Verdickungsmittel, auch Geliermittel genannt, wird bei der Verwendung in Lebensmitteln auch als Paste oder Lebensmittelkleber bezeichnet. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Viskosität des Materialsystems zu erhöhen, das Materialsystem in einem gleichmäßigen und stabilen Suspensionszustand oder emulgierten Zustand zu halten oder ein Gel zu bilden. Verdickungsmittel können bei Verwendung die Viskosität des Produkts schnell erhöhen. Der größte Teil des Wirkungsmechanismus von Verdickungsmitteln besteht darin, eine Verlängerung der makromolekularen Kettenstruktur zu nutzen, um Verdickungszwecke zu erreichen, oder Mizellen und Wasser zu bilden, um eine dreidimensionale Netzwerkstruktur zur Verdickung zu bilden. Es zeichnet sich durch eine geringere Dosierung, schnelle Alterung und gute Stabilität aus und wird häufig in den Bereichen Lebensmittel, Beschichtungen, Klebstoffe, Kosmetika, Reinigungsmittel, Drucken und Färben, Ölexploration, Gummi, Medizin und anderen Bereichen eingesetzt. Das früheste Verdickungsmittel war wasserlöslicher Naturkautschuk, dessen Anwendung jedoch aufgrund seines hohen Preises, der großen Dosierung und der geringen Leistung begrenzt war. Der Verdicker der zweiten Generation wird auch Emulgierungsverdicker genannt, insbesondere nach dem Aufkommen des Öl-Wasser-Emulgierungsverdickers wurde er in einigen Industriebereichen häufig eingesetzt. Emulgierende Verdickungsmittel erfordern jedoch den Einsatz einer großen Menge Kerosin, was nicht nur die Umwelt belastet, sondern auch Sicherheitsrisiken bei der Herstellung und Anwendung mit sich bringt. Aufgrund dieser Probleme sind synthetische Verdickungsmittel auf den Markt gekommen, insbesondere die Herstellung und Anwendung synthetischer Verdickungsmittel, die durch Copolymerisation wasserlöslicher Monomere wie Acrylsäure und einer geeigneten Menge vernetzender Monomere gebildet werden, wurde schnell entwickelt.
Arten von Verdickungsmitteln und Verdickungsmechanismus
Es gibt viele Arten von Verdickungsmitteln, die in anorganische und organische Polymere unterteilt werden können, und organische Polymere können in natürliche Polymere und synthetische Polymere unterteilt werden.
Bei den meisten Verdickungsmitteln aus natürlichen Polymeren handelt es sich um Polysaccharide, die seit langem in vielen Varianten verwendet werden, darunter vor allem Celluloseether, Gummi arabicum, Johannisbrotkernmehl, Guarkernmehl, Xanthangummi, Chitosan, Alginsäure, Natrium und Stärke sowie deren denaturierte Produkte usw . Natriumcarboxymethylcellulose (CMC), Ethylcellulose (EC), Hydroxyethylcellulose (HEC), Hydroxypropylcellulose (HPC), Methylhydroxyethylcellulose (MHEC) in Celluloseetherprodukten und Methylhydroxypropylcellulose (MHPC) werden als industrielles Mononatriumglutamat bezeichnet und werden häufig in der Ölförderung, im Baugewerbe, bei Beschichtungen, in Lebensmitteln, in der Medizin und in alltäglichen Chemikalien eingesetzt. Diese Art von Verdickungsmittel wird hauptsächlich durch chemische Einwirkung aus natürlicher Polymerzellulose hergestellt. Zhu Ganghui glaubt, dass Natriumcarboxymethylcellulose (CMC) und Hydroxyethylcellulose (HEC) die am häufigsten verwendeten Produkte in Celluloseetherprodukten sind. Sie sind die Hydroxyl- und Veretherungsgruppen der Anhydroglucose-Einheit an der Cellulosekette. (Chloressigsäure oder Ethylenoxid) Reaktion. Zelluloseverdickungsmittel werden durch Hydratation und Ausdehnung langer Ketten verdickt. Der Verdickungsmechanismus ist wie folgt: Die Hauptkette der Cellulosemoleküle verbindet sich über Wasserstoffbrücken mit umgebenden Wassermolekülen, wodurch das Flüssigkeitsvolumen des Polymers selbst und damit das Volumen des Polymers selbst erhöht wird. Systemviskosität. Seine wässrige Lösung ist eine nicht-Newtonsche Flüssigkeit und seine Viskosität ändert sich mit der Schergeschwindigkeit und hat nichts mit der Zeit zu tun. Die Viskosität der Lösung steigt mit zunehmender Konzentration schnell an und es ist eines der am häufigsten verwendeten Verdickungsmittel und rheologischen Additive.
