Wasserlösliche Celluloseether-Derivate

Der Vernetzungsmechanismus, -weg und die Eigenschaften verschiedener Arten von Vernetzungsmitteln und wasserlöslichen Celluloseethern wurden vorgestellt. Durch die Vernetzungsmodifikation können die Viskosität, die rheologischen Eigenschaften, die Löslichkeit und die mechanischen Eigenschaften von wasserlöslichem Celluloseether erheblich verbessert werden, um so seine Anwendungsleistung zu verbessern. Entsprechend der chemischen Struktur und den Eigenschaften verschiedener Vernetzer wurden die Arten von Modifikationsreaktionen zur Vernetzung von Celluloseethern zusammengefasst und die Entwicklungsrichtungen verschiedener Vernetzer in verschiedenen Anwendungsbereichen von Celluloseethern zusammengefasst. Angesichts der hervorragenden Leistung wasserlöslicher, durch Vernetzung modifizierter Celluloseether und der wenigen Studien im In- und Ausland bietet die zukünftige Vernetzungsmodifikation von Celluloseether breite Entwicklungsperspektiven. Dies dient als Referenz für relevante Forscher und Produktionsunternehmen.
Schlüsselwörter: Vernetzungsmodifikation; Celluloseether; Chemische Struktur; Löslichkeit; Anwendungsleistung

Celluloseether wird aufgrund seiner hervorragenden Leistung als Verdickungsmittel, Wasserrückhaltemittel, Klebstoff, Bindemittel und Dispergiermittel, Schutzkolloid, Stabilisator, Suspensionsmittel, Emulgator und Filmbildner häufig in der Beschichtungs-, Bau-, Erdöl-, täglichen Chemikalien- und Lebensmittelindustrie eingesetzt und medizin und andere branchen. Celluloseether umfasst hauptsächlich Methylcellulose,Hydroxyethylcellulose,Carboxymethylzellulose, Ethylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose, Hydroxyethylmethylzellulose und andere Arten von gemischten Ethern. Celluloseether wird aus Baumwollfasern oder Holzfasern durch Alkalisierung, Veretherung, Waschzentrifugation, Trocknung und Mahlen hergestellt. Bei der Verwendung von Veretherungsmitteln werden im Allgemeinen halogenierte Alkane oder Epoxidalkane verwendet.
Bei der Anwendung von wasserlöslichem Celluloseether ist es jedoch wahrscheinlich, dass man auf spezielle Umgebungen stößt, z. B. auf hohe und niedrige Temperaturen, Säure-Base-Umgebungen und komplexe Ionenumgebungen. Diese Umgebungen führen zu Verdickung, Löslichkeit, Wasserretention und Haftung. Klebstoff, stabile Suspension und Emulgierung des wasserlöslichen Celluloseethers werden stark beeinträchtigt und führen sogar zum vollständigen Verlust seiner Funktionalität.
Um die Anwendungsleistung von Celluloseether zu verbessern, ist es notwendig, eine Vernetzungsbehandlung unter Verwendung verschiedener Vernetzungsmittel durchzuführen, die Produktleistung ist unterschiedlich. Basierend auf der Untersuchung verschiedener Arten von Vernetzungsmitteln und ihrer Vernetzungsmethoden, kombiniert mit der Vernetzungstechnologie im industriellen Produktionsprozess, diskutiert dieser Artikel die Vernetzung von Celluloseether mit verschiedenen Arten von Vernetzungsmitteln und liefert Referenzen für die Vernetzungsmodifikation von Celluloseether .

1.Struktur und Vernetzungsprinzip von Celluloseether

Celluloseetherist eine Art Cellulosederivat, das durch Ethersubstitutionsreaktion von drei Alkoholhydroxylgruppen an natürlichen Cellulosemolekülen und halogenierten Alkanen oder Epoxidalkanen synthetisiert wird. Aufgrund der unterschiedlichen Substituenten sind Struktur und Eigenschaften von Celluloseether unterschiedlich. Die Vernetzungsreaktion von Celluloseether umfasst hauptsächlich die Veretherung oder Veresterung des -OH (OH am Glucose-Einheitsring oder des -OH am Substituenten oder des Carboxyls am Substituenten) und des Vernetzungsmittels mit binären oder mehreren funktionellen Gruppen, sodass zwei oder mehrere Celluloseethermoleküle werden zu einer mehrdimensionalen räumlichen Netzwerkstruktur miteinander verbunden. Das ist vernetzter Celluloseether.
