산업 분야에서 셀룰로오스 에테르의 특성, 제조 및 적용

셀룰로오스에테르의 종류, 제조방법, 성질 및 특성을 검토하고, 석유, 건축, 제지, 섬유, 의약, 식품, 광전재료, 생활화학산업에서의 셀룰로오스에테르의 응용에 대해 검토하였다. 개발 전망이 있는 일부 신품종의 셀룰로오스 에테르 유도체가 도입되어 응용 전망이 전망되었습니다.

핵심 단어:셀룰로오스 에테르; 성능; 애플리케이션; 셀룰로오스 유도체

셀룰로오스는 일종의 천연 고분자 화합물입니다. 그 화학 구조는 기본 고리로 무수 β-글루코스를 갖는 다당류 거대분자이며, 각 기본 고리에 하나의 1차 수산기 그룹과 두 개의 2차 수산기 그룹이 있습니다. 화학적 변형을 통해 일련의 셀룰로오스 유도체를 얻을 수 있으며, 셀룰로오스 에테르도 그중 하나입니다. 셀룰로오스에테르는 셀룰로오스와 NaOH를 반응시켜 얻은 후 부산물인 염과 나트륨셀룰로오스를 세척하여 염화메탄, 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드 등 다양한 기능성 단량체와 에테르화한다. 셀룰로오스 에테르는 셀룰로오스의 중요한 유도체이며 의약 및 건강, 일일 화학, 종이, 식품, 의약, 건축, 재료 및 기타 산업에서 널리 사용될 수 있습니다. 따라서 셀룰로오스 에테르의 개발 및 활용은 재생 가능한 바이오매스 자원의 종합적인 활용, 신소재 및 신기술 개발에 긍정적인 의미를 갖습니다.

1. 셀룰로오스 에테르의 분류 및 제조

셀룰로오스 에테르의 분류는 일반적으로 이온 특성에 따라 4가지 범주로 나뉩니다.

1.1 비이온성 셀룰로오스 에테르

비이온성 셀룰로오스 에테르는 주로 셀룰로오스 알킬 에테르이며, 제조 방법은 셀룰로오스와 NaOH 반응에 의한 후 염화 메탄, 산화 에틸렌, 산화 프로필렌 에테르 화 반응과 같은 다양한 기능성 단량체와 반응 한 후 부산물을 세척하는 것입니다. 소금과 나트륨 셀룰로오스를 얻으십시오. 주요 메틸 셀룰로오스 에테르, 메틸 히드록시에틸 셀룰로오스 에테르, 메틸 히드록시프로필 셀룰로오스 에테르, 히드록시에틸 셀룰로오스 에테르, 시아노에틸 셀룰로오스 에테르, 히드록시부틸 셀룰로오스 에테르. 그 적용 범위는 매우 넓습니다.

1.2 음이온성 셀룰로오스 에테르

음이온성 셀룰로오스 에테르는 주로 카르복시메틸 셀룰로오스 나트륨, 카르복시메틸 히드록시에틸 셀룰로오스 나트륨입니다. 제조방법은 셀룰로오스와 NaOH를 반응시킨 후 모노클로로아세트산이나 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드로 에테르화한 후 부산물인 염과 나트륨셀룰로오스를 세척하여 얻는다.

1.3 양이온성 셀룰로오스 에테르

양이온성 셀룰로오스 에테르는 주로 3 – 염소 – 2 – 히드록시프로필 트리메틸 암모늄 클로라이드 셀룰로오스 에테르입니다. 제조방법은 셀룰로오스와 NaOH를 반응시킨 후 양이온 에테르화제인 3 – 염소 – 2 – 히드록시프로필트리메틸암모늄클로라이드 또는 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드를 에테르화 반응시켜서 부산물인 염과 나트륨을 세척하는 방법이다. 셀룰로오스를 얻을 수 있습니다.

1.4 양성이온성 셀룰로오스 에테르

양성이온성 셀룰로오스 에테르는 분자 사슬에 음이온기와 양이온기를 모두 가지고 있으며, 제조 방법은 셀룰로오스와 NaOH 반응에 의한 후 클로로아세트산과 양이온성 에테르화제를 사용하여 3-염소-2 히드록시프로필 트리메틸 암모늄 클로라이드 에테르화 반응 후 세척합니다. 부산물 소금과 나트륨 셀룰로오스에 의해 얻어집니다.

