مشخصات، تهیه و کاربرد اتر سلولز در صنعت

انواع، روش‌های تهیه، خواص و ویژگی‌های اتر سلولز و همچنین کاربردهای اتر سلولز در نفت، ساختمان، کاغذسازی، نساجی، دارو، مواد غذایی، مواد فوتوالکتریک و صنایع شیمیایی روزانه مورد بررسی قرار گرفت. برخی از انواع جدید مشتقات اتر سلولز با چشم انداز توسعه معرفی شدند و چشم انداز کاربرد آنها بررسی شد.

کلمات کلیدی:اتر سلولز; عملکرد؛ کاربرد؛ مشتقات سلولز

سلولز نوعی ترکیب پلیمری طبیعی است. ساختار شیمیایی آن یک ماکرومولکول پلی ساکارید با بتا گلوکز بی آب به عنوان حلقه پایه، با یک گروه هیدروکسیل اولیه و دو گروه هیدروکسیل ثانویه در هر حلقه پایه است. با اصلاح شیمیایی می توان یک سری مشتقات سلولز به دست آورد که اتر سلولز یکی از آنهاست. اتر سلولز از واکنش سلولز و NaOH به دست می آید و سپس با مونومرهای عملکردی مختلف مانند کلرید متان، اتیلن اکسید، پروپیلن اکسید و غیره با شستشوی نمک محصول جانبی و سلولز سدیم اتر می شود. سلولز اتر یک مشتق مهم سلولز است، می تواند به طور گسترده ای در پزشکی و بهداشت، مواد شیمیایی روزانه، کاغذ، مواد غذایی، دارو، ساخت و ساز، مواد و سایر صنایع استفاده شود. بنابراین، توسعه و استفاده از اتر سلولز اهمیت مثبتی برای استفاده همه جانبه از منابع زیست توده تجدیدپذیر، توسعه مواد جدید و فناوری‌های جدید دارد.

1. طبقه بندی و تهیه اتر سلولز

طبقه بندی اترهای سلولزی به طور کلی با توجه به خواص یونی آنها به چهار دسته تقسیم می شود.

1.1 اتر سلولز غیر یونی

اتر سلولز غیر یونی عمدتاً آلکیل اتر سلولز است، روش تهیه با واکنش سلولز و NaOH و سپس با انواع مونومرهای کاربردی مانند متان کلرید، اکسید اتیلن، واکنش اتریفیکاسیون پروپیلن اکسید و سپس شستشوی محصول جانبی است. نمک و سدیم سلولز برای به دست آوردن. اتر متیل سلولز اصلی، اتر متیل هیدروکسی اتیل سلولز، اتر متیل هیدروکسی پروپیل سلولز، اتر هیدروکسی اتیل سلولز، اتر سیانو اتیل سلولز، اتر هیدروکسی بوتیل سلولز. کاربرد آن بسیار گسترده است.

1.2 اتر سلولز آنیونی

اتر سلولز آنیونی عمدتاً کربوکسی متیل سلولز سدیم، کربوکسی متیل هیدروکسی اتیل سلولز سدیم است. روش تهیه از طریق واکنش سلولز و NaOH است و سپس با اسید مونوکلرواستیک یا اکسید اتیلن، پروپیلن اکسید اتریف می شود و سپس نمک محصول فرعی و سلولز سدیم را می شویند تا بدست آید.

1.3 اتر سلولز کاتیونی

اتر سلولز کاتیونی عمدتاً اتر سلولز 3 - کلر - 2 - هیدروکسی پروپیل تری متیل آمونیوم کلرید است. روش تهیه با واکنش سلولز و NaOH و سپس عامل اتریف کننده کاتیونی 3 – کلر – 2 – هیدروکسی پروپیل تری متیل آمونیوم کلرید یا اتیلن اکساید، اکسید پروپیلن همراه با واکنش اتریفیکاسیون و سپس با شستشوی نمک و سدیم محصول جانبی می باشد. سلولز برای به دست آوردن.

