Caratteristiche, preparazione e applicazione dell'etere di cellulosa nell'industria

Sono stati esaminati i tipi, i metodi di preparazione, le proprietà e le caratteristiche dell'etere di cellulosa, nonché le applicazioni dell'etere di cellulosa nel petrolio, nell'edilizia, nella fabbricazione della carta, nel tessile, nella medicina, negli alimenti, nei materiali fotoelettrici e nell'industria chimica quotidiana. Sono state introdotte alcune nuove varietà di derivati ​​dell'etere di cellulosa con prospettive di sviluppo e sono state prospettate le loro prospettive applicative.

Parole chiave:etere di cellulosa; Prestazione; Applicazione; Derivati ​​della cellulosa

La cellulosa è una sorta di composto polimerico naturale. La sua struttura chimica è una macromolecola polisaccaridica con β-glucosio anidro come anello di base, con un gruppo ossidrile primario e due gruppi ossidrile secondari su ciascun anello di base. Mediante modificazione chimica si possono ottenere una serie di derivati ​​della cellulosa, tra cui l'etere di cellulosa. L'etere di cellulosa si ottiene dalla reazione di cellulosa e NaOH, quindi eterizza con vari monomeri funzionali come cloruro di metano, ossido di etilene, ossido di propilene, ecc., lavando il sale del sottoprodotto e la cellulosa sodica. L'etere di cellulosa è un importante derivato della cellulosa, può essere ampiamente utilizzato in medicina e sanità, prodotti chimici quotidiani, carta, alimenti, medicine, edilizia, materiali e altri settori. Pertanto, lo sviluppo e l'utilizzo dell'etere di cellulosa hanno un significato positivo per l'utilizzo completo delle risorse di biomassa rinnovabile, lo sviluppo di nuovi materiali e nuove tecnologie.

1. Classificazione e preparazione dell'etere di cellulosa

La classificazione degli eteri di cellulosa è generalmente divisa in quattro categorie in base alle loro proprietà ioniche.

1.1 Etere di cellulosa non ionico

L'etere di cellulosa non ionico è principalmente etere alchilico di cellulosa, il metodo di preparazione avviene mediante reazione di cellulosa e NaOH, quindi con una varietà di monomeri funzionali come cloruro di metano, ossido di etilene, reazione di eterificazione dell'ossido di propilene e quindi lavando il sottoprodotto sale e cellulosa di sodio per ottenere. I principali etere di metilcellulosa, etere di metilidrossietilcellulosa, etere di metilidrossipropilcellulosa, etere di idrossietilcellulosa, etere di cianoetilcellulosa, etere di idrossibutilcellulosa. La sua applicazione è molto ampia.

1.2 Etere di cellulosa anionico

L'etere di cellulosa anionico è principalmente carbossimetilcellulosa sodica, carbossimetilidrossietilcellulosa sodica. Il metodo di preparazione prevede la reazione di cellulosa e NaOH, quindi eterificazione con acido monocloroacetico o ossido di etilene, ossido di propilene, quindi lavare il sale del sottoprodotto e la cellulosa sodica per ottenere.

1.3 etere di cellulosa cationico

L'etere di cellulosa cationico è principalmente 3 – cloro – 2 – idrossipropil trimetil ammonio cloruro etere di cellulosa. Il metodo di preparazione prevede la reazione di cellulosa e NaOH, quindi l'agente eterificante cationico 3 – cloro – 2 – idrossipropil trimetil ammonio cloruro o ossido di etilene, ossido di propilene insieme alla reazione eterificante, quindi lavando il sottoprodotto sale e sodio cellulosa da ottenere.

1.4 Etere di cellulosa zwitterionico

L'etere di cellulosa zwitterionico ha sia gruppi anionici che gruppi cationici sulla catena molecolare, il metodo di preparazione avviene mediante reazione di cellulosa e NaOH, quindi con una reazione di eterificazione del cloruro di acido cloroacetico e agente eterificante cationico 3 - cloro - 2 idrossipropil trimetil ammonio, quindi lavato dal sottoprodotto sale e cellulosa sodica e ottenuto.