Kationisches Guarkernmehl ist ein natürliches Copolymer, das aus Hülsenfrüchten gewonnen wird und die Eigenschaften eines kationischen Tensids und eines Polymerharzes aufweist. Sein Aussehen ist ein hellgelbes Pulver, geruchlos oder leicht parfümiert. Es besteht zu 80 % aus den Polysacchariden D2 Mannose und D2 Galactose mit einer hochmolekularen Polymerzusammensetzung von 2∀1. Seine 1 %ige wässrige Lösung hat eine Viskosität von 4000–5000 mPas. Xanthangummi, auch Xanthangummi genannt, ist ein anionisches Polymerpolysaccharidpolymer, das durch Fermentation von Stärke hergestellt wird. Es ist in kaltem oder heißem Wasser löslich, in allgemeinen organischen Lösungsmitteln jedoch unlöslich. Das Merkmal von Xanthangummi besteht darin, dass es bei einer Temperatur von 0 bis 100 eine gleichmäßige Viskosität aufrechterhalten kann, bei niedriger Konzentration immer noch eine hohe Viskosität aufweist und eine gute thermische Stabilität aufweist. ), weist es immer noch eine ausgezeichnete Löslichkeit und Stabilität auf, kann mit hochkonzentrierten Salzen in der Lösung kompatibel sein und kann bei Verwendung mit Polyacrylsäure-Verdickungsmitteln einen erheblichen synergistischen Effekt erzeugen. Chitin ist ein Naturprodukt, ein Glucosamin-Polymer und ein kationisches Verdickungsmittel.
Natriumalginat (C6H7O8Na)n besteht hauptsächlich aus dem Natriumsalz der Alginsäure, das aus aL-Mannuronsäure (M-Einheit) und bD-Guluronsäure (G-Einheit) besteht, die durch 1,4-glykosidische Bindungen verbunden sind und aus verschiedenen GGGMMM-Fragmenten bestehen Copolymere. Natriumalginat ist das am häufigsten verwendete Verdickungsmittel für den Textilreaktivfarbstoffdruck. Die bedruckten Textilien zeichnen sich durch leuchtende Muster, klare Linien, hohe Farbausbeute, gleichmäßige Farbausbeute, gute Durchlässigkeit und Plastizität aus. Es wird häufig beim Bedrucken von Baumwolle, Wolle, Seide, Nylon und anderen Stoffen verwendet.
Verdickungsmittel aus synthetischem Polymer
1. Chemisch vernetzender synthetischer Polymerverdicker
Synthetische Verdickungsmittel sind derzeit das meistverkaufte und umfangreichste Produktsortiment auf dem Markt. Die meisten dieser Verdickungsmittel sind mikrochemisch vernetzte Polymere, die in Wasser unlöslich sind und nur Wasser absorbieren können, um zu quellen und zu verdicken. Polyacrylsäure-Verdickungsmittel ist ein weit verbreitetes synthetisches Verdickungsmittel und seine Synthesemethoden umfassen Emulsionspolymerisation, inverse Emulsionspolymerisation und Fällungspolymerisation. Diese Art von Verdickungsmittel wurde aufgrund seiner schnellen Verdickungswirkung, geringen Kosten und geringeren Dosierung schnell entwickelt. Gegenwärtig wird dieser Verdickungsmitteltyp durch drei oder mehr Monomere polymerisiert, und das Hauptmonomer ist im Allgemeinen ein wasserlösliches Monomer wie Acrylsäure, Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid, Methacrylsäure, Acrylamid und 2-Acrylamid. 2-Methylpropansulfonat usw.; das zweite Monomer ist im Allgemeinen Acrylat oder Styrol; das dritte Monomer ist ein Monomer mit vernetzender Wirkung, wie N,N-Methylenbisacrylamid, Butylendiacrylatester oder Dipropylenphthalat usw.
