Целлюлоза эфирінің сипаттамасы, алынуы және өнеркәсіпте қолданылуы

Целлюлоза эфирінің түрлері, алу әдістері, қасиеттері мен сипаттамалары, сонымен қатар целлюлоза эфирінің мұнай, құрылыс, қағаз жасау, тоқыма, медицина, тамақ, фотоэлектрлік материалдар және күнделікті химия өнеркәсібінде қолданылуы қарастырылды. Даму перспективалары бар целлюлоза эфирі туындыларының кейбір жаңа сорттары енгізілді және олардың қолдану перспективалары зерттелді.

Негізгі сөздер:целлюлоза эфирі; Өнімділік; Өтініш; Целлюлоза туындылары

Целлюлоза – табиғи полимер қосылысының бір түрі. Оның химиялық құрылымы полисахаридті макромолекула болып табылады, негізі сақина ретінде сусыз β-глюкоза, әрбір негіз сақинасында бір бастапқы гидроксил тобы және екі екінші гидроксил тобы бар. Химиялық модификация арқылы целлюлоза туындыларының сериясын алуға болады, целлюлоза эфирі солардың бірі болып табылады. Целлюлоза эфирі целлюлоза мен NaOH реакциясы арқылы алынады, содан кейін жанама өнім тұзы мен натрий целлюлозасын жуу арқылы метан хлориді, этилен оксиді, пропилен оксиді және т.б. сияқты әртүрлі функционалды мономерлермен эфирленеді. Целлюлоза эфирі целлюлозаның маңызды туындысы болып табылады, оны медицинада және денсаулық сақтауда, күнделікті химияда, қағазда, тамақта, медицинада, құрылыста, материалдарда және басқа да салаларда кеңінен қолдануға болады. Сондықтан целлюлоза эфирін әзірлеу және пайдалану жаңартылатын биомасса ресурстарын кешенді пайдалану, жаңа материалдар мен жаңа технологияларды игеру үшін оң мәнге ие.

1. Целлюлоза эфирінің жіктелуі және алынуы

Целлюлоза эфирлерінің классификациясы иондық қасиеттеріне қарай негізінен төрт категорияға бөлінеді.

1.1 иондық емес целлюлоза эфирі

Иондық емес целлюлоза эфирі негізінен целлюлоза алкил эфирі болып табылады, дайындау әдісі целлюлоза және NaOH реакциясы арқылы, содан кейін метан хлориді, этилен оксиді, пропилен оксиді эфирлеу реакциясы сияқты әртүрлі функционалды мономерлермен, содан кейін жанама өнімді жуу арқылы жүзеге асырылады. алу үшін тұз және натрий целлюлозасы. Негізгі метилцеллюлоза эфирі, метил гидроксиэтил целлюлоза эфирі, метил гидроксипропил целлюлоза эфирі, гидроксиэтил целлюлоза эфирі, цианэтил целлюлоза эфирі, гидроксибутил целлюлоза эфирі. Оның қолдану аясы өте кең.

1.2 Анионды целлюлоза эфирі

Анионды целлюлоза эфирі негізінен натрий карбоксиметил целлюлозасы, карбоксиметил гидроксиэтил целлюлоза натрийі болып табылады. Дайындау әдісі целлюлоза мен NaOH реакциясы арқылы, содан кейін монохлорсірке қышқылымен немесе этилен оксидімен, пропилен оксидімен эфирленеді, содан кейін жанама өнім тұзы мен натрий целлюлозасын алу үшін жуады.

1.3 катионды целлюлоза эфирі

Катиондық целлюлоза эфирі негізінен 3 – хлор – 2 – гидроксипропил триметил аммоний хлориді целлюлоза эфирі. Дайындау әдісі целлюлоза мен NaOH реакциясы арқылы, содан кейін катионды эфирлендіргіш 3 – хлор – 2 – гидроксипропил триметил аммоний хлориді немесе этилен оксиді, пропилен оксиді эфирлеу реакциясымен бірге, содан кейін жанама өнім тұзы мен натрийді жуу арқылы. целлюлоза алады.

