Eigenschaften, Herstellung und Anwendung von Celluloseether in der Industrie

Es wurden die Arten, Herstellungsmethoden, Eigenschaften und Eigenschaften von Celluloseether sowie die Anwendungen von Celluloseether in der Erdöl-, Bau-, Papierherstellungs-, Textil-, Medizin-, Lebensmittel-, fotoelektrischen Materialien- und täglichen chemischen Industrie besprochen. Es wurden einige neue Sorten von Celluloseether-Derivaten mit Entwicklungsperspektiven eingeführt und ihre Anwendungsaussichten prognostiziert.

Schlüsselwörter:Celluloseether; Leistung; Anwendung; Cellulose-Derivate

Cellulose ist eine Art natürliche Polymerverbindung. Seine chemische Struktur ist ein Polysaccharid-Makromolekül mit wasserfreier β-Glucose als Basisring, mit einer primären Hydroxylgruppe und zwei sekundären Hydroxylgruppen an jedem Basisring. Durch chemische Modifikation kann eine Reihe von Cellulosederivaten erhalten werden, darunter auch Celluloseether. Celluloseether wird durch die Reaktion von Cellulose und NaOH gewonnen und dann mit verschiedenen funktionellen Monomeren wie Methanchlorid, Ethylenoxid, Propylenoxid usw. verethert, indem das Nebenprodukt Salz und Natriumcellulose gewaschen werden. Celluloseether ist ein wichtiges Derivat der Cellulose und kann in großem Umfang in der Medizin und im Gesundheitswesen, in der täglichen Chemie, in der Papier-, Lebensmittel-, Medizin-, Bau-, Material- und anderen Industrie eingesetzt werden. Daher hat die Entwicklung und Nutzung von Celluloseether eine positive Bedeutung für die umfassende Nutzung erneuerbarer Biomasseressourcen, die Entwicklung neuer Materialien und neuer Technologien.

1. Klassifizierung und Herstellung von Celluloseether

Die Klassifizierung von Celluloseethern wird im Allgemeinen anhand ihrer ionischen Eigenschaften in vier Kategorien unterteilt.

1.1 Nichtionischer Celluloseether

Nichtionischer Celluloseether ist hauptsächlich Cellulosealkylether. Das Herstellungsverfahren erfolgt durch Cellulose- und NaOH-Reaktion und anschließend mit einer Vielzahl funktioneller Monomere wie Methanchlorid, Ethylenoxid, Propylenoxid-Veretherungsreaktion und anschließendem Waschen des Nebenprodukts Salz und Natriumcellulose zu bekommen. Der Hauptbestandteil sind Methylcelluloseether, Methylhydroxyethylcelluloseether, Methylhydroxypropylcelluloseether, Hydroxyethylcelluloseether, Cyanoethylcelluloseether, Hydroxybutylcelluloseether. Seine Anwendung ist sehr breit.

1.2 Anionischer Celluloseether

Anionischer Celluloseether besteht hauptsächlich aus Carboxymethylcellulosenatrium und Carboxymethylhydroxyethylcellulosenatrium. Die Herstellungsmethode erfolgt durch die Reaktion von Cellulose und NaOH, anschließendes Verethern mit Monochloressigsäure oder Ethylenoxid, Propylenoxid und anschließendes Waschen des Nebenprodukts Salz und Natriumcellulose, um zu erhalten.

1,3 kationischer Celluloseether

Bei kationischem Celluloseether handelt es sich hauptsächlich um 3-Chlor-2-hydroxypropyltrimethylammoniumchlorid-Celluloseether. Die Herstellungsmethode erfolgt durch die Reaktion von Cellulose und NaOH und dann durch das kationische Veretherungsmittel 3 – Chlor – 2 – Hydroxypropyltrimethylammoniumchlorid oder Ethylenoxid, Propylenoxid zusammen mit einer Veretherungsreaktion und anschließend durch Waschen des Nebenprodukts Salz und Natrium Zellulose zu bekommen.

1.4 Zwitterionischer Celluloseether

Zwitterionischer Celluloseether weist sowohl anionische als auch kationische Gruppen in der Molekülkette auf. Das Herstellungsverfahren erfolgt durch Cellulose- und NaOH-Reaktion und anschließende Veretherungsreaktion mit Chloressigsäure und kationischem Veretherungsmittel 3 – Chlor – 2 Hydroxypropyltrimethylammoniumchlorid und anschließendes Waschen durch Nebenprodukt Salz und Natriumcellulose und erhalten.