1.4 اتر سلولز Zwitteronic

اتر سلولز زوئیتریونی دارای هر دو گروه آنیونی و گروه های کاتیونی در زنجیره مولکولی است، روش تهیه با واکنش سلولز و NaOH و سپس با یک اسید کلرواستیک و عامل اتریف کننده کاتیونی 3 - کلر - 2 هیدروکسی پروپیل تری متیل آمونیوم کلرید و سپس واکنش اتریفیکاسیون است. توسط محصول جانبی نمک و سدیم سلولز و به دست می آید.

2. خواص و ویژگی های اتر سلولز

2.1 ویژگی های ظاهری

اتر سلولز به طور کلی سفید یا سفید شیری، بی مزه، غیر سمی، با سیالیت پودر فیبری، به راحتی جذب رطوبت، حل شده در آب به یک کلوئید پایدار چسبناک شفاف است.

2.2 تشکیل فیلم و چسبندگی

اتریفیکاسیون اتر سلولز تأثیر زیادی بر خواص آن مانند حلالیت، توانایی تشکیل فیلم، استحکام باند و تحمل نمک دارد. اتر سلولزی دارای استحکام مکانیکی بالا، انعطاف پذیری، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر سرما است و سازگاری خوبی با انواع رزین ها و نرم کننده ها دارد، می توان از آن برای ساخت پلاستیک، فیلم، لاک، چسب، لاتکس و مواد پوشش دارویی استفاده کرد.

2.3 حلالیت

متیل سلولز محلول در آب سرد، نامحلول در آب گرم، اما همچنین محلول در برخی از حلال های آلی. متیل هیدروکسی اتیل سلولز محلول در آب سرد، نامحلول در آب گرم و حلال های آلی. اما هنگامی که محلول آبی متیل سلولز و متیل هیدروکسی اتیل سلولز گرم می شود، متیل سلولز و متیل هیدروکسی اتیل سلولز رسوب می کنند. متیل سلولز در دمای 45 تا 60 درجه سانتیگراد رسوب کرد، در حالی که متیل هیدروکسی اتیل سلولز مخلوط اتر شده در دمای 65 تا 80 درجه سانتیگراد رسوب کرد. هنگامی که دما کاهش می یابد، رسوبات دوباره حل می شوند.

سدیم هیدروکسی اتیل سلولز و کربوکسی متیل هیدروکسی اتیل سلولز در آب در هر دمایی محلول هستند، اما در حلال های آلی نامحلول هستند (به استثنای چند مورد).

2.4 ضخیم شدن

اتر سلولز به صورت کلوئیدی در آب حل می شود و ویسکوزیته آن به درجه پلیمریزاسیون اتر سلولز بستگی دارد. محلول حاوی ماکرومولکول های هیدراتاسیون است. به دلیل درهم تنیدگی درشت مولکول ها، رفتار جریان محلول با سیالات نیوتنی متفاوت است، اما رفتاری از خود نشان می دهد که با تغییر نیروهای برشی تغییر می کند. به دلیل ساختار ماکرومولکولی اتر سلولز، ویسکوزیته محلول با افزایش غلظت به سرعت افزایش می یابد و با افزایش دما به سرعت کاهش می یابد.

2.5 تجزیه پذیری

اتر سلولزی در فاز آبی استفاده می شود. تا زمانی که آب وجود داشته باشد، باکتری ها رشد می کنند. رشد باکتری ها منجر به تولید باکتری های آنزیمی می شود. باکتری آنزیمی پیوند واحد گلوکز دهیدراته نشده را در مجاورت شکسته شدن اتر سلولز ایجاد کرد و وزن مولکولی پلیمر کاهش یافت. بنابراین اگر قرار است محلول آبی اتر سلولز برای مدت طولانی تری نگهداری شود، باید یک ماده نگهدارنده به آن اضافه کرد، حتی اگر از اتر سلولز ضد باکتری استفاده شود.

