O que é espessante de celulose?

O espessante, também conhecido como agente de gelificação, também é chamado de pasta ou cola de comida quando usado em alimentos. Sua principal função é aumentar a viscosidade do sistema de material, manter o sistema de material em um estado de suspensão uniforme e estável ou estado emulsificado ou formar um gel. Os espessantes podem aumentar rapidamente a viscosidade do produto quando usados. A maioria do mecanismo de ação dos espessantes é usar a extensão da estrutura da cadeia macromolecular para obter fins de espessamento ou formar micelas e água para formar uma estrutura de rede tridimensional para engrossar. Possui as características de menos dosagem, envelhecimento rápido e boa estabilidade e é amplamente utilizado em alimentos, revestimentos, adesivos, cosméticos, detergentes, impressão e tingimento, exploração de petróleo, borracha, medicina e outros campos. O espessante mais antigo era de borracha natural solúvel em água, mas sua aplicação foi limitada devido ao seu alto preço devido à sua grande dose e baixa produção. O espessante de segunda geração também é chamado de espessante de emulsificação, especialmente após o surgimento do espessante de emulsificação de água de água, ele tem sido amplamente utilizado em alguns campos industriais. No entanto, os espessantes emulsificantes precisam usar uma grande quantidade de querosene, que não apenas polui o ambiente, mas também representa riscos de segurança na produção e aplicação. Com base nesses problemas, os espessantes sintéticos foram lançados, especialmente a preparação e aplicação de espessantes sintéticos formados pela copolimerização de monômeros solúveis em água, como o ácido acrílico, e uma quantidade apropriada de monômeros de reticulação foram desenvolvidos rapidamente.

Tipos de espessantes e mecanismo de espessamento

Existem muitos tipos de espessantes, que podem ser divididos em polímeros inorgânicos e orgânicos, e os polímeros orgânicos podem ser divididos em polímeros naturais e polímeros sintéticos.

1.Celuloseespessante

A maioria dos espessantes naturais de polímero são polissacarídeos, que têm uma longa história de uso e muitas variedades, incluindo éter de celulose, arábica de goma, goma de carob, goma de guar, goma xantana, quitosana, ácido alginico de sódio e amido e seus produtos desnaturados, etc. Carboximetilcelulose. e têm sido amplamente utilizados na perfuração de petróleo, construção, revestimentos, alimentos, remédios e produtos químicos diários. Esse tipo de espessante é feito principalmente de celulose de polímero natural através da ação química. Zhu Ganghui acredita que a carboximetillelululose de sódio (CMC) e a hidroxietilulululose (HEC) são os produtos mais utilizados em produtos éter de celulose. Eles são os grupos hidroxila e etinário da unidade de anidroglucose na cadeia de celulose. (Ácido cloroacético ou óxido de etileno) reação. Os espessantes celulósicos são espessados ​​pela hidratação e expansão de cadeias longas. O mecanismo de espessamento é o seguinte: A principal cadeia de moléculas de celulose associa -se às moléculas de água circundantes através de ligações de hidrogênio, o que aumenta o volume do fluido do próprio polímero, aumentando assim o volume do próprio polímero. viscosidade do sistema. Sua solução aquosa é um fluido não newtoniano, e sua viscosidade muda com a taxa de cisalhamento e não tem nada a ver com o tempo. A viscosidade da solução aumenta rapidamente com o aumento da concentração e é um dos espessantes mais utilizados e aditivos reológicos.

A goma catiônica de guar é um copolímero natural extraído de plantas leguminosas, que possui as propriedades do surfactante catiônico e da resina polímero. Sua aparência é pó amarelo claro, inodoro ou levemente perfumado. É composto por 80% de manose de polissacarídeo D2 e ​​galactose D2 com 2∀1 composição de polímeros moleculares de 2∀1. Sua solução aquosa de 1% tem uma viscosidade de 4000 ~ 5000mpas. A goma xantana, também conhecida como goma Xanthan, é um polímero polímero aniônico produzido pela fermentação do amido. É solúvel em água fria ou água quente, mas insolúvel em solventes orgânicos em geral. A característica da goma Xanthan é que ela pode manter uma viscosidade uniforme a uma temperatura de 0 ~ 100 e ainda tem uma alta viscosidade em baixa concentração e tem boa estabilidade térmica. ), ele ainda possui excelente solubilidade e estabilidade e pode ser compatível com sais de alta concentração na solução e pode produzir um efeito sinérgico significativo quando usado com espessantes de ácido poliacrílico. A quitina é um produto natural, um polímero de glucosamina e um espessante catiônico.

