Charakterystyka, otrzymywanie i zastosowanie eteru celulozy w przemyśle

Dokonano przeglądu rodzajów, metod wytwarzania, właściwości i charakterystyki eteru celulozy, a także zastosowań eteru celulozy w przemyśle naftowym, budownictwie, papiernictwie, tekstyliach, medycynie, żywności, materiałach fotoelektrycznych i codziennym przemyśle chemicznym. Wprowadzono nowe odmiany eterowych pochodnych celulozy z perspektywami rozwoju i prognozowano możliwości ich zastosowania.

Słowa kluczowe:eter celulozy; Wydajność; Aplikacja; Pochodne celulozy

Celuloza jest rodzajem naturalnego związku polimerowego. Jego struktura chemiczna to makrocząsteczka polisacharydowa z bezwodną β-glukozą jako pierścieniem podstawowym, z jedną pierwszorzędową grupą hydroksylową i dwiema drugorzędowymi grupami hydroksylowymi na każdym pierścieniu podstawowym. W drodze modyfikacji chemicznej można otrzymać szereg pochodnych celulozy, jednym z nich jest eter celulozy. Eter celulozy otrzymuje się w reakcji celulozy i NaOH, a następnie eteryzuje się różnymi monomerami funkcyjnymi, takimi jak chlorek metanu, tlenek etylenu, tlenek propylenu itp., poprzez przemycie soli będącej produktem ubocznym i celulozy sodowej. Eter celulozy jest ważną pochodną celulozy, może być szeroko stosowany w medycynie i zdrowiu, codziennej chemii, papierze, żywności, medycynie, budownictwie, materiałach i innych gałęziach przemysłu. Dlatego rozwój i wykorzystanie eteru celulozy ma pozytywne znaczenie dla wszechstronnego wykorzystania odnawialnych zasobów biomasy, rozwoju nowych materiałów i nowych technologii.

1. Klasyfikacja i otrzymywanie eteru celulozy

Klasyfikację eterów celulozy ogólnie dzieli się na cztery kategorie w zależności od ich właściwości jonowych.

1.1 Niejonowy eter celulozy

Niejonowy eter celulozy to głównie eter alkilocelulozy, metoda wytwarzania polega na reakcji celulozy i NaOH, a następnie z różnymi monomerami funkcyjnymi, takimi jak chlorek metanu, tlenek etylenu, reakcja eteryfikacji tlenku propylenu, a następnie przemywanie produktu ubocznego sól i celuloza sodowa, aby uzyskać. Główny eter metylocelulozy, eter metylohydroksyetylocelulozy, eter metylohydroksypropylocelulozy, eter hydroksyetylocelulozy, eter cyjanoetylocelulozy, eter hydroksybutylocelulozy. Jego zastosowanie jest bardzo szerokie.

1.2 Anionowy eter celulozy

Anionowy eter celulozy to głównie sól sodowa karboksymetylocelulozy, karboksymetylohydroksyetyloceluloza sodowa. Metoda przygotowania polega na reakcji celulozy i NaOH, a następnie eteryzacji kwasem monochlorooctowym lub tlenkiem etylenu, tlenkiem propylenu, a następnie przemywania produktu ubocznego w postaci soli i celulozy sodowej.

1,3 kationowy eter celulozy

Kationowy eter celulozy to głównie eter celulozy 3 – chlor – 2 – hydroksypropylotrimetyloamoniowy. Metoda przygotowania polega na reakcji celulozy z NaOH, a następnie kationowym środkiem eteryfikującym 3 – chlor – 2 – chlorek hydroksypropylotrimetyloamoniowy lub tlenek etylenu, tlenek propylenu wraz z reakcją eteryfikacji, a następnie przemywanie powstałej jako produkt uboczny soli i sodu celulozę uzyskać.

1,4 obojniaczojonowy eter celulozy

Obojniaczojonowy eter celulozy ma w łańcuchu molekularnym zarówno grupy anionowe, jak i kationowe, metoda wytwarzania polega na reakcji celulozy i NaOH, a następnie reakcji eteryfikacji z kwasem chlorooctowym i kationowym środkiem eteryfikującym 3 – chlor – 2 chlorek hydroksypropylotrimetyloamoniowy, a następnie przemywany jako produkt uboczny sól i celuloza sodowa i otrzymane.

