Kenmerken, bereiding en toepassing van cellulose-ether in de industrie

De soorten, bereidingsmethoden, eigenschappen en kenmerken van cellulose-ether werden besproken, evenals de toepassingen van cellulose-ether in de aardolie-, bouw-, papierfabricage-, textiel-, geneeskunde-, voedsel-, foto-elektrische materialen en de dagelijkse chemische industrie. Er werden enkele nieuwe varianten van cellulose-etherderivaten met ontwikkelingsperspectieven geïntroduceerd en hun toepassingsvooruitzichten werden voorspeld.

Trefwoorden:cellulose-ether; Prestatie; Sollicitatie; Cellulosederivaten

Cellulose is een soort natuurlijke polymeerverbinding. De chemische structuur is een polysacharide-macromolecuul met watervrije β-glucose als basisring, met één primaire hydroxylgroep en twee secundaire hydroxylgroepen op elke basisring. Door chemische modificatie kan een reeks cellulosederivaten worden verkregen, waarvan cellulose-ether er één is. Cellulose-ether wordt verkregen door de reactie van cellulose en NaOH, en vervolgens te etheriseren met verschillende functionele monomeren zoals methaanchloride, ethyleenoxide, propyleenoxide, enz., door het bijproductzout en natriumcellulose te wassen. Cellulose-ether is een belangrijk derivaat van cellulose en kan op grote schaal worden gebruikt in de geneeskunde en de gezondheidszorg, de dagelijkse chemie, papier, voeding, geneeskunde, bouw, materialen en andere industrieën. Daarom heeft de ontwikkeling en het gebruik van cellulose-ether een positieve betekenis voor het uitgebreide gebruik van hernieuwbare biomassabronnen, de ontwikkeling van nieuwe materialen en nieuwe technologieën.

1. Classificatie en bereiding van cellulose-ether

De classificatie van cellulose-ethers wordt over het algemeen verdeeld in vier categorieën op basis van hun ionische eigenschappen.

1.1 Niet-ionische cellulose-ether

Niet-ionische cellulose-ether is voornamelijk cellulose-alkylether, de bereidingsmethode is door cellulose- en NaOH-reactie, en vervolgens met een verscheidenheid aan functionele monomeren zoals methaanchloride, ethyleenoxide, propyleenoxide-veretheringsreactie, en vervolgens door het bijproduct te wassen zout en natriumcellulose te krijgen. De belangrijkste methylcellulose-ether, methylhydroxyethylcellulose-ether, methylhydroxypropylcellulose-ether, hydroxyethylcellulose-ether, cyanoethylcellulose-ether, hydroxybutylcellulose-ether. De toepassing ervan is zeer breed.

1.2 Anionische cellulose-ether

Anionische cellulose-ether is voornamelijk carboxymethylcellulose-natrium, carboxymethylhydroxyethylcellulose-natrium. De bereidingsmethode is door de reactie van cellulose en NaOH, en vervolgens te veretheren met monochloorazijnzuur of ethyleenoxide, propyleenoxide, en vervolgens het bijproduct te wassen met zout en natriumcellulose.

1,3 kationische cellulose-ether

Kationische cellulose-ether is voornamelijk 3 – chloor – 2 – hydroxypropyltrimethylammoniumchloride cellulose-ether. De bereidingsmethode is door de reactie van cellulose en NaOH, en vervolgens het kationische veretheringsmiddel 3 – chloor – 2 – hydroxypropyltrimethylammoniumchloride of ethyleenoxide, propyleenoxide samen met veretherende reactie, en vervolgens door het wassen van het bijproduct zout en natrium cellulose te krijgen.

1.4 Zwitterionische cellulose-ether

Zitterionische cellulose-ether heeft zowel anionische groepen als kationische groepen op de moleculaire keten, de bereidingsmethode is door cellulose en NaOH-reactie, en vervolgens met een chloorazijnzuur en kationisch veretheringsmiddel 3 – chloor – 2 hydroxypropyltrimethylammoniumchloride veretheringsreactie, en vervolgens gewassen bijproduct zout en natriumcellulose en verkregen.

2.de eigenschappen en kenmerken van cellulose-ether

2.1 Uiterlijkkenmerken

Cellulose-ether is over het algemeen wit of melkachtig wit, smaakloos, niet-giftig, met de vloeibaarheid van vezelachtig poeder, gemakkelijk vocht op te nemen, opgelost in water tot een transparant viskeus stabiel colloïde.