2.die Eigenschaften und Eigenschaften von Celluloseether

2.1 Aussehensmerkmale

Celluloseether ist im Allgemeinen weiß oder milchig weiß, geschmacksneutral, ungiftig, hat ein fließfähiges faseriges Pulver, nimmt leicht Feuchtigkeit auf und löst sich in Wasser zu einem transparenten, viskosen, stabilen Kolloid auf.

2.2 Filmbildung und Haftung

Die Veretherung von Celluloseether hat großen Einfluss auf dessen Eigenschaften wie Löslichkeit, Filmbildungsfähigkeit, Bindungsstärke und Salztoleranz. Celluloseether weist eine hohe mechanische Festigkeit, Flexibilität, Hitzebeständigkeit und Kältebeständigkeit auf und ist mit einer Vielzahl von Harzen und Weichmachern gut verträglich. Er kann zur Herstellung von Kunststoffen, Filmen, Lacken, Klebstoffen, Latex und pharmazeutischen Beschichtungsmaterialien verwendet werden.

2.3 Löslichkeit

Methylcellulose ist in kaltem Wasser löslich, in heißem Wasser unlöslich, aber auch in einigen organischen Lösungsmitteln löslich; Methylhydroxyethylcellulose, löslich in kaltem Wasser, unlöslich in heißem Wasser und organischen Lösungsmitteln. Wenn jedoch die wässrige Lösung von Methylzellulose und Methylhydroxyethylzellulose erhitzt wird, fallen Methylzellulose und Methylhydroxyethylzellulose aus. Methylzellulose fiel bei 45 bis 60 °C aus, während gemischte veretherte Methylhydroxyethylzellulose bei 65 bis 80 °C ausfiel. Wenn die Temperatur sinkt, lösen sich die Niederschläge wieder auf.

Natriumhydroxyethylcellulose und Carboxymethylhydroxyethylcellulose sind bei jeder Temperatur in Wasser löslich, in organischen Lösungsmitteln jedoch (mit wenigen Ausnahmen) unlöslich.

2.4 Verdickung

Celluloseether wird in kolloidaler Form in Wasser gelöst und seine Viskosität hängt vom Polymerisationsgrad des Celluloseethers ab. Die Lösung enthält Makromoleküle zur Hydratation. Aufgrund der Verschränkung von Makromolekülen unterscheidet sich das Fließverhalten der Lösung von dem Newtonscher Flüssigkeiten, zeigt jedoch ein Verhalten, das sich mit der Änderung der Scherkräfte ändert. Aufgrund der makromolekularen Struktur von Celluloseether steigt die Viskosität der Lösung mit steigender Konzentration schnell an und nimmt mit steigender Temperatur schnell ab.

2.5 Abbaubarkeit

Celluloseether wird in der wässrigen Phase verwendet. Solange Wasser vorhanden ist, wachsen Bakterien. Das Wachstum von Bakterien führt zur Produktion von Enzymbakterien. Die Enzymbakterien führten dazu, dass die Bindung der unsubstituierten dehydrierten Glucoseeinheit neben dem Celluloseether aufbrach und das Molekulargewicht des Polymers abnahm. Wenn daher eine wässrige Lösung von Celluloseether über einen längeren Zeitraum haltbar gemacht werden soll, sollte dieser ein Konservierungsmittel zugesetzt werden, auch wenn antibakterieller Celluloseether verwendet wird.

3.die Anwendung von Celluloseether in der Industrie

3.1 Erdölindustrie

Natriumcarboxymethylcellulose wird hauptsächlich bei der Erdölförderung eingesetzt. Es wird bei der Herstellung von Schlamm verwendet, um die Viskosität zu erhöhen und den Wasserverlust zu verringern. Es kann verschiedenen löslichen Salzverschmutzungen widerstehen und die Ölrückgewinnungsrate verbessern.

Natriumcarboxymethylhydroxypropylzellulose und Natriumcarboxymethylhydroxyethylzellulose sind eine Art besseres Mittel zur Behandlung von Bohrschlamm und zur Herstellung flüssiger Komplettierungsmaterialien, hohe Aufschlussrate, Salzbeständigkeit, Kalziumbeständigkeit, gute Viskosifizierungsfähigkeit, Temperaturbeständigkeit (160℃). Geeignet für die Aufbereitung von Bohrflüssigkeiten aus Süßwasser, Meerwasser und gesättigtem Salzwasser. Unter dem Gewicht von Calciumchlorid kann Bohrflüssigkeit unterschiedlicher Dichte (103 ~ 1279 / cm3) gemischt werden, wodurch eine bestimmte Viskosität und eine geringe Filtration erzielt werden Kapazität, seine Viskosität und Filtrationskapazität sind besser als Hydroxyethylcellulose, ist ein guter Ölproduktionszusatz. Natriumcarboxymethylcellulose wird häufig im Prozess der Erdölförderung von Cellulosederivaten, in Bohrflüssigkeit, Zementierungsflüssigkeit, Frakturierungsflüssigkeit und zur Verbesserung der Ölproduktion verwendet, insbesondere ist der Bohrflüssigkeitsverbrauch größer, die Hauptstart- und Landungsfiltration und Viskosifizierung.