2.le proprietà e le caratteristiche dell'etere di cellulosa

2.1 Caratteristiche estetiche

L'etere di cellulosa è generalmente bianco o bianco latte, insapore, non tossico, con fluidità di polvere fibrosa, facile da assorbire l'umidità, disciolto in acqua in un colloide viscoso stabile trasparente.

2.2 Formazione e adesione del film

L'eterificazione dell'etere di cellulosa ha una grande influenza sulle sue proprietà, come solubilità, capacità di formare film, forza di legame e tolleranza al sale. L'etere di cellulosa ha un'elevata resistenza meccanica, flessibilità, resistenza al calore e al freddo e ha una buona compatibilità con una varietà di resine e plastificanti e può essere utilizzato per produrre plastica, pellicole, vernici, adesivi, lattice e materiali di rivestimento farmaceutici.

2.3 Solubilità

Metilcellulosa solubile in acqua fredda, insolubile in acqua calda, ma anche solubile in alcuni solventi organici; Metilidrossietilcellulosa solubile in acqua fredda, insolubile in acqua calda e solventi organici. Ma quando la soluzione acquosa di metilcellulosa e metilidrossietilcellulosa viene riscaldata, la metilcellulosa e la metilidrossietilcellulosa precipiteranno. La metilcellulosa precipita a 45 ~ 60 ℃, mentre la metilidrossietilcellulosa eterizzata mista precipita a 65 ~ 80 ℃. Quando la temperatura scende, i precipitati si sciolgono nuovamente.

La sodio idrossietilcellulosa e la carbossimetilidrossietilcellulosa sono solubili in acqua a qualsiasi temperatura, ma insolubili nei solventi organici (con poche eccezioni).

2.4 Ispessimento

L'etere di cellulosa viene sciolto in acqua in forma colloidale e la sua viscosità dipende dal grado di polimerizzazione dell'etere di cellulosa. La soluzione contiene macromolecole di idratazione. A causa dell'aggrovigliamento delle macromolecole, il comportamento del flusso della soluzione è diverso da quello dei fluidi newtoniani, ma presenta un comportamento che varia al variare delle forze di taglio. A causa della struttura macromolecolare dell'etere di cellulosa, la viscosità della soluzione aumenta rapidamente all'aumentare della concentrazione e diminuisce rapidamente all'aumentare della temperatura.

2.5 Degradabilità

L'etere di cellulosa viene utilizzato nella fase acquosa. Finché è presente l’acqua, i batteri cresceranno. La crescita dei batteri porta alla produzione di batteri enzimatici. I batteri enzimatici hanno causato la rottura del legame dell'unità di glucosio disidratato non sostituito adiacente all'etere di cellulosa e il peso molecolare del polimero è diminuito. Pertanto, se una soluzione acquosa di etere di cellulosa deve essere conservata per un periodo di tempo più lungo, è necessario aggiungervi un conservante, anche se viene utilizzato etere di cellulosa antibatterico.

3.l'applicazione dell'etere di cellulosa nell'industria

3.1 Industria petrolifera

La carbossimetilcellulosa di sodio viene utilizzata principalmente nello sfruttamento del petrolio. Viene utilizzato nella produzione di fanghi per aumentare la viscosità e ridurre la perdita d'acqua. Può resistere a vari inquinamenti salini solubili e migliorare il tasso di recupero dell'olio.

La sodio carbossimetilidrossipropilcellulosa e la sodio carbossimetilidrossietilcellulosa sono una sorta di migliore agente per il trattamento del fango di perforazione e la preparazione di materiali fluidi di completamento, elevata velocità di spappolamento, resistenza al sale, resistenza al calcio, buona capacità di viscosificazione, resistenza alla temperatura (160 ℃). Adatto per la preparazione di acqua dolce, acqua di mare e fluido di perforazione di acqua salata satura, sotto il peso del cloruro di calcio può essere miscelato in una varietà di fluidi di perforazione di densità diverse (103 ~ 1279 / cm3) e gli conferisce una certa viscosità e una bassa filtrazione capacità, la sua viscosità e capacità di filtrazione sono migliori dell'idrossietilcellulosa, è un buon additivo per la produzione di petrolio. La carbossimetilcellulosa di sodio è ampiamente utilizzata nel processo di sfruttamento del petrolio dei derivati ​​della cellulosa, nei fluidi di perforazione, nei fluidi di cementazione, nei fluidi di fratturazione e nel miglioramento della produzione di petrolio, soprattutto nel consumo di fluidi di perforazione è maggiore, la principale filtrazione e viscosificazione di decollo e atterraggio.

