Caractéristiques, préparation et application de l'éther de cellulose dans l'industrie

Les types, les méthodes de préparation, les propriétés et les caractéristiques de l'éther de cellulose ont été examinés, ainsi que les applications de l'éther de cellulose dans le pétrole, la construction, la fabrication du papier, le textile, la médecine, l'alimentation, les matériaux photoélectriques et l'industrie chimique quotidienne. De nouvelles variétés de dérivés d'éther de cellulose présentant des perspectives de développement ont été introduites et leurs perspectives d'application ont été explorées.

Mots clés :éther de cellulose; Performance; Application; Dérivés cellulosiques

La cellulose est une sorte de composé polymère naturel. Sa structure chimique est une macromolécule polysaccharide avec du β-glucose anhydre comme cycle de base, avec un groupe hydroxyle primaire et deux groupes hydroxyle secondaires sur chaque cycle de base. Par modification chimique, une série de dérivés de cellulose peuvent être obtenus, l'éther de cellulose en fait partie. L'éther de cellulose est obtenu par la réaction de la cellulose et de NaOH, puis éthérisé avec divers monomères fonctionnels tels que le chlorure de méthane, l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène, etc., en lavant le sel sous-produit et la cellulose de sodium. L'éther de cellulose est un dérivé important de la cellulose, peut être largement utilisé dans la médecine et la santé, les produits chimiques quotidiens, le papier, l'alimentation, la médecine, la construction, les matériaux et d'autres industries. Par conséquent, le développement et l’utilisation de l’éther de cellulose ont une importance positive pour l’utilisation globale des ressources renouvelables de biomasse, le développement de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies.

1. Classification et préparation de l'éther de cellulose

La classification des éthers de cellulose est généralement divisée en quatre catégories selon leurs propriétés ioniques.

1.1 Éther de cellulose non ionique

L'éther de cellulose non ionique est principalement de l'éther alkylique de cellulose, la méthode de préparation se fait par réaction de cellulose et de NaOH, puis avec une variété de monomères fonctionnels tels que le chlorure de méthane, l'oxyde d'éthylène, la réaction d'éthérification de l'oxyde de propylène, puis par lavage du sous-produit. sel et cellulose de sodium à obtenir. Les principaux éther de méthylcellulose, éther de méthylhydroxyéthylcellulose, éther de méthylhydroxypropylcellulose, éther d'hydroxyéthylcellulose, éther de cyanoéthylcellulose, éther d'hydroxybutylcellulose. Son application est très large.

1.2 Éther de cellulose anionique

L'éther de cellulose anionique est principalement du sodium de carboxyméthylcellulose, du sodium de carboxyméthylhydroxyéthylcellulose. La méthode de préparation consiste à faire réagir la cellulose et le NaOH, puis à l'éthérifier avec de l'acide monochloroacétique ou de l'oxyde d'éthylène, de l'oxyde de propylène, puis à laver le sel sous-produit et la cellulose de sodium pour obtenir.

1,3 éther de cellulose cationique

L'éther de cellulose cationique est principalement de l'éther de cellulose du chlorure de 3 – chlore – 2 – hydroxypropyl triméthylammonium. La méthode de préparation se fait par réaction de cellulose et de NaOH, puis de l'agent éthérifiant cationique 3 – chlore – 2 – chlorure d'hydroxypropyl triméthylammonium ou oxyde d'éthylène, oxyde de propylène avec réaction d'éthérification, puis par lavage du sous-produit sel et sodium. cellulose à obtenir.

1.4 Éther de cellulose zwittérionique

L'éther de cellulose zwitterionique a à la fois des groupes anioniques et des groupes cationiques sur la chaîne moléculaire, la méthode de préparation se fait par réaction de cellulose et de NaOH, puis avec un acide chloroacétique et un agent éthérifiant cationique 3 – chlore – 2 réaction d'éthérification du chlorure d'hydroxypropyl triméthylammonium, puis lavé par le sel de sous-produit et la cellulose de sodium et obtenu.

