RU2106368C1 - Method for production of epoxy nitrates of cellulose for polymer base of solid polymer coatings, adhesives and solid fuel - Google Patents

Method for production of epoxy nitrates of cellulose for polymer base of solid polymer coatings, adhesives and solid fuel Download PDF

Info

Publication number
RU2106368C1
RU2106368C1 RU95109017A RU95109017A RU2106368C1 RU 2106368 C1 RU2106368 C1 RU 2106368C1 RU 95109017 A RU95109017 A RU 95109017A RU 95109017 A RU95109017 A RU 95109017A RU 2106368 C1 RU2106368 C1 RU 2106368C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nitrocellulose
production
epoxy
solid
adhesives
Prior art date
Application number
RU95109017A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95109017A (en
Inventor
Н.П. Логинов
В.С. Клименко
Е.В. Камнева
Original Assignee
Самарский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самарский государственный технический университет filed Critical Самарский государственный технический университет
Priority to RU95109017A priority Critical patent/RU2106368C1/en
Publication of RU95109017A publication Critical patent/RU95109017A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2106368C1 publication Critical patent/RU2106368C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

FIELD: production of polymers for solid polymer coatings, adhesives and solid fuel having decreased combustion rate. SUBSTANCE: nitrocellulose (nitrogen content in it being 12.5-13.5 %) or pyroxylin gunpowder is mixed with epoxy resin, peptizing agent and with stabilizing agent, the process is carried out in solution. Thus prepared product is affected by thermal mechanical treatment on heated rolls, the process takes place within 15-20 min at 70-80 C. Then fabric is rolled out and cooled, ratio of nitrocellulose and epoxy resin being (80:20)-(20:80). EFFECT: increased rate of reaction without using catalyst; simplified method for production of epoxy nitrates of cellulose; increased degree of epoxidation; increased degree of utilization of nitrocellulose gunpowder after their prolonged storage. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области получения полимеров для твердых полимерных покрытий, клеев и твердых топлив с пониженной скоростью горения. The invention relates to the field of producing polymers for solid polymer coatings, adhesives and solid fuels with a reduced burning rate.

В патентной литературе имеются сведения о получении нитроцеллюлозы (НЦ) с другими полимерами методом химической пластификации, например из сборника статей "Высокомолекулярные соединения. Целлюлоза и ее производные". М., Изд. АН СССР, 1965, с. 100-106. В частности, химическую пластификацию осуществляли путем взаимодействия с совмещающимися с НЦ гибкоцепными полимерами - полиметилметакрилатом практически без образования гомополимера с максимальным содержанием последнего в сополимере 28,5%, при этом сополимер имел повышенный начальный модуль упругости. The patent literature contains information on the production of nitrocellulose (SC) with other polymers by chemical plasticization, for example, from the collection of articles "High molecular weight compounds. Cellulose and its derivatives." M., ed. USSR Academy of Sciences, 1965, p. 100-106. In particular, chemical plasticization was carried out by interacting with flexible-chain polymers compatible with SC - polymethyl methacrylate with practically no formation of a homopolymer with a maximum content of the latter in the copolymer of 28.5%, while the copolymer had an increased initial elastic modulus.

Недостатком способа является большая длительность процесса и невысокий выход продукта, кроме того, в этом литературном источнике не описан способ получения эпоксинитратов целлюлозы (ЭНЦ). The disadvantage of this method is the long duration of the process and the low yield of the product, in addition, this literature does not describe a method for producing cellulose epoxynitrates (ESCs).

Прототипом способа является способ, в котором описан процесс конденсации 1,2-эпоксидов на нитроцеллюлозу (см. Патент Франции N 1259546 от 20.03.61. (А) Реферативный журнал "Химия", 1963, 12 T, 55 A). Согласно прототипу конденсацию 1,2-эпоксидов на НЦ производят в гомогенной среде в общем растворителе 1,2-эпоксида, НЦ и катализатора. В результате реакции получен продукт, содержащий 10,44% азота, этерифицированный на 1,94%. The prototype of the method is a method that describes the process of condensation of 1,2-epoxides on nitrocellulose (see French Patent N 1259546 from 03.20.61. (A) Journal of Chemistry, 1963, 12 T, 55 A). According to the prototype, the condensation of 1,2-epoxides on an SC is carried out in a homogeneous medium in a common solvent of 1,2-epoxide, an SC and a catalyst. The reaction resulted in a product containing 10.44% nitrogen, esterified at 1.94%.