L'idrossietilcellulosa viene utilizzata nel processo di perforazione, completamento e cementazione come stabilizzante dell'ispessimento del fango. Poiché l'idrossietilcellulosa e la sodio carbossimetilcellulosa, la gomma guar rispetto al buon effetto addensante, la sabbia in sospensione, l'alto contenuto di sale, la buona resistenza al calore e la piccola resistenza, la minore perdita di liquido, il blocco di gomma rotto, le caratteristiche di basso residuo, sono state ampiamente utilizzate.

3.2 Industria delle costruzioni e dei rivestimenti

Miscela per malte per l'edilizia e l'intonacatura: la carbossimetilcellulosa di sodio può essere utilizzata come agente ritardante, agente di ritenzione dell'acqua, addensante e legante, può essere utilizzata come intonaco inferiore in gesso e cemento, disperdente per malta e livellante, agente di ritenzione idrica, addensante. Si tratta di una sorta di speciale additivo per malta per muratura e intonaco per blocchi di calcestruzzo aerato a base di carbossimetilcellulosa, che può migliorare la lavorabilità, la ritenzione idrica e la resistenza alle crepe della malta ed evitare la fessurazione e l'incavo della parete del blocco.

Materiali decorativi per superfici edili: Cao Mingqian e altra metilcellulosa costituiti da una sorta di materiali decorativi per superfici edili di protezione ambientale, il suo processo di produzione è semplice, pulito, può essere utilizzato per pareti di alta qualità, superficie di piastrelle in pietra, può essere utilizzato anche per colonne , decorazione della superficie della tavoletta. Huang Jianping a base di carbossimetilcellulosa è un tipo di sigillante per piastrelle di ceramica, che ha una forte forza adesiva, una buona capacità di deformazione, non produce crepe e cadute, buon effetto impermeabile, colore brillante e colorato, con eccellente effetto decorativo.

Applicazione nei rivestimenti: la metilcellulosa e l'idrossietilcellulosa possono essere utilizzate come stabilizzante, addensante e agente di ritenzione dell'acqua per rivestimenti in lattice, inoltre possono essere utilizzate anche come disperdente, viscosizzante e agente filmogeno per rivestimenti in cemento colorato. L'aggiunta di etere di cellulosa con specifiche e viscosità adeguate alla vernice al lattice può migliorare le prestazioni costruttive della vernice al lattice, prevenire gli schizzi, migliorare la stabilità di stoccaggio e il potere coprente. Il principale settore di consumo all'estero sono i rivestimenti in lattice, pertanto i prodotti a base di etere di cellulosa spesso diventano la prima scelta di addensanti per vernici al lattice. Ad esempio, l'etere di metilidrossietilcellulosa modificato può mantenere la posizione di leader nell'addensante delle vernici al lattice grazie alle sue buone proprietà complessive. Ad esempio, poiché l'etere di cellulosa ha caratteristiche uniche di gel termico e solubilità, resistenza al sale, resistenza al calore e ha un'attività superficiale adeguata, può essere utilizzato come agente di ritenzione idrica, agente di sospensione, emulsionante, agente filmogeno, lubrificante, legante e ammendante reologico .

3.3 Industria della carta

Additivi umidi per la carta: la CMC può essere utilizzata come disperdente delle fibre e potenziatore della carta, può essere aggiunta alla pasta, poiché la carbossimetilcellulosa di sodio e le particelle di pasta e imballaggio hanno la stessa carica, possono aumentare l'uniformità della fibra, migliorare la resistenza della carta. Come rinforzo aggiunto all'interno della carta, aumenta la cooperazione di legame tra le fibre e può migliorare la resistenza alla trazione, la resistenza alla rottura, l'uniformità della carta e altri indici fisici. La sodio carbossimetilcellulosa può essere utilizzata anche come agente di collatura nella pasta. Oltre al proprio grado di collatura, può essere utilizzato anche come agente protettivo di colofonia, AKD e altri agenti di collatura. L'etere di cellulosa cationico può essere utilizzato anche come filtro ausiliario di ritenzione della carta, migliora il tasso di ritenzione delle fibre fini e del riempitivo, può essere utilizzato anche come rinforzo della carta.