Der Verdickungsmechanismus von Polyacrylsäure-Verdickungsmitteln besteht aus zwei Arten: Neutralisierungsverdickung und Wasserstoffbrückenbindungsverdickung. Bei der Neutralisierung und Verdickung wird das saure Polyacrylsäure-Verdickungsmittel mit Alkali neutralisiert, um seine Moleküle zu ionisieren und negative Ladungen entlang der Hauptkette des Polymers zu erzeugen. Dabei wird auf die Abstoßung zwischen den gleichgeschlechtlichen Ladungen zurückgegriffen, um die Dehnung der Molekülkette zu fördern. Offen, um ein Netzwerk zu bilden Struktur zur Erzielung einer Verdickungswirkung. Bei der Verdickung durch Wasserstoffbrückenbindung verbinden sich Polyacrylsäuremoleküle mit Wasser zu Hydratationsmolekülen und verbinden sich dann mit Hydroxyldonoren wie nichtionischen Tensiden mit 5 oder mehr Ethoxygruppen. Durch die gleichgeschlechtliche elektrostatische Abstoßung von Carboxylationen entsteht die Molekülkette. Die helikale Verlängerung wird stäbchenförmig, so dass sich die gekräuselten Molekülketten im wässrigen System zu einer Netzwerkstruktur lösen und so einen Verdickungseffekt erzielen. Unterschiedliche Polymerisations-pH-Werte, Neutralisationsmittel und Molekulargewichte haben großen Einfluss auf die Verdickungswirkung des Verdickungssystems. Darüber hinaus können anorganische Elektrolyte die Verdickungseffizienz dieses Verdickungsmitteltyps erheblich beeinflussen, einwertige Ionen können nur die Verdickungseffizienz des Systems verringern, zweiwertige oder dreiwertige Ionen können nicht nur das System verdünnen, sondern auch unlösliche Niederschläge erzeugen. Daher ist die Elektrolytbeständigkeit von Polycarboxylat-Verdickungsmitteln sehr gering, was eine Anwendung in Bereichen wie der Ölförderung unmöglich macht.
In den Branchen, in denen Verdickungsmittel am häufigsten eingesetzt werden, wie zum Beispiel Textilien, Erdölexploration und Kosmetik, sind die Leistungsanforderungen an Verdickungsmittel wie Elektrolytbeständigkeit und Verdickungseffizienz sehr hoch. Das durch Lösungspolymerisation hergestellte Verdickungsmittel weist normalerweise ein relativ niedriges Molekulargewicht auf, wodurch die Verdickungseffizienz gering ist und die Anforderungen einiger industrieller Prozesse nicht erfüllt werden können. Verdickungsmittel mit hohem Molekulargewicht können durch Emulsionspolymerisation, inverse Emulsionspolymerisation und andere Polymerisationsverfahren erhalten werden. Aufgrund der schlechten Elektrolytbeständigkeit des Natriumsalzes der Carboxylgruppe kann die Zugabe von nichtionischen oder kationischen Monomeren und Monomeren mit starker Elektrolytbeständigkeit (z. B. Monomere mit Sulfonsäuregruppen) zur Polymerkomponente die Viskosität des Verdickungsmittels erheblich verbessern. Aufgrund seiner Elektrolytbeständigkeit erfüllt es die Anforderungen in Industriebereichen wie der tertiären Ölförderung. Seit Beginn der inversen Emulsionspolymerisation im Jahr 1962 wurde die Polymerisation von Polyacrylsäure und Polyacrylamid mit hohem