Im Allgemeinen können Celluloseether und Vernetzungsmittel einer wässrigen Lösung, die mehr -OH enthält, wie HEC, HPMC, HEMC, MC und CMC, verethert oder verestert und vernetzt werden. Da CMC Carbonsäureionen enthält, können die funktionellen Gruppen im Vernetzungsmittel mit Carbonsäureionen verestert und vernetzt werden.
Nach der Reaktion von -OH oder -COO- im Celluloseethermolekül mit dem Vernetzungsmittel werden aufgrund der Verringerung des Gehalts an wasserlöslichen Gruppen und der Bildung einer mehrdimensionalen Netzwerkstruktur in Lösung dessen Löslichkeit, Rheologie und mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt wird geändert. Durch die Verwendung verschiedener Vernetzungsmittel zur Reaktion mit Celluloseether wird die Anwendungsleistung von Celluloseether verbessert. Es wurde Celluloseether hergestellt, der für die industrielle Anwendung geeignet ist.

2. Arten von Vernetzungsmitteln

2.1 Aldehyd-Vernetzungsmittel
Unter Aldehyd-Vernetzungsmitteln versteht man organische Verbindungen mit einer Aldehydgruppe (-CHO), die chemisch aktiv sind und mit Hydroxyl, Ammoniak, Amid und anderen Verbindungen reagieren können. Aldehyd-Vernetzungsmittel, die für Cellulose und ihre Derivate verwendet werden, umfassen Formaldehyd, Glyoxal, Glutaraldehyd, Glycerinaldehyd usw. Aldehydgruppen können unter schwach sauren Bedingungen leicht mit zwei -OH-Gruppen unter Bildung von Acetalen reagieren, und die Reaktion ist reversibel. Die üblichen durch Aldehyde als Vernetzungsmittel modifizierten Celluloseether sind HEC, HPMC, HEMC, MC, CMC und andere wässrige Celluloseether.
Eine einzelne Aldehydgruppe wird mit zwei Hydroxylgruppen an der Molekülkette des Celluloseethers vernetzt, und die Celluloseethermoleküle werden durch die Bildung von Acetalen verbunden, wodurch eine Netzwerkraumstruktur entsteht, um so ihre Löslichkeit zu ändern. Aufgrund der freien OH-Reaktion zwischen Aldehyd-Vernetzungsmittel und Celluloseether wird die Menge an molekularen hydrophilen Gruppen reduziert, was zu einer schlechten Wasserlöslichkeit des Produkts führt. Durch die Steuerung der Menge des Vernetzungsmittels kann daher eine mäßige Vernetzung von Celluloseether die Hydratationszeit verzögern und verhindern, dass sich das Produkt in wässriger Lösung zu schnell auflöst, was zu einer lokalen Agglomeration führt.
Die Wirkung von aldehydvernetzendem Celluloseether hängt im Allgemeinen von der Aldehydmenge, dem pH-Wert, der Gleichmäßigkeit der Vernetzungsreaktion, der Vernetzungszeit und der Temperatur ab. Eine zu hohe oder zu niedrige Vernetzungstemperatur und ein zu niedriger pH-Wert führen zu einer irreversiblen Vernetzung des Halbacetals zu Acetal, was dazu führt, dass Celluloseether in Wasser völlig unlöslich wird. Die Aldehydmenge und die Gleichmäßigkeit der Vernetzungsreaktion wirken sich direkt auf den Vernetzungsgrad des Celluloseethers aus.
Formaldehyd wird aufgrund seiner hohen Toxizität und Flüchtigkeit seltener zur Vernetzung von Celluloseether verwendet. Früher wurde Formaldehyd eher im Bereich von Beschichtungen, Klebstoffen und Textilien eingesetzt, heute wird es nach und nach durch formaldehydfreie Vernetzungsmittel mit geringer Toxizität ersetzt. Die Vernetzungswirkung von Glutaraldehyd ist besser als die von Glyoxal, es hat jedoch einen stark stechenden Geruch und der Preis von Glutaraldehyd ist relativ hoch. Im Allgemeinen wird Glyoxal in der Industrie häufig zur Vernetzung wasserlöslicher Celluloseether verwendet, um die Löslichkeit von Produkten zu verbessern. Im Allgemeinen kann die Vernetzungsreaktion bei Raumtemperatur, einem pH-Wert von 5 bis 7 und schwach sauren Bedingungen durchgeführt werden. Nach der Vernetzung werden die Hydratationszeit und die vollständige Hydratationszeit von Celluloseether länger und das Agglomerationsphänomen wird abgeschwächt. Im Vergleich zu nicht vernetzenden Produkten ist die Löslichkeit von Celluloseether besser und es gibt keine ungelösten Produkte in der Lösung, was einer industriellen Anwendung förderlich ist. Als Zhang Shuangjian Hydroxypropylmethylcellulose herstellte, wurde das Vernetzungsmittel Glyoxal vor dem Trocknen aufgesprüht, um die sofortige Hydroxypropylmethylcellulose mit einer Dispersion von 100 % zu erhalten, die beim Auflösen nicht zusammenklebte und eine schnelle Dispersion und Auflösung aufwies, wodurch das Bündeln praktisch gelöst wurde Anwendung und erweiterte den Anwendungsbereich.
