Celulozes ētera raksturojums, sagatavošana un pielietojums rūpniecībā

Tika apskatīti celulozes ētera veidi, sagatavošanas metodes, īpašības un raksturojums, kā arī celulozes ētera pielietojums naftas, būvniecības, papīra ražošanā, tekstilrūpniecībā, medicīnā, pārtikā, fotoelektriskajos materiālos un ikdienas ķīmiskajā rūpniecībā. Tika ieviestas dažas jaunas celulozes ētera atvasinājumu šķirnes ar attīstības perspektīvām, un tika prognozētas to izmantošanas iespējas.

Atslēgas vārdi:celulozes ēteris; Performance; Pieteikums; Celulozes atvasinājumi

Celuloze ir sava veida dabisks polimēru savienojums. Tā ķīmiskā struktūra ir polisaharīda makromolekula ar bezūdens β-glikozi kā bāzes gredzenu, ar vienu primāro hidroksilgrupu un divām sekundārajām hidroksilgrupām katrā bāzes gredzenā. Ķīmiski modificējot var iegūt virkni celulozes atvasinājumu, viens no tiem ir celulozes ēteris. Celulozes ēteri iegūst, reaģējot celulozei un NaOH, un pēc tam ēterizē ar dažādiem funkcionāliem monomēriem, piemēram, metāna hlorīdu, etilēnoksīdu, propilēna oksīdu utt., Mazgājot blakusprodukta sāli un nātrija celulozi. Celulozes ēteris ir svarīgs celulozes atvasinājums, to var plaši izmantot medicīnā un veselības, ikdienas ķīmijas, papīra, pārtikas, medicīnas, celtniecības, materiālu un citās nozarēs. Tāpēc celulozes ētera izstrādei un izmantošanai ir pozitīva nozīme atjaunojamo biomasas resursu visaptverošā izmantošanā, jaunu materiālu un jaunu tehnoloģiju attīstībā.

1. Celulozes ētera klasifikācija un sagatavošana

Celulozes ēteru klasifikāciju parasti iedala četrās kategorijās pēc to jonu īpašībām.

1.1 Nejonu celulozes ēteris

Nejonu celulozes ēteris galvenokārt ir celulozes alkilēteris, sagatavošanas metode ir ar celulozes un NaOH reakciju un pēc tam ar dažādiem funkcionāliem monomēriem, piemēram, metāna hlorīdu, etilēna oksīdu, propilēna oksīda ēterizācijas reakciju un pēc tam mazgājot blakusproduktu. sāls un nātrija celuloze, lai iegūtu. Galvenais metilcelulozes ēteris, metilhidroksietilcelulozes ēteris, metilhidroksipropilcelulozes ēteris, hidroksietilcelulozes ēteris, ciānetilcelulozes ēteris, hidroksibutilcelulozes ēteris. Tās pielietojums ir ļoti plašs.

1.2. Anjonu celulozes ēteris

Anjonu celulozes ēteris galvenokārt ir karboksimetilcelulozes nātrija sāls, karboksimetilhidroksietilcelulozes nātrija sāls. Sagatavošanas metode ir celulozes un NaOH reakcija, un pēc tam ēterizē ar monohloretiķskābi vai etilēnoksīdu, propilēna oksīdu un pēc tam mazgā blakusprodukta sāli un nātrija celulozi, lai iegūtu.

1,3 katjonu celulozes ēteris

Katjonu celulozes ēteris galvenokārt ir 3 – hlora – 2 – hidroksipropiltrimetilamonija hlorīda celulozes ēteris. Pagatavošanas metode ir celulozes un NaOH reakcijas un pēc tam katjonu ēterēšanas aģenta 3 – hlora – 2 – hidroksipropiltrimetilamonija hlorīda vai etilēnoksīda, propilēnoksīda reakcija kopā ar ēterēšanas reakciju un pēc tam blakusprodukta sāls un nātrija mazgāšana. celuloze iegūt.

1.4 Cviterjonu celulozes ēteris

Cviterjonu celulozes ētera molekulārajā ķēdē ir gan anjonu grupas, gan katjonu grupas, sagatavošanas metode ir ar celulozes un NaOH reakciju, un pēc tam ar hloretiķskābi un katjonu ēterēšanas līdzekli 3 – hlors – 2 hidroksipropiltrimetilamonija hlorīda ēterifikācijas reakcija, un pēc tam mazgā. blakusprodukts sāls un nātrija celuloze un iegūti.

