论文部分内容阅读
随着传统化学工业发展带来的环境污染以及能源紧缺问题日趋严重,纤维素衍生物作为一种原料来源广泛、可降解、无污染的可再生生物质高分子材料逐渐引起了人们的关注,发展纤维素衍生物来替代传统工业产品势在必行。醋酸丁酸纤维素(CAB)是一种极其重要的纤维素衍生物,具有溶解性好、柔韧性强、易成膜等突出优点。因此,本文以课题组研发的机械活化固相酯化法制备CAB,并探讨不同聚合度的纤维素原料和不同反应时间对产物结构、成膜性能和涂料应用性能的影响。研究内容和结果如下:(1)以不同聚合度的微晶纤维素(DP≈200)(MCC)、棉纤维素(DP≈1000)(C1000)、蔗渣浆粕纤维素(DP≈1300)(BPF)和棉纤维素(DP≈2500)(C2500)为原料,乙酸酐和正丁酸为酯化剂,浓硫酸为催化剂,制备不同反应时间的CAB。利用SEM、1H-NMR、13C-NMR、FT-IR、XRD和TGA等仪器对纤维素原料和产物的结构进行表征。SEM表明不同纤维素原料表面形貌具有较大差异,CAB的表面形貌与原料表面形貌相差较大;1H-NMR分析表明,以微晶纤维素为原料、反应时间为60 min时所得CAB的丁酰基取代度最高;13C-NMR分析表明,采用机械活化法制备的CAB的丁酰基分布为C-6>C-3>C-2,乙酰基分布为C-3>C-2>C-6,而采用传统液相法制备的CAB的丁酰基和乙酰基分布均为C-3>C-2>C-6。FT-IR结果表明,不同纤维素原料均能成功酯化为CAB;XRD结果表明,MCC、C1000、BPF和C2500的相对结晶度分别为90.37、83.13、69.30和81.30%,酯化反应后新基团的接入使其产生新的衍射峰;TGA分析表明,CAB的热稳定性低于相应纤维素原料的热稳定性,以棉纤维素为原料、反应时间为60 min所制备的CAB的热稳定性最佳。(2)以上述所制备的CAB为成膜物,探讨铸膜液溶剂、成膜环境、纤维素原料和反应时间对CAB膜性能的影响并确定最佳成膜条件,同时将不同工艺制备的CAB膜性能进行对比。结果表明:最佳成膜条件为以棉纤维素为原料、反应时间为60 min所制备的CAB作为成膜物,混合溶剂作为铸膜液溶剂,ABS板作为底材,在敞开体系下成膜。机械活化法制备的CAB与传统液相法制备的CAB以及市售CAB 321-0.1在成膜性能上无明显差异。(3)以机械活化法制备的CAB为成膜物,珠光粉为颜料,三元氯醋树脂为成膜助剂,混合溶剂为涂料溶剂,二甲苯为稀释剂配制珠光涂料,通过测试漆膜的光泽度、硬度、抗掉漆性、耐摩擦性、耐溶剂性、耐水性和冷热冲击性,探讨颜基比、成膜助剂用量、稀释剂用量、成膜物所用纤维素原料和反应时间对漆膜性能的影响,确定最佳珠光涂料配方,并在最佳配方下与传统液相法制备的CAB和市售CAB的漆膜性能进行对比。结果表明,珠光涂料最佳配方为:以棉纤维素为原料、反应时间为60 min所制备的CAB为成膜物,颜基比为7%,成膜助剂用量为2.5%,稀释剂用量为20%。在最佳配方下,机械活化法制备的CAB与传统液相法制备的CAB以及市售CAB在漆膜性能上无明显差异,说明以机械活化法制备的CAB作为珠光涂料成膜剂具有较好的实际应用性。