Ефір целюлози на епоксидній смолі

В якості сировини використовуються відходи бавовни та тирса, які гідролізуються до лугуефір целюлозипід дією 18% лугу і ряду добавок. Потім використовуйте епоксидну смолу для щеплення, молярне співвідношення епоксидної смоли та лужного волокна становить 0,5:1,0, температура реакції становить 100°C, час реакції становить 5,0 год, доза каталізатора становить 1%, а швидкість прищеплення етерифікації становить 32%. Отриманий ефір епоксидної целюлози змішують з 0,6 моль Cel-Ep і 0,4 моль CAB для синтезу нового продукту покриття з хорошими характеристиками. Структуру продукту підтверджено за допомогою ІЧ.

Ключові слова:ефір целюлози; синтез; CAB; властивості покриття

Целюлоза ефіру є природним полімером, який утворюється шляхом конденсаціїβ-глюкоза. Целюлоза має високий ступінь полімеризації, хороший ступінь орієнтації та добру хімічну стабільність. Його можна отримати шляхом хімічної обробки целюлози (етерифікація або етерифікація). Серія похідних целюлози, ці продукти широко використовуються у пластмасах, біологічно розкладаних ланч-боксах, високоякісних автомобільних покриттях, автозапчастинах, друкарських фарбах, клеях тощо. Наразі постійно з’являються нові модифіковані різновиди целюлози, а сфери застосування є постійно розширюється, поступово формуючи систему волоконної промисловості. Ця тема передбачає використання тирси або відходів бавовни для гідролізу на короткі волокна за допомогою лугу, а потім хімічного щеплення та модифікації для створення нового типу покриття, про яке не повідомляється в документі.

1. Експеримент

1.1 Реактиви та прилади

Відходи бавовни (промиті та висушені), NaOH, 1,4-бутандіол, метанол, тіосечовина, сечовина, епоксидна смола, оцтовий ангідрид, масляна кислота, трихлоретан, мурашина кислота, гліоксаль, толуол, CAB тощо (Чистота СР) . Для приготування зразків шляхом нанесення розчинника тетрагідрофурану використовували інфрачервоний спектрометр Magna-IR 550 фірми Nicolet, США. Віскозиметр Ту-4, реакційний чайник із електричним перемішуванням із постійною температурою типу FVXD3-1, виробництва Weihai Xiangwei Chemical Machinery Factory; ротаційний віскозиметр NDJ-7, тип Z-10MP5 виробництва Shanghai Tianping Instrument Factory; молекулярна маса вимірюється в'язкістю по Уббелоде; Підготовка та випробування плівки фарби повинні проводитися відповідно до національного стандарту GB-79.

1.2 Принцип реакції

1.3 Синтез

Синтез епоксидної целюлози: додайте 100 г подрібненого бавовняного волокна до реактора з електричним перемішуванням із постійною температурою, додайте окислювач і прореагуйте протягом 10 хвилин, потім додайте спирт і луг, щоб отримати луг із концентрацією 18%. Додайте прискорювачі А, В тощо для просочування. Проведіть реакцію при певній температурі під вакуумом протягом 12 годин, відфільтруйте, висушіть і зважте 50 г підщелаченої целюлози, додайте змішаний розчинник, щоб отримати суспензію, додайте каталізатор і епоксидну смолу з питомою молекулярною масою, нагрійте до 90~110℃для реакції етерифікації 4,0 ~ 6,0 год, поки реагенти не змішуються. Додайте мурашину кислоту для нейтралізації та видалення надлишку лугу, відокремте водний розчин і розчинник, промийте 80℃гарячої води, щоб видалити натрієву сіль, і висушити для подальшого використання. Характеристичну в'язкість вимірювали віскозиметром Ubbelohde, а середню молекулярну масу розраховували відповідно до літератури.