Molekulargewicht von der inversen Emulsionspolymerisation dominiert. Erfand das Verfahren der Emulsionscopolymerisation von stickstoffhaltigem Polyoxyethylen oder seiner alternierenden Copolymerisation mit Polyoxypropylen-polymerisiertem Tensid, Vernetzungsmittel und Acrylsäuremonomer zur Herstellung einer Polyacrylsäureemulsion als Verdickungsmittel und erzielte eine gute Verdickungswirkung und einen guten Antielektrolyten Leistung. Arianna Benetti et al. nutzte die Methode der inversen Emulsionspolymerisation zur Copolymerisation von Acrylsäure, sulfonsäuregruppenhaltigen Monomeren und kationischen Monomeren, um ein Verdickungsmittel für Kosmetika zu erfinden. Durch die Einführung von Sulfonsäuregruppen und quartären Ammoniumsalzen mit starker Antielektrolytwirkung in die Verdickerstruktur weist das hergestellte Polymer hervorragende Verdickungs- und Antielektrolyteigenschaften auf. Martial Pabon et al. verwendeten die inverse Emulsionspolymerisation zur Copolymerisation von Natriumacrylat-, Acrylamid- und Isooctylphenol-Polyoxyethylenmethacrylat-Makromonomeren, um ein wasserlösliches Verdickungsmittel mit hydrophober Assoziation herzustellen. Charles A. usw. verwendeten Acrylsäure und Acrylamid als Comonomere, um durch inverse Emulsionspolymerisation ein Verdickungsmittel mit hohem Molekulargewicht zu erhalten. Zhao Junzi und andere verwendeten Lösungspolymerisation und inverse Emulsionspolymerisation, um Polyacrylat-Verdickungsmittel mit hydrophober Assoziation zu synthetisieren, und verglichen den Polymerisationsprozess und die Produktleistung. Die Ergebnisse zeigen, dass im Vergleich zur Lösungspolymerisation und inversen Emulsionspolymerisation von Acrylsäure und Stearylacrylat das aus Acrylsäure und Fettalkoholpolyoxyethylenether synthetisierte hydrophobe Assoziationsmonomer durch inverse Emulsionspolymerisation und Acrylsäure-Copolymerisation wirksam verbessert werden kann. Elektrolytbeständigkeit von Verdickungsmitteln. He Ping erörterte mehrere Fragen im Zusammenhang mit der Herstellung von Polyacrylsäure-Verdickungsmitteln durch inverse Emulsionspolymerisation. In dieser Arbeit wurde das amphotere Copolymer als Stabilisator und Methylenbisacrylamid als Vernetzungsmittel verwendet, um Ammoniumacrylat für die inverse Emulsionspolymerisation zu initiieren und so einen Hochleistungsverdicker für den Pigmentdruck herzustellen. Die Auswirkungen verschiedener Stabilisatoren, Initiatoren, Comonomere und Kettenübertragungsmittel auf die Polymerisation wurden untersucht. Es wird darauf hingewiesen, dass das Copolymer aus Laurylmethacrylat und Acrylsäure als Stabilisator verwendet werden kann und die beiden Redoxinitiatoren Benzoyldimethylanilinperoxid und Natrium-tert-butylhydroperoxidmetabisulfit sowohl die Polymerisation initiieren als auch eine bestimmte Viskosität erreichen können. weißes Fruchtfleisch. Und es wird angenommen, dass die Salzbeständigkeit von Ammoniumacrylat, das mit weniger als 15 % Acrylamid copolymerisiert wird, zunimmt.