1.4 Цвиттерионды целлюлоза эфирі

Цвиттерионды целлюлоза эфирінің молекулалық тізбегінде аниондық топтары да, катиондық топтары да бар, дайындау әдісі целлюлоза және NaOH реакциясы арқылы, содан кейін хлорсірке қышқылымен және катионды эфирлендіргішпен 3 – хлор – 2 гидроксипропил триметил аммоний хлоридінің эфирлену реакциясы, содан кейін жуылған эфирлеу реакциясы. жанама өнім арқылы тұз және натрий целлюлозасы және алынған.

2.целлюлоза эфирінің қасиеттері мен сипаттамасы

2.1 Сыртқы түрі

Целлюлоза эфирі негізінен ақ немесе сүтті ақ, дәмсіз, улы емес, талшықты ұнтақтың өтімділігімен, ылғалды сіңіру оңай, суда мөлдір тұтқыр тұрақты коллоидқа еріген.

2.2 Қабықтың түзілуі және адгезиясы

Целлюлоза эфирінің эфирленуі оның ерігіштік, қабық түзу қабілеті, байланыс беріктігі және тұзға төзімділік сияқты қасиеттеріне үлкен әсер етеді. Целлюлоза эфирі жоғары механикалық беріктікке, икемділікке, ыстыққа және суыққа төзімділікке ие және әртүрлі шайырлар мен пластификаторлармен жақсы үйлесімділікке ие, пластмассаларды, пленкаларды, лактарды, желімдерді, латексті және фармацевтикалық жабын материалдарын өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін.

2.3 Ерігіштік

Метилцеллюлоза суық суда ериді, ыстық суда ерімейді, бірақ кейбір органикалық еріткіштерде де ериді; Метилгидроксиэтилцеллюлоза суық суда ериді, ыстық суда және органикалық еріткіштерде ерімейді. Бірақ метилцеллюлоза мен метилгидроксиэтилцеллюлозаның сулы ерітіндісін қыздырғанда, метилцеллюлоза мен метилгидроксиэтилцеллюлоза тұнбаға түседі. Метилцеллюлоза 45 ~ 60 ℃ тұнбаға түсті, ал аралас эфирленген метил гидроксиэтил целлюлоза 65 ~ 80 ℃ тұнбаға түсті. Температура төмендеген кезде тұнбалар қайтадан ериді.

Натрий гидроксиэтил целлюлозасы және карбоксиметил гидроксиэтил целлюлозасы кез келген температурада суда ериді, бірақ органикалық еріткіштерде ерімейді (бірнеше ерекшеліктерді қоспағанда).

2.4 Қалыңдау

Целлюлоза эфирі суда коллоидты түрде ериді, ал оның тұтқырлығы целлюлоза эфирінің полимерлену дәрежесіне байланысты. Ерітіндіде гидратацияның макромолекулалары бар. Макромолекулалардың түйісуіне байланысты ерітіндінің ағынының әрекеті Ньютондық сұйықтықтардан өзгеше, бірақ ығысу күштерінің өзгеруіне байланысты өзгеретін мінез-құлық көрсетеді. Целлюлоза эфирінің макромолекулярлық құрылымына байланысты ерітіндінің тұтқырлығы концентрацияның жоғарылауымен тез артады және температураның жоғарылауымен тез төмендейді.

2.5 Деградация

Сулы фазада целлюлоза эфирі қолданылады. Су болғанша бактериялар көбейе береді. Бактериялардың көбеюі фермент бактерияларының түзілуіне әкеледі. Фермент бактериялары целлюлоза эфиріне іргелес алмастырылмаған сусыздандырылған глюкоза бірлік байланысын үзді және полимердің молекулалық салмағы төмендеді. Сондықтан, егер целлюлоза эфирінің сулы ерітіндісін ұзақ уақыт сақтау қажет болса, оған антибактериалды целлюлоза эфирі қолданылса да, оған консервант қосу керек.