Ацетатбутилцелюлозу готують згідно з літературним методом, зважують 57,2 г очищеної бавовни, додають 55 г оцтового ангідриду, 79 г масляної кислоти, 9,5 г ацетату магнію, 5,1 г сірчаної кислоти, використовують бутилацетат як розчинник і реагують при певної температури до кваліфікованого, нейтралізують шляхом додавання ацетату натрію, осаджують, фільтрують, промивають, фільтрують і сушать для подальшого використання. Візьміть Cel-Ep, додайте відповідну кількість CAB та спеціального змішаного розчинника, нагрійте та перемішуйте протягом 0,5 години, щоб утворилася однорідна густа рідина, а потім підготуйте плівку покриття та перевірте ефективність за методом GB-79.

Визначення ступеня етерифікації ацетату целюлози: спочатку розчиняють ацетат целюлози в диметилсульфоксиді, додають відміряну кількість розчину лугу для нагрівання та гідролізу та титрують гідролізований розчин стандартним розчином NaOH для розрахунку загальної витрати лугу. Визначення вмісту води: помістіть зразок у духовку при 100~105°C для висихання протягом 0,2 години, зважують і розраховують водопоглинання після охолодження. Визначення поглинання лугом: зважте кількісну пробу, розчиніть її в гарячій воді, додайте індикатор метиловий фіолет, потім відтитруйте 0,05моль/л H2SO4. Визначення ступеня розширення: зважте 50 г зразка, подрібніть його та помістіть у градуйовану пробірку, зчитайте об’єм після електричної вібрації та порівняйте його з об’ємом нелужного порошку целюлози, щоб обчислити ступінь розширення.

2. Результати та їх обговорення

2.1 Залежність між концентрацією лугу та ступенем набухання целюлози

Реакція целюлози з певною концентрацією розчину NaOH може порушити регулярну та впорядковану кристалізацію целюлози та змусити целюлозу набухати. А в лугу відбуваються різні деградації, що знижують ступінь полімеризації. Експерименти показують, що ступінь набухання целюлози та кількість зв'язування або адсорбції лугу зростають із збільшенням концентрації лугу. Ступінь гідролізу зростає з підвищенням температури. При концентрації лугу 20% ступінь гідролізу становить 6,8% при t=100.°C; ступінь гідролізу 14% при t=135°С. У той же час експеримент показує, що при вмісті лугу більше 30% ступінь гідролізу розриву целюлозного ланцюга значно знижується. Коли концентрація лугу досягає 18%, адсорбційна здатність і ступінь набухання води максимальні, концентрація продовжує зростати, різко падає до плато, а потім рівномірно змінюється. При цьому ця зміна досить чутлива до впливу температури. При тій же концентрації лугу, коли температура низька (<20°C), ступінь набухання целюлози великий, а адсорбційна кількість води велика; при високій температурі ступінь набухання та кількість адсорбції води значні. зменшити.

Лужні волокна з різним вмістом води та лугу визначали методом рентгеноструктурного аналізу згідно з літературою. У фактичній роботі 18% ~ 20% лугу використовується для контролю певної температури реакції для збільшення ступеня набухання целюлози. Експерименти показують, що целюлоза, яка прореагувала нагріванням протягом 6 ~ 12 годин, може бути розчинена в полярних розчинниках. Виходячи з цього, автор вважає, що вирішальну роль у ступені руйнування водневих зв’язків між молекулами целюлози в кристалічному сегменті відіграє розчинність целюлози, а потім – ступінь руйнування внутрішньомолекулярних груп глюкози С3-С2. Чим більший ступінь руйнування водневого зв'язку, тим більший ступінь набухання лужного волокна, і водневий зв'язок повністю руйнується, і кінцевий гідролізат є водорозчинною речовиною.