2.les propriétés et caractéristiques de l'éther de cellulose

2.1 Caractéristiques d'apparence

L'éther de cellulose est généralement blanc ou blanc laiteux, insipide, non toxique, avec une fluidité de poudre fibreuse, facile à absorber l'humidité, dissous dans l'eau en un colloïde stable visqueux transparent.

2.2 Formation du film et adhésion

L'éthérification de l'éther de cellulose a une grande influence sur ses propriétés, telles que la solubilité, la capacité filmogène, la force de liaison et la tolérance au sel. L'éther de cellulose a une résistance mécanique, une flexibilité, une résistance à la chaleur et une résistance au froid élevées, et a une bonne compatibilité avec une variété de résines et de plastifiants, peut être utilisé pour fabriquer des plastiques, des films, des vernis, des adhésifs, du latex et des matériaux de revêtement pharmaceutiques.

2.3 Solubilité

Méthylcellulose soluble dans l'eau froide, insoluble dans l'eau chaude, mais également soluble dans certains solvants organiques ; Méthylhydroxyéthylcellulose soluble dans l'eau froide, insoluble dans l'eau chaude et les solvants organiques. Mais lorsque la solution aqueuse de méthylcellulose et de méthylhydroxyéthylcellulose est chauffée, la méthylcellulose et la méthylhydroxyéthylcellulose précipiteront. La méthylcellulose a précipité à 45 ~ 60 ℃, tandis que la méthylhydroxyéthylcellulose éthérisée mélangée a précipité à 65 ~ 80 ℃. Lorsque la température baisse, les précipités se dissolvent à nouveau.

L'hydroxyéthylcellulose de sodium et la carboxyméthylhydroxyéthylcellulose sont solubles dans l'eau à n'importe quelle température, mais insolubles dans les solvants organiques (à quelques exceptions près).

2.4 Épaississement

L'éther de cellulose est dissous dans l'eau sous forme colloïdale et sa viscosité dépend du degré de polymérisation de l'éther de cellulose. La solution contient des macromolécules d'hydratation. En raison de l'enchevêtrement des macromolécules, le comportement d'écoulement de la solution est différent de celui des fluides newtoniens, mais présente un comportement qui varie avec le changement des forces de cisaillement. En raison de la structure macromoléculaire de l'éther de cellulose, la viscosité de la solution augmente rapidement avec l'augmentation de la concentration et diminue rapidement avec l'augmentation de la température.

2.5 Dégradabilité

L'éther de cellulose est utilisé dans la phase aqueuse. Tant que l’eau est présente, les bactéries se développent. La croissance des bactéries conduit à la production de bactéries enzymatiques. Les bactéries enzymatiques ont rompu la liaison de l'unité de glucose déshydraté non substituée adjacente à l'éther de cellulose et le poids moléculaire du polymère a diminué. Par conséquent, si une solution aqueuse d’éther de cellulose doit être conservée pendant une période plus longue, un conservateur doit y être ajouté, même si de l’éther de cellulose antibactérien est utilisé.

3.l'application de l'éther de cellulose dans l'industrie

3.1 Industrie pétrolière

La carboxyméthylcellulose de sodium est principalement utilisée dans l’exploitation pétrolière. Il est utilisé dans la fabrication de boue pour augmenter la viscosité et réduire la perte d’eau. Il peut résister à diverses pollutions par les sels solubles et améliorer le taux de récupération du pétrole.

La carboxyméthylhydroxypropylcellulose de sodium et la carboxyméthylhydroxyéthylcellulose de sodium sont une sorte de meilleur agent de traitement de boue de forage et de préparation de matériaux fluides de complétion, taux de réduction en pâte élevé, résistance au sel, résistance au calcium, bonne capacité de viscosification, résistance à la température (160 ℃). Convient à la préparation de fluide de forage d'eau douce, d'eau de mer et d'eau salée saturée, sous le poids du chlorure de calcium peut être mélangé à une variété de densités (103 ~ 1279/cm3) de fluide de forage, et lui confère une certaine viscosité et une faible filtration. capacité, sa viscosité et sa capacité de filtration sont meilleures que l'hydroxyéthylcellulose, est un bon additif de production d'huile. La carboxyméthylcellulose de sodium est largement utilisée dans le processus d'exploitation pétrolière des dérivés de cellulose, dans les fluides de forage, les fluides de cimentation, les fluides de fracturation et pour améliorer la production pétrolière, en particulier dans la consommation de fluide de forage est plus importante, la filtration et la viscosification principales au décollage et à l'atterrissage.

