本文關(guān)鍵詞：羧甲基纖維素化學(xué)改性及水性分散體的制備與性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本論文主要以棉纖維素為原料,通過(guò)不同程度的羧甲基化改性制備得到羧甲基纖維素(CMC),并對(duì)其接枝不同的功能基團(tuán),測(cè)試各種產(chǎn)物的性能,為其應(yīng)用提供指導(dǎo)。本論文主要合成了兩種產(chǎn)物:羧甲基纖維素硝酸酯(CMCN)及羧甲基纖維素乙酸丁酸酯(CMCAB),并對(duì)前者進(jìn)行了水性分散體的制備及性能研究。對(duì)CMCN,首先進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),確定目標(biāo)化合物的功能基團(tuán)比例范圍,再通過(guò)化學(xué)改性及測(cè)試手段,制備并確定產(chǎn)物功能基團(tuán)的比例。實(shí)驗(yàn)中,利用淤漿法合成具有不同取得程度的羧甲基纖維素,得到了一系列產(chǎn)物,取代度分別為:0.08,0.18,0.27,0.38,0.46。并對(duì)其進(jìn)行硝化處理,制備得到具備兩親性的CMCN。通過(guò)元素分析測(cè)得,對(duì)應(yīng)的CMCN含氮量分別為:13.09%,12.69%,11.97%,11.18%,10.17%,對(duì)應(yīng)硝酸酯基團(tuán)平均含量/重復(fù)單元2.69,2.55,2.32,2.08,1.80,運(yùn)用浸液法測(cè)得CMCN的密度分別為(g/cm-3):1.714,1.661,1.620,1.608,1.591。對(duì)CMCN的熱分解行為分析發(fā)現(xiàn),所有的CMCN樣品都在200℃左右出現(xiàn)了急劇分解,而且隨著CMC取代度由低到高(從0.08到0.38),CMCN的分解溫度呈現(xiàn)輕微上浮趨勢(shì),當(dāng)CMC取代度達(dá)到0.46時(shí),CMCN的分解溫度又略有下降。當(dāng)羧甲基取代度λ=0.38時(shí),最速分解峰達(dá)到最大213℃,比λ=0.08時(shí)提高了14.6%;當(dāng)λ=0.46是,最速分解峰略微下降達(dá)到第二高峰,為208℃,這說(shuō)明適當(dāng)減少硝酸酯基的含量,有利于降低產(chǎn)品的危險(xiǎn)性。此外,所有的樣品最速分解峰均在200℃左右,而且只有這一個(gè)分解峰,說(shuō)明CMCN受熱過(guò)程中間沒(méi)有晶形的改變而是直接分解掉了;即使當(dāng)溫度升至150℃時(shí),樣品也都沒(méi)有明顯的重量損失(重量損失≤5%)。依據(jù)溶解度參數(shù)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式,計(jì)算得到CMCN的估值溶解度參數(shù)(103(J/m3)1/2)分別為:16.38,15.85,15.28,15.06,14.69。對(duì)CMCN進(jìn)行了溶解試驗(yàn),分別測(cè)試了CMCN 5%wt的丙酮,乙酸乙酯,乙酸丁酯,乙二醇丁醚,正丁醇溶液,發(fā)現(xiàn)所有CMCN在丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙二醇丁醚中,均可得到溶解性能良好、均一、穩(wěn)定的溶液(除取代度為0.46的CMCN在乙酸丁酯和乙二醇丁醚中溶解含有極少量的游離纖維絲外,其余透光率均在95%以上);但正丁醇的溶液均不能溶解,而只能發(fā)生溶脹。羧甲基的取代度在0.46左右時(shí),存在一個(gè)轉(zhuǎn)變點(diǎn),超過(guò)這個(gè)點(diǎn),由其合成的CMCN在有機(jī)溶劑(主要指在乙酸丁酯、乙二醇丁醚中)中的溶解性能大為下降。對(duì)CMCN水性分散體干燥成膜后與水的接觸角測(cè)試發(fā)現(xiàn),接觸角從CMCN1(λ=0.08)的83°一直下降到CMCN5(λ=0.46)的38°,降低了54%。接觸角變化順序?yàn)?CMCN1 83°;CMCN2 63°;CMCN3 57°;CMCN4 51°;CMCN5 38°,接觸角顯著的降低表明,羧甲基基團(tuán)在賦予CMCN親水性能上起到了重要作用。通過(guò)上述試驗(yàn),得到最適宜制備CMCN水性分散體的功能基團(tuán)比例為:羧甲基0.35-0.40,硝酸酯基1.96-2.19,羥基0.46-0.64/每重復(fù)單元。針對(duì)CMCN還進(jìn)行了進(jìn)一步探討,分別研究了不同增塑劑用量及水量添加對(duì)漆膜性能的影響。所有的水性分散體呈剪切變稀的非牛頓流體。對(duì)增塑劑而言,隨著增塑劑的添加,漆膜的斷裂強(qiáng)度不斷下降,從開(kāi)始的8.46MPa下降到最后的5.13MPa,變化幅度達(dá)到39.4%,而斷裂伸長(zhǎng)率持續(xù)上升,從開(kāi)始的19.86%到最終的28.90%,變化幅度達(dá)到45.5%,說(shuō)明增塑劑的添加對(duì)漆膜的力學(xué)韌性具有巨大的影響,增塑劑合理用量以0.3%~0.4%之間為宜。對(duì)水量添加量而言,水在分散體中部分充當(dāng)了增塑劑的作用,當(dāng)水量添加量達(dá)到25.0%時(shí),制備的水性分散體不能長(zhǎng)久的儲(chǔ)存,其干燥的薄膜含有大量微小的氣泡,因而水量的添加不宜超過(guò)20.0%。實(shí)驗(yàn)中還合成了羧甲基纖維素乙酸丁酸酯(CMCAB),并在其功能基團(tuán)的模擬數(shù)據(jù)上進(jìn)行了淺短的探討。通過(guò)數(shù)據(jù)模擬分析得到了基團(tuán)含量數(shù)據(jù)庫(kù),并對(duì)比了不充分反應(yīng)時(shí)偏差的程度。