2. Verdickungsmittel aus synthetischem Polymer mit hydrophober Verbindung
Obwohl chemisch vernetzte Polyacrylsäure-Verdickungsmittel weit verbreitet sind und die Zugabe von Sulfonsäuregruppen enthaltenden Monomeren zur Verdickungsmittelzusammensetzung deren Antielektrolytleistung verbessern kann, gibt es immer noch viele Verdickungsmittel dieses Typs. Mängel wie schlechte Thixotropie des Verdickungssystems usw. Die verbesserte Methode besteht darin, eine kleine Menge hydrophober Gruppen in die hydrophile Hauptkette einzuführen, um hydrophobe assoziative Verdickungsmittel zu synthetisieren. Hydrophobe Assoziativverdicker sind in den letzten Jahren neu entwickelte Verdicker. In der Molekülstruktur gibt es hydrophile Teile und lipophile Gruppen, die eine gewisse Oberflächenaktivität aufweisen. Assoziative Verdickungsmittel weisen eine bessere Salzbeständigkeit auf als nicht-assoziative Verdickungsmittel. Dies liegt daran, dass die Assoziation hydrophober Gruppen teilweise der durch den ionenabschirmenden Effekt verursachten Kräuselneigung entgegenwirkt oder die durch die längere Seitenkette verursachte sterische Barriere den ionenabschirmenden Effekt teilweise schwächt. Der Assoziationseffekt trägt dazu bei, die Rheologie des Verdickungsmittels zu verbessern, was im eigentlichen Auftragsprozess eine große Rolle spielt. Zusätzlich zu den hydrophoben assoziativen Verdickungsmitteln mit einigen in der Literatur beschriebenen Strukturen haben Tian Dating et al. berichteten auch, dass Hexadecylmethacrylat, ein hydrophobes Monomer mit langen Ketten, mit Acrylsäure copolymerisiert wurde, um assoziative Verdickungsmittel aus binären Copolymeren herzustellen. Synthetischer Verdicker. Studien haben gezeigt, dass eine bestimmte Menge an vernetzenden Monomeren und hydrophoben langkettigen Monomeren die Viskosität deutlich erhöhen kann. Die Wirkung von Hexadecylmethacrylat (HM) im hydrophoben Monomer ist größer als die von Laurylmethacrylat (LM). Die Leistung von assoziativ vernetzten Verdickungsmitteln, die hydrophobe langkettige Monomere enthalten, ist besser als die von nicht-assoziativ vernetzten Verdickungsmitteln. Auf dieser Grundlage synthetisierte die Forschungsgruppe auch einen assoziativen Verdicker, der Acrylsäure/Acrylamid/Hexadecylmethacrylat-Terpolymer durch inverse Emulsionspolymerisation enthält. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl die hydrophobe Assoziation von Cetylmethacrylat als auch die nichtionische Wirkung von Propionamid die Verdickungsleistung des Verdickungsmittels verbessern können.
Auch hydrophobe Assoziations-Polyurethan-Verdicker (HEUR) wurden in den letzten Jahren stark weiterentwickelt. Seine Vorteile sind nicht leicht zu hydrolysieren, stabile Viskosität und hervorragende Bauleistung in einem breiten Anwendungsbereich wie pH-Wert und Temperatur. Der Verdickungsmechanismus von Polyurethan-Verdickungsmitteln beruht hauptsächlich auf ihrer speziellen Dreiblock-Polymerstruktur in der Form lipophil-hydrophil-lipophil, sodass die Kettenenden lipophile Gruppen (normalerweise aliphatische Kohlenwasserstoffgruppen) und die Mitte wasserlösliche hydrophile Gruppen sind Segment (normalerweise Polyethylenglykol mit höherem Molekulargewicht). Der Einfluss der hydrophoben Endgruppengröße auf die Verdickungswirkung von HEUR wurde untersucht. Mithilfe verschiedener Testmethoden wurde Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von 4000 mit Octanol, Dodecylalkohol und Octadecylalkohol verkappt und mit jeder hydrophoben Gruppe verglichen. Durch HEUR in wässriger Lösung gebildete Mizellengröße. Die Ergebnisse zeigten, dass die kurzen hydrophoben Ketten nicht ausreichten, damit HEUR hydrophobe Mizellen bilden konnte und dass die Verdickungswirkung nicht gut war. Gleichzeitig ist beim Vergleich von Stearylalkohol und Polyethylenglykol mit Laurylalkohol-Endgruppe die Größe der Mizellen des ersteren deutlich größer als die des letzteren, und es wird geschlussfolgert, dass das lange hydrophobe Kettensegment eine bessere Verdickungswirkung hat.