2.셀룰로오스에테르의 성질과 특성

2.1 외관 특징

셀룰로오스 에테르는 일반적으로 흰색 또는 유백색이며 맛이 없고 무독성이며 섬유상 분말의 유동성이 있고 수분을 쉽게 흡수하며 물에 용해되어 투명한 점성의 안정한 콜로이드로 변합니다.

2.2 필름 형성 및 접착

셀룰로오스 에테르의 에테르화는 용해도, 필름 형성 능력, 결합 강도 및 내염성과 같은 특성에 큰 영향을 미칩니다. 셀룰로오스 에테르는 기계적 강도, 유연성, 내열성, 내한성이 높고 다양한 수지 및 가소제와의 상용성이 우수하여 플라스틱, 필름, 바니시, 접착제, 라텍스 및 의약품 코팅 재료 제조에 사용할 수 있습니다.

2.3 용해도

메틸 셀룰로오스는 찬물에 용해되고 뜨거운 물에는 용해되지 않지만 일부 유기 용매에는 용해됩니다. 메틸하이드록시에틸셀룰로오스는 냉수에 용해되고 뜨거운 물과 유기용매에는 용해되지 않습니다. 그러나 메틸셀룰로오스와 메틸히드록시에틸셀룰로오스의 수용액을 가열하면 메틸셀룰로오스와 메틸히드록시에틸셀룰로오스가 침전됩니다. 메틸셀룰로오스는 45~60℃에서 침전되고, 에테르화된 메틸히드록시에틸셀룰로오스는 65~80℃에서 침전된다. 온도가 떨어지면 침전물이 다시 용해됩니다.

나트륨 하이드록시에틸 셀룰로오스 및 카르복시메틸 하이드록시에틸 셀룰로오스는 모든 온도에서 물에 용해되지만 유기 용매에는 용해되지 않습니다(몇 가지 예외 있음).

2.4 농축

셀룰로오스 에테르는 콜로이드 형태로 물에 용해되며 점도는 셀룰로오스 에테르의 중합 정도에 따라 달라집니다. 용액에는 수화 거대분자가 포함되어 있습니다. 고분자의 얽힘으로 인해 용액의 흐름 거동은 뉴턴 유체의 흐름 거동과 다르지만 전단력의 변화에 ​​따라 달라지는 거동을 나타냅니다. 셀룰로오스 에테르의 고분자 구조로 인해 용액의 점도는 농도가 증가함에 따라 급격히 증가하고 온도가 증가함에 따라 급격히 감소합니다.

2.5 분해성

셀룰로오스 에테르는 수성상에 사용됩니다. 물이 존재하는 한 박테리아는 자랄 것입니다. 박테리아의 성장은 효소 박테리아의 생산으로 이어집니다. 효소균은 셀룰로오스 에테르에 인접한 비치환 탈수 포도당 단위 결합을 끊어 고분자의 분자량을 감소시켰다. 따라서 셀룰로오스에테르 수용액을 장기간 보존하고자 하는 경우에는 항균성 셀룰로오스에테르를 사용하더라도 보존제를 첨가하여야 한다.

3. 셀룰로오스 에테르의 산업 응용

3.1 석유산업

나트륨 카르복시메틸 셀룰로오스는 주로 석유 개발에 사용됩니다. 점도를 높이고 수분 손실을 줄이기 위해 진흙 제조에 사용됩니다. 다양한 수용성 염 오염에 저항하고 오일 회수율을 향상시킬 수 있습니다.

나트륨 카르복시메틸 히드록시프로필 셀룰로오스 및 나트륨 카르복시메틸 히드록시에틸 셀룰로오스는 더 나은 드릴링 머드 처리제 및 완성 유체 재료의 제조, 높은 펄프화 속도, 내염성, 칼슘 저항성, 우수한 점성화 능력, 온도 저항(160℃)의 일종입니다. 담수, 해수 및 포화 염수 시추 유체의 준비에 적합하며 염화칼슘의 무게로 다양한 밀도(103 ~ 1279/cm3) 시추 유체에 혼합되어 특정 점도와 낮은 여과를 가질 수 있습니다. 용량, 점도 및 여과 능력이 하이드록시에틸 셀룰로오스보다 우수하며 좋은 오일 생산 첨가제입니다. 나트륨 카르복시메틸 셀룰로오스는 셀룰로오스 유도체의 석유 개발 과정에서 널리 사용되며 시추 유체, 접합 유체, 파쇄 유체 및 석유 생산 개선에 사용됩니다. 특히 시추 유체 소비량이 더 크고 주요 이착륙 여과 및 점성화에 사용됩니다.