2.właściwości i właściwości eteru celulozy

2.1 Cechy wyglądu

Eter celulozy jest na ogół biały lub mlecznobiały, bez smaku, nietoksyczny, o płynności włóknistego proszku, łatwo wchłaniający wilgoć, rozpuszczony w wodzie w przezroczysty, lepki, stabilny koloid.

2.2 Tworzenie filmu i przyczepność

Eteryfikowanie eteru celulozy ma ogromny wpływ na jego właściwości, takie jak rozpuszczalność, zdolność tworzenia filmu, siłę wiązania i tolerancję na sól. Eter celulozy ma wysoką wytrzymałość mechaniczną, elastyczność, odporność na ciepło i zimno oraz dobrą kompatybilność z różnymi żywicami i plastyfikatorami, może być stosowany do produkcji tworzyw sztucznych, folii, lakierów, klejów, lateksu i farmaceutycznych materiałów powłokowych.

2.3 Rozpuszczalność

Metyloceluloza rozpuszczalna w zimnej wodzie, nierozpuszczalna w gorącej wodzie, ale także rozpuszczalna w niektórych rozpuszczalnikach organicznych; Metylohydroksyetyloceluloza rozpuszczalna w zimnej wodzie, nierozpuszczalna w gorącej wodzie i rozpuszczalnikach organicznych. Jednak gdy wodny roztwór metylocelulozy i metylohydroksyetylocelulozy zostanie ogrzany, metyloceluloza i metylohydroksyetyloceluloza wytrącą się. Metylocelulozę wytrącono w temperaturze 45 ~ 60 ℃, podczas gdy mieszana eteryzowana metylohydroksyetyloceluloza wytrąciła się w temperaturze 65 ~ 80 ℃. Kiedy temperatura spada, osady ponownie się rozpuszczają.

Hydroksyetyloceluloza sodowa i karboksymetylohydroksyetyloceluloza są rozpuszczalne w wodzie w dowolnej temperaturze, ale nierozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych (z kilkoma wyjątkami).

2.4 Zagęszczanie

Eter celulozy rozpuszcza się w wodzie w postaci koloidalnej, a jego lepkość zależy od stopnia polimeryzacji eteru celulozy. Roztwór zawiera makrocząsteczki hydratacyjne. Ze względu na splątanie makrocząsteczek zachowanie przepływu roztworu różni się od płynów newtonowskich, ale wykazuje zachowanie, które zmienia się wraz ze zmianą sił ścinających. Ze względu na makrocząsteczkową strukturę eteru celulozy lepkość roztworu szybko rośnie wraz ze wzrostem stężenia i szybko maleje wraz ze wzrostem temperatury.

2.5 Degradowalność

W fazie wodnej stosuje się eter celulozy. Dopóki jest woda, bakterie będą się rozwijać. Rozwój bakterii prowadzi do produkcji bakterii enzymatycznych. Bakterie enzymatyczne spowodowały rozerwanie niepodstawionego wiązania jednostki odwodnionej glukozy sąsiadującej z eterem celulozy i zmniejszenie masy cząsteczkowej polimeru. Dlatego też, jeśli wodny roztwór eteru celulozy ma być konserwowany przez dłuższy okres czasu, należy dodać do niego środek konserwujący, nawet jeśli stosuje się antybakteryjny eter celulozy.

3.zastosowanie eteru celulozy w przemyśle

3.1 Przemysł naftowy

Karboksymetyloceluloza sodowa stosowana jest głównie w wydobyciu ropy naftowej. Stosowany jest do produkcji błota w celu zwiększenia lepkości i zmniejszenia utraty wody. Może oprzeć się różnym zanieczyszczeniom solą rozpuszczalną i poprawić stopień odzyskiwania oleju.

Karboksymetylohydroksypropyloceluloza sodowa i karboksymetylohydroksyetyloceluloza sodowa są rodzajem lepszego środka do obróbki płuczki wiertniczej i przygotowania płynnych materiałów wykończeniowych, o dużej szybkości roztwarzania, odporności na sól, odporności na wapń, dobrej zdolności lepkości, odporności na temperaturę (160 ℃). Nadaje się do przygotowania wody wiertniczej słodkiej, morskiej i nasyconej słonej wody, pod ciężarem chlorku wapnia można go mieszać z płuczką wiertniczą o różnych gęstościach (103 ~ 1279 / cm3) i nadać jej określoną lepkość i niską filtrację pojemność, jego lepkość i zdolność filtrowania są lepsze niż hydroksyetyloceluloza, jest dobrym dodatkiem do produkcji oleju. Karboksymetyloceluloza sodowa jest szeroko stosowana w procesie wydobycia ropy naftowej, pochodnych celulozy, w płynie wiertniczym, płynie cementującym, płynie szczelinującym i poprawiającym wydobycie ropy naftowej, szczególnie przy większym zużyciu płynu wiertniczego, głównym filtrowaniu startu i lądowania oraz lepkości.