Недостатком способа является необходимость применения катализатора и его последующее отделение, что усложняет технологию получения, а также невысокая степень эпоксидирования. Кроме того, в прототипе не описано получение ЭНЦ из вторичной НЦ, содержащийся в нитроцеллюлозных порохах после их отбраковки по истечении сроков хранения. The disadvantage of this method is the need to use a catalyst and its subsequent separation, which complicates the production technology, as well as a low degree of epoxidation. In addition, the prototype does not describe the production of ESCs from the secondary SC contained in nitrocellulose powders after they are rejected after the expiration of storage periods.

Задачей изобретения является ускорение реакции получения ЭНЦ без катализатора, упрощение процесса получения, увеличение степени эпоксидирования и утилизация нитроцеллюлозных порохов (НЦП) после их длительного хранения и отбраковки. The objective of the invention is to accelerate the reaction of obtaining ESCs without a catalyst, simplifying the production process, increasing the degree of epoxidation and disposal of nitrocellulose powders (NCP) after their long storage and rejection.

Это достигается тем, что высокоазотную НЦ с содержанием азота от 12,5 до 13,5%, в том числе содержащуюся в НЦП после окончания их срока хранения, растворяют в органическом растворителе, вводят в нее пластификатор и стабилизатор и смешивают с эпоксидной смолой в соотношении от 80:20 до 30:70 в массовых частях, а затем полученную механическую смесь вальцуют на горизонтальных вальцах с двумя обогреваемыми валками при температуре валков от 70 до 80oC. Продолжительность вальцевания - 15-20 мин при числе повторных прокаток 15-20 и величине зазоров между валками 0,8-1,2 мм. Полученный материал в виде "чулка" на валке срезают специальным ножом, имеющимся на вальцах, расправляют его на ровной поверхности стола и охлаждают. Этот материал является продуктом химической реакции между НЦ и эпоксидной смолой в присутствии пластификатора и стабилизатора химической стойкости. Он является термопластом, способным при температурах от 80 до 120oC и выдержке в течение 3-18 ч отверждаться в виде светло-коричневой прозрачной однородной пленки или покрытия. После получения в ЭНЦ определяли содержание азота и эпоксидных групп по известным методам путем титрования.This is achieved by the fact that a high-nitrogen SC with a nitrogen content of 12.5 to 13.5%, including that contained in the NCP after the end of their shelf life, is dissolved in an organic solvent, a plasticizer and a stabilizer are introduced into it and mixed with epoxy in the ratio from 80:20 to 30:70 in mass parts, and then the resulting mechanical mixture is rolled on horizontal rollers with two heated rollers at a temperature of rolls from 70 to 80 o C. Duration of rolling - 15-20 minutes with the number of repeated rolling 15-20 and the gap between the rolls 0.8-1.2 mm. The resulting material in the form of a "stocking" on the roll is cut with a special knife on the rollers, straightened on a flat table surface and cooled. This material is the product of a chemical reaction between NC and epoxy resin in the presence of a plasticizer and a chemical stability stabilizer. It is a thermoplastic capable of curing at temperatures from 80 to 120 o C and holding for 3-18 hours in the form of a light brown transparent homogeneous film or coating. After receiving in the ESC, the content of nitrogen and epoxy groups was determined by known methods by titration.

Приведем пример получения ЭНЦ. Let us give an example of obtaining an ECC.

Для получения ЭНЦ при соотношении НЦ:ЭС 50:50 возьмем высокоазотную НЦ или пороха 14/7 пироксилиновый с содержанием азота 13%, растворяем его в органическом растворителе при соотношении НЦ: растворитель 1:3 в массовых частях. Затем введем жидкий пластификатор и стабилизатор, перемешивая их с раствором НЦ в течение 3-3,5 мин. После этого берут соответствующую указанному соотношению навеску 30, разбавляют ее тем же растворителем до соотношения ЭС: растворитель 2:1, выгружают ее в растворенную НЦ и перемешивают ее в течение 2-3 мин при комнатной температуре. Полученную смесь постепенно выгружают из камеры смешения на вальцы и вальцуют ее на вальцах с двумя горизонтально расположенными валками при температуре от 70 до 80oC в течение 15-20 мин при числе повторных прокаток 15-20 и величине зазора между валками 0,8-1,2 мм. В ходе вальцевания растворитель улетучивается и его улавливают, конденсируют и повторно используют в качестве растворителя. Полученный ЭНЦ после механической обработки срезается с рабочего валка специальным ножом. Затем ЭНЦ охлаждают и от него берут пробы на анализ химического состава и определение его физико-химических и механических свойств.To obtain an ECC at a ratio of NTs: ES of 50:50, take a high-nitrogen SC or 14/7 pyroxylin powder with a nitrogen content of 13%, dissolve it in an organic solvent at a ratio of SC: solvent 1: 3 in mass parts. Then we introduce a liquid plasticizer and stabilizer, mixing them with a solution of SC for 3-3.5 minutes. After that, a weighed portion 30 is taken, diluted with the same solvent to the ES: solvent ratio 2: 1, it is discharged into the dissolved SC, and it is stirred for 2-3 minutes at room temperature. The resulting mixture is gradually unloaded from the mixing chamber onto the rollers and rolled onto the rollers with two horizontally located rolls at a temperature of from 70 to 80 ° C for 15-20 minutes with the number of repeated rolling of 15-20 and the gap between the rolls of 0.8-1 , 2 mm. During rolling, the solvent evaporates and is captured, condensed and reused as a solvent. After machining, the obtained ESC is cut from the work roll with a special knife. Then the ESCs are cooled and samples are taken from it to analyze the chemical composition and determine its physicochemical and mechanical properties.