L'hydroxyéthylcellulose est utilisée dans les processus de forage, de complétion et de cimentation comme stabilisant épaississant de la boue. Parce que l'hydroxyéthylcellulose et la carboxyméthylcellulose de sodium, la gomme de guar comparée à un bon effet épaississant, du sable en suspension, une teneur élevée en sel, une bonne résistance à la chaleur et une faible résistance, moins de perte de liquide, un bloc de caoutchouc cassé, de faibles caractéristiques de résidus, ont été largement utilisées.

3.2 Industrie de la construction et du revêtement

Adjuvant de mortier de construction et de plâtrage: la carboxyméthylcellulose de sodium peut être utilisée comme agent retardateur, agent de rétention d'eau, épaississant et liant, peut être utilisée comme plâtre de fond de gypse et de ciment, dispersant de mortier et de matériau de nivellement du sol, agent de rétention d'eau, épaississant. Il s'agit d'une sorte d'adjuvant spécial pour mortier de maçonnerie et de plâtrage pour blocs de béton cellulaire en carboxyméthylcellulose, qui peut améliorer la maniabilité, la rétention d'eau et la résistance aux fissures du mortier et éviter la fissuration et le creux du mur de blocs.

Matériaux de décoration de surface de bâtiment : Cao Mingqian et autre méthylcellulose fabriqués à partir d'une sorte de matériaux de décoration de surface de bâtiment de protection de l'environnement, son processus de production est simple, propre, peut être utilisé pour les murs de haute qualité, la surface des carreaux de pierre, peut également être utilisé pour la colonne. , décoration de surface de tablette. Huang Jianping en carboxyméthylcellulose est une sorte de scellant pour carreaux de céramique, qui a une forte force de liaison, une bonne capacité de déformation, ne produit pas de fissures ni de chutes, un bon effet imperméable, une couleur vive et colorée, avec un excellent effet décoratif.

Application dans les revêtements : La méthylcellulose et l'hydroxyéthylcellulose peuvent être utilisées comme stabilisant, épaississant et agent de rétention d'eau pour les revêtements en latex. En outre, elles peuvent également être utilisées comme dispersant, viscosifiant et agent filmogène pour les revêtements de ciment colorés. L'ajout d'éther de cellulose avec des spécifications et une viscosité appropriées à la peinture au latex peut améliorer les performances de construction de la peinture au latex, empêcher les éclaboussures, améliorer la stabilité au stockage et le pouvoir couvrant. Le principal domaine de consommation à l'étranger est celui des revêtements en latex. Par conséquent, les produits à base d'éther de cellulose deviennent souvent le premier choix d'épaississant pour peinture au latex. Par exemple, l'éther de méthylhydroxyéthylcellulose modifié peut conserver la position de leader dans les épaississants de peinture au latex en raison de ses bonnes propriétés globales. Par exemple, parce que l'éther de cellulose possède des caractéristiques de gel thermique et de solubilité uniques, une résistance au sel, une résistance à la chaleur et une activité de surface appropriée, il peut être utilisé comme agent de rétention d'eau, agent de suspension, émulsifiant, agent filmogène, lubrifiant, liant et amendement rhéologique. .

3.3 Industrie du papier

Additifs humides pour papier : la CMC peut être utilisée comme dispersant de fibres et rehausseur de papier, peut être ajoutée à la pâte, car la carboxyméthylcellulose de sodium et les particules de pâte et d'emballage ont la même charge, peuvent augmenter l'uniformité de la fibre, améliorer la résistance du papier. En tant que renfort ajouté à l'intérieur du papier, il augmente la coopération de liaison entre les fibres et peut améliorer la résistance à la traction, la résistance à la rupture, la planéité du papier et d'autres indices physiques. La carboxyméthylcellulose de sodium peut également être utilisée comme agent d'encollage dans la pâte. En plus de son propre degré d'encollage, il peut également être utilisé comme agent protecteur de la colophane, de l'AKD et d'autres agents d'encollage. L'éther de cellulose cationique peut également être utilisé comme filtre d'aide à la rétention du papier, améliore le taux de rétention des fibres fines et de la charge, peut également être utilisé comme renfort du papier.