3. Целлюлоза эфирінің өнеркәсіпте қолданылуы

3.1 Мұнай өнеркәсібі

Натрий карбоксиметил целлюлозасы негізінен мұнай өндіруде қолданылады. Тұтқырлықты арттыру және судың жоғалуын азайту үшін балшық өндірісінде қолданылады. Ол әртүрлі еритін тұздардың ластануына қарсы тұра алады және мұнайды қалпына келтіру жылдамдығын жақсартады.

Натрий карбоксиметилгидроксипропил целлюлозасы және натрий карбоксиметилгидроксиэтил целлюлозасы бұрғылау ерітіндісін өңдеудің бір түрі және аяқталатын сұйықтық материалдарын дайындау, жоғары целлюлоза жылдамдығы, тұзға төзімділік, кальцийге төзімділік, жақсы тұтқырлық қабілеті, температураға төзімділік (160 ℃). Тұщы суды, теңіз суын және қаныққан тұзды суды бұрғылау сұйықтығын дайындауға жарамды, кальций хлоридінің салмағымен әртүрлі тығыздықтағы (103 ~ 1279 / см3) бұрғылау сұйықтығына араластыруға болады және оны белгілі бір тұтқырлық пен төмен фильтрацияға ие етеді. сыйымдылығы, оның тұтқырлығы және сүзу қабілеті гидроксиэтил целлюлозаға қарағанда жақсы, мұнай өндіру үшін жақсы қоспалар болып табылады. Натрий карбоксиметил целлюлозасы целлюлоза туындыларын мұнайды пайдалану процесінде кеңінен қолданылады, бұрғылау сұйықтығында, цементтеу сұйықтығында, жару сұйықтығында және мұнай өндіруді жақсартуда қолданылады, әсіресе бұрғылау сұйықтығының шығыны үлкенірек, негізгі ұшып көтерілу және қону фильтрациясы және тұтқырлығы.

Гидроксиэтилцеллюлоза бұрғылау, аяқтау және цементтеу процесінде балшықты қоюландырғыш тұрақтандырғыш ретінде қолданылады. Өйткені гидроксиэтил целлюлоза және натрий карбоксиметил целлюлозасы, гуар сағызы жақсы қалыңдатқыш әсерімен салыстырғанда, суспензия құмы, жоғары тұз мөлшері, жақсы ыстыққа төзімділік және аз төзімділік, аз сұйықтық шығыны, сынған резеңке блок, төмен қалдық сипаттамалары, кеңінен қолданылды.

3.2 Құрылыс және жабу өнеркәсібі

Құрылыс және сылақ ерітіндісі қоспасы: натрий карбоксиметил целлюлозасын баяулататын агент, суды ұстағыш, қоюландырғыш және байланыстырғыш ретінде пайдалануға болады, гипс түбі мен цемент түбіне сылақ, ерітінді және жерді тегістейтін материал дисперсті, суды ұстағыш, қоюландырғыш ретінде пайдалануға болады. Бұл карбоксиметил целлюлозадан жасалған газдалған бетон блоктарына арналған арнайы кірпіш және сылақ ерітіндісі қоспасының бір түрі, ол ерітіндінің жұмысқа қабілеттілігін, суды және сызатқа төзімділігін жақсартады және блок қабырғасының жарықтары мен ойықтарын болдырмайды.

Ғимарат бетін әшекейлеуге арналған материалдар: Цао Минцян және басқа да метил целлюлозасы қоршаған ортаны қорғауға арналған ғимарат бетін әрлеу материалдарынан жасалған, оны өндіру процесі қарапайым, таза, жоғары сапалы қабырғаға, тас плитка бетіне қолдануға болады, сонымен қатар колонна үшін пайдалануға болады. , планшет бетін безендіру. Карбоксиметил целлюлозадан жасалған Хуан Цзяньпин - бұл керамикалық плитка тығыздағышының бір түрі, күшті байланыстыру күші бар, жақсы деформация қабілеті бар, жарықтар мен құлап кетпейді, жақсы су өткізбейтін әсері, жарқын және түрлі-түсті түсі, тамаша сәндік әсері бар.