Hydroxyethylzellulose wird beim Bohren, Fertigstellen und Zementieren als Schlammverdickungsstabilisator verwendet. Da Hydroxyethylzellulose und Natriumcarboxymethylzellulose, Guarkernmehl im Vergleich zu guter Verdickungswirkung, Suspensionssand, hohem Salzgehalt, guter Wärmebeständigkeit und geringem Widerstand, weniger Flüssigkeitsverlust, gebrochenem Gummiblock und geringen Rückstandseigenschaften, weit verbreitet sind.

3.2 Bau- und Beschichtungsindustrie

Bau- und Putzmörtelzusatzmittel: Natriumcarboxymethylcellulose kann als Verzögerer, Wasserrückhaltemittel, Verdickungsmittel und Bindemittel verwendet werden, kann als Gipsuntergrund- und Zementunterputz, Dispergiermittel für Mörtel und Bodenausgleichsmaterial, Wasserrückhaltemittel und Verdickungsmittel verwendet werden. Dabei handelt es sich um eine Art spezielles Mauerwerks- und Putzmörtelzusatzmittel für Porenbetonsteine ​​aus Carboxymethylcellulose, das die Verarbeitbarkeit, Wasserspeicherung und Rissbeständigkeit des Mörtels verbessern und Risse und Hohlräume in der Steinwand verhindern kann.

Materialien zur Dekoration von Gebäudeoberflächen: Cao Mingqian und andere Methylzellulose bestehen aus einer Art umweltschonender Dekorationsmaterialien für Gebäudeoberflächen. Der Produktionsprozess ist einfach, sauber und kann für hochwertige Wände, Steinfliesenoberflächen und auch für Säulen verwendet werden , Tablet-Oberflächendekoration. Huang Jianping aus Carboxymethylzellulose ist eine Art Keramikfliesenversiegelung, die eine starke Haftkraft und ein gutes Verformungsvermögen aufweist, keine Risse erzeugt und nicht abfällt, einen guten wasserfesten Effekt, eine helle und farbenfrohe Farbe und eine ausgezeichnete dekorative Wirkung aufweist.

Anwendung in Beschichtungen: Methylzellulose und Hydroxyethylzellulose können als Stabilisator, Verdickungsmittel und Wasserrückhaltemittel für Latexbeschichtungen verwendet werden. Darüber hinaus können sie auch als Dispergiermittel, Viskosifizierungsmittel und Filmbildner für farbige Zementbeschichtungen verwendet werden. Die Zugabe von Celluloseether mit geeigneten Spezifikationen und Viskosität zu Latexfarbe kann die Konstruktionsleistung von Latexfarbe verbessern, Spritzer verhindern, die Lagerstabilität und die Deckkraft verbessern. Der Hauptabnehmerbereich im Ausland sind Latexbeschichtungen, daher werden Celluloseetherprodukte häufig zur ersten Wahl für Latexfarbenverdicker. Beispielsweise kann der modifizierte Methylhydroxyethylcelluloseether aufgrund seiner guten Gesamteigenschaften die führende Position im Verdickungsmittel von Latexfarben behaupten. Da Celluloseether beispielsweise einzigartige thermische Geleigenschaften und Löslichkeit, Salzbeständigkeit und Hitzebeständigkeit sowie eine entsprechende Oberflächenaktivität aufweist, kann er als Wasserrückhaltemittel, Suspensionsmittel, Emulgator, Filmbildner, Schmiermittel, Bindemittel und rheologisches Hilfsmittel verwendet werden .

3.3 Papierindustrie

Nasszusätze für Papier: CMC kann als Faserdispergiermittel und Papierverbesserer verwendet werden, kann dem Zellstoff zugesetzt werden, da Natriumcarboxymethylcellulose und Zellstoff- und Verpackungspartikel die gleiche Ladung haben, kann die Gleichmäßigkeit der Faser erhöhen und die Festigkeit verbessern Papier. Als im Inneren des Papiers hinzugefügter Verstärker erhöht es die Bindungskooperation zwischen den Fasern und kann die Zugfestigkeit, Bruchfestigkeit, Papierebenheit und andere physikalische Parameter verbessern. Als Leimungsmittel im Zellstoff kann auch Natriumcarboxymethylcellulose verwendet werden. Zusätzlich zu seinem eigenen Leimungsgrad kann es auch als Schutzmittel für Kolophonium, AKD und andere Leimungsmittel verwendet werden. Kationischer Celluloseether kann auch als Papierretentionshilfsfilter verwendet werden, verbessert die Retentionsrate von Feinfasern und Füllstoffen und kann auch als Papierverstärkung verwendet werden.