Для подтверждения пригодности ЭНЦ по заявленному целевому назначению приведем конкретный пример использования его в качестве полимерной основы твердых покрытий. To confirm the suitability of the ESC for the declared purpose, we give a specific example of its use as a polymer base for hard coatings.

Для получения полимерного покрытия предложена следующая композиция, мас. ч.:
ЭНЦ с содержанием эпоксигрупп 2,5% - 80
Эпоксидная смола ЭД-20 - 5
Отвердитель - полиэтилен полиамин - 5
Наполнитель - углекислый магний - 10
Приготовленную механическую смесь после вальцевания при температуре 80oC подпрессовывали на гидропрессе к покрываемой поверхности из металла (сталь 3), предварительно обезжиренной этиловым спиртом, выдерживали в течение 30 мин под давлением 5 МПа, охладили покрытие до комнатной температуры и поставили в термошкаф на отверждение в течение 48 ч.
To obtain a polymer coating proposed the following composition, wt. hours:
ENC with the content of epoxy groups of 2.5% - 80
Epoxy resin ED-20 - 5
Hardener - polyethylene polyamine - 5
Filler - Magnesium Carbonate - 10
The prepared mechanical mixture after rolling at a temperature of 80 o C was pressed by a hydraulic press to a metal surface to be coated (steel 3), previously degreased with ethyl alcohol, kept for 30 min at a pressure of 5 MPa, the coating was cooled to room temperature and placed in a heating cabinet for curing in within 48 hours

Результаты испытания покрытия следующие. The coating test results are as follows.

Внешний вид - покрытие светло-коричневого цвета, гладкое, без видимых внешних дефектов, легко поддается шлифованию. Appearance - the coating is light brown in color, smooth, without visible external defects, easy to grind.

Адгезионная прочность на границе с металлом (на сдвиг) - 150 H/см2.The adhesive strength at the border with the metal (shear) is 150 N / cm 2 .

Прочность покрытия на отрыв - 240 H/см2.Peeling strength of the coating is 240 N / cm 2 .

Влагопоглощение при выдержке в воде в течение 24 ч по увеличению веса к исходному весу покрытия - 0,001%. Moisture absorption during exposure to water for 24 hours to increase the weight to the initial weight of the coating is 0.001%.

После хранения в комнатных условиях в течение 12 мес внешний вид покрытия и его технические характеристики остались без изменения. After storage at room conditions for 12 months, the appearance of the coating and its technical characteristics remained unchanged.

Результаты опытов по получению ЭНЦ и изучению его свойств приведены в таблице. The results of experiments to obtain the ESC and the study of its properties are shown in the table.

После получения ЭНЦ в ней определяли содержание эпоксидных групп по известному методу титрования. Для этого в ЭНЦ в растворе приливали заданное количество соляной кислоты, которая вступала в реакцию, а часть ее оставалась непрореагировавшей. Эту часть соляной кислоты оттитровывают 0,1 н. раствором едкого натра, и по разности израсходованного едкого натра в контрольном опыте и в опыте с ЭНЦ рассчитывали содержание эпоксидных групп с точностью 0,1%. After obtaining the ESC, the content of epoxy groups was determined in it by the known titration method. For this, a predetermined amount of hydrochloric acid was added to the ESC in the solution, which reacted, and part of it remained unreacted. This part of hydrochloric acid is titrated with 0.1 N. a solution of caustic soda, and the content of epoxy groups with an accuracy of 0.1% was calculated from the difference between the consumed caustic soda in the control experiment and in the experiment with the ESC.