Қаптамаларда қолданылуы: Метилцеллюлоза және гидроксиэтил целлюлоза латексті жабындар үшін тұрақтандырғыш, қоюландырғыш және суды ұстағыш ретінде пайдаланылуы мүмкін, сонымен қатар түсті цемент жабындары үшін диспергирлеуші, тұтқыр және қабық түзетін агент ретінде де қолданылуы мүмкін. Латекс бояуына сәйкес сипаттамалары мен тұтқырлығы бар целлюлоза эфирін қосу латекс бояуының құрылыс өнімділігін жақсартады, шашырауды болдырмайды, сақтау орнықтылығын және жабу қуатын жақсартады. Шетелде тұтынушылардың негізгі саласы латексті жабындар болып табылады, сондықтан целлюлоза эфирі өнімдері көбінесе латекс бояуы қоюлатқышының бірінші таңдауына айналады. Мысалы, модификацияланған метилгидроксиэтил целлюлоза эфирі жақсы кешенді қасиеттерінің арқасында латекс бояуының қоюландырғышында жетекші орынды сақтай алады. Мысалы, целлюлоза эфирінің бірегей термиялық гель сипаттамалары мен ерігіштігі, тұзға төзімділігі, ыстыққа төзімділігі және тиісті беттік белсенділігі бар болғандықтан, суды ұстайтын агент, суспензия агенті, эмульгатор, пленка түзетін агент, майлаушы, байланыстырғыш және реологиялық түзету ретінде пайдалануға болады. .

3.3 Қағаз өнеркәсібі

Қағаз дымқыл қоспалары: CMC талшықты диспергирлеуші ​​және қағаз күшейткіш ретінде пайдаланылуы мүмкін, целлюлозаға қосылуы мүмкін, өйткені натрий карбоксиметил целлюлозасы мен целлюлоза және орау бөлшектері бірдей зарядқа ие, талшықтың біркелкілігін арттырады, талшықтың беріктігін жақсартады. қағаз. Қағаздың ішіне қосылған күшейткіш ретінде ол талшықтар арасындағы байланыс кооперациясын арттырады және созылу беріктігін, үзілуге ​​төзімділігін, қағаз тегістігін және басқа физикалық көрсеткіштерді жақсарта алады. Натрий карбоксиметил целлюлозасын целлюлозадағы мөлшерлеуші ​​агент ретінде де қолдануға болады. Өзінің өлшемдік дәрежесінен басқа, ол канифоль, AKD және басқа өлшем агенттерінің қорғаныс агенті ретінде де пайдаланылуы мүмкін. Катиондық целлюлоза эфирі қағазды ұстауға көмектесетін сүзгі ретінде де пайдаланылуы мүмкін, жұқа талшық пен толтырғыштың сақтау жылдамдығын жақсартады, сонымен қатар қағазды күшейту ретінде пайдаланылуы мүмкін.

Жабылатын желім: Қағазды жабатын желімді өңдеу үшін қолданылады, ірімшікті, латекстің бір бөлігін алмастыра алады, осылайша басып шығару сиясы оңай еніп, жиегі таза болады. Оны пигментті дисперсент, тұтқыр және тұрақтандырғыш ретінде де пайдалануға болады.

Беттік өлшемді агент: натрий карбоксиметил целлюлозасын қағаз бетінің өлшемді агенті ретінде қолдануға болады, поливинил спиртін қазіргі қолданумен салыстырғанда қағаздың бетінің беріктігін жақсартады, бетінің беріктігін шамамен 10% ұлғайтуға болатын модификацияланған крахмал, дозасы азаяды шамамен 30%-ға. Бұл қағаз өндірісі үшін перспективті беттік өлшемді агент және оның жаңа сорттарының сериясын белсенді түрде дамыту керек. Катиондық целлюлоза эфирі катиондық крахмалға қарағанда бетті өлшемді жақсырақ көрсетеді, қағаздың бетінің беріктігін жақсартып қана қоймайды, сонымен қатар қағаздың сияны сіңіруін жақсарта алады, бояу әсерін арттырады, сонымен қатар перспективалы бетті мөлшерлеуші ​​агент болып табылады.