O alginato de sódio (C6H7O8NA) N é composto principalmente pelo sal de sódio do ácido alginico, que é composto por ácido alanurônico Al (unidade M) e ácido gulurônico (unidade G) conectada por ligações 1,4 glicosídicas e composta de diferentes fragmentos GGGMM de fragmentos de de copolímeros. O alginato de sódio é o espessante mais comumente usado para impressão de corante reativa têxtil. Os têxteis impressos têm padrões brilhantes, linhas claras, alto rendimento de cores, rendimento uniforme de cor, boa permeabilidade e plasticidade. Foi amplamente utilizado na impressão de algodão, lã, seda, nylon e outros tecidos.

espessante de polímero sintético

1. Espessante de polímero sintético de reticulação química

Os espessantes sintéticos são atualmente a gama mais vendida e ampla de produtos do mercado. A maioria desses espessantes são polímeros reticulados microquímicos, insolúveis em água e só podem absorver água para inchar para engrossar. O espessante do ácido poliacrílico é um espessante sintético amplamente utilizado, e seus métodos de síntese incluem polimerização por emulsão, polimerização de emulsão inversa e polimerização de precipitação. Esse tipo de espessante foi desenvolvido rapidamente devido ao seu rápido efeito de espessamento, baixo custo e menos dosagem. Atualmente, esse tipo de espessante é polimerizado por três ou mais monômeros, e o monômero principal é geralmente um monômero solúvel em água, como ácido acrílico, ácido maleico ou anidrido maleico, ácido metacrílico, acrilamida e 2 acrilamida. Sulfonato de propano de 2-metil, etc.; O segundo monômero é geralmente acrilado ou estireno; O terceiro monômero é um monômero com efeito cruzado, como n, n metilenebisacrilamida, éster de diacrilato de butileno ou ftalato de diropileno, etc.

O mecanismo de espessamento do espessante do ácido poliacrílico tem dois tipos: espessamento de neutralização e espessamento da ligação de hidrogênio. A neutralização e espessamento é neutralizar o espessante ácido de ácido poliacrílico com álcalis para ionizar suas moléculas e gerar cargas negativas ao longo da cadeia principal do polímero, dependendo da repulsão entre as cargas do mesmo sexo para promover o alongamento da cadeia molecular para formar uma rede estrutura para obter efeito espessante. O espessamento da ligação de hidrogênio é que as moléculas de ácido poliacrílico se combinam com água para formar moléculas de hidratação e, em seguida, combinam-se com doadores de hidroxila, como surfactantes não iônicos com 5 ou mais grupos de etoxi. Através da repulsão eletrostática do mesmo sexo de íons carboxilatos, a cadeia molecular é formada. A extensão helicoidal se torna parecida com uma haste, de modo que as cadeias moleculares enroladas sejam desamarradas no sistema aquoso para formar uma estrutura de rede para obter um efeito espessante. Diferentes valor de pH da polimerização, agente neutralizante e peso molecular têm grande influência no efeito espessante do sistema de espessamento. Além disso, os eletrólitos inorgânicos podem afetar significativamente a eficiência espessante desse tipo de espessante, os íons monovalentes podem apenas reduzir a eficiência espessante do sistema, os íons divalentes ou trivalentes não podem apenas diminuir o sistema, mas também produzir precipitado insolúvel. Portanto, a resistência ao eletrólito dos espessantes de policarboxilato é muito ruim, o que torna impossível aplicar em campos como a exploração de petróleo.

Nas indústrias onde os espessantes são mais amplamente utilizados, como têxteis, exploração de petróleo e cosméticos, os requisitos de desempenho de espessantes, como resistência a eletrólitos e eficiência de espessamento, são muito altos. O espessante preparado pela polimerização da solução geralmente tem um peso molecular relativamente baixo, o que diminui a eficiência espessante e não pode atender aos requisitos de alguns processos industriais. Os espessantes de alto peso molecular podem ser obtidos por polimerização por emulsão, polimerização de emulsão inversa e outros métodos de polimerização. Devido à baixa resistência de eletrólitos do sal de sódio do grupo carboxil, adicionando monômeros e monômeros não iônicos ou catiônicos com forte resistência a eletrólitos (como monômeros contendo grupos de ácido sulfônico) ao componente polimérico podem melhorar bastante a viscosidade do espessor. A resistência ao eletrólito faz com que atenda aos requisitos em campos industriais, como a recuperação do óleo terciário. Desde que a polimerização de emulsão inversa começou em 1962, a polimerização do ácido poliacrílico de alto peso molecular e poliacrilamida tem sido dominada por polimerização de emulsão inversa. Inventou o método de emulsão copolimerização de contenção de nitrogênio e polioxietileno ou sua copolimerização alternada com surfactante polimerizado polioxipropileno, agente de reticulação e monômero de ácido acrílico para preparar a emulsão de ácido poliacrílico como um espessante e alcançar o bom espessamento e o bom antão desempenho. Arianna Benetti et al. Utilizou o método de polimerização de emulsão inversa para copolimerizar o ácido acrílico, monômeros contendo grupos de ácido sulfônico e monômeros catiônicos para inventar um espessante para os cosméticos. Devido à introdução de grupos de ácido sulfônico e sais de amônio quaternário com forte habilidade anti-eletrólito na estrutura do espessante, o polímero preparado possui excelentes propriedades de espessamento e anti-eletrólito. Martial Pabon et al. Utilizou polimerização de emulsão inversa para copolimerizar acrilato de sódio, acrilamida e isooctilfenol polioxietileno Macromônomos de metacrilato de polioxietileno para preparar um espessante solúvel em água da associação hidrofóbica. Charles A. etc. Utilizou ácido acrílico e acrilamida como comonômeros para obter um espessante de alto peso molecular por polimerização de emulsão inversa. O Zhao Junzi e outros usaram polimerização da solução e polimerização de emulsão inversa para sintetizar espessantes de poliacrilato de associação hidrofóbica e compararam o processo de polimerização e o desempenho do produto. Os resultados mostram que, em comparação com a polimerização da solução e a polimerização de emulsão inversa do ácido acrílico e acrilato de estearil, o monômero de associação hidrofóbica sintetizado a partir de ácido acrílico e éter de polioxietileno de alcoxietileno de álcool pode ser efetivamente melhorado pela polimerização inversa de emzulimização e coolimerização com acrílico acrílico acrílico. Resistência a eletrólitos de espessantes. O Ping discutiu várias questões relacionadas à preparação do espessante do ácido poliacrílico por polimerização de emulsão inversa. Neste artigo, o copolímero anfotérico foi usado como estabilizador e metilenebisacrilamida foi utilizado como agente de reticulação para iniciar o acrilato de amônio para polimerização de emulsão inversa para preparar um espessante de alto desempenho para a impressão de pigmentos. Foram estudados os efeitos de diferentes estabilizadores, iniciadores, comonomers e agentes de transferência de cadeia na polimerização. Aponta-se que o copolímero do metacrilato de lauril e do ácido acrílico pode ser usado como estabilizador, e os dois iniciadores redox, o peróxido de benzoyldimetilanilina e o terc-butil-hidroperóxido de sódio que podem iniciar a polimerização e a obtenção de um certo viscoso. polpa branca. E acredita -se que a resistência ao sal do acrilato de amônio copolimerizada com menos de 15% de acrilamida aumenta.

