Сгъстителят, известен също като желиращ агент, се нарича още паста или хранително лепило, когато се използва в храната. Основната му функция е да увеличи вискозитета на материалната система, да поддържа материалната система в еднородно и стабилно състояние на суспензия или емулгирано състояние или да образува гел. Сгъстителите могат бързо да увеличат вискозитета на продукта, когато се използват. По-голямата част от механизма на действие на сгъстителите е да се използва разширяване на структурата на макромолекулната верига за постигане на цели за сгъстяване или за образуване на мицели и вода за образуване на триизмерна мрежова структура за сгъстяване. Той има характеристиките на по-малко дозиране, бързо стареене и добра стабилност и се използва широко в храните, покритията, лепилата, козметиката, детергентите, печатането и боядисването, проучването на нефт, каучука, медицината и други области. Най-ранният сгъстител е водоразтворимият естествен каучук, но приложението му е ограничено поради високата му цена, дължаща се на голямата доза и ниската му производителност. Сгъстителят от второ поколение се нарича още сгъстител за емулгиране, особено след появата на сгъстителя за емулгиране масло-вода, той се използва широко в някои индустриални области. Емулгиращите сгъстители обаче трябва да използват голямо количество керосин, което не само замърсява околната среда, но също така създава опасности за безопасността при производството и приложението. Въз основа на тези проблеми се появиха синтетични сгъстители, особено подготовката и приложението на синтетични сгъстители, образувани чрез съполимеризация на водоразтворими мономери като акрилова киселина и подходящо количество омрежващи мономери, бяха бързо разработени.
Видове уплътнители и механизъм на уплътняване
Има много видове сгъстители, които могат да бъдат разделени на неорганични и органични полимери, а органичните полимери могат да бъдат разделени на естествени полимери и синтетични полимери.
Повечето от естествените полимерни сгъстители са полизахариди, които имат дълга история на употреба и много разновидности, главно включително целулозен етер, гума арабика, гума рожков, гума гуар, ксантанова гума, хитозан, алгинова киселина, натрий и нишесте и неговите денатурирани продукти и др. Натриева карбоксиметил целулоза (CMC), етил целулоза (EC), хидроксиетил целулоза (HEC), хидроксипропил целулоза (HPC), метил хидроксиетил целулоза (MHEC) в целулозни етерни продукти) и метил хидроксипропил целулоза (MHPC) са известни като индустриален мононатриев глутамат. , и са били широко използвани в нефтени сондажи, строителство, покрития, храни, лекарства и ежедневни химикали. Този вид сгъстител е направен главно от естествена полимерна целулоза чрез химическо действие. Zhu Ganghui вярва, че натриевата карбоксиметил целулоза (CMC) и хидроксиетил целулозата (HEC) са най-широко използваните продукти в целулозните етерни продукти. Те са хидроксилните и етерификационните групи на анхидроглюкозната единица на целулозната верига. (реакция на хлороцетна киселина или етиленов оксид). Целулозните сгъстители се сгъстяват чрез хидратиране и разширяване на дълги вериги. Механизмът на сгъстяване е следният: основната верига от целулозни молекули се свързва с околните водни молекули чрез водородни връзки, което увеличава обема на течността на самия полимер, като по този начин увеличава обема на самия полимер. системен вискозитет. Неговият воден разтвор е ненютонова течност и неговият вискозитет се променя със скоростта на срязване и няма нищо общо с времето. Вискозитетът на разтвора нараства бързо с увеличаване на концентрацията и той е един от най-широко използваните сгъстители и реологични добавки.
Катионната гума гуар е естествен съполимер, извлечен от бобови растения, който има свойствата на катионно повърхностно активно вещество и полимерна смола. На вид е светложълт прах, без мирис или леко ароматизиран. Състои се от 80% полизахарид D2 маноза и D2 галактоза с 2∀1 високомолекулен полимерен състав. Неговият 1% воден разтвор има вискозитет от 4000~5000mPas. Ксантановата гума, известна още като ксантанова гума, е анионен полимерен полизахарид, получен чрез ферментация на нишесте. Той е разтворим в студена или гореща вода, но неразтворим в общи органични разтворители. Характеристиката на ксантанова гума е, че може да поддържа равномерен вискозитет при температура от 0 ~ 100 и все още има висок вискозитет при ниска концентрация и има добра термична стабилност. ), той все още има отлична разтворимост и стабилност и може да бъде съвместим със соли с висока концентрация в разтвора и може да произведе значителен синергичен ефект, когато се използва със сгъстители на полиакрилова киселина. Хитинът е естествен продукт, глюкозаминов полимер и катионен сгъстител.