Hauptanwendungsgebiete
Bedrucken und Färben von Textilien
Der gute Druckeffekt und die Qualität des Textil- und Pigmentdrucks hängen weitgehend von der Leistung der Druckpaste ab, und die Zugabe von Verdickungsmittel spielt eine entscheidende Rolle für deren Leistung. Durch die Zugabe eines Verdickungsmittels kann das Druckprodukt eine hohe Farbausbeute, klare Druckkonturen sowie leuchtende und satte Farben aufweisen und die Durchlässigkeit und Thixotropie des Produkts verbessern. Als Verdickungsmittel für Druckpasten wurde früher meist natürliche Stärke oder Natriumalginat verwendet. Aufgrund der Schwierigkeit, Paste aus natürlicher Stärke herzustellen, und des hohen Preises von Natriumalginat wird es nach und nach durch Acryldruck- und Färbeverdickungsmittel ersetzt. Anionische Polyacrylsäure hat die beste Verdickungswirkung und ist derzeit das am weitesten verbreitete Verdickungsmittel. Diese Art von Verdickungsmittel weist jedoch immer noch Mängel auf, wie z. B. Elektrolytbeständigkeit, Thixotropie der Farbpaste und Farbausbeute beim Drucken. Der Durchschnitt ist nicht ideal. Die verbesserte Methode besteht darin, eine kleine Menge hydrophober Gruppen in die hydrophile Hauptkette einzuführen, um assoziative Verdickungsmittel zu synthetisieren. Derzeit können Druckverdicker auf dem heimischen Markt je nach Rohstoff und Herstellungsmethode in natürliche Verdicker, Emulgierverdicker und synthetische Verdicker unterteilt werden. Da sein Feststoffgehalt mehr als 50 % betragen kann, ist die Verdickungswirkung meist sehr gut.
Farbe auf Wasserbasis
Durch die entsprechende Zugabe von Verdickungsmitteln zum Lack können die Fließeigenschaften des Lacksystems wirksam verändert und thixotropiert werden, wodurch der Lack eine gute Lagerstabilität und Verarbeitbarkeit erhält. Ein Verdickungsmittel mit hervorragender Leistung kann die Viskosität der Beschichtung während der Lagerung erhöhen, die Ablösung der Beschichtung hemmen und die Viskosität während der Hochgeschwindigkeitsbeschichtung verringern, die Viskosität des Beschichtungsfilms nach der Beschichtung erhöhen und das Auftreten von Durchhängen verhindern. Herkömmliche Farbverdicker verwenden häufig wasserlösliche Polymere wie hochmolekulare Hydroxyethylcellulose. Darüber hinaus können Polymerverdicker auch zur Kontrolle der Feuchtigkeitsspeicherung während des Beschichtungsprozesses von Papierprodukten eingesetzt werden. Das Vorhandensein von Verdickungsmitteln kann die Oberfläche von beschichtetem Papier glatter und gleichmäßiger machen. Insbesondere der Verdicker mit quellfähiger Emulsion (HASE) hat eine spritzhemmende Wirkung und kann in Kombination mit anderen Arten von Verdickern verwendet werden, um die Oberflächenrauheit des beschichteten Papiers erheblich zu reduzieren. Beispielsweise tritt bei Latexfarben während der Produktion, beim Transport, bei der Lagerung und beim Bau häufig das Problem der Wasserabscheidung auf. Obwohl die Wasserabscheidung durch eine Erhöhung der Viskosität und Dispergierbarkeit der Latexfarbe verzögert werden kann, sind solche Anpassungen oft begrenzt, und umso wichtiger ist es, dieses Problem durch die Wahl des Verdickungsmittels und dessen Abstimmung zu lösen.