Im alkalischen Zustand wird der reversible Prozess der Acetalbildung unterbrochen, die Hydratationszeit des Produkts verkürzt und die Auflösungseigenschaften von Celluloseether ohne Vernetzung wiederhergestellt. Bei der Herstellung und Produktion von Celluloseether wird die Vernetzungsreaktion der Aldehyde üblicherweise nach dem Veretherungsprozess durchgeführt, entweder in der flüssigen Phase des Waschprozesses oder in der festen Phase nach der Zentrifugation. Im Allgemeinen ist beim Waschvorgang die Gleichmäßigkeit der Vernetzungsreaktion gut, der Vernetzungseffekt jedoch schlecht. Aufgrund der Einschränkungen der technischen Ausrüstung ist die Vernetzungsgleichmäßigkeit in der festen Phase jedoch schlecht, der Vernetzungseffekt ist jedoch relativ besser und die Menge des verwendeten Vernetzungsmittels ist relativ gering.
Aldehyde-Vernetzungsmittel modifizieren wasserlöslichen Celluloseether. Zusätzlich zur Verbesserung seiner Löslichkeit gibt es auch Berichte, die zur Verbesserung seiner mechanischen Eigenschaften, Viskositätsstabilität und anderer Eigenschaften verwendet werden können. Beispielsweise verwendete Peng Zhang Glyoxal zur Vernetzung mit HEC und untersuchte den Einfluss der Vernetzungsmittelkonzentration, des Vernetzungs-pH-Werts und der Vernetzungstemperatur auf die Nassfestigkeit von HEC. Die Ergebnisse zeigen, dass unter optimalen Vernetzungsbedingungen die Nassfestigkeit der HEC-Faser nach der Vernetzung um 41,5 % erhöht und ihre Leistung deutlich verbessert wird. Zhang Jin verwendete wasserlösliches Phenolharz, Glutaraldehyd und Trichloracetaldehyd, um CMC zu vernetzen. Beim Vergleich der Eigenschaften zeigte die Lösung aus wasserlöslichem, mit Phenolharz vernetztem CMC die geringste Viskositätsreduzierung nach der Hochtemperaturbehandlung, d. h. die beste Temperaturbeständigkeit.
2.2 Carbonsäure-Vernetzungsmittel
Carbonsäure-Vernetzungsmittel beziehen sich auf Polycarbonsäureverbindungen, zu denen hauptsächlich Bernsteinsäure, Äpfelsäure, Weinsäure, Zitronensäure und andere binäre oder Polycarbonsäuren gehören. Carbonsäure-Vernetzer wurden zunächst zur Vernetzung von Stofffasern eingesetzt, um deren Glätte zu verbessern. Der Vernetzungsmechanismus ist wie folgt: Die Carboxylgruppe reagiert mit der Hydroxylgruppe des Cellulosemoleküls und erzeugt veresterten, vernetzten Celluloseether. Welch und Yang et al. waren die ersten, die den Vernetzungsmechanismus von Carbonsäure-Vernetzern untersuchten. Der Vernetzungsprozess lief wie folgt ab: Unter bestimmten Bedingungen dehydrierten zunächst die beiden benachbarten Carbonsäuregruppen in Carbonsäure-Vernetzern unter Bildung von zyklischem Anhydrid, und das Anhydrid reagierte mit OH in Cellulosemolekülen unter Bildung von vernetztem Celluloseether mit einer netzwerkartigen räumlichen Struktur.
Carbonsäure-Vernetzungsmittel reagieren im Allgemeinen mit Celluloseethern, die Hydroxylsubstituenten enthalten. Da Carbonsäure-Vernetzungsmittel wasserlöslich und ungiftig sind, wurden sie in den letzten Jahren häufig bei der Untersuchung von Holz, Stärke, Chitosan und Cellulose eingesetzt
Derivate und andere Veresterungsvernetzungsmodifikationen natürlicher Polymere, um die Leistung ihres Anwendungsbereichs zu verbessern.