Натриевият алгинат (C6H7O8Na)n се състои главно от натриева сол на алгинова киселина, която е съставена от aL мануронова киселина (M единица) и bD гулуронова киселина (G единица), свързани с 1,4 гликозидни връзки и съставени от различни GGGMMM фрагменти от съполимери. Натриевият алгинат е най-често използваният сгъстител за текстилен печат с реактивни багрила. Печатният текстил има ярки шарки, ясни линии, висока цветоотдача, равномерна цветоотдаване, добра пропускливост и пластичност. Той се използва широко при щамповането на памук, вълна, коприна, найлон и други тъкани.
синтетичен полимерен сгъстител
1. Химически омрежващ синтетичен полимерен сгъстител
Синтетичните сгъстители в момента са най-продаваният и най-широката гама продукти на пазара. Повечето от тези сгъстители са микрохимични омрежени полимери, неразтворими във вода и могат само да абсорбират вода, за да набъбнат и да се сгъстят. Сгъстителят на полиакрилна киселина е широко използван синтетичен сгъстител и неговите методи за синтез включват емулсионна полимеризация, обратна емулсионна полимеризация и утаителна полимеризация. Този тип сгъстител е разработен бързо поради бързия си сгъстяващ ефект, ниската цена и по-малкото дозиране. Понастоящем този тип сгъстител се полимеризира от три или повече мономера, а основният мономер обикновено е водоразтворим мономер, като акрилова киселина, малеинова киселина или малеинов анхидрид, метакрилова киселина, акриламид и 2 акриламид. 2-метил пропан сулфонат и др.; вторият мономер обикновено е акрилат или стирен; третият мономер е мономер с омрежващ ефект, като N, N метиленбисакриламид, бутилен диакрилатен естер или дипропилен фталат и др.
Механизмът на сгъстяване на сгъстителя на полиакрилната киселина има два вида: сгъстяване чрез неутрализация и сгъстяване чрез водородно свързване. Неутрализиране и сгъстяване е да се неутрализира киселинният сгъстител на полиакрилова киселина с алкални вещества, за да се йонизират неговите молекули и да се генерират отрицателни заряди по протежение на основната верига на полимера, разчитайки на отблъскването между зарядите от един и същи пол, за да се насърчи разтягането на молекулната верига Отворете, за да образувате мрежа структура за постигане на уплътняващ ефект. Удебеляването на водородната връзка е, че молекулите на полиакриловата киселина се комбинират с вода, за да образуват хидратиращи молекули и след това се комбинират с хидроксилни донори като нейонни повърхностно активни вещества с 5 или повече етокси групи. Чрез еднополовото електростатично отблъскване на карбоксилатните йони се образува молекулната верига. Спираловидното разширение става подобно на пръчка, така че извитите молекулярни вериги се развързват във водната система, за да образуват мрежеста структура за постигане на сгъстяващ ефект. Различната стойност на pH на полимеризацията, неутрализиращият агент и молекулното тегло имат голямо влияние върху сгъстяващия ефект на сгъстяващата система. В допълнение, неорганичните електролити могат значително да повлияят на ефективността на сгъстяване на този тип сгъстител, едновалентните йони могат само да намалят ефективността на сгъстяване на системата, двувалентните или тривалентните йони могат не само да разредят системата, но и да произведат неразтворима утайка. Следователно електролитната устойчивост на поликарбоксилатните сгъстители е много слаба, което го прави невъзможно да се прилага в области като експлоатацията на нефт.