3. کاربرد اتر سلولز در صنعت

3.1 صنعت نفت

سدیم کربوکسی متیل سلولز عمدتاً در بهره برداری نفت استفاده می شود. در ساخت گل برای افزایش ویسکوزیته و کاهش اتلاف آب استفاده می شود. این می تواند در برابر آلودگی های مختلف نمک محلول مقاومت کند و میزان بازیابی نفت را بهبود بخشد.

سدیم کربوکسی متیل هیدروکسی پروپیل سلولز و سدیم کربوکسی متیل هیدروکسی اتیل سلولز نوعی عامل تصفیه گل حفاری بهتر و تهیه مواد سیال تکمیلی، سرعت خمیرکاری بالا، مقاومت نمک، مقاومت در برابر کلسیم، توانایی ویسکوزاسیون خوب، مقاومت در برابر دما (160 درجه سانتیگراد) هستند. مناسب برای تهیه مایع حفاری آب شیرین، آب دریا و آب نمک اشباع شده، تحت وزن کلرید کلسیم را می توان با انواع تراکم (103 ~ 1279 / سانتی متر مکعب) مایع حفاری مخلوط کرد و آن را دارای ویسکوزیته مشخص و فیلتراسیون کم کرد. ظرفیت، ویسکوزیته و ظرفیت فیلتراسیون آن بهتر از هیدروکسی اتیل سلولز است، یک افزودنی خوب برای تولید روغن است. سدیم کربوکسی متیل سلولز به طور گسترده ای در فرآیند بهره برداری نفتی از مشتقات سلولز استفاده می شود، در سیال حفاری، سیال سیمان، سیال شکستگی و بهبود تولید روغن استفاده می شود، به ویژه در مصرف سیال حفاری بیشتر است، فیلتراسیون اصلی برخاست و فرود و ویسکوزاسیون.

هیدروکسی اتیل سلولز در فرآیند حفاری، تکمیل و سیمان کاری به عنوان تثبیت کننده غلیظ کننده گل استفاده می شود. از آنجا که هیدروکسی اتیل سلولز و سدیم کربوکسی متیل سلولز، صمغ گوار در مقایسه با اثر ضخیم کنندگی خوب، ماسه تعلیق، محتوای نمک بالا، مقاومت در برابر حرارت خوب، و مقاومت کم، اتلاف مایع کمتر، بلوک لاستیکی شکسته، ویژگی های باقی مانده کم، به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است.

3.2 صنعت ساخت و ساز و پوشش

افزودنی ملات ساختمانی و گچ کاری: سدیم کربوکسی متیل سلولز می تواند به عنوان عامل کند کننده، عامل نگهدارنده آب، ضخیم کننده و چسبنده، می تواند به عنوان گچ کف گچ و کف سیمان، ملات و مواد پخش کننده مواد تسطیح زمین، عامل نگهدارنده آب، ضخیم کننده استفاده شود. نوعی ماده افزودنی مخصوص سنگ تراشی و ملات گچ کاری برای بلوک های بتنی هوادهی ساخته شده از کربوکسی متیل سلولز است که می تواند کارایی، حفظ آب و مقاومت در برابر ترک را بهبود بخشد و از ترک خوردگی و گودی دیواره بلوک جلوگیری کند.

مواد تزئینی سطح ساختمان: Cao Mingqian و سایر متیل سلولز ساخته شده از نوعی مواد تزئینی سطح ساختمان حفاظت از محیط زیست، فرآیند تولید آن ساده، تمیز است، می تواند برای دیوار با درجه بالا، سطح کاشی سنگی استفاده شود، همچنین می تواند برای ستون استفاده شود. ، تزیین سطح تبلت. Huang Jianping ساخته شده از کربوکسی متیل سلولز نوعی درزگیر کاشی سرامیکی است که دارای نیروی چسبندگی قوی، توانایی تغییر شکل خوب، ایجاد ترک و سقوط، اثر ضد آب خوب، رنگ روشن و رنگارنگ، با اثر تزئینی عالی است.