【關(guān)鍵詞】：羧甲基纖維素 纖維素混合醚酯 兩親性化學(xué)改性 分子結(jié)構(gòu) 水性分散體
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O636.11
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-25
• 1.1 纖維素及其衍生材料13-16
• 1.2 羧甲基纖維素及其化學(xué)改性16-17
• 1.3 纖維素酯17-19
• 1.3.1 纖維素?zé)o機(jī)酸酯17-18
• 1.3.2 纖維素有機(jī)酸酯18-19
• 1.4 溶解度參數(shù)及其應(yīng)用19-22
• 1.5 纖維素基材料在涂裝工業(yè)的應(yīng)用22-24
• 1.6 本論文的研究?jī)?nèi)容及研究意義24-25
• 第2章 羧甲基纖維素硝酸酯分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制備25-44
• 2.1 引言25-26
• 2.2 羧甲基纖維素硝酸酯（CMCN）分子設(shè)計(jì)26-29
• 2.3 CMCN的制備29-34
• 2.3.1 原料試劑29-30
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)儀器30
• 2.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟30-34
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表征34-37
• 2.4.1 羧甲基纖維素（CMC）取代度分析34-35
• 2.4.2 FTIR35
• 2.4.3 元素分析35-36
• 2.4.4 TG&DSC36
• 2.4.5 密度36-37
• 2.5 結(jié)果與討論37-44
• 2.5.1 羧甲基纖維素（CMC）羧甲基取代度分析37
• 2.5.2 FTIR分析37-38
• 2.5.3 元素分析38
• 2.5.4 TG&DSC38-42
• 2.5.5 密度42-44
• 第3章 羧甲基纖維素硝酸酯基水性分散體制備及性能研究44-66
• 3.1 引言44-45
• 3.2 CMCN基水性分散體復(fù)合溶劑的選擇45-51
• 3.3 CMCN溶解試驗(yàn)及結(jié)果51-54
• 3.4 CMCN基水性分散體的制備54-56
• 3.4.1 原料試劑54-55
• 3.4.2 實(shí)驗(yàn)儀器55
• 3.4.3 實(shí)驗(yàn)步驟55-56
• 3.5 漆膜實(shí)驗(yàn)分析56-60
• 3.5.1 成膜過(guò)程56-58
• 3.5.2 流變性58
• 3.5.3 接觸角58-60
• 3.6 CMCN4基水性分散體性能優(yōu)化研究60-66
• 3.6.1 增塑劑的用量對(duì)漆膜的影響60-62
• 3.6.2 水量添加對(duì)漆膜的影響62-66
• 第4章 羧甲基纖維素乙酸丁酸酯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制備66-77
• 4.1 引言66
• 4.2 CMCAB的分子結(jié)構(gòu)模擬66-70
• 4.3 CMCAB的制備70-71
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)藥品及器材70-71
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)反應(yīng)路線71
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及表征71-74
• 4.4.1 羧甲基纖維素（CMC）取代度分析71-72
• 4.4.2 表觀乙�；鶊F(tuán)含量分析72
• 4.4.3 乙酰基、丁�；繖z測(cè)72-74
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析74-75
• 4.5.1 羧甲基測(cè)試74
• 4.5.2 基團(tuán)含量分析結(jié)果74-75
• 4.6 CMCAB水性分散體75-77
• 4.6.1 CMCAB水性分散體的制備75
• 4.6.2 CMCAB水性分散體的噴涂效果75-77
• 結(jié)論77-78
• 參考文獻(xiàn)78-84
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單84-85
• 致謝85

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