Hydroksyetyloceluloza stosowana jest w procesie wiercenia, uzupełniania i cementowania jako stabilizator zagęszczania płuczki. Ponieważ hydroksyetyloceluloza i karboksymetyloceluloza sodowa, guma guar w porównaniu z dobrym efektem zagęszczającym, piaskiem zawiesinowym, wysoką zawartością soli, dobrą odpornością na ciepło i małą odpornością, mniejszą utratą cieczy, pękniętym blokiem gumowym, niską pozostałością, są szeroko stosowane.

3.2 Przemysł budowlany i powłokowy

Domieszka do zapraw budowlanych i tynkarskich: karboksymetyloceluloza sodowa może być stosowana jako opóźniacz, środek zatrzymujący wodę, zagęstnik i spoiwo, może być stosowana jako podsypka gipsowa i cementowa, dyspergator zapraw i mas szpachlowych, środek zatrzymujący wodę, zagęszczacz. Jest to rodzaj specjalnej domieszki do zapraw murarskich i tynkarskich do bloczków z betonu komórkowego z karboksymetylocelulozy, która może poprawić urabialność, zatrzymywanie wody i odporność na pękanie zaprawy oraz zapobiec pękaniu i wgłębianiu się ściany bloczka.

Materiały do ​​​​dekoracji powierzchni budynków: Cao Mingqian i inna metyloceluloza wykonane z pewnego rodzaju materiałów do dekoracji powierzchni budynków chroniących środowisko, proces produkcji jest prosty, czysty, może być stosowany do wysokiej jakości ścian, powierzchni płytek kamiennych, może być również stosowany do kolumny , dekoracja powierzchni tabletu. Huang Jianping wykonany z karboksymetylocelulozy jest rodzajem uszczelniacza do płytek ceramicznych, który ma dużą siłę wiązania, dobrą zdolność do odkształcania, nie powoduje pęknięć i odpadania, dobry efekt wodoodporny, jasny i kolorowy kolor, z doskonałym efektem dekoracyjnym.

Zastosowanie w powłokach: Metyloceluloza i hydroksyetyloceluloza mogą być stosowane jako stabilizatory, zagęszczacze i środki zatrzymujące wodę w powłokach lateksowych, dodatkowo mogą być również stosowane jako środki dyspergujące, zwiększające lepkość i błonotwórcze dla kolorowych powłok cementowych. Dodanie eteru celulozy o odpowiednich specyfikacjach i lepkości do farby lateksowej może poprawić właściwości konstrukcyjne farby lateksowej, zapobiec odpryskom, poprawić stabilność przechowywania i siłę krycia. Głównym rynkiem konsumenckim za granicą są powłoki lateksowe, dlatego produkty na bazie eteru celulozy często stają się pierwszym wyborem zagęstnika do farb lateksowych. Na przykład modyfikowany eter metylohydroksyetylocelulozy może utrzymać wiodącą pozycję w zagęszczaczu do farb lateksowych ze względu na swoje dobre kompleksowe właściwości. Na przykład, ponieważ eter celulozy ma unikalne właściwości i rozpuszczalność w żelu termicznym, odporność na sól, odporność na ciepło i odpowiednią aktywność powierzchniową, może być stosowany jako środek zatrzymujący wodę, środek zawieszający, emulgator, środek błonotwórczy, smar, spoiwo i poprawka reologiczna .

3.3 Przemysł papierniczy

Dodatki do papieru na mokro: CMC można stosować jako środek dyspergujący włókna i wzmacniacz papieru, można go dodawać do masy celulozowej, ponieważ karboksymetyloceluloza sodowa oraz cząstki masy celulozowej i opakowania mają ten sam ładunek, mogą zwiększyć równość włókna, poprawić wytrzymałość papier. Jako wzmacniacz dodany do papieru zwiększa współpracę wiązań między włóknami i może poprawić wytrzymałość na rozciąganie, odporność na pękanie, równość papieru i inne wskaźniki fizyczne. Jako środek zaklejający w masie można także stosować sól sodową karboksymetylocelulozy. Oprócz własnego stopnia zaklejania może być również stosowany jako środek ochronny kalafonii, AKD i innych środków zaklejających. Kationowy eter celulozy można również stosować jako filtr wspomagający retencję papieru, poprawiający współczynnik zatrzymywania drobnych włókien i wypełniacza, może być również stosowany jako wzmocnienie papieru.