2.2 Filmvorming en hechting

De verethering van cellulose-ether heeft grote invloed op de eigenschappen ervan, zoals oplosbaarheid, filmvormend vermogen, bindingssterkte en zouttolerantie. Cellulose-ether heeft een hoge mechanische sterkte, flexibiliteit, hittebestendigheid en koudebestendigheid, is goed compatibel met een verscheidenheid aan harsen en weekmakers en kan worden gebruikt voor de vervaardiging van kunststoffen, films, vernissen, lijmen, latex en farmaceutische coatingmaterialen.

2.3 Oplosbaarheid

Methylcellulose oplosbaar in koud water, onoplosbaar in heet water, maar ook oplosbaar in sommige organische oplosmiddelen; Methylhydroxyethylcellulose oplosbaar in koud water, onoplosbaar in heet water en organische oplosmiddelen. Maar wanneer de waterige oplossing van methylcellulose en methylhydroxyethylcellulose wordt verwarmd, zullen de methylcellulose en methylhydroxyethylcellulose neerslaan. Methylcellulose sloeg neer bij 45 ~ 60 ℃, terwijl gemengde veretherde methylhydroxyethylcellulose neersloeg bij 65 ~ 80 ℃. Wanneer de temperatuur daalt, lossen de neerslagen opnieuw op.

Natriumhydroxyethylcellulose en carboxymethylhydroxyethylcellulose zijn bij elke temperatuur oplosbaar in water, maar onoplosbaar in organische oplosmiddelen (op enkele uitzonderingen na).

2.4 Verdikking

Cellulose-ether wordt in colloïdale vorm in water opgelost en de viscositeit hangt af van de polymerisatiegraad van cellulose-ether. De oplossing bevat macromoleculen voor hydratatie. Als gevolg van de verstrengeling van macromoleculen is het stromingsgedrag van de oplossing anders dan dat van Newtoniaanse vloeistoffen, maar vertoont het een gedrag dat varieert met de verandering van de schuifkrachten. Vanwege de macromoleculaire structuur van cellulose-ether neemt de viscositeit van de oplossing snel toe bij toenemende concentratie en neemt deze snel af bij toenemende temperatuur.

2.5 Afbreekbaarheid

In de waterfase wordt cellulose-ether gebruikt. Zolang er water aanwezig is, zullen bacteriën groeien. De groei van bacteriën leidt tot de productie van enzymbacteriën. De enzymbacteriën zorgden ervoor dat de niet-gesubstitueerde gedehydrateerde glucose-eenheidsbinding grenzend aan cellulose-ether verbrak en het molecuulgewicht van het polymeer daalde. Als een waterige oplossing van cellulose-ether gedurende langere tijd moet worden bewaard, moet daarom een ​​conserveermiddel worden toegevoegd, zelfs als antibacteriële cellulose-ether wordt gebruikt.

3.de toepassing van cellulose-ether in de industrie

3.1 Petroleumindustrie

Natriumcarboxymethylcellulose wordt voornamelijk gebruikt bij de exploitatie van aardolie. Het wordt gebruikt bij de vervaardiging van modder om de viscositeit te verhogen en waterverlies te verminderen. Het kan verschillende oplosbare zoutvervuiling weerstaan ​​en de olieterugwinning verbeteren.

Natriumcarboxymethylhydroxypropylcellulose en natriumcarboxymethylhydroxyethylcellulose zijn een soort beter boorspoelingbehandelingsmiddel en bereiding van voltooiingsvloeibare materialen, hoge verpulpingssnelheid, zoutbestendigheid, calciumbestendigheid, goed viscositeitsvermogen, temperatuurbestendigheid (160 ℃). Geschikt voor de bereiding van zoetwater-, zeewater- en verzadigde zoutwaterboorvloeistof, kan onder het gewicht van calciumchloride worden gemengd in boorvloeistof met verschillende dichtheden (103 ~ 1279 / cm3), en ervoor zorgen dat het een bepaalde viscositeit en lage filtratie heeft capaciteit, de viscositeit en filtratiecapaciteit zijn beter dan hydroxyethylcellulose, is een goede olieproductieadditieven. Natriumcarboxymethylcellulose wordt veel gebruikt in het proces van aardolie-exploitatie van cellulosederivaten, in boorvloeistof, cementeervloeistof, breekvloeistof en verbetering van de olieproductie, vooral in het boorvloeistofverbruik is groter, de belangrijkste start- en landingsfiltratie en viscositeit.