Hu Hanchang et al. verwendeten einen Natriumhypophosphit-Katalysator, um vier Polycarbonsäuren mit unterschiedlichen Molekülstrukturen zu übernehmen: Propantricarbonsäure (PCA), 1,2,3, 4-Butantetracarbonsäure (BTCA), cis-CPTA, cis-CHHA (Cis-ChHA) wurden verwendet zum Veredeln von Baumwollstoffen. Die Ergebnisse zeigten, dass die kreisförmige Struktur von Baumwollgewebe mit Polycarbonsäure-Ausrüstung eine bessere Faltenerholungsleistung aufweist. Zyklische Polycarbonsäuremoleküle sind aufgrund ihrer größeren Steifigkeit und besseren Vernetzungswirkung als kettenförmige Carbonsäuremoleküle potenziell wirksame Vernetzungsmittel.
Wang Jiwei et al. verwendete die gemischte Säure aus Zitronensäure und Essigsäureanhydrid zur Veresterung und Vernetzung von Stärke. Durch die Prüfung der Eigenschaften der Wasserauflösung und der Pastentransparenz gelangten sie zu dem Schluss, dass veresterte vernetzte Stärke eine bessere Gefrier-Tau-Stabilität, eine geringere Pastentransparenz und eine bessere thermische Viskositätsstabilität als Stärke aufweist.
Carbonsäuregruppen können ihre Löslichkeit, biologische Abbaubarkeit und mechanischen Eigenschaften nach der Veresterungsvernetzungsreaktion mit dem aktiven -OH in verschiedenen Polymeren verbessern, und Carbonsäureverbindungen haben ungiftige oder wenig toxische Eigenschaften, was große Aussichten für die vernetzende Modifikation von Wasser bietet. löslicher Celluloseether in den Bereichen Lebensmittelqualität, Pharmaqualität und Beschichtung.
2.3 Vernetzungsmittel für Epoxidverbindungen
Epoxidvernetzungsmittel enthalten zwei oder mehr Epoxidgruppen oder Epoxidverbindungen mit aktiven funktionellen Gruppen. Unter Einwirkung von Katalysatoren reagieren Epoxidgruppen und funktionelle Gruppen mit dem -OH in organischen Verbindungen und erzeugen Makromoleküle mit Netzwerkstruktur. Daher kann es zur Vernetzung von Celluloseether verwendet werden.
Die Viskosität und die mechanischen Eigenschaften von Celluloseether können durch Epoxidvernetzung verbessert werden. Epoxide wurden zunächst zur Behandlung von Stofffasern eingesetzt und zeigten eine gute Veredelungswirkung. Allerdings gibt es nur wenige Berichte über die vernetzende Modifikation von Celluloseether durch Epoxide. Hu Cheng et al. haben einen neuen multifunktionalen Epoxidverbindungsvernetzer entwickelt: EPTA, der den nassen elastischen Erholungswinkel von echten Seidenstoffen von 200° vor der Behandlung auf 280° verbesserte. Darüber hinaus erhöhte die positive Ladung des Vernetzers die Färberate und die Absorptionsrate echter Seidenstoffe gegenüber Säurefarbstoffen erheblich. Das von Chen Xiaohui et al. verwendete Epoxidverbindungs-Vernetzungsmittel. : Polyethylenglykoldiglycidylether (PGDE) ist mit Gelatine vernetzt. Nach der Vernetzung weist Gelatine-Hydrogel eine hervorragende elastische Erholungsleistung auf, mit der höchsten elastischen Erholungsrate von bis zu 98,03 %. Basierend auf den Studien zur vernetzenden Modifizierung natürlicher Polymere wie Stoff und Gelatine durch Zentraloxide in der Literatur hat auch die vernetzende Modifizierung von Celluloseether mit Epoxiden vielversprechende Aussichten.
Epichlorhydrin (auch Epichlorhydrin genannt) ist ein häufig verwendetes Vernetzungsmittel zur Behandlung natürlicher Polymermaterialien, die -OH, -NH2 und andere aktive Gruppen enthalten. Nach der Epichlorhydrin-Vernetzung werden die Viskosität, Säure- und Alkalibeständigkeit, Temperaturbeständigkeit, Salzbeständigkeit, Scherfestigkeit und mechanische Eigenschaften des Materials verbessert. Daher ist die Anwendung von Epichlorhydrin bei der Vernetzung von Celluloseethern von großer Forschungsbedeutung. Su Maoyao stellte beispielsweise ein hochadsorbierendes Material her, indem er mit Epiclorhydrin vernetztes CMC verwendete. Er diskutierte den Einfluss der Materialstruktur, des Substitutionsgrads und des Vernetzungsgrads auf die Adsorptionseigenschaften und stellte fest, dass der Wasserretentionswert (WRV) und der Soleretentionswert (SRV) des Produkts, das mit etwa 3 % Vernetzungsmittel hergestellt wurde, um 26 anstiegen Mal bzw. 17 Mal. Als Ding Changguang et al. stellte extrem viskose Carboxymethylcellulose her, Epichlorhydrin wurde nach der Veretherung zur Vernetzung zugesetzt. Im Vergleich dazu war die Viskosität des vernetzten Produkts bis zu 51 % höher als die des unvernetzten Produkts.