Klej do powlekania: Stosowany do powlekania kleju do powlekania papieru, może zastąpić ser będący częścią lateksu, dzięki czemu farba drukarska łatwo przenika, ma wyraźną krawędź. Może być również stosowany jako dyspergator pigmentów, środek zwiększający lepkość i stabilizator.

Środek zaklejający powierzchnię: Karboksymetyloceluloza sodowa może być stosowana jako środek zaklejający powierzchnię papieru, poprawia wytrzymałość powierzchniową papieru w porównaniu z obecnym stosowaniem alkoholu poliwinylowego, skrobia modyfikowana po zwiększeniu wytrzymałości powierzchniowej o około 10%, dawka jest zmniejszona o około 30%. Jest obiecującym środkiem zaklejającym powierzchniowo w papiernictwie i należy aktywnie rozwijać serię jego nowych odmian. Kationowy eter celulozy ma lepszą skuteczność zaklejania powierzchni niż skrobia kationowa, nie tylko może poprawić wytrzymałość powierzchniową papieru, ale także może poprawić absorpcję atramentu przez papier, zwiększyć efekt barwienia, jest również obiecującym środkiem zaklejającym powierzchnię.

3.4 Przemysł tekstylny

W przemyśle tekstylnym eter celulozy można stosować jako środek zaklejający, środek wyrównujący i środek zagęszczający do masy tekstylnej.

Środek zaklejający: eter celulozy, taki jak karboksymetyloceluloza sodowa, eter hydroksyetylokarboksymetylocelulozy, eter hydroksypropylokarboksymetylocelulozy i inne odmiany mogą być stosowane jako środek zaklejający i niełatwo ulegać zniszczeniu, a pleśń, drukowanie i barwienie, bez odklejania, sprzyjają uzyskaniu jednolitego barwnika koloid w wodzie.

Środek wyrównujący: może zwiększyć siłę hydrofilową i osmotyczną barwnika, ponieważ zmiana lepkości jest niewielka, łatwa jest regulacja różnicy kolorów; Kationowy eter celulozy ma również działanie barwiące i barwiące.

Środek zagęszczający: sól sodowa karboksymetylocelulozy, eter hydroksyetylokarboksymetylocelulozy, eter hydroksypropylokarboksymetylocelulozy może być stosowany jako środek zagęszczający zawiesinę drukarską i barwiącą, z niewielką pozostałością, o wysokiej charakterystyce barwy, to klasa bardzo potencjalnych dodatków tekstylnych.

3.5 Przemysł chemii gospodarczej

Stabilny środek zwiększający lepkość: metyloceluloza sodowa w produktach w postaci pasty w postaci stałego proszku odgrywa stabilność zawiesiny dyspersyjnej, w kosmetykach płynnych lub emulsyjnych zagęszczających, dyspergujących, homogenizujących i innych rolach. Może być stosowany jako stabilizator i środek zwiększający lepkość.

Stabilizator emulgujący: maść, emulgator szamponu, środek zagęszczający i stabilizator. Jako stabilizator kleju pasty do zębów można stosować karboksymetylohydroksypropylocelulozę sodową, która ma dobre właściwości tiksotropowe, dzięki czemu pasta do zębów ma dobrą odkształcalność, długotrwałe odkształcenie, jednolity i delikatny smak. Odporność na sól sodową karboksymetylohydroksypropylocelulozy, odporność na kwasy jest lepsza, efekt jest znacznie lepszy niż karboksymetyloceluloza, może być stosowany jako detergent w lepkościowcu, środek zapobiegający przyleganiu brudu.

Zagęszczacz dyspersyjny: W produkcji detergentów ogólne zastosowanie karboksymetylocelulozy sodowej jako detergentu, środka dyspergującego brud, zagęszczacza i środka dyspergującego w płynie.