Результаты анализа реакционной массы после вальцевания (табл. 1) на содержание эпоксидных групп показывают, что во всех опытах, кроме пятого, содержание их снизилось. Значит, при этом происходит химическая реакция НЦ с ЭС с израсходованием части реакционноспособных групп в ЭС на взаимодействие с НЦ с образованием ЭНЦ. Доказательством образования ЭНЦ является также то, что на термограммах дифференциального термического анализа исходной НЦ, выделенной из пироксилинового пороха, температура начала интенсивного разложения составила 187oC, а у ЭНЦ она составила 179oC при отсутствии каких-либо других пиков на термограмме ДТА.The results of the analysis of the reaction mass after rolling (Table 1) for the content of epoxy groups show that in all experiments except the fifth, their content decreased. This means that in this case a chemical reaction of the NTs with the ES occurs with the consumption of part of the reactive groups in the ES on the interaction with the NTs with the formation of the ENTs. Evidence of the formation of ESCs is also that on the thermograms of differential thermal analysis of the initial SC isolated from pyroxylin gunpowder, the temperature of the onset of intensive decomposition was 187 o C, while in the ESC it was 179 o C in the absence of any other peaks in the DTA thermogram.

Реакция образования ЭНЦ протекает при вальцевании при соотношении компонентов не менее 20:80 в системе НЦ:ЭС. Если смолы взято менее 20 мас. ч., то реакционная масса получается слишком жесткой, что повышает пожароопасность в ходе вальцевания из-за большой силы внешнего трения и повышенной температуры. Когда в реакционной массе много ЭС и мало НЦ при соотношении 80:20 мас. ч. соответственно, то образования ЭНЦ не происходит и число эпоксигрупп в ЭС остается неизменным (см. опыт 5 в табл. 1). При этом образец представляет собой механическую смесь в виде тестообразной массы, способной в дальнейшем к расслоению. The reaction of the formation of an ECC proceeds during rolling with a component ratio of at least 20:80 in the SC: ES system. If the resin is taken less than 20 wt. hours, the reaction mass is too rigid, which increases the fire hazard during rolling due to the large force of external friction and high temperature. When in the reaction mass there is a lot of ES and little SC at a ratio of 80:20 wt. h, respectively, the formation of the EEC does not occur and the number of epoxy groups in the ES remains unchanged (see experiment 5 in table 1). In this case, the sample is a mechanical mixture in the form of a pasty mass, capable of further delamination.

Физико-механические свойства, в частности прочность на разрыв, адгезионную прочность на сдвиг двух гладких поверхностей, склеенных друг с другом "внахлестку", определяли на разрывной машине РМУ-0,05-1 с электронным силоизмерителем. Образцы на разрыв получали из полотна в виде двухсторонней лопаточки. Скорости горения полотна ЭНЦ толщиной 1 мм определяли путем регистрации скорости распространения фронта пламени. Physico-mechanical properties, in particular tensile strength, adhesive shear strength of two smooth surfaces glued together “lap”, were determined on a tensile testing machine RMU-0.05-1 with an electronic force meter. Tear specimens were obtained from the web in the form of a double-sided spatula. The burning rates of an 1-mm thick ECC web were determined by recording the propagation velocity of the flame front.

Предложенный способ получения ЭНЦ позволяет получить ЭНЦ с достаточной механической прочностью, хорошей адгезией к дереву, металлу и пластмассе в ускоренном режиме из подлежащих утилизации нитроцеллюлозных порохов. The proposed method for producing ESCs allows to obtain ESCs with sufficient mechanical strength, good adhesion to wood, metal and plastic in accelerated mode from nitrocellulose powders to be disposed of.

Claims (1)