کاربرد در پوشش ها: متیل سلولز و هیدروکسی اتیل سلولز را می توان به عنوان تثبیت کننده، غلیظ کننده و نگهدارنده آب برای پوشش های لاتکس استفاده کرد، علاوه بر این، می تواند به عنوان پخش کننده، ویسکوزیفایر و عامل تشکیل فیلم برای پوشش های سیمانی رنگی نیز استفاده شود. افزودن اتر سلولز با مشخصات و ویسکوزیته مناسب به رنگ لاتکس می تواند عملکرد ساختمانی رنگ لاتکس را بهبود بخشد، از پاشش جلوگیری کند، پایداری ذخیره سازی و قدرت پوشش را بهبود بخشد. زمینه اصلی مصرف کننده در خارج از کشور پوشش های لاتکس است، بنابراین، محصولات اتر سلولزی اغلب به اولین انتخاب قوام دهنده رنگ لاتکس تبدیل می شوند. به عنوان مثال، اتر متیل هیدروکسی اتیل سلولز اصلاح شده به دلیل خواص جامع خوب خود می تواند جایگاه پیشرو را در غلیظ کننده رنگ لاتکس حفظ کند. به عنوان مثال، از آنجا که اتر سلولز دارای ویژگی های ژل حرارتی منحصر به فرد و حلالیت، مقاومت در برابر نمک، مقاومت در برابر حرارت و فعالیت سطحی مناسب است، می تواند به عنوان یک عامل نگهدارنده آب، عامل تعلیق، امولسیفایر، عامل تشکیل فیلم، روان کننده، بایندر و اصلاح کننده رئولوژیکی استفاده شود. .

3.3 صنعت کاغذ

افزودنی های مرطوب کاغذ: CMC را می توان به عنوان پخش کننده الیاف و تقویت کننده کاغذ استفاده کرد، می توان آن را به خمیر اضافه کرد، زیرا سدیم کربوکسی متیل سلولز و خمیر و ذرات بسته بندی دارای بار یکسانی هستند، می تواند یکنواختی الیاف را افزایش دهد، استحکام را بهبود بخشد. کاغذ به عنوان یک تقویت کننده اضافه شده در داخل کاغذ، همکاری پیوند بین الیاف را افزایش می دهد و می تواند استحکام کششی، مقاومت در برابر شکست، یکنواختی کاغذ و سایر شاخص های فیزیکی را بهبود بخشد. سدیم کربوکسی متیل سلولز نیز می تواند به عنوان عامل اندازه در خمیر استفاده شود. علاوه بر درجه سایزینگ خاص خود، می تواند به عنوان یک عامل محافظتی از رزین، AKD و سایر عوامل اندازه گیری نیز استفاده شود. اتر سلولز کاتیونی همچنین می تواند به عنوان فیلتر کمکی برای حفظ کاغذ استفاده شود، میزان نگهداری فیبر و پرکننده را بهبود بخشد، همچنین می تواند به عنوان تقویت کننده کاغذ استفاده شود.

چسب پوشش: برای پوشش دادن چسب پوشش کاغذ استفاده می شود، می تواند جایگزین پنیر، بخشی از لاتکس شود، به طوری که جوهر چاپ آسان به نفوذ، لبه شفاف. همچنین می توان از آن به عنوان پخش کننده رنگدانه، ویسکوزیفایر و تثبیت کننده استفاده کرد.

عامل اندازه گیری سطح: سدیم کربوکسی متیل سلولز را می توان به عنوان عامل اندازه گیری سطح کاغذ استفاده کرد، استحکام سطح کاغذ را بهبود بخشید، در مقایسه با استفاده فعلی از پلی وینیل الکل، نشاسته اصلاح شده پس از استحکام سطح می تواند حدود 10٪ افزایش یابد، دوز کاهش می یابد. حدود 30 درصد این یک عامل اندازه‌دهی سطحی امیدوارکننده برای کاغذسازی است و سری‌های جدید آن باید به طور فعال توسعه یابند. اتر سلولز کاتیونی عملکرد بهتری نسبت به نشاسته کاتیونی در اندازه گیری سطح دارد، نه تنها می تواند استحکام سطح کاغذ را بهبود بخشد، بلکه می تواند جذب جوهر کاغذ را نیز بهبود بخشد، اثر رنگرزی را افزایش دهد، همچنین یک عامل اندازه گیری سطح امیدوار کننده است.