3.6 Przemysł farmaceutyczny i spożywczy

W przemyśle farmaceutycznym hydroksypropylokarboksymetyloceluloza może być stosowana jako zaróbka leków, szeroko stosowana w doustnych szkieletach leków o kontrolowanym uwalnianiu i preparatach o przedłużonym uwalnianiu, jako materiał blokujący uwalnianie w celu regulacji uwalniania leków, jako materiał powłokowy, środek o przedłużonym uwalnianiu, peletki o przedłużonym uwalnianiu , kapsułki o przedłużonym uwalnianiu. Najpowszechniej stosowana jest metylokarboksymetyloceluloza, etylokarboksymetyloceluloza taka jak MC jest często stosowana do produkcji tabletek i kapsułek lub tabletek powlekanych cukrem.

Wysokiej jakości eter celulozy może być stosowany w przemyśle spożywczym, w różnych produktach spożywczych jest skutecznym środkiem zagęszczającym, emulgatorem, stabilizatorem, zaróbką, środkiem zatrzymującym wodę i mechanicznym środkiem spieniającym. Metylocelulozę i hydroksypropylometylocelulozę uznano za nieszkodliwe, obojętne substancje metaboliczne. Karboksymetylocelulozę o wysokiej czystości (99,5% lub więcej) można dodawać do żywności, takiej jak produkty mleczne i śmietankowe, przyprawy, dżemy, galaretki, puszki, syropy stołowe i napoje. Czystość ponad 90% karboksymetylocelulozy może być stosowana w aspektach związanych z żywnością, takich jak transport i przechowywanie świeżych owoców, folia z tworzywa sztucznego ma dobry efekt konserwujący, mniej zanieczyszczeń, brak uszkodzeń, łatwe do zmechanizowania zalety produkcyjne.

3.7 Optyczne i elektryczne materiały funkcjonalne

Stabilizator zagęszczania elektrolitu: ze względu na wysoką czystość eteru celulozy, dobrą odporność na kwasy, odporność na sól, zwłaszcza zawartość żelaza i metali ciężkich jest niska, dzięki czemu koloid jest bardzo stabilny, nadaje się do baterii alkalicznych, stabilizatora zagęszczania elektrolitu w baterii cynkowo-manganowej.

Materiały ciekłokrystaliczne: Od 1976 r. odkryto pierwsze odkrycie hydroksypropylocelulozy – fazy ciekłokrystalicznej układu wodnego w odpowiednim roztworze organicznym, wiele pochodnych celulozy w wysokim stężeniu może tworzyć roztwór anizotropowy, na przykład hydroksypropyloceluloza i jej octan, propionian , benzoesan, ftalan, acetyloceluloza, hydroksyetyloceluloza itp. Oprócz tworzenia koloidalnego jonowego roztworu ciekłokrystalicznego, niektóre estry hydroksypropylocelulozy wykazują również tę właściwość.

Wiele eterów celulozy wykazuje termotropowe właściwości ciekłych kryształów. Acetylohydroksypropyloceluloza tworzy termogeniczny cholesteryczny ciekły kryształ poniżej 164 ℃. Acetooctan hydroksypropylocelulozy, trifluorooctan hydroksypropylocelulozy, hydroksypropyloceluloza i jej pochodne, etylohydroksypropyloceluloza, trimetylosilikoceluloza i butylodimetylosilikoceluloza, heptyloceluloza i butoksyloetyloceluloza, octan hydroksyetylocelulozy itp., wszystkie wykazały termogeniczny cholesteryczny ciekły kryształ. Niektóre estry celulozy, takie jak benzoesan celulozy, p-metoksybenzoesan i p-metylobenzoesan, heptanian celulozy, mogą tworzyć termogeniczne cholesteryczne ciekłe kryształy.

Materiał izolacji elektrycznej: cyjanoetyloceluloza, środek eteryfikujący do akrylonitrylu, jego wysoka stała dielektryczna, niski współczynnik strat, może być stosowany jako matryca żywiczna i izolacja transformatora w lampach fosforowych i elektroluminescencyjnych.

4. Uwagi końcowe

Stosowanie modyfikacji chemicznych w celu uzyskania pochodnych celulozy o specjalnych funkcjach to skuteczny sposób na znalezienie nowych zastosowań dla celulozy, największej naturalnej materii organicznej na świecie. Jako jedna z pochodnych celulozy, eter celulozy, jako fizjologicznie nieszkodliwy, wolny od zanieczyszczeń, rozpuszczalny w wodzie materiał polimerowy ze względu na swoje doskonałe właściwości, znalazł zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu i będzie miał szersze perspektywy rozwoju.