Cellulose Eter sa Epoxy Resin

Ang basurang koton at sup ay ginagamit bilang hilaw na materyales, at na-hydrolyzed sa alkaliselulusa etersa ilalim ng pagkilos ng 18% alkali at isang serye ng mga additives. Pagkatapos ay gumamit ng epoxy resin para sa paghugpong, ang molar ratio ng epoxy resin at alkali fiber ay 0.5:1.0, ang temperatura ng reaksyon ay 100°C, ang oras ng reaksyon ay 5.0h, ang dosis ng katalista ay 1%, at ang rate ng paghugpong ng etherification ay 32%. Ang nakuha na epoxy cellulose ether ay pinaghalo sa 0.6mol Cel-Ep at 0.4mol CAB para mag-synthesize ng bagong coating na produkto na may magandang performance. Ang istraktura ng produkto ay nakumpirma sa IR.

Susing salita:selulusa eter; synthesis; CAB; mga katangian ng patong

Selulusa eter ay isang natural na polimer, na nabuo sa pamamagitan ng paghalay ngβ-asukal. Ang selulusa ay may mataas na antas ng polimerisasyon, isang mahusay na antas ng oryentasyon, at mahusay na katatagan ng kemikal. Maaari itong makuha sa pamamagitan ng kemikal na paggamot sa selulusa (esterification o etherification). Isang serye ng mga cellulose derivatives, ang mga produktong ito ay malawakang ginagamit sa mga plastik, biodegradable lunch box, high-end na automotive coatings, mga piyesa ng sasakyan, mga tinta sa pag-print, pandikit, atbp. Sa kasalukuyan, ang mga bagong binagong uri ng selulusa ay patuloy na umuusbong, at ang mga larangan ng aplikasyon ay patuloy na lumalawak, unti-unting bumubuo ng sistema ng industriya ng hibla. Ang paksang ito ay ang paggamit ng sawdust o waste cotton para i-hydrolyzed sa maikling fibers sa pamamagitan ng lye, at pagkatapos ay chemically grafted at binago upang bumuo ng bagong uri ng coating na hindi naiulat sa dokumento.

1. Eksperimento

1.1 Reagents at instrumento

Waste cotton (hugasan at tuyo), NaOH, 1,4-butanediol, methanol, thiourea, urea, epoxy resin, acetic anhydride, butyric acid, trichloroethane, formic acid, glyoxal, toluene, CAB, atbp. (Purity is CP grade) . Ang Magna-IR 550 infrared spectrometer na ginawa ng Nicolet Company ng United States ay ginamit upang ihanda ang mga sample sa pamamagitan ng solvent tetrahydrofuran coating. Tu-4 viscometer, FVXD3-1 type constant temperature self-controlled electric stirring reaction kettle, na ginawa ng Weihai Xiangwei Chemical Machinery Factory; rotational viscometer NDJ-7, Z-10MP5 type, na ginawa ng Shanghai Tianping Instrument Factory; ang molecular weight ay sinusukat ng Ubbelohde viscosity; Ang paghahanda at pagsubok ng paint film ay isasagawa ayon sa pambansang pamantayan GB-79.

1.2 Prinsipyo ng reaksyon

1.3 Sintesis

Synthesis ng epoxy cellulose: Magdagdag ng 100g ng tinadtad na cotton fiber sa isang pare-parehong temperatura na self-controlled electric stirring reactor, magdagdag ng oxidant at mag-react sa loob ng 10 minuto, pagkatapos ay magdagdag ng alkohol at alkali upang makagawa ng lye na may konsentrasyon na 18%. Magdagdag ng mga accelerators A, B, atbp. para sa impregnation. Mag-react sa isang tiyak na temperatura sa ilalim ng vacuum sa loob ng 12 oras, salain, tuyo at timbangin ang 50g ng alkalized cellulose, magdagdag ng halo-halong solvent upang makagawa ng slurry, magdagdag ng catalyst at epoxy resin na may tiyak na molekular na timbang, magpainit hanggang 90~110℃para sa etherification reaction 4.0~ 6.0h hanggang ang mga reactant ay nahahalo. Magdagdag ng formic acid upang neutralisahin at alisin ang labis na alkali, paghiwalayin ang may tubig na solusyon at solvent, hugasan ng 80℃mainit na tubig upang alisin ang sodium salt, at tuyo para magamit sa ibang pagkakataon. Ang intrinsic viscosity ay sinusukat gamit ang isang Ubbelohde viscometer at ang lagkit-average na molekular na timbang ay kinakalkula ayon sa panitikan.