Hydroxyethylcellulose wordt gebruikt bij het boren, voltooien en cementeren als stabilisator voor het verdikken van modder. Omdat hydroxyethylcellulose en natriumcarboxymethylcellulose, guargom vergeleken met een goed verdikkingseffect, suspensiezand, hoog zoutgehalte, goede hittebestendigheid en kleine weerstand, minder vloeistofverlies, gebroken rubberblok, lage residu-eigenschappen, op grote schaal wordt gebruikt.

3.2 Bouw- en coatingindustrie

Mengsel voor bouw- en pleistermortel: natriumcarboxymethylcellulose kan worden gebruikt als vertrager, waterretentiemiddel, verdikkingsmiddel en bindmiddel, kan worden gebruikt als gipsbodem- en cementbodempleister, mortel en egalisatiemiddel als dispergeermiddel, waterretentiemiddel, verdikkingsmiddel. Het is een soort speciaal metsel- en pleistermortelmengsel voor cellenbetonblokken gemaakt van carboxymethylcellulose, dat de verwerkbaarheid, het vasthouden van water en de scheurweerstand van mortel kan verbeteren en het scheuren en uithollen van de blokmuur kan voorkomen.

Materialen voor bouwoppervlakdecoratie: Cao Mingqian en andere methylcellulose gemaakt van een soort milieubescherming materialen voor bouwoppervlakdecoratie, het productieproces is eenvoudig, schoon, kan worden gebruikt voor hoogwaardige muren, stenen tegeloppervlakken, kan ook worden gebruikt voor kolommen , tabletoppervlaktedecoratie. Huang Jianping gemaakt van carboxymethylcellulose is een soort keramische tegelkit, die een sterke hechtkracht heeft, een goed vervormingsvermogen heeft, geen scheuren veroorzaakt en eraf valt, goed waterdicht effect, heldere en kleurrijke kleur, met een uitstekend decoratief effect.

Toepassing in coatings: Methylcellulose en hydroxyethylcellulose kunnen worden gebruikt als stabilisator, verdikkingsmiddel en watervasthoudend middel voor latexcoatings, daarnaast kunnen ze ook worden gebruikt als dispergeermiddel, viscositeitsverhogend middel en filmvormer voor gekleurde cementcoatings. Het toevoegen van cellulose-ether met de juiste specificaties en viscositeit aan latexverf kan de constructieprestaties van latexverf verbeteren, spatten voorkomen, de opslagstabiliteit verbeteren en de dekkingskracht vergroten. Het belangrijkste consumentengebied in het buitenland zijn latexcoatings, daarom worden cellulose-etherproducten vaak de eerste keuze als verdikkingsmiddel voor latexverf. De gemodificeerde methylhydroxyethylcellulose-ether kan bijvoorbeeld de leidende positie in het verdikkingsmiddel van latexverf behouden vanwege zijn goede alomvattende eigenschappen. Omdat cellulose-ether bijvoorbeeld unieke thermische geleigenschappen en oplosbaarheid, zoutbestendigheid, hittebestendigheid en de juiste oppervlakteactiviteit heeft, kan het worden gebruikt als waterretentiemiddel, suspensiemiddel, emulgator, filmvormend middel, smeermiddel, bindmiddel en reologisch amendement. .

3.3 Papierindustrie

Papiernatte additieven: CMC kan worden gebruikt als vezeldispergeermiddel en papierversterker, kan aan de pulp worden toegevoegd, omdat natriumcarboxymethylcellulose en pulp- en pakkingdeeltjes dezelfde lading hebben, de gelijkmatigheid van de vezel kunnen vergroten, de sterkte van de vezel kunnen verbeteren papier. Omdat er een versteviger in het papier wordt toegevoegd, vergroot het de samenwerking tussen de vezels en kan het de treksterkte, breukweerstand, papiervlakheid en andere fysieke indexen verbeteren. Natriumcarboxymethylcellulose kan ook als lijmmiddel in de pulp worden gebruikt. Naast zijn eigen lijmgraad kan het ook worden gebruikt als beschermingsmiddel tegen colofonium, AKD en andere lijmmiddelen. Kationische cellulose-ether kan ook worden gebruikt als filter voor het vasthouden van papier, verbetert de retentiesnelheid van fijne vezels en vulstoffen en kan ook worden gebruikt als papierversterking.