Adhésif de revêtement : utilisé pour le traitement du revêtement de l'adhésif de revêtement du papier, peut remplacer le fromage, une partie du latex, de sorte que l'encre d'impression pénètre facilement et dégage les bords. Il peut également être utilisé comme dispersant de pigments, viscosifiant et stabilisant.

Agent d'encollage de surface : la carboxyméthylcellulose de sodium peut être utilisée comme agent d'encollage de surface du papier, améliore la résistance de la surface du papier, par rapport à l'utilisation actuelle de l'alcool polyvinylique, l'amidon modifié après que la résistance de la surface peut être augmentée d'environ 10 %, le dosage est réduit d'environ 30 %. Il s’agit d’un agent d’encollage de surface prometteur pour la fabrication du papier, et sa série de nouvelles variétés devrait être activement développée. L'éther de cellulose cationique a de meilleures performances d'encollage de surface que l'amidon cationique, peut non seulement améliorer la résistance de surface du papier, mais peut également améliorer l'absorption d'encre du papier, augmenter l'effet de teinture, est également un agent d'encollage de surface prometteur.

3.4 Industrie textile

Dans l'industrie textile, l'éther de cellulose peut être utilisé comme agent d'encollage, agent d'égalisation et agent épaississant pour la pâte textile.

Agent d'encollage : l'éther de cellulose tel que la carboxyméthylcellulose de sodium, l'éther d'hydroxyéthylcarboxyméthylcellulose, l'éther d'hydroxypropylcarboxyméthylcellulose et d'autres variétés peuvent être utilisés comme agent d'encollage, et pas facile à détériorer et à mouler, l'impression et la teinture, sans désencollage, favorisent la teinture pour obtenir un uniforme. colloïde dans l'eau.

Agent de nivellement : peut améliorer le pouvoir hydrophile et osmotique du colorant, car le changement de viscosité est faible, il est facile d'ajuster la différence de couleur ; L'éther de cellulose cationique a également un effet colorant et colorant.

Agent épaississant : la carboxyméthylcellulose de sodium, l'éther d'hydroxyéthylcarboxyméthylcellulose, l'éther d'hydroxypropylcarboxyméthylcellulose peuvent être utilisés comme agent épaississant de suspension d'impression et de teinture, avec de petits résidus, des caractéristiques de taux de couleur élevées, est une classe d'additifs textiles très potentiels.

3.5 Industrie des produits chimiques ménagers

Viscosifiant stable : La méthylcellulose de sodium dans les produits en pâte de matières premières en poudre solide joue un rôle stable en suspension de dispersion, dans les cosmétiques liquides ou en émulsion épaississant, dispersant, homogénéisant et autres rôles. Il peut être utilisé comme stabilisant et viscosifiant.

Stabilisateur émulsifiant : faire de la pommade, du shampoing émulsifiant, un agent épaississant et un stabilisant. La carboxyméthylhydroxypropylcellulose de sodium peut être utilisée comme stabilisant adhésif pour dentifrice, avec de bonnes propriétés thixotropes, de sorte que le dentifrice ait une bonne formabilité, une déformation à long terme, un goût uniforme et délicat. Résistance au sel de carboxyméthylhydroxypropylcellulose de sodium, la résistance aux acides est supérieure, l'effet est bien meilleur que la carboxyméthylcellulose, peut être utilisée comme détergent dans le viscosifiant, agent de prévention de la fixation de la saleté.

Épaississant en dispersion : dans la production de détergents, utilisation générale de carboxyméthylcellulose de sodium comme dispersant de saleté de détergent, épaississant et dispersant de détergent liquide.