3.4 صنعت نساجی

در صنعت نساجی، اتر سلولز را می توان به عنوان عامل سایز، تسطیح و ضخیم کننده خمیر نساجی استفاده کرد.

عامل اندازه: اتر سلولز مانند سدیم کربوکسی متیل سلولز، هیدروکسی اتیل کربوکسی متیل سلولز اتر، هیدروکسی پروپیل کربوکسی متیل سلولز اتر و انواع دیگر را می توان به عنوان عامل اندازه استفاده کرد، و به راحتی خراب نمی شود و قالب، چاپ و رنگرزی، بدون تغییر اندازه، رنگرزی به دست می آید. کلوئید در آب

عامل تراز: می تواند قدرت آبدوست و اسمزی رنگ را افزایش دهد، زیرا تغییر ویسکوزیته کوچک است، به راحتی می توان تفاوت رنگ را تنظیم کرد. اتر سلولز کاتیونی نیز دارای اثر رنگرزی و رنگ آمیزی است.

عامل ضخیم کننده: سدیم کربوکسی متیل سلولز، هیدروکسی اتیل کربوکسی متیل سلولز اتر، اتر هیدروکسی پروپیل کربوکسی متیل سلولز می تواند به عنوان عامل ضخیم کننده دوغاب چاپ و رنگرزی استفاده شود، با باقیمانده کوچک، ویژگی های نرخ رنگ بالا، یک کلاس از افزودنی های نساجی بسیار بالقوه است.

3.5 صنایع شیمیایی خانگی

ویسکوزیفایر پایدار: متیل سلولز سدیم در محصولات خمیری مواد خام پودر جامد، پایداری سوسپانسیون پراکندگی، در مواد آرایشی مایع یا امولسیونی، ضخیم‌کننده، پراکنده، همگن و نقش‌های دیگر را ایفا می‌کند. می توان از آن به عنوان تثبیت کننده و ویسکوزیفایر استفاده کرد.

تثبیت کننده امولسیون کننده: پماد، امولسیفایر شامپو، عامل قوام دهنده و تثبیت کننده. سدیم کربوکسی متیل هیدروکسی پروپیل سلولز می تواند به عنوان تثبیت کننده چسب خمیردندان، با خواص تیکسوتروپیک خوب استفاده شود، به طوری که خمیر دندان دارای شکل پذیری خوب، تغییر شکل طولانی مدت، طعم یکنواخت و لطیف است. سدیم کربوکسی متیل هیدروکسی پروپیل سلولز مقاومت در برابر نمک، مقاومت در برابر اسید برتر است، اثر بسیار بهتر از کربوکسی متیل سلولز است، می تواند به عنوان مواد شوینده در ویسکوزیفایر، عامل جلوگیری از چسبندگی خاک استفاده شود.

ضخیم کننده پراکندگی: در تولید مواد شوینده، استفاده عمومی از سدیم کربوکسی متیل سلولز به عنوان پخش کننده کثیفی مواد شوینده، ضخیم کننده مواد شوینده مایع و پخش کننده است.

3.6 صنایع دارویی و غذایی

در صنعت داروسازی، هیدروکسی پروپیل کربوکسی متیل سلولز را می توان به عنوان مکمل دارویی، به طور گسترده در آماده سازی رهش کنترل شده و رهش پایدار اسکلت دارویی خوراکی استفاده کرد، به عنوان یک ماده مسدود کننده رهاسازی برای تنظیم آزادسازی داروها، به عنوان ماده پوششی، عامل رهش پایدار، گلوله های رهش پایدار. ، کپسول رهش پایدار. بیشترین استفاده متیل کربوکسی متیل سلولز است، اتیل کربوکسی متیل سلولز، مانند MC اغلب در ساخت قرص ها و کپسول ها یا قرص های روکش دار با شکر استفاده می شود.