2.4 Borsäure-Vernetzungsmittel
Borische Vernetzungsmittel umfassen hauptsächlich Borsäure, Borax, Borat, Organoborat und andere borathaltige Vernetzungsmittel. Es wird allgemein angenommen, dass der Vernetzungsmechanismus darin besteht, dass Borsäure (H3BO3) oder Borat (B4O72-) in der Lösung Tetrahydroxyborationen (B(OH)4-) bildet und dann mit dem -Oh in der Verbindung dehydriert. Bilden Sie eine vernetzte Verbindung mit Netzwerkstruktur.
Borsäure-Vernetzer werden häufig als Hilfsmittel in der Medizin, Glas-, Keramik-, Erdöl- und anderen Bereichen eingesetzt. Die mechanische Festigkeit des mit Borsäure-Vernetzungsmittel behandelten Materials wird verbessert und es kann zur Vernetzung von Celluloseether verwendet werden, um so seine Leistung zu verbessern.
In den 1960er Jahren war anorganisches Bor (Borax, Borsäure und Natriumtetraborat usw.) das Hauptvernetzungsmittel, das bei der Entwicklung wasserbasierter Fracking-Flüssigkeiten in Öl- und Gasfeldern verwendet wurde. Borax war das erste verwendete Vernetzungsmittel. Aufgrund der Nachteile von anorganischem Bor, wie kurze Vernetzungszeit und schlechte Temperaturbeständigkeit, ist die Entwicklung von Organobor-Vernetzungsmitteln zu einem Forschungsschwerpunkt geworden. Die Erforschung von Organobor begann in den 1990er Jahren. Aufgrund seiner Eigenschaften wie hoher Temperaturbeständigkeit, leicht zu brechendem Kleber, kontrollierbarer verzögerter Vernetzung usw. hat Organobor eine gute Anwendungswirkung beim Brechen von Öl- und Gasfeldern erzielt. Liu Ji et al. entwickelte ein Polymervernetzungsmittel mit Phenylborsäuregruppen, das mit Acrylsäure und Polyolpolymer mit Succinimidestergruppenreaktion gemischte Vernetzungsmittel, der resultierende biologische Klebstoff weist eine hervorragende Gesamtleistung auf, kann in einer feuchten Umgebung gute Haftung und mechanische Eigenschaften zeigen und kann einfachere Haftung. Yang Yang et al. stellte ein hochtemperaturbeständiges Zirkonium-Bor-Vernetzungsmittel her, das zur Vernetzung der Guanidin-Gel-Basisflüssigkeit der Frakturierungsflüssigkeit verwendet wurde und die Temperatur- und Scherbeständigkeit der Frakturierungsflüssigkeit nach der Vernetzungsbehandlung erheblich verbesserte. Es wurde über die Modifizierung von Carboxymethylcelluloseether durch Borsäure als Vernetzungsmittel in Erdölbohrflüssigkeit berichtet. Aufgrund seiner besonderen Struktur kann es in der Medizin und im Bauwesen eingesetzt werden
Vernetzung von Celluloseether im Bauwesen, in der Beschichtung und anderen Bereichen.
2,5 Phosphid-Vernetzungsmittel
Zu den Vernetzungsmitteln von Phosphaten gehören hauptsächlich Phosphortrichloroxy (Phosphoacylchlorid), Natriumtrimetaphosphat, Natriumtripolyphosphat usw. Der Vernetzungsmechanismus besteht darin, dass die PO- oder P-Cl-Bindung mit dem molekularen -OH in wässriger Lösung verestert wird, um Diphosphat zu erzeugen und eine Netzwerkstruktur zu bilden .
Phosphid-Vernetzungsmittel aufgrund seiner ungiftigen oder geringen Toxizität, weit verbreitet in der Lebensmittel- und Medizin-Polymermaterial-Vernetzungsmodifikation, wie z. B. Stärke, Chitosan und anderen natürlichen Polymervernetzungsbehandlungen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Gelatinierungs- und Quelleigenschaften von Stärke durch die Zugabe einer kleinen Menge Phosphid-Vernetzungsmittel deutlich verändert werden können. Nach der Stärkevernetzung steigt die Gelatinierungstemperatur, die Pastenstabilität verbessert sich, die Säurebeständigkeit ist besser als bei der ursprünglichen Stärke und die Filmfestigkeit nimmt zu.
