Ether Cellulose trên nhựa Epoxy

Bông và mùn cưa thải được sử dụng làm nguyên liệu thô và được thủy phân thành chất kiềmete xenlulodưới tác dụng của 18% kiềm và một loạt chất phụ gia. Sau đó sử dụng nhựa epoxy để ghép, tỷ lệ mol của nhựa epoxy và sợi kiềm là 0,5:1,0, nhiệt độ phản ứng là 100°C, thời gian phản ứng là 5,0 giờ, liều lượng chất xúc tác là 1% và tỷ lệ ghép ether hóa là 32%. Hỗn hợp ete epoxy cellulose thu được được phối trộn với 0,6mol Cel-Ep và 0,4mol CAB để tổng hợp nên sản phẩm màng phủ mới có tính năng hoạt động tốt. Cấu trúc sản phẩm đã được xác nhận bằng IR.

Từ khóa:ete xenlulo; tổng hợp; CAB; tính chất lớp phủ

Cellulose ether là một loại polymer tự nhiên, được hình thành bằng cách ngưng tụβ-glucozơ. Cellulose có mức độ trùng hợp cao, mức độ định hướng tốt và độ ổn định hóa học tốt. Nó có thể thu được bằng cách xử lý hóa học cellulose (ester hóa hoặc ether hóa). Một loạt các dẫn xuất cellulose, các sản phẩm này được sử dụng rộng rãi trong nhựa, hộp cơm trưa có thể phân hủy sinh học, sơn ô tô cao cấp, phụ tùng ô tô, mực in, chất kết dính, v.v. Hiện nay, các loại cellulose biến tính mới không ngừng xuất hiện và các lĩnh vực ứng dụng đang ngày càng phát triển. không ngừng mở rộng, từng bước hình thành hệ thống công nghiệp sợi. Đề tài này sử dụng mùn cưa hoặc bông thải được thủy phân thành các sợi ngắn bằng dung dịch kiềm, sau đó ghép và biến tính hóa học để tạo thành một loại màng phủ mới chưa được đề cập trong tài liệu.

1. Thí nghiệm

1.1 Thuốc thử và dụng cụ

Bông thải (đã giặt và sấy khô), NaOH, 1,4-butanediol, metanol, thiourea, urê, nhựa epoxy, anhydrit axetic, axit butyric, trichloroethane, axit formic, glyoxal, toluene, CAB, v.v. (Độ tinh khiết thuộc loại CP) . Máy quang phổ hồng ngoại Magna-IR 550 do Công ty Nicolet của Hoa Kỳ sản xuất được sử dụng để chuẩn bị mẫu bằng lớp phủ tetrahydrofuran dung môi. Máy đo độ nhớt Tu-4, ấm đun nước phản ứng khuấy điện tự điều khiển nhiệt độ không đổi loại FVXD3-1, do Nhà máy Máy hóa chất Weihai Xiangwei sản xuất; nhớt kế quay NDJ-7, loại Z-10MP5, do Nhà máy dụng cụ Tianping Thượng Hải sản xuất; trọng lượng phân tử được đo bằng độ nhớt Ubbelohde; Việc chuẩn bị và kiểm tra màng sơn phải được thực hiện theo tiêu chuẩn quốc gia GB-79.

1.2 Nguyên lý phản ứng

1.3 Tổng hợp

Tổng hợp epoxy cellulose: Cho 100g sợi bông đã cắt nhỏ vào lò khuấy điện tự điều khiển ở nhiệt độ không đổi, thêm chất oxy hóa và phản ứng trong 10 phút, sau đó thêm rượu và kiềm để tạo thành dung dịch kiềm có nồng độ 18%. Thêm chất tăng tốc A, B, v.v. để ngâm tẩm. Phản ứng ở nhiệt độ nhất định trong chân không trong 12 giờ, lọc, sấy khô và cân 50g cellulose đã kiềm hóa, thêm dung môi hỗn hợp để tạo thành bùn, thêm chất xúc tác và nhựa epoxy có trọng lượng phân tử cụ thể, đun nóng đến 90 ~ 110oCđối với phản ứng ether hóa 4,0 ~ 6,0 giờ cho đến khi các chất phản ứng có thể trộn được. Thêm axit formic để trung hòa và loại bỏ kiềm dư, tách dung dịch nước và dung môi, rửa bằng 80oCnước nóng để loại bỏ muối natri và phơi khô để sử dụng sau. Độ nhớt nội tại được đo bằng nhớt kế Ubbelohde và trọng lượng phân tử trung bình của độ nhớt được tính toán theo tài liệu.