2.2 Вплив прискорювача

Додавання спирту з високою точкою кипіння під час підлужнення целюлози може підвищити температуру реакції, а додавання невеликої кількості пропеленту, такого як нижчий спирт і тіосечовина (або сечовина), може значно сприяти проникненню та набуханню целюлози. Зі збільшенням концентрації спирту поглинання лугу целюлозою збільшується, і виникає раптова точка зміни, коли концентрація становить 20%, що може бути пов’язано з тим, що монофункціональний спирт проникає в молекули целюлози, утворюючи водневі зв’язки з целюлозою, запобігаючи целюлозі молекули Водневі зв’язки між ланцюгами та молекулярними ланцюгами збільшують ступінь невпорядкованості, збільшують площу поверхні та збільшують кількість адсорбції лугу. Однак за тих самих умов поглинання лугу деревною стружкою є низьким, і крива змінюється у стані коливань. Це може бути пов'язано з низьким вмістом целюлози в деревній трісці, яка містить велику кількість лігніну, який перешкоджає проникненню спирту, і має хорошу водостійкість і лугостійкість.

2.3 Етерифікація

Додайте 1% каталізатора B, контролюйте різні температури реакції та проведіть модифікацію етерифікації за допомогою епоксидної смоли та лужного волокна. Активність реакції етерифікації низька при 80°C. Швидкість щеплення Cel становить лише 28%, а активність етерифікації майже подвоюється при 110°C. Беручи до уваги умови реакції, такі як розчинник, температура реакції становить 100°C, а час реакції становить 2,5 години, а швидкість щеплення Cel може досягати 41%. Крім того, на початковій стадії реакції етерифікації (<1,0 год), через гетерогенну реакцію між лужною целюлозою та епоксидною смолою, швидкість щеплення є низькою. Зі збільшенням ступеня етерифікації Cel він поступово переходить в гомогенну реакцію, тому активність реакції різко зростає, а швидкість щеплення збільшується.

2.4 Зв'язок між швидкістю прищеплення клітин і розчинністю

Експерименти показали, що після щеплення епоксидної смоли лужною целюлозою фізичні властивості, такі як в’язкість продукту, адгезія, водостійкість і термічна стабільність, можуть бути значно покращені. Тест на розчинність. Продукт зі швидкістю прищеплення Cell <40% можна розчинити в нижчому ефірі спирту, алкідній смолі, поліакриловій кислоті, акриловій пімаровій кислоті та інших смолах. Смола Cel-Ep має очевидний ефект розчинення.

У поєднанні з випробуванням плівки покриття суміші зі ступенем щеплення 32%~42% зазвичай мають кращу сумісність, а суміші зі ступенем щеплення <30% мають погану сумісність і низький блиск плівки покриття; швидкість щеплення вище 42%, стійкість до кипіння води, стійкість до спирту та стійкість до полярних органічних розчинників плівки покриття знижується. Щоб покращити сумісність матеріалу та характеристики покриття, автор додав CAB відповідно до формули в таблиці 1 для подальшого розчинення та модифікації для сприяння співіснування Cel-Ep та CAB. Суміш утворює приблизну однорідну систему. Товщина межі розділу композиції суміші має тенденцію бути дуже тонкою та намагатися бути у стані нанокомірок.

2.5 Зв'язок між Cel—Співвідношення Ep/CAB та фізичні властивості

Використання Cel-Ep для змішування з CAB, результати випробування покриття показують, що ацетат целюлози може значно покращити властивості покриття матеріалу, особливо швидкість висихання. Чистий компонент Cel-Ep важко висушити при кімнатній температурі. Після додавання CAB ці два матеріали мають очевидну взаємодоповнюваність.

2.6 Виявлення спектру FTIR

3. Висновок

(1) Бавовняна целюлоза може набухати при 80°C з >18% концентрованим лугом і низкою добавок, підвищують температуру реакції, подовжують час реакції, збільшують ступінь набухання та деградації до повного гідролізу.

(2) Реакція етерифікації, молярне співвідношення подачі Cel-Ep становить 2, температура реакції становить 100°C, час становить 5 годин, доза каталізатора становить 1%, а швидкість прищеплення етерифікації може досягати 32% ~ 42%.

(3) Модифікація змішування, коли молярне співвідношення Cel-Ep:CAB=3:2, продуктивність синтезованого продукту хороша, але чистий Cel-Ep не можна використовувати як покриття, лише як клей.