Ang acetate butyl cellulose ay inihanda ayon sa pamamaraan ng panitikan, timbangin ang 57.2g ng pinong koton, magdagdag ng 55g ng acetic anhydride, 79g ng butyric acid, 9.5g ng magnesium acetate, 5.1g ng sulfuric acid, gumamit ng butyl acetate bilang solvent, at mag-react sa isang tiyak na temperatura hanggang sa maging kwalipikado , neutralisahin sa pamamagitan ng pagdaragdag ng sodium acetate, namuo, sinala, hinugasan, sinala, at pinatuyo para magamit sa ibang pagkakataon. Kunin ang Cel-Ep, magdagdag ng naaangkop na halaga ng CAB at tiyak na pinaghalong solvent, painitin at haluin ng 0.5h upang bumuo ng pare-parehong makapal na likido, at ang paghahanda ng coating film at pagsubok sa pagganap ay sumusunod sa pamamaraang GB-79.

Pagpapasiya ng antas ng esterification ng cellulose acetate: unang dissolve cellulose acetate sa dimethyl sulfoxide, magdagdag ng isang metered na halaga ng alkali solution sa init at hydrolyze, at titrate ang hydrolyzed solution na may NaOH standard solution upang kalkulahin ang kabuuang pagkonsumo ng alkali. Pagpapasiya ng nilalaman ng tubig: Ilagay ang sample sa oven sa 100~105°C upang matuyo para sa 0.2h, timbangin at kalkulahin ang pagsipsip ng tubig pagkatapos ng paglamig. Pagpapasiya ng pagsipsip ng alkali: timbangin ang isang quantitative sample, i-dissolve ito sa mainit na tubig, magdagdag ng methyl violet indicator, at pagkatapos ay titrate na may 0.05mol/L H2SO4. Pagpapasiya ng antas ng pagpapalawak: Timbangin ang 50g sample, durugin ito at ilagay ito sa isang graduated tube, basahin ang volume pagkatapos ng electric vibration, at ihambing ito sa dami ng hindi alkalined cellulose powder upang kalkulahin ang expansion degree.

2. Mga resulta at talakayan

2.1 Ang kaugnayan sa pagitan ng konsentrasyon ng alkali at antas ng pamamaga ng selulusa

Ang reaksyon ng selulusa na may tiyak na konsentrasyon ng solusyon sa NaOH ay maaaring sirain ang regular at maayos na pagkikristal ng selulusa at gawing bukol ang selulusa. At ang iba't ibang mga degradasyon ay nangyayari sa lihiya, na binabawasan ang antas ng polimerisasyon. Ang mga eksperimento ay nagpapakita na ang antas ng pamamaga ng selulusa at ang dami ng alkali na nagbubuklod o adsorption ay tumataas sa konsentrasyon ng alkali. Ang antas ng hydrolysis ay tumataas sa pagtaas ng temperatura. Kapag ang konsentrasyon ng alkali ay umabot sa 20%, ang antas ng hydrolysis ay 6.8% sa t=100°C; ang antas ng hydrolysis ay 14% sa t=135°C. Kasabay nito, ipinapakita ng eksperimento na kapag ang alkali ay higit sa 30%, ang antas ng hydrolysis ng cellulose chain scission ay makabuluhang nabawasan. Kapag ang konsentrasyon ng alkali ay umabot sa 18%, ang kapasidad ng adsorption at antas ng pamamaga ng tubig ay ang pinakamataas, ang konsentrasyon ay patuloy na tumataas, bumaba nang husto sa isang talampas, at pagkatapos ay patuloy na nagbabago. Kasabay nito, ang pagbabagong ito ay medyo sensitibo sa impluwensya ng temperatura. Sa ilalim ng parehong konsentrasyon ng alkali, kapag ang temperatura ay mababa (<20°C), ang antas ng pamamaga ng selulusa ay malaki, at ang dami ng adsorption ng tubig ay malaki; sa mataas na temperatura, ang antas ng pamamaga at halaga ng adsorption ng tubig ay makabuluhan. bawasan.