В индустриите, където сгъстителите се използват най-широко, като текстил, петролно проучване и козметика, изискванията за ефективност на сгъстителите, като устойчивост на електролити и ефективност на сгъстяване, са много високи. Сгъстителят, получен чрез полимеризация в разтвор, обикновено има относително ниско молекулно тегло, което прави ефективността на сгъстяване ниска и не може да отговори на изискванията на някои индустриални процеси. Сгъстителите с високо молекулно тегло могат да бъдат получени чрез емулсионна полимеризация, обратна емулсионна полимеризация и други методи на полимеризация. Поради слабата електролитна устойчивост на натриевата сол на карбоксилната група, добавянето на нейонни или катионни мономери и мономери със силна електролитна устойчивост (като мономери, съдържащи групи на сулфонова киселина) към полимерния компонент може значително да подобри вискозитета на сгъстителя. Устойчивостта на електролита го прави да отговаря на изискванията в промишлени области като третичното възстановяване на нефт. Откакто обратната емулсионна полимеризация започна през 1962 г., полимеризацията на високомолекулна полиакрилова киселина и полиакриламид е доминирана от обратна емулсионна полимеризация. Изобретява метода на емулсионна кополимеризация на азотсъдържащ и полиоксиетилен или неговата редуваща се кополимеризация с полиоксипропиленово полимеризирано повърхностноактивно вещество, омрежващ агент и мономер на акрилова киселина за приготвяне на емулсия на полиакрилова киселина като сгъстител и постига добър сгъстяващ ефект и има добър анти-електролит изпълнение. Ариана Бенети и др. използва метода на обратната емулсионна полимеризация за съполимеризиране на акрилова киселина, мономери, съдържащи групи на сулфонова киселина и катионни мономери, за да изобрети сгъстител за козметика. Благодарение на въвеждането на групи на сулфонова киселина и кватернерни амониеви соли със силна антиелектролитна способност в структурата на сгъстителя, полученият полимер има отлични сгъстяващи и антиелектролитни свойства. Мартиал Пабон и др. използва обратна емулсионна полимеризация за съполимеризиране на макромономери на натриев акрилат, акриламид и изооктилфенол полиоксиетилен метакрилат за получаване на водоразтворим сгъстител с хидрофобна асоциация. Charles A. и др. използват акрилова киселина и акриламид като съмономери за получаване на сгъстител с високо молекулно тегло чрез обратна емулсионна полимеризация. Zhao Junzi и други използваха полимеризация в разтвор и обратна емулсионна полимеризация, за да синтезират хидрофобни асоциирани полиакрилатни сгъстители и сравниха процеса на полимеризация и производителността на продукта. Резултатите показват, че в сравнение с полимеризацията в разтвор и обратната емулсионна полимеризация на акрилова киселина и стеарил акрилат, хидрофобният асоциационен мономер, синтезиран от акрилова киселина и полиоксиетиленов етер на мастен алкохол, може да бъде ефективно подобрен чрез обратна емулсионна полимеризация и съполимеризация на акрилова киселина. Електролитна устойчивост на сгъстители. Хе Пинг обсъди няколко въпроса, свързани с получаването на сгъстител на полиакрилна киселина чрез обратна емулсионна полимеризация. В тази статия амфотерният съполимер е използван като стабилизатор, а метиленбисакриламидът е използван като омрежващ агент за иницииране на амониев акрилат за обратна емулсионна полимеризация за получаване на високоефективен сгъстител за пигментен печат. Изследвани са ефектите на различни стабилизатори, инициатори, съмономери и агенти за прехвърляне на веригата върху полимеризацията. Посочва се, че съполимерът на лаурил метакрилат и акрилова киселина може да се използва като стабилизатор, а двата редокс инициатора, бензоилдиметиланилин пероксид и натриев терт-бутил хидропероксид метабисулфит, могат едновременно да инициират полимеризация и да получат определен вискозитет. бяла каша. Смята се, че устойчивостта на сол на амониев акрилат, съполимеризиран с по-малко от 15% акриламид, се увеличава.