Es gibt auch viele Studien zur Vernetzung von Chitosan mit einem Phosphid-Vernetzungsmittel, das seine mechanische Festigkeit, chemische Stabilität und andere Eigenschaften verbessern kann. Derzeit gibt es keine Berichte über die Verwendung von Phosphid-Vernetzungsmitteln zur Celluloseether-Vernetzungsbehandlung. Da Celluloseether und -stärke, Chitosan und andere natürliche Polymere aktiveres -OH enthalten und das Phosphid-Vernetzungsmittel ungiftige oder wenig toxische physiologische Eigenschaften aufweist, hat seine Anwendung in der Celluloseether-Vernetzungsforschung ebenfalls potenzielle Aussichten. Beispielsweise kann CMC, das in Lebensmitteln und Zahnpasta-Bereichen mit Phosphid-Vernetzungsmittelmodifikation verwendet wird, seine Verdickungs- und rheologischen Eigenschaften verbessern. MC, HPMC und HEC, die im medizinischen Bereich eingesetzt werden, können durch Phosphid-Vernetzungsmittel verbessert werden.
2.6 Andere Vernetzungsmittel
Die oben genannten Aldehyde, Epoxide und Celluloseethervernetzungen gehören zur Veretherungsvernetzung, Carbonsäure-, Borsäure- und Phosphidvernetzungsmittel gehören zur Veresterungsvernetzung. Darüber hinaus umfassen die für die Celluloseethervernetzung verwendeten Vernetzungsmittel auch Isocyanatverbindungen, Stickstoffhydroxymethylverbindungen, Sulfhydrylverbindungen, Metallvernetzungsmittel, Organosiliciumvernetzungsmittel usw. Die gemeinsamen Merkmale seiner Molekülstruktur bestehen darin, dass das Molekül mehrere funktionelle Gruppen enthält lässt sich leicht mit -OH reagieren und kann nach der Vernetzung eine mehrdimensionale Netzwerkstruktur bilden. Die Eigenschaften von Vernetzungsprodukten hängen von der Art des Vernetzungsmittels, dem Vernetzungsgrad und den Vernetzungsbedingungen ab.
Badit · Pabin · Condu et al. verwendeten Toluoldiisocyanat (TDI) zur Vernetzung von Methylcellulose. Nach der Vernetzung stieg die Glasübergangstemperatur (Tg) mit zunehmendem TDI-Anteil an und die Stabilität der wässrigen Lösung verbesserte sich. TDI wird auch häufig zur Vernetzungsmodifikation in Klebstoffen, Beschichtungen und anderen Bereichen verwendet. Nach der Modifizierung werden die Klebeeigenschaften, die Temperaturbeständigkeit und die Wasserbeständigkeit der Folie verbessert. Daher kann TDI durch Vernetzungsmodifikation die Leistung von Celluloseethern verbessern, die im Bauwesen, in Beschichtungen und Klebstoffen verwendet werden.
Die Disulfidvernetzungstechnologie wird häufig bei der Modifizierung medizinischer Materialien eingesetzt und hat einen gewissen Forschungswert für die Vernetzung von Celluloseetherprodukten im medizinischen Bereich. Shu Shujun et al. koppelte β-Cyclodextrin mit Siliciumdioxid-Mikrokügelchen, vernetzte mercaptoyliertes Chitosan und Glucan durch eine Gradientenhüllenschicht und entfernte Siliciumdioxid-Mikrokügelchen, um Disulfid-vernetzte Nanokapseln zu erhalten, die bei simuliertem physiologischem pH-Wert eine gute Stabilität zeigten.
Metallvernetzer sind hauptsächlich anorganische und organische Verbindungen mit hohen Metallionen wie Zr(IV), Al(III), Ti(IV), Cr(III) und Fe(III). Hochmetallionen werden durch Hydratation, Hydrolyse und Hydroxylbrücke zu mehrkernigen Hydroxylbrückenionen polymerisiert. Es wird allgemein angenommen, dass die Vernetzung hochvalenter Metallionen hauptsächlich durch mehrkernige Hydroxyl-Brückenionen erfolgt, die sich leicht mit Carbonsäuregruppen kombinieren lassen, um mehrdimensionale räumliche Strukturpolymere zu bilden. Xu Kai et al. untersuchten die rheologischen Eigenschaften der hochpreisigen metallvernetzten Carboxymethylhydroxypropylcellulose (CMHPC) der Serien Zr(IV), Al(III), Ti(IV), Cr(III) und Fe(III) sowie die thermische Stabilität und den Filtrationsverlust , Schwebstoffkapazität, Leimbruchrückstände und Salzverträglichkeit nach der Anwendung. Die Ergebnisse zeigten, dass der Metallvernetzer die Eigenschaften aufweist, die für das Zementierungsmittel der Ölbohrloch-Fracturing-Flüssigkeit erforderlich sind.