2.celulozes ētera īpašības un īpašības

2.1. Izskata iezīmes

Celulozes ēteris parasti ir balts vai pienaini balts, bez garšas, netoksisks, ar šķiedru pulvera plūstamību, viegli uzsūc mitrumu, izšķīdināts ūdenī caurspīdīgā, viskozā, stabilā koloidā.

2.2. Plēves veidošanās un adhēzija

Celulozes ētera ēterizācijai ir liela ietekme uz tā īpašībām, piemēram, šķīdību, plēves veidošanās spēju, saites stiprību un sāls toleranci. Celulozes ēterim ir augsta mehāniskā izturība, elastība, karstumizturība un aukstumizturība, un tam ir laba savietojamība ar dažādiem sveķiem un plastifikatoriem, to var izmantot plastmasas, plēvju, laku, līmvielu, lateksa un farmaceitisku pārklājuma materiālu ražošanai.

2.3. Šķīdība

Metilceluloze šķīst aukstā ūdenī, nešķīst karstā ūdenī, bet šķīst arī dažos organiskos šķīdinātājos; Metilhidroksietilceluloze šķīst aukstā ūdenī, nešķīst karstā ūdenī un organiskajos šķīdinātājos. Bet, karsējot metilcelulozes un metilhidroksietilcelulozes ūdens šķīdumu, metilceluloze un metilhidroksietilceluloze izgulsnēsies. Metilceluloze izgulsnējās 45 ~ 60 ℃ temperatūrā, savukārt jauktā ēterizētā metilhidroksietilceluloze izgulsnējās 65 ~ 80 ℃ temperatūrā. Kad temperatūra pazeminās, nogulsnes atkārtoti izšķīst.

Nātrija hidroksietilceluloze un karboksimetilhidroksietilceluloze šķīst ūdenī jebkurā temperatūrā, bet nešķīst organiskajos šķīdinātājos (ar dažiem izņēmumiem).

2.4. Biezēšana

Celulozes ēteris tiek izšķīdināts ūdenī koloidālā veidā, un tā viskozitāte ir atkarīga no celulozes ētera polimerizācijas pakāpes. Šķīdums satur hidratācijas makromolekulas. Makromolekulu sapīšanās dēļ šķīduma plūsmas uzvedība atšķiras no Ņūtona šķidrumu plūsmas, bet tai ir uzvedība, kas mainās atkarībā no bīdes spēku izmaiņām. Celulozes ētera makromolekulārās struktūras dēļ šķīduma viskozitāte strauji palielinās, palielinoties koncentrācijai, un strauji samazinās, palielinoties temperatūrai.

2.5. Noārdīšanās spēja

Celulozes ēteri izmanto ūdens fāzē. Kamēr būs ūdens, baktērijas vairosies. Baktēriju augšana izraisa enzīmu baktēriju veidošanos. Fermentu baktērijas izraisīja neaizvietotas dehidrētas glikozes vienības saiti, kas atrodas blakus celulozes ēterim, un polimēra molekulmasa samazinājās. Tāpēc, ja celulozes ētera ūdens šķīdums ir jāuzglabā ilgāku laiku, tam jāpievieno konservants, pat ja tiek izmantots antibakteriālais celulozes ēteris.

3. celulozes ētera pielietojums rūpniecībā

3.1. Naftas rūpniecība

Nātrija karboksimetilceluloze galvenokārt tiek izmantota naftas ieguvē. To izmanto dubļu ražošanā, lai palielinātu viskozitāti un samazinātu ūdens zudumus. Tas var izturēt dažādu šķīstošo sāļu piesārņojumu un uzlabot eļļas atgūšanas ātrumu.

Nātrija karboksimetilhidroksipropilceluloze un nātrija karboksimetilhidroksietilceluloze ir sava veida labāks līdzeklis urbšanas dūņu apstrādei un pabeigšanas šķidruma materiālu sagatavošanai, augsts pulēšanas ātrums, izturība pret sāli, kalcija izturība, laba viskozizācijas spēja, temperatūras izturība (160 ℃). Piemērots saldūdens, jūras ūdens un piesātināta sālsūdens urbšanas šķidruma pagatavošanai, zem kalcija hlorīda svara var sajaukt dažāda blīvuma (103 ~ 1279 / cm3) urbšanas šķidrumā un padarīt to ar noteiktu viskozitāti un zemu filtrāciju. jauda, ​​tās viskozitāte un filtrēšanas jauda ir labāka nekā hidroksietilceluloze, ir labas eļļas ražošanas piedevas. Nātrija karboksimetilceluloze tiek plaši izmantota celulozes atvasinājumu naftas ieguves procesā, urbšanas šķidrumā tiek izmantots cementēšanas šķidrums, sašķelšanas šķidrums un uzlabota eļļas ražošana, jo īpaši urbšanas šķidruma patēriņš ir lielāks, galvenā pacelšanās un nosēšanās filtrēšana un viskozizācija.