Beschichtungsklebstoff: Wird für die Beschichtungsverarbeitung von Papierbeschichtungsklebstoffen verwendet und kann Käse und einen Teil des Latex ersetzen, so dass die Druckfarbe leicht eindringt und die Kanten klar sind. Es kann auch als Pigmentdispergiermittel, Viskosifizierungsmittel und Stabilisator verwendet werden.

Oberflächenleimungsmittel: Natriumcarboxymethylcellulose kann als Papieroberflächenleimungsmittel verwendet werden, um die Oberflächenfestigkeit von Papier zu verbessern. Im Vergleich zur derzeitigen Verwendung von Polyvinylalkohol kann modifizierte Stärke nach der Oberflächenfestigkeit um etwa 10 % erhöht werden, die Dosierung wird reduziert um etwa 30 %. Es ist ein vielversprechendes Oberflächenleimungsmittel für die Papierherstellung und seine Reihe neuer Sorten sollte aktiv weiterentwickelt werden. Kationischer Celluloseether hat eine bessere Oberflächenleimungsleistung als kationische Stärke, kann nicht nur die Oberflächenfestigkeit von Papier verbessern, sondern auch die Tintenabsorption von Papier verbessern, den Färbeeffekt erhöhen und ist auch ein vielversprechendes Oberflächenleimungsmittel.

3.4 Textilindustrie

In der Textilindustrie kann Celluloseether als Schlichtemittel, Egalisiermittel und Verdickungsmittel für Textilzellstoff verwendet werden.

Leimungsmittel: Celluloseether wie Natriumcarboxymethylcellulose, Hydroxyethylcarboxymethylcelluloseether, Hydroxypropylcarboxymethylcelluloseether und andere Sorten können als Leimungsmittel verwendet werden und sind nicht leicht zu verschlechtern und zu formen, zu drucken und zu färben, ohne zu entschlichten, und den Farbstoff zu fördern, um eine gleichmäßige Wirkung zu erzielen Kolloid in Wasser.

Egalisiermittel: Kann die hydrophile und osmotische Kraft des Farbstoffs verbessern, da die Viskositätsänderung gering ist und der Farbunterschied leicht angepasst werden kann. Kationischer Celluloseether hat auch färbende und färbende Wirkung.

Verdickungsmittel: Natriumcarboxymethylcellulose, Hydroxyethylcarboxymethylcelluloseether, Hydroxypropylcarboxymethylcelluloseether können als Verdickungsmittel für Druck- und Färbeschlamm verwendet werden, mit geringen Rückständen und hohen Farbrateneigenschaften, und sind eine Klasse sehr potenzieller Textilzusätze.

3.5 Haushaltschemieindustrie

Stabiler Viskosifizierer: Natriummethylcellulose in festen Pulver-Rohstoffpastenprodukten spielt eine Dispersionssuspensionsstabilität, in flüssigen oder emulsionsförmigen Kosmetika die Verdickung, Dispergierung, Homogenisierung und andere Rollen. Es kann als Stabilisator und Viskosifizierungsmittel verwendet werden.

Emulgierender Stabilisator: Salbe, Shampoo-Emulgator, Verdickungsmittel und Stabilisator. Natriumcarboxymethylhydroxypropylcellulose kann als Zahnpasta-Klebestabilisator mit guten thixotropen Eigenschaften verwendet werden, so dass die Zahnpasta eine gute Formbarkeit, Langzeitverformung sowie einen gleichmäßigen und delikaten Geschmack aufweist. Natriumcarboxymethylhydroxypropylcellulosesalzbeständigkeit, Säurebeständigkeit ist überlegen, die Wirkung ist weitaus besser als bei Carboxymethylcellulose, kann als Reinigungsmittel im Viskosifizierungsmittel und als Mittel zur Verhinderung von Schmutzanhaftungen verwendet werden.

Dispersionsverdicker: Bei der Waschmittelherstellung wird Natriumcarboxymethylcellulose allgemein als Schmutzdispergiermittel für Waschmittel, Verdickungsmittel und Dispergiermittel für flüssige Waschmittel verwendet.