Ölgewinnung
Um bei der Ölförderung eine hohe Ausbeute zu erzielen, wird die Leitfähigkeit einer bestimmten Flüssigkeit (z. B. hydraulische Kraft usw.) genutzt, um die Flüssigkeitsschicht aufzubrechen. Die Flüssigkeit wird als Fracturing-Fluid oder Fracturing-Fluid bezeichnet. Der Zweck der Frakturierung besteht darin, in der Formation Brüche mit einer bestimmten Größe und Leitfähigkeit zu bilden, und ihr Erfolg hängt eng mit der Leistung der verwendeten Frakturierungsflüssigkeit zusammen. Zu den Fracturing-Flüssigkeiten zählen wasserbasierte Fracturing-Flüssigkeiten, ölbasierte Fracturing-Flüssigkeiten, alkoholbasierte Fracturing-Flüssigkeiten, emulgierte Fracturing-Flüssigkeiten und Schaum-Fracturing-Flüssigkeiten. Unter diesen weist die wasserbasierte Fracking-Flüssigkeit die Vorteile niedriger Kosten und hoher Sicherheit auf und wird derzeit am häufigsten verwendet. Verdickungsmittel ist der Hauptzusatzstoff in wasserbasierten Frakturierungsflüssigkeiten, und seine Entwicklung hat fast ein halbes Jahrhundert gedauert, aber die Erzielung eines Verdickungsmittels für Frakturierungsflüssigkeiten mit besserer Leistung war schon immer die Forschungsrichtung von Wissenschaftlern im In- und Ausland. Derzeit werden viele Arten wasserbasierter Fracturing-Fluid-Polymerverdicker verwendet, die in zwei Kategorien unterteilt werden können: natürliche Polysaccharide und ihre Derivate sowie synthetische Polymere. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Ölförderungstechnologie und der Zunahme der Bergbauschwierigkeiten stellen die Menschen immer neue und höhere Anforderungen an die Fracking-Flüssigkeit. Da sie sich besser an komplexe Formationsumgebungen anpassen lassen als natürliche Polysaccharide, werden Verdickungsmittel aus synthetischen Polymeren eine größere Rolle bei der Tiefbrunnenfrakturierung bei hohen Temperaturen spielen.
Tägliche Chemikalien und Lebensmittel
Derzeit werden in der täglichen chemischen Industrie mehr als 200 Arten von Verdickungsmitteln verwendet, darunter hauptsächlich anorganische Salze, Tenside, wasserlösliche Polymere und Fettalkohole/Fettsäuren. Sie werden hauptsächlich in Waschmitteln, Kosmetika, Zahnpasta und anderen Produkten verwendet. Darüber hinaus werden Verdickungsmittel auch in der Lebensmittelindustrie häufig eingesetzt. Sie werden hauptsächlich zur Verbesserung und Stabilisierung der physikalischen Eigenschaften oder Formen von Lebensmitteln verwendet, erhöhen die Viskosität von Lebensmitteln, verleihen Lebensmitteln einen klebrigen und köstlichen Geschmack und spielen eine Rolle bei der Verdickung, Stabilisierung und Homogenisierung. , emulgierendes Gel, maskierend, aromatisierend und süßend. Zu den in der Lebensmittelindustrie verwendeten Verdickungsmitteln gehören natürliche Verdickungsmittel, die aus Tieren und Pflanzen gewonnen werden, sowie synthetische Verdickungsmittel wie CMCNa und Propylenglykolalginat. Darüber hinaus werden Verdickungsmittel auch häufig in der Medizin, Papierherstellung, Keramik, Lederverarbeitung, Galvanisierung usw. eingesetzt.
2.Anorganisches Verdickungsmittel
Anorganische Verdickungsmittel umfassen zwei Klassen von niedermolekularem und hohem Molekulargewicht, und Verdickungsmittel mit niedrigem Molekulargewicht sind hauptsächlich wässrige Lösungen anorganischer Salze und Tenside. Zu den derzeit verwendeten anorganischen Salzen gehören hauptsächlich Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Ammoniumchlorid, Natriumsulfat, Natriumphosphat und Pentanatriumtriphosphat, wobei Natriumchlorid und Ammoniumchlorid eine bessere Verdickungswirkung haben. Das Grundprinzip besteht darin, dass Tenside in wässriger Lösung Mizellen bilden und die Anwesenheit von Elektrolyten die Anzahl der Mizellenverbände erhöht, was zur Umwandlung von kugelförmigen Mizellen in stäbchenförmige Mizellen führt, den Bewegungswiderstand erhöht und somit die Viskosität des Systems erhöht . Wenn jedoch zu viel Elektrolyt vorhanden ist, beeinträchtigt dies die Mizellenstruktur, verringert den Bewegungswiderstand und verringert somit die Viskosität des Systems, was als sogenannter Aussalzeffekt bezeichnet wird.