하이드록시에틸 셀룰로오스는 드릴링, 완성 및 접합 과정에서 진흙 농축 안정제로 사용됩니다. 하이드록시에틸 셀룰로오스 및 카르복시메틸 셀룰로오스 나트륨과 비교하여 구아검은 증점 효과가 우수하고 현탁 모래, 염 함량이 높고 내열성이 우수하며 저항이 작고 액체 손실이 적고 고무 블록이 파손되며 잔류물 특성이 낮기 때문에 널리 사용되었습니다.

3.2 건설 및 코팅 산업

건물 건물 및 석고 모르타르 혼합물: 카르복시메틸 셀룰로오스 나트륨은 지연제, 보수제, 증점제 및 결합제로 사용할 수 있으며 석고 바닥 및 시멘트 바닥 석고, 모르타르 및 지상 레벨링 재료 분산제, 보수제, 증점제로 사용할 수 있습니다. 이것은 카르복시메틸 셀룰로오스로 만든 폭기 콘크리트 블록용 특수 벽돌 및 미장 모르타르 혼화제의 일종으로 모르타르의 작업성, 보수성 및 균열 저항성을 향상시키고 블록 벽의 균열 및 중공을 방지할 수 있습니다.

건축 표면 장식 재료: Cao Mingqian 및 기타 환경 보호 건축 표면 장식 재료로 만들어진 기타 메틸 셀룰로오스, 생산 공정은 간단하고 깨끗하며 고급 벽, 석재 타일 표면에 사용할 수 있으며 기둥에도 사용할 수 있습니다. , 태블릿 표면 장식. 카르복시메틸 셀룰로오스로 만든 황젠핑(Huang Jianping)은 강한 결합력, 좋은 변형 능력, 균열 및 탈락이 발생하지 않고 방수 효과가 좋으며 밝고 화려한 색상, 장식 효과가 뛰어난 일종의 세라믹 타일 실런트입니다.

코팅 적용: 메틸 셀룰로오스 및 하이드록시에틸 셀룰로오스는 라텍스 코팅용 안정제, 증점제 및 보수제로 사용할 수 있으며 유색 시멘트 코팅용 분산제, 점성화제 및 필름 형성제로도 사용할 수 있습니다. 라텍스 도료에 적절한 규격과 점도를 갖는 셀룰로오스 에테르를 첨가하면 라텍스 도료의 시공성 향상, 스패터 방지, 저장 안정성 및 피복력을 향상시킬 수 있습니다. 해외의 주요 소비자 분야는 라텍스 코팅이므로 셀룰로오스 에테르 제품이 라텍스 페인트 증점제의 첫 번째 선택이 되는 경우가 많습니다. 예를 들어, 변형된 메틸 하이드록시에틸 셀룰로오스 에테르는 우수한 종합 특성으로 인해 라텍스 페인트 증점제에서 선두 위치를 유지할 수 있습니다. 예를 들어, 셀룰로오스 에테르는 독특한 열 겔 특성과 용해도, 내염성, 내열성을 가지며 적절한 표면 활성을 가지므로 보수제, 현탁제, 유화제, 필름 형성제, 윤활제, 결합제 및 유변학적 개선제로 사용할 수 있습니다. .

3.3 제지산업

종이 습식 첨가제: CMC는 섬유 분산제 및 종이 강화제로 사용할 수 있으며 카르복시메틸 셀룰로오스 나트륨과 펄프 및 포장 입자가 동일한 전하를 갖기 때문에 펄프에 첨가할 수 있으며 섬유의 균일성을 높이고 강도를 향상시킬 수 있습니다. 종이. 종이 내부에 첨가되는 강화제로서 섬유간의 결합 협력을 증가시켜 인장강도, 내파단성, 종이 균일성 등의 물리적 지표를 향상시킬 수 있습니다. 나트륨 카르복시메틸 셀룰로오스는 펄프의 사이즈제로도 사용할 수 있습니다. 자체 사이징 등급 외에도 로진, AKD 및 기타 사이징제의 보호제로 사용할 수도 있습니다. 양이온성 셀룰로오스 에테르는 종이 보유 보조제 필터로 사용할 수 있으며 미세 섬유 및 충전제의 보유율을 향상시키고 종이 강화재로도 사용할 수 있습니다.