Ang mga alkali fibers na may iba't ibang nilalaman ng tubig at nilalaman ng alkali ay tinutukoy ng paraan ng pagsusuri ng X-ray diffraction ayon sa panitikan. Sa aktwal na operasyon, ang 18%~20% lye ay ginagamit upang kontrolin ang isang tiyak na temperatura ng reaksyon upang mapataas ang antas ng pamamaga ng selulusa. Ipinakikita ng mga eksperimento na ang cellulose na na-react sa pamamagitan ng pag-init sa loob ng 6~12h ay maaaring matunaw sa mga polar solvents. Batay sa katotohanang ito, iniisip ng may-akda na ang solubility ng selulusa ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa antas ng pagkawasak ng hydrogen bond sa pagitan ng mga molekula ng selulusa sa mala-kristal na segment, na sinusundan ng antas ng pagkasira ng hydrogen bond ng mga intramolecular glucose group na C3-C2. Kung mas malaki ang antas ng pagkasira ng bono ng hydrogen, mas malaki ang antas ng pamamaga ng hibla ng alkali, at ang bono ng hydrogen ay ganap na nawasak, at ang panghuling hydrolyzate ay isang sangkap na nalulusaw sa tubig.

2.2 Epekto ng Accelerator

Ang pagdaragdag ng high-boiling-point na alkohol sa panahon ng cellulose alkalization ay maaaring tumaas ang temperatura ng reaksyon, at ang pagdaragdag ng isang maliit na halaga ng propellant tulad ng mas mababang alkohol at thiourea (o urea) ay maaaring lubos na magsulong ng pagtagos at pamamaga ng cellulose. Habang tumataas ang konsentrasyon ng alkohol, tumataas ang pagsipsip ng alkali ng selulusa, at mayroong biglaang pagbabago kapag ang konsentrasyon ay 20%, na maaaring ang monofunctional na alkohol ay tumagos sa mga molekula ng selulusa upang bumuo ng mga bono ng hydrogen na may selulusa, na pumipigil sa selulusa. mga molekula Ang mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga kadena at mga kadena ng molekular ay nagpapataas ng antas ng kaguluhan, nagpapataas ng lugar sa ibabaw, at nagpapataas ng dami ng alkali adsorption. Gayunpaman, sa ilalim ng parehong mga kondisyon, ang alkali absorption ng wood chips ay mababa, at ang curve ay nagbabago sa isang fluctuating state. Maaaring may kaugnayan ito sa mababang nilalaman ng selulusa sa mga chips ng kahoy, na naglalaman ng isang malaking halaga ng lignin, na humahadlang sa pagtagos ng alkohol, at may mahusay na paglaban sa tubig at paglaban sa alkali.