3. Leistungsverbesserung und technische Weiterentwicklung von Celluloseether durch Vernetzungsmodifikation

3.1 Farbe und Konstruktion
Celluloseether, hauptsächlich HEC, HPMC, HEMC und MC, werden häufiger im Bau- und Beschichtungsbereich verwendet. Diese Art von Celluloseether muss eine gute Wasserbeständigkeit, Verdickung, Salz- und Temperaturbeständigkeit sowie Scherfestigkeit aufweisen und wird häufig in Zementmörtel und Latexfarben verwendet , Keramikfliesenkleber, Außenwandfarbe, Lack usw. Aufgrund der Gebäude- und Beschichtungsfeldanforderungen müssen die Materialien eine gute mechanische Festigkeit und Stabilität aufweisen. Wählen Sie im Allgemeinen ein Vernetzungsmittel vom Veretherungstyp gegenüber einer Celluloseether-Vernetzungsmodifikation, wie z. B. die Verwendung von epoxidhalogeniertem Alkan oder Borsäure-Vernetzungsmittel für die Vernetzung, um das Produkt zu verbessern Viskosität, Salz- und Temperaturbeständigkeit, Scherfestigkeit und mechanische Eigenschaften.
3.2 Bereiche Medizin, Lebensmittel und Alltagschemikalien
MC, HPMC und CMC in wasserlöslichem Celluloseether werden häufig in pharmazeutischen Beschichtungsmaterialien, pharmazeutischen Additiven mit langsamer Freisetzung sowie flüssigen pharmazeutischen Verdickungsmitteln und Emulsionsstabilisatoren verwendet. CMC kann auch als Emulgator und Verdickungsmittel in Joghurt, Milchprodukten und Zahnpasta verwendet werden. HEC und MC werden im täglichen chemischen Bereich zum Eindicken, Dispergieren und Homogenisieren eingesetzt. Da in den Bereichen Medizin, Lebensmittel und tägliche Chemie sichere und ungiftige Materialien benötigt werden, können für diese Art von Celluloseether Phosphorsäure, Carbonsäure-Vernetzungsmittel, Sulfhydryl-Vernetzungsmittel usw. nach der Vernetzungsmodifikation verwendet werden Verbesserung der Viskosität des Produkts, der biologischen Stabilität und anderer Eigenschaften.
HEC wird in den Bereichen Medizin und Lebensmittel selten verwendet, aber da HEC ein nichtionischer Celluloseether mit starker Löslichkeit ist, hat es einzigartige Vorteile gegenüber MC, HPMC und CMC. Zukünftig wird es durch sichere und ungiftige Vernetzungsmittel vernetzt, was ein großes Entwicklungspotenzial in den Bereichen Medizin und Lebensmittel haben wird.
3.3 Ölbohr- und Produktionsgebiete
CMC und carboxylierter Celluloseether werden üblicherweise als industrielle Bohrschlammbehandlungsmittel, Flüssigkeitsverlustmittel und Verdickungsmittel verwendet. Als nichtionischer Celluloseether wird HEC aufgrund seiner guten Verdickungswirkung, seines starken Sandsuspensionsvermögens und seiner Stabilität, seiner Hitzebeständigkeit, seines hohen Salzgehalts, seines geringen Rohrleitungswiderstands, seines geringeren Flüssigkeitsverlusts und seines schnellen Gummis auch häufig im Bereich der Ölförderung eingesetzt bruchsicher und rückstandsarm. Derzeit gibt es mehr Forschungsarbeiten zur Verwendung von Borsäure-Vernetzungsmitteln und Metall-Vernetzungsmitteln zur Modifizierung von CMC, die im Ölbohrbereich verwendet werden. Forschungsberichte über nichtionische Celluloseether-Vernetzungsmodifikationen berichten weniger, aber die hydrophobe Modifikation von nichtionischem Celluloseether zeigt signifikante Ergebnisse Viskosität, Temperatur- und Salzbeständigkeit sowie Scherstabilität, gute Dispergierung und Beständigkeit gegen biologische Hydrolyse. Nach der Vernetzung durch Borsäure, Metall, Epoxid, epoxidhalogenierte Alkane und andere Vernetzungsmittel hat der bei der Ölförderung und -produktion verwendete Celluloseether seine Verdickung, Salz- und Temperaturbeständigkeit, Stabilität usw. verbessert, was große Anwendungsaussichten in der Industrie bietet Zukunft.