Hidroksietilceluloze tiek izmantota urbšanas, pabeigšanas un cementēšanas procesā kā dubļu sabiezēšanas stabilizators. Tā kā hidroksietilceluloze un nātrija karboksimetilceluloze, guāra sveķi salīdzinājumā ar labu sabiezēšanas efektu, suspensijas smiltis, augsts sāls saturs, laba karstumizturība un neliela pretestība, mazāki šķidruma zudumi, salauzts gumijas bloks, zemas atlieku īpašības ir plaši izmantotas.

3.2. Celtniecības un pārklājumu rūpniecība

Ēku celtniecības un apmetuma javas piejaukums: nātrija karboksimetilcelulozi var izmantot kā palēninātāju, ūdens aiztures līdzekli, biezinātāju un saistvielu, var izmantot kā ģipša grunts un cementa grunts apmetumu, javu un grunts izlīdzinošo materiālu disperģētāju, ūdens aiztures līdzekli, biezinātāju. Tas ir sava veida īpašs mūra un apmetuma javas piejaukums gāzbetona blokiem, kas izgatavoti no karboksimetilcelulozes, kas var uzlabot javas apstrādājamību, ūdens aizturi un izturību pret plaisām un izvairīties no bloka sienas plaisāšanas un dobuma.

Ēkas virsmas apdares materiāli: Cao Mingqian un cita metilceluloze, kas izgatavota no sava veida vides aizsardzības ēkas virsmas apdares materiāliem, tā ražošanas process ir vienkāršs, tīrs, var izmantot augstas kvalitātes sienām, akmens flīžu virsmai, var izmantot arī kolonnām. , planšetdatora virsmas apdare. Huang Jianping, kas izgatavots no karboksimetilcelulozes, ir sava veida keramikas flīžu hermētiķis, kam ir spēcīgs saķeres spēks, laba deformācijas spēja, nerada plaisas un nenokrīt, labs ūdensizturīgs efekts, spilgta un krāsaina krāsa, ar lielisku dekoratīvu efektu.

Pielietojums pārklājumos: Metilcelulozi un hidroksietilcelulozi var izmantot kā stabilizatoru, biezinātāju un ūdeni aizturošu līdzekli lateksa pārklājumiem, turklāt var izmantot arī kā disperģētāju, viskozētāju un plēvi veidojošu līdzekli krāsainiem cementa pārklājumiem. Celulozes ētera pievienošana ar atbilstošām specifikācijām un viskozitāti lateksa krāsai var uzlabot lateksa krāsas konstrukcijas veiktspēju, novērst šļakatas, uzlabot uzglabāšanas stabilitāti un pārklājuma jaudu. Galvenā patērētāju joma ārvalstīs ir lateksa pārklājumi, tāpēc celulozes ētera izstrādājumi bieži kļūst par lateksa krāsas biezinātāja pirmo izvēli. Piemēram, modificētais metilhidroksietilcelulozes ēteris var saglabāt vadošo pozīciju lateksa krāsas biezinātājā, jo tam ir labas visaptverošas īpašības. Piemēram, tā kā celulozes ēterim ir unikālas termiskās gēla īpašības un šķīdība, sāls izturība, karstumizturība un atbilstoša virsmas aktivitāte, to var izmantot kā ūdens aiztures līdzekli, suspensijas līdzekli, emulgatoru, plēvi veidojošu līdzekli, smērvielu, saistvielu un reoloģisku papildinājumu. .

3.3. Papīra rūpniecība

Papīra mitrās piedevas: CMC var izmantot kā šķiedru disperģētāju un papīra pastiprinātāju, var pievienot celulozes masai, jo nātrija karboksimetilcelulozes un celulozes un iepakojuma daļiņām ir vienāds lādiņš, var palielināt šķiedras vienmērīgumu, uzlabot šķiedras izturību. papīrs. Kā pastiprinātājs, kas pievienots papīra iekšpusē, tas palielina saiknes sadarbību starp šķiedrām un var uzlabot stiepes izturību, pārrāvuma izturību, papīra vienmērīgumu un citus fiziskos rādītājus. Nātrija karboksimetilcelulozi var izmantot arī kā mērvielu celulozes ražošanā. Papildus savam izmēram, to var izmantot arī kā kolofonija, AKD un citu līmēšanas līdzekļu aizsarglīdzekli. Katjonu celulozes ēteri var izmantot arī kā papīra aiztures palīglīdzekļa filtru, uzlabo smalkās šķiedras un pildvielas aiztures ātrumu, var izmantot arī kā papīra stiegrojumu.