3.4 Тоқыма өнеркәсібі

Тоқыма өнеркәсібінде целлюлоза эфирін мөлшерлеуші, тегістеу агенті және тоқыма целлюлозасы үшін қоюландырғыш ретінде пайдалануға болады.

Өлшемді анықтайтын агент: натрий карбоксиметил целлюлозасы, гидроксиэтил карбоксиметил целлюлоза эфирі, гидроксипропил карбоксиметил целлюлоза эфирі және басқа сорттар сияқты целлюлоза эфирін мөлшерлеуші ​​агент ретінде пайдалануға болады, оларды нашарлату және қалыптау, басып шығару және бояу оңай емес, өлшемді кетірмей, біркелкі пішінді алуға болады. судағы коллоид.

Нивелирлеуші ​​агент: бояғыштың гидрофильді және осмостық күшін күшейте алады, өйткені тұтқырлықтың өзгеруі аз, түс айырмашылығын реттеу оңай; Катиондық целлюлоза эфирі сонымен қатар бояғыш және бояғыш әсерге ие.

Қалыңдатқыш агент: натрий карбоксиметил целлюлозасы, гидроксиэтил карбоксиметил целлюлоза эфирі, гидроксипропил карбоксиметил целлюлоза эфирі суспензияны қоюландырғыш ретінде басып шығару және бояу үшін пайдаланылуы мүмкін, аз қалдық, жоғары түс жылдамдығы сипаттамалары, өте потенциалды тоқыма қоспаларының класы болып табылады.

3.5 Тұрмыстық химия өнеркәсібі

Тұрақты тұтқыр: қатты ұнтақ шикізат паста өнімдеріндегі натрий метилцеллюлозасы дисперсиялық суспензияның тұрақтылығын, сұйық немесе эмульсиялық косметикада қоюландырғыш, дисперсті, гомогенизациялау және басқа рөлдерді атқарады. Оны тұрақтандырғыш және тұтқыр ретінде пайдалануға болады.

Эмульгатор тұрақтандырғыш: жақпа, сусабын эмульгаторы, қоюландырғыш және тұрақтандырғыш жасаңыз. Натрий карбоксиметил гидроксипропил целлюлозасы жақсы тиксотропты қасиеттері бар тіс пастасы жабысқақ тұрақтандырғыш ретінде пайдаланылуы мүмкін, осылайша тіс пастасы жақсы қалыптасу қабілетіне, ұзақ мерзімді деформацияға, біркелкі және нәзік дәмге ие болады. Натрий карбоксиметил гидроксипропил целлюлоза тұзының төзімділігі, қышқылға төзімділігі жоғары, әсері карбоксиметил целлюлозадан әлдеқайда жақсы, тұтқыр, кірді бекітетін агентте жуғыш зат ретінде пайдаланылуы мүмкін.

Дисперсиялық қоюлатқыш: Жуғыш ұнтақты өндіруде натрий карбоксиметил целлюлозасын жуғыш ұнтақты кірді дисперсенттер, сұйық жуғыш ұнтақты қоюландырғыш және дисперсенттер ретінде жалпы пайдалану.

3.6 Фармацевтика және тамақ өнеркәсібі

Фармацевтика өнеркәсібінде гидроксипропилкарбоксиметил целлюлозаны дәрілік заттардың қаңқасы бақыланатын және тұрақты шығарылатын препараттарда кеңінен қолданылатын дәрілік қосымша заттар ретінде, дәрілік заттардың шығарылуын реттеу үшін босатуды блоктайтын материал ретінде, жабын материалы ретінде тұрақты босату агенті, тұрақты босату түйіршіктері ретінде пайдалануға болады. , тұрақты босату капсулалары. Ең көп қолданылатыны – метилкарбоксиметил целлюлоза, этил карбоксиметил целлюлоза, мысалы, MC таблеткалар мен капсулаларды немесе қапталған қантпен қапталған таблеткаларды өндіруде жиі қолданылады.