3.4 Andere Bereiche
Celluloseether wird aufgrund seiner Verdickung, Emulgierung, Filmbildung, des kolloidalen Schutzes, der Feuchtigkeitsspeicherung, der Haftung, der Antiempfindlichkeit und anderer hervorragender Eigenschaften häufiger verwendet, zusätzlich zu den oben genannten Bereichen, auch in der Papierherstellung, Keramik, beim Textildrucken und Färben. Polymerisationsreaktion und andere Bereiche. Entsprechend den Anforderungen an die Materialeigenschaften in verschiedenen Bereichen können unterschiedliche Vernetzungsmittel zur Vernetzungsmodifizierung verwendet werden, um den Anwendungsanforderungen gerecht zu werden. Im Allgemeinen können vernetzte Celluloseether in zwei Kategorien unterteilt werden: veretherte vernetzte Celluloseether und veresterte vernetzte Celluloseether. Aldehyde, Epoxide und andere Vernetzer reagieren mit dem -Oh auf Celluloseether und bilden eine Ether-Sauerstoff-Bindung (-O-), die zu den Vernetzern mit Veretherung gehört. Carbonsäure, Phosphid, Borsäure und andere Vernetzungsmittel reagieren mit dem -OH auf Celluloseether und bilden Esterbindungen, die zu den Veresterungsvernetzungsmitteln gehören. Die Carboxylgruppe in CMC reagiert mit der -OH-Gruppe im Vernetzungsmittel und erzeugt veresterten, vernetzten Celluloseether. Derzeit gibt es nur wenige Untersuchungen zu dieser Art der Vernetzungsmodifikation, und es gibt noch Raum für zukünftige Entwicklungen. Da die Stabilität der Etherbindung besser ist als die der Esterbindung, weisen vernetzte Celluloseether vom Ethertyp eine stärkere Stabilität und mechanische Eigenschaften auf. Je nach Anwendungsgebiet kann ein geeignetes Vernetzungsmittel für die Celluloseether-Vernetzungsmodifikation ausgewählt werden, um Produkte zu erhalten, die den Anwendungsanforderungen entsprechen.

4. Fazit

Derzeit verwendet die Industrie Glyoxal zur Vernetzung von Celluloseether, um die Auflösungszeit zu verzögern und das Problem des Zusammenbackens des Produkts während der Auflösung zu lösen. Mit Glyoxal vernetzter Celluloseether kann nur seine Löslichkeit verändern, hat aber keine offensichtliche Verbesserung anderer Eigenschaften. Derzeit wird die Verwendung anderer Vernetzungsmittel als Glyoxal für die Celluloseethervernetzung kaum untersucht. Da Celluloseether in der Erdölförderung, im Baugewerbe, in der Beschichtungsindustrie, in der Lebensmittel- und Medizinindustrie sowie in anderen Branchen weit verbreitet ist, spielen seine Löslichkeit, Rheologie und mechanischen Eigenschaften eine entscheidende Rolle bei seiner Anwendung. Durch die Vernetzungsmodifikation kann die Anwendungsleistung in verschiedenen Bereichen verbessert werden, um den Anwendungsanforderungen gerecht zu werden. Beispielsweise können Carbonsäure, Phosphorsäure und Borsäure als Vernetzungsmittel für die Celluloseetherveresterung ihre Anwendungsleistung im Lebensmittel- und Medizinbereich verbessern. Aufgrund ihrer physiologischen Toxizität können Aldehyde jedoch nicht in der Lebensmittel- und Medizinindustrie eingesetzt werden. Borsäure und Metallvernetzungsmittel sind hilfreich, um die Leistung von Öl- und Gas-Fracturing-Flüssigkeiten nach der Vernetzung von Celluloseether, der bei Ölbohrungen verwendet wird, zu verbessern. Andere Alkylvernetzer wie Epichlorhydrin können die Viskosität, die rheologischen Eigenschaften und die mechanischen Eigenschaften von Celluloseether verbessern. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technik steigen die Anforderungen verschiedener Branchen an Materialeigenschaften ständig. Um den Leistungsanforderungen von Celluloseether in verschiedenen Anwendungsbereichen gerecht zu werden, bietet die zukünftige Forschung zur Celluloseethervernetzung breite Entwicklungsperspektiven.