Pārklājuma līme: izmanto papīra pārklājuma līmes pārklājuma apstrādei, var aizstāt sieru, daļu no lateksa, lai drukas tinte būtu viegli iekļūstoša, skaidra mala. To var izmantot arī kā pigmenta disperģētāju, viskozētāju un stabilizatoru.

Virsmas līmēšanas līdzeklis: nātrija karboksimetilcelulozi var izmantot kā papīra virsmas līmēšanas līdzekli, uzlabot papīra virsmas izturību, salīdzinot ar pašreizējo polivinilspirta izmantošanu, modificēto cieti pēc tam, kad virsmas stiprību var palielināt par aptuveni 10%, devu samazina. par aptuveni 30%. Tas ir daudzsološs virsmas līmēšanas līdzeklis papīra ražošanai, un tā jauno šķirņu sērija būtu aktīvi jāattīsta. Katjonu celulozes ēterim ir labāka virsmas izmēra noteikšana nekā katjonu cietei, tas var ne tikai uzlabot papīra virsmas izturību, bet arī uzlabot papīra tintes uzsūkšanos, palielināt krāsošanas efektu, kā arī daudzsološs virsmas līmēšanas līdzeklis.

3.4. Tekstilrūpniecība

Tekstilrūpniecībā celulozes ēteri var izmantot kā līmēšanas līdzekli, izlīdzināšanas līdzekli un biezinātāju tekstilmasai.

Izmēra līdzeklis: celulozes ēteris, piemēram, nātrija karboksimetilceluloze, hidroksietilkarboksimetilcelulozes ēteris, hidroksipropilkarboksimetilcelulozes ēteris un citas šķirnes, var tikt izmantots kā mērīšanas līdzeklis, un to nav viegli sabojāt un pelēt, drukājot un krāsojot, bez atdalīšanas, veicinot krāsvielu, var iegūt viendabīgu krāsu. koloīds ūdenī.

Izlīdzinošais līdzeklis: var uzlabot krāsvielas hidrofilo un osmotisko spēku, jo viskozitātes izmaiņas ir mazas, viegli pielāgot krāsu atšķirību; Katjonu celulozes ēterim ir arī krāsojoša un krāsojoša iedarbība.

Biezinātājs: nātrija karboksimetilceluloze, hidroksietilkarboksimetilcelulozes ēteris, hidroksipropilkarboksimetilcelulozes ēteris var izmantot kā drukāšanas un krāsošanas suspensijas biezinātāju, ar nelielu atlikumu, augstu krāsas intensitāti, ir ļoti potenciālu tekstilizstrādājumu piedevu klase.

3.5. Sadzīves ķīmijas rūpniecība

Stabils viskozētājs: nātrija metilceluloze cietā pulvera izejvielu pastas produktos spēlē dispersijas suspensijas stabilitāti, šķidrā vai emulsijas kosmētikā sabiezē, izkliedē, homogenizē un citas funkcijas. To var izmantot kā stabilizatoru un viskozifikatoru.

Emulģējošais stabilizators: do ziede, šampūnu emulgators, biezinātājs un stabilizators. Nātrija karboksimetilhidroksipropilcelulozi var izmantot kā zobu pastas līmes stabilizatoru ar labām tiksotropām īpašībām, lai zobu pastai būtu laba formējamība, ilgstoša deformācija, viendabīga un maiga garša. Nātrija karboksimetilhidroksipropilcelulozes sāls izturība, skābju izturība ir augstāka, efekts ir daudz labāks nekā karboksimetilceluloze, var izmantot kā mazgāšanas līdzekli viskozizētājā, netīrumu piestiprināšanas līdzekli.

Dispersijas biezinātājs: mazgāšanas līdzekļu ražošanā nātrija karboksimetilcelulozes vispārēja izmantošana kā mazgāšanas līdzekļa mazgāšanas līdzekļa netīrumu izkliedētājs, šķidrais mazgāšanas līdzekļa biezinātājs un disperģētājs.