2. Синтетичен полимерен сгъстител с хидрофобна асоциация
Въпреки че химически омрежени сгъстители на полиакрилова киселина са широко използвани, въпреки че добавянето на мономери, съдържащи сулфонови киселинни групи към състава на сгъстителя, може да подобри неговото антиелектролитно действие, все още има много сгъстители от този тип. Дефекти, като лоша тиксотропия на сгъстителната система и др. Подобреният метод е да се въведе малко количество хидрофобни групи в неговата хидрофилна основна верига, за да се синтезират хидрофобни асоциативни сгъстители. Хидрофобните асоциативни сгъстители са новоразработени сгъстители през последните години. В молекулярната структура има хидрофилни части и липофилни групи, проявяващи определена повърхностна активност. Асоциативните сгъстители имат по-добра солеустойчивост от неасоциативните сгъстители. Това е така, защото асоциирането на хидрофобни групи отчасти противодейства на склонността към къдрене, причинена от йон-екраниращия ефект, или пространствената бариера, причинена от по-дългата странична верига, частично отслабва йон-екраниращия ефект. Ефектът на асоцииране спомага за подобряване на реологията на сгъстителя, което играе огромна роля в действителния процес на прилагане. В допълнение към хидрофобните асоциативни сгъстители с някои структури, докладвани в литературата, Tian Dating et al. също съобщава, че хексадецил метакрилат, хидрофобен мономер, съдържащ дълги вериги, е съполимеризиран с акрилова киселина за получаване на асоциативни сгъстители, съставени от бинарни съполимери. Синтетичен сгъстител. Проучванията показват, че определено количество омрежващи мономери и хидрофобни дълговерижни мономери могат значително да повишат вискозитета. Ефектът на хексадецилметакрилата (HM) в хидрофобния мономер е по-голям от този на лаурилметакрилата (LM). Ефективността на асоциативните омрежени сгъстители, съдържащи хидрофобни дълговерижни мономери, е по-добра от тази на неасоциативните омрежени сгъстители. На тази основа изследователската група също синтезира асоциативен сгъстител, съдържащ терполимер на акрилова киселина/акриламид/хексадецил метакрилат чрез обратна емулсионна полимеризация. Резултатите доказват, че както хидрофобната асоциация на цетилметакрилат, така и нейонният ефект на пропионамида могат да подобрят ефективността на сгъстяване на сгъстителя.
Хидрофобният асоцииран полиуретанов сгъстител (HEUR) също беше силно развит през последните години. Предимствата му не са лесни за хидролизиране, стабилен вискозитет и отлична строителна производителност в широк спектър от приложения като стойност на pH и температура. Механизмът на сгъстяване на полиуретановите сгъстители се дължи главно на неговата специална триблокова полимерна структура под формата на липофилен-хидрофилен-липофилен, така че краищата на веригата са липофилни групи (обикновено алифатни въглеводородни групи), а средата е водоразтворима хидрофилна сегмент (обикновено полиетилен гликол с по-високо молекулно тегло). Изследван е ефектът на размера на хидрофобната крайна група върху ефекта на сгъстяване на HEUR. Използвайки различни методи за изпитване, полиетилен гликолът с молекулно тегло 4000 беше ограничен с октанол, додецилов алкохол и октадецилов алкохол и сравнен с всяка хидрофобна група. Размер на мицела, образуван от HEUR във воден разтвор. Резултатите показват, че късите хидрофобни вериги не са достатъчни за HEUR да образува хидрофобни мицели и ефектът на сгъстяване не е добър. В същото време, сравнявайки стеарилов алкохол и полиетилен гликол с терминиран лаурил алкохол, размерът на мицелите на първия е значително по-голям от този на последния и се заключава, че дългият хидрофобен верижен сегмент има по-добър сгъстяващ ефект.
Основни области на приложение
Печат и боядисване на текстил
Добрият печатен ефект и качеството на текстилния и пигментния печат зависят до голяма степен от ефективността на пастата за печат, а добавянето на сгъстител играе жизненоважна роля за нейното представяне. Добавянето на сгъстител може да направи отпечатания продукт с висок добив на цветове, ясен печатен контур, ярък и пълен цвят и да подобри пропускливостта и тиксотропността на продукта. В миналото естественото нишесте или натриевият алгинат са били използвани най-вече като сгъстител за пасти за печат. Поради трудността при направата на паста от естествено нишесте и високата цена на натриевия алгинат, той постепенно се заменя с акрилни щампи и сгъстители за боядисване. Анионната полиакрилова киселина има най-добър сгъстяващ ефект и в момента е най-широко използваният сгъстител, но този вид сгъстител все още има дефекти, като устойчивост на електролити, тиксотропия на цветната паста и добив на цвят по време на печат. Средната стойност не е идеална. Подобреният метод е да се въведе малко количество хидрофобни групи в неговата хидрофилна основна верига, за да се синтезират асоциативни сгъстители. Понастоящем сгъстителите за печат на вътрешния пазар могат да бъдат разделени на естествени сгъстители, сгъстители за емулгиране и синтетични сгъстители според различни суровини и методи на приготвяне. Повечето, тъй като съдържанието на твърдо вещество може да бъде по-високо от 50%, ефектът на сгъстяване е много добър.