코팅 접착제: 코팅 가공 종이 코팅 접착제에 사용되며 치즈, 라텍스 부분을 대체하여 인쇄 잉크가 쉽게 침투하고 가장자리가 깨끗해집니다. 또한 안료 분산제, 점성화제, 안정제로도 사용할 수 있습니다.

표면 사이즈제: 카르복시메틸 셀룰로오스 나트륨은 종이 표면 사이즈제로 사용할 수 있으며, 종이의 표면 강도를 향상시킵니다. 현재 폴리비닐 알코올을 사용하는 것과 비교하여 표면 강도가 약 10% 증가할 수 있고 복용량이 감소한 변형 전분을 사용합니다. 약 30% 정도. 이는 제지용 표면 사이징제로 유망하며 일련의 새로운 품종을 적극적으로 개발해야 합니다. 양이온성 셀룰로오스 에테르는 양이온성 전분보다 더 나은 표면 사이징 성능을 가지며, 종이의 표면 강도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 종이의 잉크 흡수를 향상시키고 염색 효과를 높일 수 있으며 유망한 표면 사이징제이기도 합니다.

3.4 섬유산업

섬유 산업에서 셀룰로오스 에테르는 섬유 펄프의 사이징제, 레벨링제 및 증점제로 사용할 수 있습니다.

사이징제: 카복시메틸 셀룰로오스 나트륨, 하이드록시에틸 카복시메틸 셀룰로오스 에테르, 하이드록시프로필 카복시메틸 셀룰로오스 에테르 등의 셀룰로오스 에테르를 사이징제로 사용할 수 있으며 열화 및 성형, 인쇄 및 염색이 쉽지 않으며 발호 없이 염료를 촉진하여 균일하게 얻을 수 있습니다. 물 속의 콜로이드.

레벨링제: 염료의 친수성 및 삼투압을 강화할 수 있습니다. 점도 변화가 작고 색상 차이를 쉽게 조정할 수 있기 때문입니다. 양이온성 셀룰로오스 에테르에는 염색 및 착색 효과도 있습니다.

증점제: 카복시메틸 셀룰로오스 나트륨, 하이드록시에틸 카복시메틸 셀룰로오스 에테르, 하이드록시프로필 카복시메틸 셀룰로오스 에테르는 인쇄 및 염색 슬러리 증점제로 사용할 수 있으며 잔류물이 적고 색상 비율 특성이 높으며 매우 잠재적인 섬유 첨가제 중 하나입니다.

3.5 가정용 화학 산업

안정적인 점성화제: 고체 분말 원료 페이스트 제품의 나트륨 메틸셀룰로오스는 액체 또는 유제 화장품의 농축, 분산, 균질화 및 기타 역할에서 분산 현탁 안정성을 수행합니다. 안정제 및 점성제로 사용할 수 있습니다.

유화 안정제: 연고, 샴푸 유화제, 증점제 및 안정제를 사용하십시오. 나트륨 카르복시메틸 히드록시프로필 셀룰로오스는 치약 접착 안정제로 사용할 수 있으며 요변성이 우수하여 치약의 성형성, 장기 변형, 균일하고 섬세한 맛을 갖습니다. 나트륨 카르복시메틸 히드록시프로필 셀룰로오스 염 저항성, 내산성이 우수하고 효과가 카르복시메틸 셀룰로오스보다 훨씬 우수하며 증점제의 세제, 먼지 부착 방지제로 사용할 수 있습니다.

분산 증점제: 세제 생산에서 나트륨 카르복시메틸 셀룰로오스를 세제 세제 먼지 분산제, 액체 세제 증점제 및 분산제로 일반적으로 사용합니다.