3.6 Pharma- und Lebensmittelindustrie

In der pharmazeutischen Industrie kann Hydroxypropylcarboxymethylcellulose als Arzneimittelhilfsstoff verwendet werden und wird häufig in Zubereitungen mit kontrollierter und verzögerter Freisetzung des oralen Arzneimittelskeletts, als Freisetzungsblockierungsmaterial zur Regulierung der Freisetzung von Arzneimitteln, als Beschichtungsmaterial für die verzögerte Freisetzung und in Pellets mit verzögerter Freisetzung verwendet , Kapseln mit verzögerter Freisetzung. Am weitesten verbreitet ist Methylcarboxymethylcellulose, Ethylcarboxymethylcellulose wie MC wird häufig bei der Herstellung von Tabletten und Kapseln oder Dragees mit Zuckerüberzug verwendet.

Qualitativ hochwertiger Celluloseether kann in der Lebensmittelindustrie verwendet werden. In einer Vielzahl von Lebensmitteln ist er ein wirksames Verdickungsmittel, Emulgator, Stabilisator, Hilfsstoff, Wasserrückhaltemittel und mechanisches Schaummittel. Methylzellulose und Hydroxypropylmethylzellulose gelten als ungefährliche, stoffwechselinerte Substanzen. Hochreine (99,5 % oder mehr Reinheit) Carboxymethylcellulose kann Lebensmitteln wie Milch- und Sahneprodukten, Gewürzen, Marmeladen, Gelee, Dosen, Tafelsirupen und Getränken zugesetzt werden. Die Reinheit von mehr als 90 % Carboxymethylcellulose kann in lebensmittelbezogenen Aspekten verwendet werden, z. B. beim Transport und der Lagerung von frischem Obst. Die Plastikfolie hat eine gute Konservierungswirkung, weniger Umweltverschmutzung, keine Beschädigung und Vorteile bei der einfachen mechanisierten Produktion.

3.7 Optische und elektrische Funktionsmaterialien

Elektrolytverdickungsstabilisator: Aufgrund der hohen Reinheit des Celluloseethers ist die Säurebeständigkeit gut, die Salzbeständigkeit ist gering, insbesondere der Eisen- und Schwermetallgehalt ist gering, daher ist das Kolloid sehr stabil und eignet sich für Alkalibatterien und Elektrolytverdickungsstabilisatoren für Zink-Mangan-Batterien.

Flüssigkristallmaterialien: Seit 1976 wurde erstmals die Flüssigkristallphase Hydroxypropylcellulose im Wassersystem in einer geeigneten organischen Lösung entdeckt. Viele Cellulosederivate in hoher Konzentration können eine anisotrope Lösung bilden, beispielsweise Hydroxypropylcellulose und ihr Acetat Propionat , Benzoat, Phthalat, Acetyxyethylcellulose, Hydroxyethylcellulose usw. Zusätzlich zur Bildung einer kolloidalen ionischen Flüssigkristalllösung zeigen einige Ester von Hydroxypropylcellulose diese Eigenschaft.

Viele Celluloseether weisen thermotrope Flüssigkristalleigenschaften auf. Acetylhydroxypropylcellulose bildete unter 164℃ thermogene cholesterische Flüssigkristalle. Acetoacetat-Hydroxypropyl-Cellulose, Trifluoracetat-Hydroxypropyl-Cellulose, Hydroxypropyl-Cellulose und ihre Derivate, Ethyl-Hydroxypropyl-Cellulose, Trimethylkieselsäure und Butyl-Dimethylkieselsäure, Heptyl-Cellulose und Butoxylethyl-Cellulose, Hydroxyethyl-Celluloseacetat usw. zeigten alle thermogene cholesterische Flüssigkristalle. Einige Celluloseester wie Cellulosebenzoat, p-Methoxybenzoat und p-Methylbenzoat sowie Celluloseheptanat können thermogene cholesterische Flüssigkristalle bilden.

Elektrisches Isoliermaterial: Cyanoethylcellulose-Verätherungsmittel für Acrylnitril, hohe Dielektrizitätskonstante, geringer Verlustkoeffizient, kann als Harzmatrix und Transformatorisolierung für Phosphor- und Elektrolumineszenzlampen verwendet werden.

4. Schlussbemerkungen

Die chemische Modifizierung zur Gewinnung von Cellulosederivaten mit besonderen Funktionen ist eine effektive Möglichkeit, neue Verwendungsmöglichkeiten für Cellulose, das größte natürliche organische Material der Welt, zu finden. Als eines der Cellulosederivate wird Celluloseether aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften als physiologisch unbedenkliches, schadstofffreies wasserlösliches Polymermaterial in vielen Branchen eingesetzt und wird eine breitere Entwicklungsperspektive haben.