Coatinglijm: gebruikt voor coatingverwerking, papiercoatinglijm, kan kaas, een deel van de latex, vervangen, zodat drukinkt gemakkelijk doordringt, heldere randen. Het kan ook worden gebruikt als pigmentdispergeermiddel, viscositeitsverhoger en stabilisator.

Oppervlaktelijmmiddel: Natriumcarboxymethylcellulose kan worden gebruikt als lijmmiddel voor het papieroppervlak, verbetert de oppervlaktesterkte van papier, vergeleken met het huidige gebruik van polyvinylalcohol, gemodificeerd zetmeel nadat de oppervlaktesterkte met ongeveer 10% kan worden verhoogd, de dosering wordt verlaagd met ongeveer 30%. Het is een veelbelovend oppervlaktelijmingsmiddel voor de papierproductie, en de reeks nieuwe varianten ervan moet actief worden ontwikkeld. Kationische cellulose-ether heeft betere oppervlakteverlijmingsprestaties dan kationisch zetmeel, kan niet alleen de oppervlaktesterkte van papier verbeteren, maar kan ook de inktabsorptie van papier verbeteren, het verfeffect vergroten en is ook een veelbelovend oppervlakteverlijmingsmiddel.

3.4 Textielindustrie

In de textielindustrie kan cellulose-ether worden gebruikt als lijmmiddel, egaliseermiddel en verdikkingsmiddel voor textielpulp.

Lijmmiddel: cellulose-ether zoals natriumcarboxymethylcellulose, hydroxyethylcarboxymethylcellulose-ether, hydroxypropylcarboxymethylcellulose-ether en andere varianten kunnen als lijmmiddel worden gebruikt en zijn niet gemakkelijk te verslechteren en te vormen, bedrukken en verven, zonder te ontvormen, waardoor de kleurstof uniform kan worden verkregen colloïd in water.

Egalisatiemiddel: kan de hydrofiele en osmotische kracht van kleurstof verbeteren, omdat de viscositeitsverandering klein is, waardoor het kleurverschil gemakkelijk kan worden aangepast; Kationische cellulose-ether heeft ook een verf- en kleureffect.

Verdikkingsmiddel: natriumcarboxymethylcellulose, hydroxyethylcarboxymethylcellulose-ether, hydroxypropylcarboxymethylcellulose-ether kan worden gebruikt als verdikkingsmiddel voor druk- en verfslurry, met kleine resten, hoge kleureigenschappen, is een klasse van zeer potentiële textieladditieven.

3.5 Huishoudelijke chemische industrie

Stabiele viscositeitsverhoger: Natriummethylcellulose in vaste poedergrondstofpastaproducten speelt een dispersie-suspensiestabiliteit, in vloeibare of emulsiecosmetica, verdikken, dispergeren, homogeniseren en andere rollen. Het kan worden gebruikt als stabilisator en viscositeitsverhoger.

Emulgerende stabilisator: doe zalf, shampoo-emulgator, verdikkingsmiddel en stabilisator. Natriumcarboxymethylhydroxypropylcellulose kan worden gebruikt als lijmstabilisator voor tandpasta, met goede thixotrope eigenschappen, zodat de tandpasta een goede vervormbaarheid, langdurige vervorming en een uniforme en delicate smaak heeft. Natriumcarboxymethylhydroxypropylcellulose zoutbestendigheid, zuurbestendigheid is superieur, het effect is veel beter dan carboxymethylcellulose, kan worden gebruikt als wasmiddel in de viscositeitsverhoger, middel ter voorkoming van vuilaanhechting.

Dispersieverdikkingsmiddel: bij de productie van wasmiddelen, het algemene gebruik van natriumcarboxymethylcellulose als wasmiddel, vuildispergeermiddel, vloeibaar wasmiddelverdikkingsmiddel en dispergeermiddel.