درجه کیفی اتر سلولز را می توان در صنایع غذایی استفاده کرد، در انواع مواد غذایی یک عامل غلیظ کننده موثر، امولسیفایر، تثبیت کننده، ماده کمکی، عامل نگهدارنده آب و عامل کف کننده مکانیکی است. متیل سلولز و هیدروکسی پروپیل متیل سلولز به عنوان مواد بی اثر متابولیک غیر مضر شناخته شده اند. کربوکسی متیل سلولز با خلوص بالا (با خلوص 99.5 درصد یا بیشتر) را می توان به مواد غذایی مانند محصولات شیر ​​و خامه، چاشنی ها، مرباها، ژله، قوطی ها، شربت ها و نوشیدنی ها اضافه کرد. خلوص بیش از 90٪ کربوکسی متیل سلولز را می توان در جنبه های مرتبط با مواد غذایی استفاده کرد، مانند استفاده در حمل و نقل و ذخیره میوه های تازه، بسته بندی پلاستیکی دارای اثر حفظ خوب، آلودگی کمتر، بدون آسیب، مزایای تولید آسان به مکانیزه است.

3.7 مواد کاربردی نوری و الکتریکی

تثبیت کننده ضخیم شدن الکترولیت: به دلیل خلوص بالای اتر سلولز، مقاومت اسیدی خوب، مقاومت در برابر نمک، به ویژه محتوای آهن و فلزات سنگین کم است، بنابراین کلوئید بسیار پایدار است، مناسب برای باتری قلیایی، تثبیت کننده ضخیم کننده الکترولیت باتری منگنز روی.

مواد کریستالی مایع: از سال 1976، اولین کشف هیدروکسی پروپیل سلولز - فاز کریستال مایع سیستم آب، در محلول آلی مناسب یافت شد، بسیاری از مشتقات سلولز در غلظت بالا می توانند محلول ناهمسانگرد را تشکیل دهند، به عنوان مثال، هیدروکسی پروپیل سلولز و استات آن، پروپیونات. ، بنزوات، فتالات، استی اکسی اتیل سلولز، هیدروکسی اتیل سلولز و ... علاوه بر تشکیل محلول کریستال مایع یونی کلوئیدی، برخی از استرهای هیدروکسی پروپیل سلولز نیز این خاصیت را نشان می دهند.

بسیاری از اترهای سلولزی دارای خواص کریستال مایع گرماگرد هستند. استیل هیدروکسی پروپیل سلولز کریستال مایع کلستریک ترموژنیک را زیر 164 درجه سانتیگراد تشکیل داد. استواستات هیدروکسی پروپیل سلولز، تری فلوئورواستات هیدروکسی پروپیل سلولز، هیدروکسی پروپیل سلولز و مشتقات آن، اتیل هیدروکسی پروپیل سلولز، تری متیل سیلیس سلولز و بوتیل دی متیل سیلیس سلولز، هپتیل سلولز و سلولز آلو اتیل سلولز، و غیره کریستال مایع کلستریک ic. برخی از استرهای سلولز مانند بنزوات سلولز، p-methoxybenzoate و p-methylbenzoate، سلولز هپتانات می توانند کریستال های مایع کلستریک ترموژنیک را تشکیل دهند.

مواد عایق الکتریکی: عامل اتریف کننده سیانواتیل سلولز برای اکریلونیتریل، ثابت دی الکتریک بالا، ضریب تلفات کم، می تواند به عنوان عایق رزین لامپ های فسفر و الکترولومینسانس و ترانسفورماتور استفاده شود.

4. سخنان پایانی

استفاده از اصلاحات شیمیایی برای به دست آوردن مشتقات سلولز با عملکردهای ویژه، روشی موثر برای یافتن کاربردهای جدید برای سلولز، بزرگترین ماده آلی طبیعی در جهان است. اتر سلولز به عنوان یکی از مشتقات سلولز مانند مواد پلیمری محلول در آب فیزیولوژیکی بی ضرر و بدون آلودگی به دلیل خواص عالی آن، در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار گرفته است و چشم انداز وسیع تری برای توسعه خواهد داشت.