Adesivo di rivestimento: utilizzato per rivestire l'adesivo di rivestimento della carta, può sostituire il formaggio, parte del lattice, in modo che l'inchiostro da stampa possa penetrare facilmente e liberare i bordi. Può anche essere utilizzato come disperdente dei pigmenti, viscosizzante e stabilizzante.

Agente di collatura superficiale: la carbossimetilcellulosa di sodio può essere utilizzata come agente di collatura superficiale della carta, migliora la resistenza superficiale della carta, rispetto all'uso attuale di alcol polivinilico, l'amido modificato dopo che la resistenza superficiale può essere aumentata di circa il 10%, il dosaggio è ridotto di circa il 30%. Si tratta di un promettente agente collante superficiale per la produzione della carta e la sua serie di nuove varietà dovrebbe essere sviluppata attivamente. L'etere di cellulosa cationico ha prestazioni di collatura superficiale migliori rispetto all'amido cationico, non solo può migliorare la resistenza superficiale della carta, ma può anche migliorare l'assorbimento dell'inchiostro della carta, aumentare l'effetto colorante, è anche un promettente agente di collatura superficiale.

3.4 Industria tessile

Nell'industria tessile, l'etere di cellulosa può essere utilizzato come agente di collatura, agente livellante e agente addensante per la pasta tessile.

Agente di collatura: l'etere di cellulosa come la carbossimetilcellulosa di sodio, l'etere di idrossietil carbossimetilcellulosa, l'etere di idrossipropilcarbossimetilcellulosa e altre varietà possono essere utilizzati come agenti di collatura e non sono facili da deteriorare e modellare, la stampa e la tintura, senza sbozzimatura, favoriscono la tintura per ottenere uniformità colloide in acqua.

Agente livellante: può migliorare il potere idrofilo e osmotico del colorante, poiché il cambiamento di viscosità è piccolo, facile da regolare la differenza di colore; L'etere di cellulosa cationico ha anche effetto colorante e colorante.

Agente addensante: sodio carbossimetilcellulosa, idrossietil carbossimetil cellulosa etere, idrossipropil carbossimetil cellulosa etere possono essere utilizzati come agente addensante per liquami di stampa e tintura, con piccoli residui, caratteristiche di elevata velocità di colore, è una classe di additivi tessili molto potenziali.

3.5 Industria dei prodotti chimici domestici

Viscosizzante stabile: la metilcellulosa di sodio nei prodotti in pasta di materie prime solide in polvere svolge una stabilità di sospensione della dispersione, in cosmetici liquidi o in emulsione che addensano, disperdono, omogeneizzano e altri ruoli. Può essere utilizzato come stabilizzante e viscosizzante.

Stabilizzatore emulsionante: crea unguento, emulsionante per shampoo, addensante e stabilizzante. La carbossimetilidrossipropilcellulosa di sodio può essere utilizzata come stabilizzatore adesivo del dentifricio, con buone proprietà tissotropiche, in modo che il dentifricio abbia una buona formabilità, deformazione a lungo termine, gusto uniforme e delicato. Resistenza al sale di sodio carbossimetilidrossipropilcellulosa, la resistenza agli acidi è superiore, l'effetto è di gran lunga migliore della carbossimetilcellulosa, può essere utilizzato come detergente nel viscosizzante, agente di prevenzione dell'attaccamento dello sporco.

Addensante in dispersione: nella produzione di detersivi, l'uso generale della carbossimetilcellulosa di sodio come disperdente dello sporco, addensante e disperdente del detersivo liquido.