Anorganische Verdickungsmittel mit hohem Molekulargewicht umfassen Bentonit, Attapulgit, Aluminiumsilikat, Sepiolith, Hectorit usw. Unter diesen hat Bentonit den größten kommerziellen Wert. Der Hauptverdickungsmechanismus besteht aus thixotropen Gelmineralien, die durch die Aufnahme von Wasser aufquellen. Diese Mineralien haben im Allgemeinen eine Schichtstruktur oder eine ausgedehnte Gitterstruktur. Beim Dispergieren in Wasser diffundieren die darin enthaltenen Metallionen aus den lamellaren Kristallen, quellen mit fortschreitender Hydratation auf und trennen sich schließlich vollständig von den lamellaren Kristallen unter Bildung einer kolloidalen Suspension. flüssig. Zu diesem Zeitpunkt ist die Oberfläche des Lamellenkristalls negativ geladen und seine Ecken weisen aufgrund des Auftretens von Gitterbruchflächen eine geringe positive Ladung auf. In einer verdünnten Lösung sind die negativen Ladungen an der Oberfläche größer als die positiven Ladungen an den Ecken und die Partikel stoßen sich gegenseitig ab, ohne sich zu verdicken. Mit zunehmender Elektrolytkonzentration nimmt jedoch die Ladung auf der Oberfläche der Lamellen ab und die Wechselwirkung zwischen den Partikeln ändert sich von der Abstoßungskraft zwischen den Lamellen zur Anziehungskraft zwischen den negativen Ladungen auf der Oberfläche der Lamellen und den positiven Ladungen an den Randecken. Vertikal miteinander vernetzt, um eine Kartenhausstruktur zu bilden, wodurch durch Quellung ein Gel entsteht, um einen Verdickungseffekt zu erzielen. Zu diesem Zeitpunkt löst sich das anorganische Gel in Wasser auf und bildet ein stark thixotropes Gel. Darüber hinaus kann Bentonit in Lösung Wasserstoffbrückenbindungen bilden, was der Bildung einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur zuträglich ist. Der Prozess der Verdickung der anorganischen Gelhydratation und der Kartenhausbildung ist in schematischer Abbildung 1 dargestellt. Durch die Interkalation polymerisierter Monomere in Montmorillonit zur Vergrößerung des Zwischenschichtabstands und die anschließende In-situ-Interkalationspolymerisation zwischen den Schichten kann ein organisch-anorganisches Polymer/Montmorillonit-Hybrid entstehen Verdickungsmittel. Polymerketten können Montmorillonitschichten passieren und ein Polymernetzwerk bilden. Zum ersten Mal haben Kazutoshi et al. verwendeten Montmorillonit auf Natriumbasis als Vernetzungsmittel zur Einführung eines Polymersystems und stellten ein mit Montmorillonit vernetztes temperaturempfindliches Hydrogel her. Liu Hongyu et al. verwendeten Montmorillonit auf Natriumbasis als Vernetzungsmittel, um einen neuen Verdickungsmitteltyp mit hoher Antielektrolytleistung zu synthetisieren, und testeten die Verdickungsleistung sowie die Anti-NaCl- und andere Elektrolytleistung des Verbundverdickungsmittels. Die Ergebnisse zeigen, dass der mit Na-Montmorillonit vernetzte Verdicker hervorragende Antielektrolyteigenschaften aufweist. Darüber hinaus gibt es auch Verdickungsmittel aus anorganischen und anderen organischen Verbindungen, wie das von M. Chtourou hergestellte synthetische Verdickungsmittel und andere organische Derivate von Ammoniumsalzen und tunesischem Ton, die zu Montmorillonit gehören und eine gute Verdickungswirkung haben.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 11. Januar 2023