Acetate butyl cellulose được điều chế theo phương pháp tài liệu, cân 57,2g bông tinh chế, thêm 55g anhydrit axetic, 79g axit butyric, 9,5g magiê axetat, 5,1g axit sunfuric, sử dụng butyl axetat làm dung môi và phản ứng ở nhiệt độ nhất định cho đến khi đủ tiêu chuẩn, trung hòa bằng cách thêm natri axetat, kết tủa, lọc, rửa, lọc và sấy khô để sử dụng sau. Lấy Cel-Ep, thêm lượng CAB thích hợp và dung môi hỗn hợp cụ thể, đun nóng và khuấy trong 0,5 giờ để tạo thành chất lỏng đặc đồng nhất, quá trình chuẩn bị và kiểm tra hiệu suất màng phủ theo phương pháp GB-79.

Xác định mức độ este hóa của cellulose axetat: đầu tiên hòa tan cellulose axetat trong dimethyl sulfoxide, thêm một lượng dung dịch kiềm đã đo để đun nóng và thủy phân, sau đó chuẩn độ dung dịch thủy phân bằng dung dịch chuẩn NaOH để tính tổng lượng kiềm tiêu thụ. Xác định hàm lượng nước: Đặt mẫu vào lò nung ở nhiệt độ 100~105°C để khô trong 0,2h, cân và tính độ hút nước sau khi làm nguội. Xác định độ hấp thụ kiềm: cân một lượng mẫu, hòa tan trong nước nóng, thêm chỉ thị tím metyl, sau đó chuẩn độ bằng 0,05mol/L H2SO4. Xác định độ giãn nở: Cân 50g mẫu, nghiền nhỏ cho vào ống chia độ, đọc thể tích sau khi rung điện, so sánh với thể tích bột xenlulo không kiềm để tính độ giãn nở.

2. Kết quả và thảo luận

2.1 Mối liên quan giữa nồng độ kiềm và độ trương nở của xenlulo

Phản ứng của cellulose với dung dịch NaOH nồng độ nhất định có thể phá hủy sự kết tinh đều đặn và có trật tự của cellulose và làm cho cellulose phồng lên. Và nhiều sự phân hủy khác nhau xảy ra trong dung dịch kiềm, làm giảm mức độ trùng hợp. Các thí nghiệm cho thấy mức độ trương nở của cellulose và lượng liên kết hoặc hấp phụ kiềm tăng theo nồng độ kiềm. Mức độ thủy phân tăng khi nhiệt độ tăng. Khi nồng độ kiềm đạt 20% thì mức độ thủy phân là 6,8% tại t=100°C; mức độ thủy phân là 14% tại t=135°C. Đồng thời, thí nghiệm cho thấy khi nồng độ kiềm lớn hơn 30% thì mức độ thủy phân phân cắt chuỗi cellulose giảm đáng kể. Khi nồng độ kiềm đạt 18%, khả năng hấp phụ và độ trương nở của nước là tối đa, nồng độ tiếp tục tăng, giảm mạnh về trạng thái ổn định rồi thay đổi đều đặn. Đồng thời, sự thay đổi này khá nhạy cảm với ảnh hưởng của nhiệt độ. Dưới cùng một nồng độ kiềm, khi nhiệt độ thấp (<20°C), mức độ trương nở của cellulose lớn và lượng nước hấp phụ lớn; ở nhiệt độ cao, mức độ trương nở và lượng hấp phụ nước là đáng kể. giảm bớt.

Sợi kiềm có hàm lượng nước và hàm lượng kiềm khác nhau được xác định bằng phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X theo tài liệu. Trong hoạt động thực tế, dung dịch kiềm 18% ~ 20% được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ phản ứng nhất định nhằm tăng mức độ trương nở của cellulose. Các thí nghiệm cho thấy cellulose phản ứng bằng cách đun nóng trong 6 ~ 12 giờ có thể hòa tan trong dung môi phân cực. Dựa trên thực tế này, tác giả cho rằng độ hòa tan của cellulose đóng vai trò quyết định đến mức độ phá hủy liên kết hydro giữa các phân tử cellulose trong đoạn tinh thể, tiếp đến là mức độ phá hủy liên kết hydro của các nhóm glucose nội phân tử C3-C2. Mức độ phá hủy liên kết hydro càng lớn thì mức độ trương nở của sợi kiềm càng lớn và liên kết hydro bị phá hủy hoàn toàn và chất thủy phân cuối cùng là chất hòa tan trong nước.