боя на водна основа
Подходящото добавяне на сгъстители към боята може ефективно да промени характеристиките на течността на бояджийската система и да я направи тиксотропна, като по този начин придава на боята добра стабилност при съхранение и обработваемост. Сгъстител с отлична производителност може да увеличи вискозитета на покритието по време на съхранение, да попречи на отделянето на покритието и да намали вискозитета по време на високоскоростно нанасяне на покритие, да увеличи вискозитета на покриващия филм след нанасяне на покритие и да предотврати появата на увисване. Традиционните сгъстители на бои често използват водоразтворими полимери, като високомолекулна хидроксиетилцелулоза. В допълнение, полимерните сгъстители могат също да се използват за контролиране на задържането на влага по време на процеса на покриване на хартиени продукти. Наличието на сгъстители може да направи повърхността на хартията с покритие по-гладка и по-равномерна. По-специално сгъстителят за набъбваща емулсия (HASE) има характеристики против пръски и може да се използва в комбинация с други видове сгъстители за значително намаляване на грапавостта на повърхността на хартията с покритие. Например, латексната боя често среща проблема с отделянето на вода по време на производство, транспортиране, съхранение и строителство. Въпреки че отделянето на водата може да се забави чрез увеличаване на вискозитета и диспергируемостта на латексовата боя, подобни корекции често са ограничени и по-важното е чрез избора на сгъстител и неговото съвпадение за решаване на този проблем.
добив на масло
При екстракцията на масло, за да се получи висок добив, проводимостта на определена течност (като хидравлична мощност и т.н.) се използва за разбиване на слоя течност. Течността се нарича течност за разбиване или течност за разбиване. Целта на фрактурирането е да се образуват пукнатини с определен размер и проводимост във формацията и неговият успех е тясно свързан с работата на използваната фрактурираща течност. Течностите за разбиване включват течности за разбиване на водна основа, течности за разбиване на основата на масло, течности за разбиване на алкохолна основа, емулгирани течности за разбиване и течности за разбиване на пяна. Сред тях течността за разбиване на водна основа има предимствата на ниска цена и висока безопасност и в момента е най-широко използваната. Сгъстителят е основната добавка в течността за разбиване на водна основа и неговото развитие е преминало през почти половин век, но получаването на сгъстител за течност за разбиване с по-добро представяне винаги е било изследователската посока на учените у нас и в чужбина. Понастоящем се използват много видове полимерни сгъстители за разбиваща течност на водна основа, които могат да бъдат разделени на две категории: естествени полизахариди и техните производни и синтетични полимери. С непрекъснатото развитие на технологията за извличане на нефт и увеличаването на трудностите при добива, хората поставят по-нови и по-високи изисквания за флуид за разбиване. Тъй като те са по-адаптивни към сложни среди на образувания, отколкото естествените полизахариди, синтетичните полимерни сгъстители ще играят по-голяма роля при високотемпературно разбиване на дълбоки кладенци.
Ежедневни химикали и храна
Понастоящем има повече от 200 вида сгъстители, използвани в ежедневната химическа промишленост, включително главно неорганични соли, повърхностноактивни вещества, водоразтворими полимери и мастни алкохоли/мастни киселини. Използват се най-вече в перилни препарати, козметика, пасти за зъби и други продукти. Освен това сгъстителите се използват широко и в хранително-вкусовата промишленост. Те се използват главно за подобряване и стабилизиране на физическите свойства или форми на храната, увеличаване на вискозитета на храната, придаване на лепкав и приятен вкус на храната и играят роля в сгъстяването, стабилизирането и хомогенизирането. , емулгиращ гел, маскиране, овкусяване и подслаждане. Сгъстителите, използвани в хранително-вкусовата промишленост, включват естествени сгъстители, получени от животни и растения, както и синтетични сгъстители като CMCNa и пропилей гликол алгинат. В допълнение, сгъстителите са широко използвани в медицината, производството на хартия, керамиката, обработката на кожа, галванопластиката и др.