3.6 Industries pharmaceutiques et alimentaires

Dans l'industrie pharmaceutique, l'hydroxypropylcarboxyméthylcellulose peut être utilisée comme excipients médicamenteux, largement utilisée dans les préparations orales à libération contrôlée et à libération prolongée, comme matériau bloquant la libération pour réguler la libération de médicaments, comme matériau d'enrobage, agent à libération prolongée, granulés à libération prolongée. , capsules à libération prolongée. La plus largement utilisée est la méthylcarboxyméthylcellulose, l'éthylcarboxyméthylcellulose, telle que la MC, est souvent utilisée dans la fabrication de comprimés et de gélules, ou de comprimés dragéifiés enrobés.

L'éther de cellulose de qualité peut être utilisé dans l'industrie alimentaire. Dans une variété d'aliments, il s'agit d'un agent épaississant, d'un émulsifiant, d'un stabilisant, d'un excipient, d'un agent de rétention d'eau et d'un agent moussant mécanique efficaces. La méthylcellulose et l'hydroxypropylméthylcellulose ont été reconnues comme des substances inertes métaboliques non nocives. De la carboxyméthylcellulose de haute pureté (99,5 % ou plus) peut être ajoutée aux aliments, tels que les produits laitiers et crèmes, les condiments, les confitures, la gelée, les canettes, les sirops de table et les boissons. Une pureté de plus de 90 % de carboxyméthylcellulose peut être utilisée dans des aspects liés à l'alimentation, tels que le transport et le stockage de fruits frais, le film plastique a un bon effet de conservation, moins de pollution, aucun dommage, des avantages de production faciles à mécaniser.

3.7 Matériaux fonctionnels optiques et électriques

Stabilisateur épaississant d'électrolyte : en raison de la grande pureté de l'éther de cellulose, bonne résistance aux acides, résistance au sel, en particulier la teneur en fer et en métaux lourds est faible, de sorte que le colloïde est très stable, adapté aux piles alcalines, stabilisateur épaississant d'électrolyte de batterie au zinc et au manganèse.

Matériaux à cristaux liquides : depuis 1976, la première découverte de l'hydroxypropylcellulose – phase demande de cristaux liquides du système d'eau, a été trouvée dans une solution organique appropriée, de nombreux dérivés de cellulose en forte concentration peuvent former une solution anisotrope, par exemple l'hydroxypropylcellulose et son acétate, le propionate. , benzoate, phtalate, acétyxyéthylcellulose, hydroxyéthylcellulose, etc. En plus de former une solution de cristaux liquides ionique colloïdale, certains esters d'hydroxypropylcellulose présentent également cette propriété.

De nombreux éthers de cellulose présentent des propriétés de cristaux liquides thermotropes. L'acétylhydroxypropylcellulose forme des cristaux liquides cholestériques thermogéniques en dessous de 164 ℃. L'acétoacétate d'hydroxypropylcellulose, le trifluoroacétate d'hydroxypropylcellulose, l'hydroxypropylcellulose et ses dérivés, l'éthylhydroxypropylcellulose, la triméthylsiliccellulose et la butyldiméthylsiliccellulose, l'heptylcellulose et la butoxyléthylcellulose, l'acétate d'hydroxyéthylcellulose, etc., présentaient tous des cristaux liquides cholestériques thermogéniques. Certains esters de cellulose tels que le benzoate de cellulose, le p-méthoxybenzoate et le p-méthylbenzoate, l'heptanate de cellulose peuvent former des cristaux liquides cholestériques thermogéniques.

Matériau d'isolation électrique : agent éthérifiant cyanoéthylcellulose pour l'acrylonitrile, sa constante diélectrique élevée, son faible coefficient de perte, peut être utilisé comme matrice de résine de lampes au phosphore et électroluminescentes et comme isolation de transformateur.

4. Remarques finales

Utiliser la modification chimique pour obtenir des dérivés de cellulose dotés de fonctions particulières est un moyen efficace de trouver de nouvelles utilisations à la cellulose, la plus grande matière organique naturelle au monde. En tant que dérivé de la cellulose, l'éther de cellulose, tel que les matériaux polymères solubles dans l'eau, physiologiquement inoffensifs et sans pollution, en raison de ses excellentes propriétés, a été utilisé dans de nombreuses industries et aura des perspectives de développement plus larges.