3.6. Farmācijas un pārtikas rūpniecība

Farmācijas rūpniecībā hidroksipropilkarboksimetilcelulozi var izmantot kā zāļu palīgvielas, ko plaši izmanto perorālos zāļu skeleta kontrolētas iedarbības un ilgstošas ​​iedarbības preparātos, kā izdalīšanos bloķējošu materiālu, lai regulētu zāļu izdalīšanos, kā pārklājuma materiālu ilgstošas ​​darbības aģents, ilgstošas ​​darbības granulas. , ilgstošās darbības kapsulas. Visplašāk izmantotā ir metilkarboksimetilceluloze, etilkarboksimetilceluloze, piemēram, MC bieži izmanto tablešu un kapsulu vai pārklātu ar cukuru pārklātu tablešu ražošanā.

Kvalitātes celulozes ēteri var izmantot pārtikas rūpniecībā, dažādos pārtikas produktos ir efektīvs biezinātājs, emulgators, stabilizators, palīgviela, ūdeni aizturošs līdzeklis un mehānisks putotājs. Metilceluloze un hidroksipropilmetilceluloze ir atzītas par nekaitīgām vielmaiņas inertām vielām. Augstas tīrības pakāpes (99,5% vai vairāk) karboksimetilcelulozi var pievienot pārtikas produktiem, piemēram, piena un krējuma produktiem, garšvielām, ievārījumiem, želejas, kārbām, galda sīrupiem un dzērieniem. Vairāk nekā 90% karboksimetilcelulozes tīrību var izmantot ar pārtiku saistītos aspektos, piemēram, svaigu augļu transportēšanai un uzglabāšanai, plastmasas iesaiņojumam ir labs saglabāšanas efekts, mazāks piesārņojums, bez bojājumiem, viegli mehanizētas ražošanas priekšrocības.

3.7. Optiskie un elektriskie funkcionālie materiāli

Elektrolītu sabiezēšanas stabilizators: pateicoties celulozes ētera augstajai tīrībai, laba skābju izturība, sāls izturība, jo īpaši dzelzs un smago metālu saturs ir zems, tāpēc koloīds ir ļoti stabils, piemērots sārma akumulatoram, cinka mangāna akumulatora elektrolīta sabiezēšanas stabilizatoram.

Šķidro kristālu materiāli: kopš 1976. gada pirmais atklājums hidroksipropilceluloze – ūdens sistēmas šķidro kristālu ask fāze, ir atrasts piemērotā organiskā šķīdumā, daudzi celulozes atvasinājumi augstā koncentrācijā var veidot anizotropu šķīdumu, piemēram, hidroksipropilceluloze un tās acetāts, propionāts , benzoāts, ftalāts, acetoksietilceluloze, hidroksietilceluloze utt. Papildus koloidālu jonu šķidro kristālu šķīduma veidošanai daži hidroksipropilcelulozes esteri arī parāda šo īpašību.

Daudziem celulozes ēteriem piemīt termotropu šķidro kristālu īpašības. Acetilhidroksipropilceluloze veidoja termogēnus holesteriskus šķidros kristālus temperatūrā zem 164 ℃. Acetoacetāta hidroksipropilceluloze, trifluoracetāta hidroksipropilceluloze, hidroksipropilceluloze un tās atvasinājumi, etilhidroksipropilceluloze, trimetilsilicceluloze un butildimetilsilicceluloze, heptilceluloze un butoksietilceluloze, hidroksietilceluloze, u.c. šķidrā kristāliskā celuloze, šovs. Daži celulozes esteri, piemēram, celulozes benzoāts, p-metoksibenzoāts un p-metilbenzoāts, celulozes heptanāts var veidot termogēnus holesteriskus šķidros kristālus.

Elektriskās izolācijas materiāls: ciānetilcelulozes ēterēšanas līdzeklis akrilnitrilam, tā augsta dielektriskā konstante, zems zudumu koeficients, var tikt izmantots kā fosfora un elektroluminiscences spuldžu sveķu matrica un transformatora izolācija.

4. Noslēguma piezīmes

Ķīmiskās modifikācijas izmantošana, lai iegūtu celulozes atvasinājumus ar īpašām funkcijām, ir efektīvs veids, kā atrast jaunus lietojumus celulozei, kas ir lielākā dabiskā organiskā viela pasaulē. Kā viens no celulozes atvasinājumiem celulozes ēteris, piemēram, fizioloģiski nekaitīgi, bezpiesārņojuma ūdenī šķīstošie polimērmateriāli tā lielisko īpašību dēļ, ir izmantots daudzās nozarēs, un tam būs plašākas attīstības perspektīvas.