2.Неорганичен сгъстител
Неорганичните сгъстители включват два класа с ниско молекулно тегло и високо молекулно тегло, а сгъстителите с ниско молекулно тегло са главно водни разтвори на неорганични соли и повърхностноактивни вещества. Използваните в момента неорганични соли включват главно натриев хлорид, калиев хлорид, амониев хлорид, натриев сулфат, натриев фосфат и пентанатриев трифосфат, сред които натриевият хлорид и амониевият хлорид имат по-добри сгъстяващи ефекти. Основният принцип е, че повърхностно активните вещества образуват мицели във воден разтвор и наличието на електролити увеличава броя на мицелните асоциации, което води до трансформация на сферични мицели в пръчковидни мицели, увеличавайки съпротивлението на движение и по този начин увеличавайки вискозитета на системата . Въпреки това, когато електролитът е прекомерен, той ще повлияе на мицеларната структура, ще намали съпротивлението на движение и по този начин ще намали вискозитета на системата, което е така нареченият ефект на изсоляване.
Неорганичните сгъстители с високо молекулно тегло включват бентонит, атапулгит, алуминиев силикат, сепиолит, хекторит и др. Сред тях бентонитът има най-голяма търговска стойност. Основният механизъм на сгъстяване се състои от тиксотропни гелообразни минерали, които набъбват чрез абсорбиране на вода. Тези минерали обикновено имат слоеста структура или разширена решетъчна структура. Когато се диспергират във вода, металните йони в нея дифундират от ламеларните кристали, набъбват с напредването на хидратацията и накрая се отделят напълно от ламеларните кристали, за да образуват колоидна суспензия. течност. По това време повърхността на ламеларния кристал има отрицателен заряд, а ъглите му имат малко количество положителен заряд поради появата на решетъчни повърхности на счупване. В разреден разтвор отрицателните заряди на повърхността са по-големи от положителните заряди в ъглите и частиците се отблъскват една друга, без да се удебеляват. Въпреки това, с увеличаване на концентрацията на електролита, зарядът на повърхността на ламелите намалява и взаимодействието между частиците се променя от силата на отблъскване между ламелите към силата на привличане между отрицателните заряди на повърхността на ламелите и положителните. заряди в ъглите на ръба. Вертикално омрежени заедно, за да образуват структура на къща от карти, причинявайки подуване, за да се получи гел за постигане на сгъстяващ ефект. По това време неорганичният гел се разтваря във вода, за да образува силно тиксотропен гел. В допълнение, бентонитът може да образува водородни връзки в разтвор, което е от полза за образуването на триизмерна мрежова структура. Процесът на сгъстяване на неорганична гелна хидратация и образуване на къщичка за карти е показан на схематична диаграма 1. Интеркалиране на полимеризирани мономери към монтморилонит за увеличаване на разстоянието между слоевете и след това in situ интеркалационна полимеризация между слоевете може да произведе полимер/монтморилонит органично-неорганичен хибрид сгъстител. Полимерните вериги могат да преминат през листове монтморилонит, за да образуват полимерна мрежа. За първи път Kazutoshi et al. използва монтморилонит на основата на натрий като омрежващ агент за въвеждане на полимерна система и подготви монтморилонит омрежен чувствителен към температура хидрогел. Liu Hongyu и др. използва монтморилонит на основата на натрий като омрежващ агент, за да синтезира нов тип сгъстител с висока антиелектролитна производителност и тества сгъстяваща производителност и анти-NaCl и други електролитни характеристики на композитния сгъстител. Резултатите показват, че омреженият сгъстител с Na-монтморилонит има отлични антиелектролитни свойства. Освен това има и неорганични и други органични сгъстители, като синтетичния сгъстител, приготвен от M.Chtourou и други органични производни на амониеви соли и тунизийска глина, принадлежаща към монтморилонита, която има добър сгъстяващ ефект.
Време на публикуване: 11 януари 2023 г