3.6 제약 및 식품 산업

제약 산업에서 하이드록시프로필 카르복시메틸 셀룰로오스는 약물 부형제로 사용할 수 있으며 경구 약물 골격 제어 방출 및 서방 제제에 널리 사용되며 약물 방출을 조절하는 방출 차단 물질, 코팅 물질 서방제, 서방성 펠릿으로 사용할 수 있습니다. , 지속 방출 캡슐. 가장 널리 사용되는 것은 메틸카르복시메틸셀룰로오스, 에틸카르복시메틸셀룰로오스 등 MC는 정제나 캡슐제, 또는 당의정을 코팅한 정제의 제조에 흔히 사용된다.

품질 등급의 셀룰로오스 에테르는 식품 산업에서 사용될 수 있으며 다양한 식품에서 효과적인 증점제, 유화제, 안정제, 부형제, 보수제 및 기계적 발포제입니다. 메틸 셀룰로오스와 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스는 유해하지 않은 대사 불활성 물질로 인식되었습니다. 고순도(순도 99.5% 이상) 카르복시메틸 셀룰로오스는 우유 및 크림 제품, 조미료, 잼, 젤리, 캔, 테이블 시럽 및 음료와 같은 식품에 첨가할 수 있습니다. 순도 90% 이상의 카르복시메틸 셀룰로오스는 신선한 과일의 운송 및 보관과 같은 식품 관련 측면에 사용될 수 있으며 플라스틱 랩은 보존 효과가 좋고 오염이 적고 손상이 없으며 기계화 생산이 용이하다는 장점이 있습니다.

3.7 광학 및 전기 기능성 재료

전해질 농축 안정제: 셀룰로오스 에테르의 순도가 높기 때문에 내산성, 내염성, 특히 철 및 중금속 함량이 낮기 때문에 콜로이드는 매우 안정적이며 알카라인 배터리, 아연 망간 배터리 전해질 농축 안정제에 적합합니다.

액정 재료: 1976년부터 하이드록시프로필 셀룰로오스의 첫 번째 발견 – 물 시스템 액정 질문 단계가 적합한 유기 용액에서 발견되었으며, 고농도의 많은 셀룰로오스 유도체가 이방성 용액을 형성할 수 있습니다(예: 하이드록시프로필 셀룰로오스 및 그 아세테이트, 프로피오네이트). , 벤조에이트, 프탈레이트, 아세틸에틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스 등. 콜로이드 이온성 액정 용액을 형성하는 것 외에도 하이드록시프로필 셀룰로오스의 일부 에스테르도 이러한 특성을 나타냅니다.

많은 셀룰로오스 에테르는 열방성 액정 특성을 나타냅니다. 아세틸하이드록시프로필셀룰로오스는 164℃ 이하에서 열발생 콜레스테릭 액정을 형성했습니다. 아세토아세테이트 하이드록시프로필 셀룰로오스, 트리플루오로아세테이트 하이드록시프로필 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스 및 그 유도체, 에틸 하이드록시프로필 셀룰로오스, 트리메틸실릭셀룰로오스 및 부틸디메틸실릭셀룰로오스, 헵틸 셀룰로오스 및 부톡실에틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스 아세테이트 등은 모두 열발생 콜레스테릭 액정을 나타냈습니다. 셀룰로오스 벤조에이트, p-메톡시벤조에이트 및 p-메틸벤조에이트, 셀룰로오스 헵타네이트와 같은 일부 셀룰로오스 에스테르는 열발생 콜레스테릭 액정을 형성할 수 있습니다.

전기 절연 재료: 아크릴로니트릴용 시아노에틸 셀룰로오스 에테르화제, 유전율이 높고 손실 계수가 낮으며 인 및 전계발광 램프 수지 매트릭스 및 변압기 절연으로 사용할 수 있습니다.

4. 맺음말

특별한 기능을 가진 셀룰로오스 유도체를 얻기 위해 화학적 변형을 사용하는 것은 세계에서 가장 큰 천연 유기물인 셀룰로오스의 새로운 용도를 찾는 효과적인 방법입니다. 셀룰로오스 유도체의 하나로 생리적으로 무해하고 무공해인 수용성 고분자 물질인 셀룰로오스 에테르는 그 우수한 특성으로 인해 많은 산업분야에서 활용되고 있으며 발전 전망이 더욱 넓어질 것입니다.