3.6 Industrie farmaceutiche e alimentari

Nell'industria farmaceutica, l'idrossipropil carbossimetilcellulosa può essere utilizzata come eccipiente farmaceutico, ampiamente utilizzata nelle preparazioni orali a rilascio controllato e a rilascio prolungato, come materiale che blocca il rilascio per regolare il rilascio di farmaci, come materiale di rivestimento agente a rilascio prolungato, pellet a rilascio prolungato , capsule a rilascio prolungato. La più utilizzata è la metilcarbossimetilcellulosa, l'etilcarbossimetilcellulosa, come MC, viene spesso utilizzata nella produzione di compresse e capsule o compresse rivestite di zucchero.

L'etere di cellulosa di qualità può essere utilizzato nell'industria alimentare, in una varietà di alimenti è un efficace agente addensante, emulsionante, stabilizzante, eccipiente, agente di ritenzione idrica e agente schiumogeno meccanico. La metilcellulosa e l'idrossipropilmetilcellulosa sono state riconosciute come sostanze inerti metaboliche non nocive. La carbossimetilcellulosa ad elevata purezza (purezza pari o superiore al 99,5%) può essere aggiunta agli alimenti, come latte e prodotti a base di panna, condimenti, marmellate, gelatine, lattine, sciroppi da tavola e bevande. Una purezza superiore al 90% della carbossimetilcellulosa può essere utilizzata in aspetti legati al cibo, ad esempio applicata al trasporto e allo stoccaggio di frutta fresca, l'involucro di plastica ha un buon effetto di conservazione, meno inquinamento, nessun danno, vantaggi di produzione facili da meccanizzare.

3.7 Materiali funzionali ottici ed elettrici

Stabilizzatore di ispessimento dell'elettrolita: grazie all'elevata purezza dell'etere di cellulosa, buona resistenza agli acidi, resistenza al sale, in particolare ferro e contenuto di metalli pesanti è basso, quindi il colloide è molto stabile, adatto per batterie alcaline, stabilizzatore di ispessimento dell'elettrolita di batterie allo zinco manganese.

Materiali a cristalli liquidi: dal 1976, la prima scoperta dell'idrossipropilcellulosa - fase di cristalli liquidi del sistema acquoso, è stata trovata in una soluzione organica adatta, molti derivati ​​della cellulosa in alta concentrazione possono formare una soluzione anisotropa, ad esempio l'idrossipropilcellulosa e il suo acetato, propionato , benzoato, ftalato, acetissietilcellulosa, idrossietilcellulosa, ecc. Oltre a formare una soluzione di cristalli liquidi ionici colloidali, anche alcuni esteri di idrossipropilcellulosa mostrano questa proprietà.

Molti eteri di cellulosa mostrano proprietà termotropiche dei cristalli liquidi. L'acetilidrossipropilcellulosa forma cristalli liquidi colesterici termogenici al di sotto di 164 ℃. Acetoacetato idrossipropilcellulosa, trifluoroacetato idrossipropilcellulosa, idrossipropilcellulosa e suoi derivati, etilidrossipropilcellulosa, trimetilsiliccellulosa e butildimetilsiliccellulosa, eptilcellulosa e butossiletilcellulosa, idrossietilcellulosa acetato, ecc., mostravano tutti cristalli liquidi colesterici termogenici. Alcuni esteri di cellulosa come il benzoato di cellulosa, il p-metossibenzoato e il p-metilbenzoato, l'eptanato di cellulosa possono formare cristalli liquidi colesterici termogenici.

Materiale isolante elettrico: agente eterificante cianoetilcellulosa per acrilonitrile, la sua elevata costante dielettrica, basso coefficiente di perdita, può essere utilizzato come matrice di resina per lampade al fosforo e elettroluminescenti e isolamento del trasformatore.

4. Considerazioni conclusive

L’utilizzo della modificazione chimica per ottenere derivati ​​della cellulosa con funzioni speciali è un modo efficace per trovare nuovi usi per la cellulosa, la materia organica naturale più grande del mondo. Essendo uno dei derivati ​​della cellulosa, l'etere di cellulosa, come materiale polimerico idrosolubile fisiologicamente innocuo e privo di inquinamento grazie alle sue eccellenti proprietà, è stato utilizzato in molti settori e avrà una prospettiva di sviluppo più ampia.