Способ получения эпоксинитратов целлюлозы для полимерной основы твердых полимерных покрытий, клеев и твердых топлив с использованием взаимодействия эпоксидов и нитроцеллюлозы в органическом растворителе, отличающийся тем, что высокоазотную нитроцеллюлозу с содержанием азота от 12,5 до 13,5% или пироксилиновый порох после его длительного хранения растворяют в органическом растворителе, смешивают со стабилизатором и пластификатором, а затем смешивают с эпоксидной смолой, подвергают вальцеванию на вальцах с двумя обогреваемыми валками с температурами от 70 до 80oС при продолжительности вальцевания от 15 до 20 мин с числом повторных прокаток от 15 и 20 и с величиной зазора между валками от 0,8 до 1,2 мм при следующем соотношении компонентом, мас.ч.:
Нитроцеллюлоза - 30 - 80
Эпоксидная смола - 20 - 70
Органический растворитель - 80 - 240к
A method of producing cellulose epoxynitrates for a polymer base of solid polymer coatings, adhesives and solid fuels using the interaction of epoxides and nitrocellulose in an organic solvent, characterized in that high-nitrogen nitrocellulose with a nitrogen content of 12.5 to 13.5% or pyroxylin powder after long-term storage dissolved in an organic solvent, mixed with a stabilizer and plasticizer, and then mixed with epoxy resin, subjected to rolling on rollers with two heated rollers with Temperature of from 70 to 80 o C for a duration of rolling of from 15 to 20 minutes with the number of repeated rollings 15 and 20 and with the magnitude of the roll gap of 0.8 to 1.2 mm in the following ratio, mass parts .:
Nitrocellulose - 30 - 80
Epoxy resin - 20 - 70
Organic solvent - 80 - 240k
RU95109017A 1995-06-01 1995-06-01 Method for production of epoxy nitrates of cellulose for polymer base of solid polymer coatings, adhesives and solid fuel RU2106368C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95109017A RU2106368C1 (en) 1995-06-01 1995-06-01 Method for production of epoxy nitrates of cellulose for polymer base of solid polymer coatings, adhesives and solid fuel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95109017A RU2106368C1 (en) 1995-06-01 1995-06-01 Method for production of epoxy nitrates of cellulose for polymer base of solid polymer coatings, adhesives and solid fuel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95109017A RU95109017A (en) 1997-04-20
RU2106368C1 true RU2106368C1 (en) 1998-03-10

Family

ID=20168400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95109017A RU2106368C1 (en) 1995-06-01 1995-06-01 Method for production of epoxy nitrates of cellulose for polymer base of solid polymer coatings, adhesives and solid fuel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2106368C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006117386A1 (en) * 2005-05-03 2006-11-09 Evonik Degussa Gmbh Method for chemically modifying polysaccharides
US7994110B2 (en) 2005-05-03 2011-08-09 Evonik Degussa Gmbh Solid redispersible emulsion

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Высокомолекулярные соединения. Целлюлоза и ее производные", М., изд. АН СССР, 1963, с. 100-106. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006117386A1 (en) * 2005-05-03 2006-11-09 Evonik Degussa Gmbh Method for chemically modifying polysaccharides
US7994110B2 (en) 2005-05-03 2011-08-09 Evonik Degussa Gmbh Solid redispersible emulsion

Also Published As

Publication number Publication date
RU95109017A (en) 1997-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xi et al. Environmentally friendly chitosan adhesives for plywood bonding
US10597482B2 (en) Two-stage method for producing a polyurethane hot-melt adhesive with a low content of monomeric diisocyanate and a high initial strength
AU622407B2 (en) Primed polymeric surfaces for cyanoacrylate adhesives
US4985473A (en) Compositions for providing abherent coatings
JPS61185578A (en) Adhesive composition
WO1989006659A1 (en) Radiation-polymerizable cellulose esters
IE870153L (en) Functionalised oxacalixarenes
JP2015517973A (en) Polyfunctional monomer, method for producing polyfunctional monomer, polymerizable composition and product formed therefrom
CZ287996B6 (en) Moisture-curing polyurethane hot-melt adhesive
JP2010535909A5 (en)
RU2106368C1 (en) Method for production of epoxy nitrates of cellulose for polymer base of solid polymer coatings, adhesives and solid fuel
US2341398A (en) Adhesive composition
SE504650C2 (en) Absorbent cellulose product comprising cellulose fibers crosslinked by reaction with a polymer containing free acid or aldehyde groups and methods of preparing it
US5889078A (en) Organic polymer compound and production therof
JPS5848591B2 (en) High solids coating composition containing ester diol alkoxylate
Davies et al. An analysis of the surface chemical structure of polymethacrylate (Eudragit) film coating polymers by XPS
Habaue et al. Anionic polymerization of macrocyclic α-(alkoxymethyl) acrylates leading to novel vinyl polymer with crown ether type side chain
US2730459A (en) Pressure-sensitive adhesive tape
JPS5921892B2 (en) Cationically polymerizable radiation curable composition
Patel et al. Polymeric prodrugs. Synthesis, release study and antimicrobial properties of polymer‐bound acriflavine
CN113166380A (en) RMA crosslinkable polymers
US3804784A (en) Nitrocellulose/synthetic polymer adhesives
Borges et al. New bio-composites based on short fibre reinforced hydroxypropylcellulose films
DE3403691C1 (en) Tack-free backing sheet impregnated with curable aminoplast resin and coated with thermosetting coating resin for the surface finishing of flat cellulosic materials
Hwang et al. A facile post-modification strategy for carboxylic acid-functionalized UV-responsive pressure-sensitive adhesives