3.6 Farmaceutische en voedingsindustrie

In de farmaceutische industrie kan hydroxypropylcarboxymethylcellulose worden gebruikt als hulpstoffen voor geneesmiddelen, op grote schaal gebruikt in preparaten met gecontroleerde afgifte en langdurige afgifte van orale geneesmiddelen, als materiaal dat de afgifte blokkeert om de afgifte van geneesmiddelen te reguleren, als coatingmateriaal voor langdurige afgifte, pellets voor langdurige afgifte. , capsules met langdurige afgifte. De meest gebruikte is methylcarboxymethylcellulose; ethylcarboxymethylcellulose, zoals MC, wordt vaak gebruikt bij de vervaardiging van tabletten en capsules, of omhulde, met suiker omhulde tabletten.

Cellulose-ether van hoge kwaliteit kan in de voedingsindustrie worden gebruikt; in een verscheidenheid aan voedingsmiddelen is het een effectief verdikkingsmiddel, emulgator, stabilisator, hulpstof, watervasthoudend middel en mechanisch schuimmiddel. Methylcellulose en hydroxypropylmethylcellulose zijn erkend als niet-schadelijke metabolische inerte stoffen. Hoge zuiverheid (99,5% of meer zuiverheid) carboxymethylcellulose kan worden toegevoegd aan voedingsmiddelen, zoals melk- en roomproducten, specerijen, jam, gelei, blikjes, tafelsiropen en dranken. Zuiverheid van meer dan 90% carboxymethylcellulose kan worden gebruikt in voedselgerelateerde aspecten, zoals toegepast op het transport en de opslag van vers fruit, de plastic verpakking heeft een goed conserverend effect, minder vervuiling, geen schade, gemakkelijk te mechaniseren productievoordelen.

3.7 Optische en elektrische functionele materialen

Elektrolytverdikkingsstabilisator: vanwege de hoge zuiverheid van cellulose-ether, goede zuurbestendigheid, zoutbestendigheid, vooral het ijzer- en zware metaalgehalte is laag, dus het colloïde is zeer stabiel, geschikt voor alkalische batterijen, zinkmangaanbatterijen elektrolytverdikkingsstabilisator.

Vloeibaarkristalmaterialen: Sinds 1976 is de eerste ontdekking van hydroxypropylcellulose – de vloeibare kristalvraagfase van het watersysteem, gevonden in een geschikte organische oplossing. Veel cellulosederivaten in hoge concentraties kunnen een anisotrope oplossing vormen, bijvoorbeeld hydroxypropylcellulose en zijn acetaat, propionaat benzoaat, ftalaat, acetyxyethylcellulose, hydroxyethylcellulose, enz. Naast het vormen van een colloïdale ionische vloeibaar-kristaloplossing vertonen sommige esters van hydroxypropylcellulose ook deze eigenschap.

Veel cellulose-ethers vertonen thermotrope vloeibaar-kristaleigenschappen. Acetylhydroxypropylcellulose vormde thermogene cholesterische vloeibare kristallen onder 164 ℃. Acetoacetaathydroxypropylcellulose, trifluoracetaathydroxypropylcellulose, hydroxypropylcellulose en zijn derivaten, ethylhydroxypropylcellulose, trimethylsiliccellulose en butyldimethylsiliccellulose, heptylcellulose en butoxylethylcellulose, hydroxyethylcelluloseacetaat, enz., vertoonden allemaal thermogene cholesterische vloeibare kristallen. Sommige cellulose-esters zoals cellulosebenzoaat, p-methoxybenzoaat en p-methylbenzoaat, celluloseheptanaat kunnen thermogene cholesterische vloeibare kristallen vormen.

Elektrisch isolatiemateriaal: cyanoethylcellulose veretheringsmiddel voor acrylonitril, de hoge diëlektrische constante, lage verliescoëfficiënt, kan worden gebruikt als fosfor- en elektroluminescente lampen, harsmatrix en transformatorisolatie.

4. Slotopmerkingen

Het gebruik van chemische modificatie om cellulosederivaten met speciale functies te verkrijgen is een effectieve manier om nieuwe toepassingen te vinden voor cellulose, de grootste natuurlijke organische stof ter wereld. Als een van de cellulosederivaten is cellulose-ether, zoals fysiologisch onschadelijke, vervuilingsvrije, in water oplosbare polymeermaterialen vanwege zijn uitstekende eigenschappen, in veel industrieën gebruikt en zal een breder ontwikkelingsperspectief hebben.