2.2 Tác dụng của máy gia tốc

Thêm rượu có nhiệt độ sôi cao trong quá trình kiềm hóa xenlulo có thể làm tăng nhiệt độ phản ứng và thêm một lượng nhỏ chất đẩy như cồn thấp hơn và thiourea (hoặc urê) có thể thúc đẩy đáng kể sự xâm nhập và trương nở của xenlulo. Khi nồng độ rượu tăng, khả năng hấp thụ kiềm của cellulose tăng lên và có điểm thay đổi đột ngột khi nồng độ 20%, có thể rượu đơn chức thẩm thấu vào phân tử cellulose hình thành liên kết hydro với cellulose, ngăn cản cellulose phân tử Liên kết hydro giữa các chuỗi và chuỗi phân tử làm tăng mức độ rối loạn, tăng diện tích bề mặt và tăng lượng hấp phụ kiềm. Tuy nhiên, trong cùng điều kiện, độ hấp thụ kiềm của dăm gỗ thấp và đường cong thay đổi ở trạng thái dao động. Có thể liên quan đến hàm lượng cellulose trong dăm gỗ thấp, chứa lượng lớn lignin, cản trở sự xâm nhập của cồn, đồng thời có khả năng chống nước, kháng kiềm tốt.

2.3 Ether hóa

Thêm chất xúc tác 1% B, kiểm soát các nhiệt độ phản ứng khác nhau và tiến hành biến đổi quá trình ete hóa bằng nhựa epoxy và sợi kiềm. Hoạt tính phản ứng ether hóa thấp ở mức 80°C. Tỷ lệ ghép của Cel chỉ là 28% và hoạt động ether hóa gần gấp đôi ở 110°C. Xét điều kiện phản ứng như dung môi thì nhiệt độ phản ứng là 100°C, thời gian phản ứng là 2,5h, tỷ lệ ghép Cel có thể đạt 41%. Ngoài ra, ở giai đoạn đầu của phản ứng ether hóa (<1,0h), do phản ứng không đồng nhất giữa cellulose kiềm và nhựa epoxy nên tốc độ ghép thấp. Với sự gia tăng mức độ ether hóa Cel, nó dần chuyển thành phản ứng đồng nhất, do đó phản ứng Hoạt động tăng mạnh và tốc độ ghép tăng lên.

2.4 Mối quan hệ giữa tốc độ ghép Cel và độ hòa tan

Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng sau khi ghép nhựa epoxy với cellulose kiềm, các tính chất vật lý như độ nhớt, độ bám dính, khả năng chống nước và độ ổn định nhiệt của sản phẩm có thể được cải thiện đáng kể. Kiểm tra độ hòa tan Sản phẩm có tỷ lệ ghép Cel <40% có thể hòa tan trong rượu-ester thấp hơn, nhựa alkyd, nhựa axit polyacrylic, axit pimaric acrylic và các loại nhựa khác. Nhựa Cel-Ep có tác dụng hòa tan rõ ràng.

Kết hợp với thử nghiệm màng phủ, hỗn hợp có tỷ lệ ghép 32% ~ 42% thường có khả năng tương thích tốt hơn và hỗn hợp có tỷ lệ ghép <30% có khả năng tương thích kém và độ bóng của màng phủ thấp; tỷ lệ ghép cao hơn 42%, khả năng chịu nước sôi, kháng cồn và kháng dung môi hữu cơ phân cực của màng phủ giảm. Để cải thiện khả năng tương thích vật liệu và hiệu suất phủ, tác giả đã bổ sung CAB theo công thức trong Bảng 1 để tiếp tục hòa tan và biến tính nhằm thúc đẩy sự cùng tồn tại của Cel-Ep và CAB. Hỗn hợp tạo thành một hệ thống đồng nhất gần đúng. Độ dày giao diện thành phần của hỗn hợp có xu hướng rất mỏng và cố gắng ở trạng thái tế bào nano.

2.5 Mối quan hệ giữa Cel—Tỷ lệ pha trộn Ep/CAB và tính chất vật lý

Sử dụng Cel-Ep để pha trộn với CAB, kết quả thử nghiệm lớp phủ cho thấy cellulose acetate có thể cải thiện đáng kể tính chất lớp phủ của vật liệu, đặc biệt là tốc độ khô. Thành phần nguyên chất của Cel-Ep khó khô ở nhiệt độ phòng. Sau khi thêm CAB, hai vật liệu này có sự bổ sung hiệu suất rõ ràng.

2.6 Phát hiện phổ FTIR

3. Kết luận

(1) Cellulose của bông có thể trương nở ở nhiệt độ 80°C với kiềm đậm đặc >18% và hàng loạt chất phụ gia, làm tăng nhiệt độ phản ứng, kéo dài thời gian phản ứng, tăng mức độ trương nở và phân hủy cho đến khi bị thủy phân hoàn toàn.

(2) Phản ứng ether hóa, tỷ lệ cấp mol Cel-Ep là 2, nhiệt độ phản ứng là 100°C, thời gian là 5h, liều lượng chất xúc tác là 1% và tỷ lệ ghép ether hóa có thể đạt 32% ~ 42%.

(3) Sửa đổi cách pha trộn, khi tỷ lệ mol của Cel-Ep:CAB=3:2, hiệu suất của sản phẩm tổng hợp là tốt, nhưng Cel-Ep nguyên chất không thể được sử dụng làm lớp phủ mà chỉ được sử dụng làm chất kết dính.