเข้ากันได้ดีกว่า และส่วนผสมที่มีอัตราการกราฟต์ <30% มีความเข้ากันได้ไม่ดีและความเงาของฟิล์มเคลือบต่ำ อัตราการต่อกิ่งสูงกว่า 42% ความต้านทานต่อน้ำเดือด ความต้านทานต่อแอลกอฮอล์ และความต้านทานตัวทำละลายอินทรีย์ขั้วโลกของฟิล์มเคลือบจะลดลง เพื่อปรับปรุงความเข้ากันได้ของวัสดุและประสิทธิภาพการเคลือบ ผู้เขียนได้เพิ่ม CAB ตามสูตรในตารางที่ 1 เพื่อละลายและแก้ไขเพิ่มเติมเพื่อส่งเสริมการอยู่ร่วมกันของ Cel-Ep และ CAB ของผสมก่อให้เกิดระบบเนื้อเดียวกันโดยประมาณ ความหนาของส่วนต่อประสานองค์ประกอบของส่วนผสมมีแนวโน้มที่จะบางมากและพยายามอยู่ในสถานะนาโนเซลล์

2.5 ความสัมพันธ์ระหว่างเซล-อัตราส่วนการผสม Ep/CAB และคุณสมบัติทางกายภาพ

ผลการทดสอบการเคลือบแสดงให้เห็นว่าการใช้ Cel-Ep ผสมกับ CAB แสดงให้เห็นว่าเซลลูโลสอะซิเตตสามารถปรับปรุงคุณสมบัติการเคลือบของวัสดุได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเร็วในการทำให้แห้ง ส่วนประกอบบริสุทธิ์ของ Cel-Ep จะทำให้แห้งได้ยากที่อุณหภูมิห้อง หลังจากเพิ่ม CAB แล้ว วัสดุทั้งสองก็มีประสิทธิภาพที่เสริมกันอย่างเห็นได้ชัด

2.6 การตรวจจับสเปกตรัม FTIR

3. บทสรุป

(1) ฝ้ายเซลลูโลสสามารถบวมได้ที่ 80°C ที่มีอัลคาไลเข้มข้น >18% และชุดสารเติมแต่ง เพิ่มอุณหภูมิของปฏิกิริยา ยืดเวลาปฏิกิริยา เพิ่มระดับการบวมและการย่อยสลายจนกระทั่งถูกไฮโดรไลซ์อย่างสมบูรณ์

(2) ปฏิกิริยาอีเธอริฟิเคชั่น อัตราส่วนการป้อนฟันกราม Cel-Ep คือ 2 อุณหภูมิของปฏิกิริยาคือ 100°C เวลาคือ 5 ชม. ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาคือ 1% และอัตราการกราฟต์อีเทอร์ริฟิเคชันสามารถเข้าถึง 32% ~ 42%

(3) การปรับเปลี่ยนการผสม เมื่ออัตราส่วนโมลของ Cel-Ep:CAB=3:2 ประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ที่สังเคราะห์นั้นดี แต่ Cel-Ep บริสุทธิ์ไม่สามารถใช้เป็นสารเคลือบได้ แต่จะใช้เป็นกาวเท่านั้น