2.3 Etherification

Magdagdag ng 1% B catalyst, kontrolin ang iba't ibang temperatura ng reaksyon, at isagawa ang pagbabago ng etherification gamit ang epoxy resin at alkali fiber. Ang aktibidad ng reaksyon ng etherification ay mababa sa 80°C. Ang grafting rate ng Cel ay 28% lamang, at ang aktibidad ng etherification ay halos doble sa 110°C. Isinasaalang-alang ang mga kondisyon ng reaksyon tulad ng solvent, ang temperatura ng reaksyon ay 100°C, at ang oras ng reaksyon ay 2.5h, at ang rate ng paghugpong ng Cel ay maaaring umabot sa 41%. Bilang karagdagan, sa paunang yugto ng reaksyon ng etherification (<1.0h), dahil sa heterogenous na reaksyon sa pagitan ng alkali cellulose at epoxy resin, mababa ang grafting rate. Sa pagtaas ng Cel etherification degree, ito ay unti-unting nagiging homogenous na reaksyon, kaya ang reaksyon Ang aktibidad ay tumaas nang husto, at ang grafting rate ay tumaas.

2.4 Relasyon sa pagitan ng Cel grafting rate at solubility

Ipinakita ng mga eksperimento na pagkatapos ng paghugpong ng epoxy resin na may alkali cellulose, ang mga pisikal na katangian tulad ng lagkit ng produkto, adhesion, water resistance, at thermal stability ay maaaring makabuluhang mapabuti. Solubility test Ang produktong may Cel grafting rate <40% ay maaaring matunaw sa lower alcohol-ester, alkyd resin, polyacrylic acid resin, acrylic pimaric acid at iba pang resins. Ang Cel-Ep resin ay may halatang solubilizing effect.

Pinagsama sa pagsubok ng coating film, ang mga blend na may grafting rate na 32%~42% sa pangkalahatan ay may mas mahusay na compatibility, at ang blends na may grafting rate na <30% ay may mahinang compatibility at mababang gloss ng coating film; ang grafting rate ay mas mataas kaysa sa 42%, ang kumukulong tubig na paglaban, paglaban sa alkohol, at polar organic solvent resistance ng coating film ay nabawasan. Upang mapabuti ang pagiging tugma ng materyal at pagganap ng coating, idinagdag ng may-akda ang CAB ayon sa pormula sa Talahanayan 1 upang higit pang matunaw at baguhin upang isulong ang magkakasamang pananatili ng Cel-Ep at CAB. Ang halo ay bumubuo ng isang tinatayang homogenous na sistema. Ang kapal ng interface ng komposisyon ng timpla ay malamang na napakanipis at subukang nasa estado ng mga nano-cell.

2.5 Relasyon sa pagitan ni Cel—Ep/CAB blending ratio at pisikal na katangian

Gamit ang Cel-Ep upang ihalo sa CAB, ipinapakita ng mga resulta ng pagsusuri sa coating na ang cellulose acetate ay maaaring makabuluhang mapabuti ang mga katangian ng patong ng materyal, lalo na ang bilis ng pagpapatuyo. Ang dalisay na bahagi ng Cel-Ep ay mahirap matuyo sa temperatura ng silid. Pagkatapos magdagdag ng CAB, ang dalawang materyales ay may malinaw na pagkakatugma ng pagganap.

2.6 FTIR spectrum detection

3. Konklusyon

(1) Ang cotton cellulose ay maaaring bumukol sa 80°C na may >18% concentrated alkali at isang serye ng mga additives, dagdagan ang temperatura ng reaksyon, pahabain ang oras ng reaksyon, dagdagan ang antas ng pamamaga at pagkasira hanggang sa ganap itong ma-hydrolyzed.

(2) Etherification reaksyon, ang Cel-Ep molar feed ratio ay 2, ang reaksyon temperatura ay 100°C, ang oras ay 5h, ang catalyst dosage ay 1%, at ang etherification grafting rate ay maaaring umabot sa 32%~42%.

(3) Blending modification, kapag ang molar ratio ng Cel-Ep:CAB=3:2, ang performance ng synthesized na produkto ay maganda, ngunit ang purong Cel-Ep ay hindi maaaring gamitin bilang patong, bilang pandikit lamang.