Целлюлоза эфирінің сапалы сортын тамақ өнеркәсібінде қолдануға болады, әр түрлі тамақ өнімдерінде тиімді қоюландырғыш, эмульгатор, тұрақтандырғыш, көмекші, су ұстағыш және механикалық көбік түзгіш болып табылады. Метилцеллюлоза және гидроксипропилметилцеллюлоза зиянды емес метаболикалық инертті заттар ретінде танылды. Тазалығы жоғары (тазалығы 99,5% немесе одан да көп) карбоксиметилцеллюлозаны сүт және кілегей өнімдері, дәмдеуіштер, джемдер, желе, банкалар, асханалық сироптар мен сусындар сияқты тағамдарға қосуға болады. 90% -дан астам карбоксиметил целлюлозасының тазалығы тағамға қатысты аспектілерде қолданылуы мүмкін, мысалы, жаңа піскен жемістерді тасымалдауға және сақтауға қолдануға болады, полиэтиленді орама жақсы сақтау әсері бар, ластануы аз, зақымдануы жоқ, механикаландырылған өндірістің артықшылықтары.

3.7 Оптикалық және электрлік функционалдық материалдар

Электролитті қоюландырғыш тұрақтандырғыш: целлюлоза эфирінің жоғары тазалығына байланысты қышқылға төзімділігі жақсы, тұзға төзімділігі, әсіресе темір және ауыр металдардың мөлшері төмен, сондықтан коллоид өте тұрақты, сілтілі батареяға, мырыш марганец батареясына электролит қоюландырғыш тұрақтандырғышқа жарамды.

Сұйық кристалды материалдар: 1976 жылдан бастап гидроксипропил целлюлозаның бірінші ашылуы – су жүйесінің сұйық кристалды алу фазасы қолайлы органикалық ерітіндіде табылды, көптеген целлюлоза туындылары жоғары концентрацияда анизотропты ерітінді түзе алады, мысалы, гидроксипропил целлюлоза және оның ацетаты, пропионат. , бензоат, фталат, ацетиксиэтилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза және т.б.. Коллоидты ионды сұйық кристалды ерітінді түзумен қатар, гидроксипропил целлюлозаның кейбір күрделі эфирлері де осы қасиет көрсетеді.

Көптеген целлюлоза эфирлері термотропты сұйық кристалдық қасиеттерді көрсетеді. Ацетилгидроксипропил целлюлозасы 164°C төмен температурада термогенді холестеролды сұйық кристалды түзді. Ацетоацетат гидроксипропил целлюлоза, трифторацетат гидроксипропил целлюлоза, гидроксипропил целлюлоза және оның туындылары, этил гидроксипропил целлюлоза, триметилсилицеллюлоза және бутилдиметилсилицеллюлоза, гептилцеллюлоза және бутилцеллюлоза, барлығын көрсетеді термогенді холестерол сұйық кристалы. Целлюлоза бензоаты, р-метоксибензоат және р-метилбензоат, целлюлоза гептанаты сияқты кейбір целлюлоза эфирлері термогенді холестерол сұйық кристалдарын түзе алады.

Электроқшаулағыш материал: акрилонитрилге арналған цианэтилцеллюлозаны эфирлеуші ​​агент, оның жоғары диэлектрлік өтімділігі, төмен жоғалту коэффициенті, фосфор және электролюминесцентті лампалар шайыр матрицасы және трансформаторлық оқшаулау ретінде пайдаланылуы мүмкін.

4. Қорытынды сөз

Арнайы функциялары бар целлюлоза туындыларын алу үшін химиялық модификацияны қолдану әлемдегі ең ірі табиғи органикалық зат болып табылатын целлюлозаның жаңа қолдану жолдарын табудың тиімді әдісі болып табылады. Целлюлоза туындыларының бірі ретінде целлюлоза эфирі, мысалы, физиологиялық зиянсыз, ластанусыз суда еритін полимер материалдары, өйткені оның тамаша қасиеттері, көптеген салаларда қолданылған және дамудың кең перспективасына ие болады.