2. Espessante de polímero sintético da associação hidrofóbica

Embora os espessantes de ácido poliacrílico reticulado quimicamente tenham sido amplamente utilizados, embora a adição de monômeros contendo grupos de ácido sulfônico à composição do espessante possa melhorar seu desempenho anti-eletrólito, ainda existem muitos espessantes desse tipo. Defeitos, como a tixotropia baixa do sistema de espessamento, etc. O método aprimorado é introduzir uma pequena quantidade de grupos hidrofóbicos em sua cadeia principal hidrofílica para sintetizar espessantes associativos hidrofóbicos. Os espessantes associativos hidrofóbicos são espessantes recentemente desenvolvidos nos últimos anos. Existem peças hidrofílicas e grupos lipofílicos na estrutura molecular, mostrando uma certa atividade da superfície. Os espessantes associativos têm melhor resistência ao sal do que os espessantes não associativos. Isso ocorre porque a associação de grupos hidrofóbicos neutraliza parcialmente a tendência de enrolamento causada pelo efeito de proteção de íons ou a barreira estérica causada pela cadeia lateral mais longa enfraquece parcialmente o efeito de proteção de íons. O efeito da associação ajuda a melhorar a reologia do espessante, que desempenha um papel enorme no processo de aplicação real. Além dos espessantes associativos hidrofóbicos com algumas estruturas relatadas na literatura, Tian Dating et al. Também relatou que o metacrilato de hexadecil, um monômero hidrofóbico contendo cadeias longas, foi copolimerizado com ácido acrílico para preparar espessantes associativos compostos por copolímeros binários. Espessante sintético. Estudos mostraram que uma certa quantidade de monômeros de reticulação e monômeros hidrofóbicos de cadeia longa pode aumentar significativamente a viscosidade. O efeito do metacrilato de hexadecil (HM) no monômero hidrofóbico é maior que o de Lauril Metacrilato (LM). O desempenho de espessantes reticulados associativos que contêm monômeros hidrofóbicos de cadeia longa é melhor que o dos espessantes reticulados não associativos. Nesta base, o grupo de pesquisa também sintetizou um espessante associativo contendo terpolímero de ácido acrílico/acrilamida/hexadecil metacrilato por polimerização de emulsão inversa. Os resultados provaram que a associação hidrofóbica de metacrilato de cetil e o efeito não iônico da propionamida pode melhorar o desempenho espessante do espessante.

Associação hidrofóbica espessante de poliuretano (heur) também foi bastante desenvolvida nos últimos anos. Suas vantagens não são fáceis de hidrolisar, viscosidade estável e excelente desempenho de construção em uma ampla gama de aplicações, como valor de pH e temperatura. O mecanismo de espessamento dos espessantes de poliuretano se deve principalmente à sua estrutura especial de polímero de três blocos na forma de lipofílico-hidrofílico-lipofílico, de modo que as extremidades da cadeia são grupos lipofílicos (geralmente grupos hidrocarbonetos alifáticos), e o meio é hidrofilic em água solúvel em água-solúvel segmento (geralmente com maior peso molecular polietileno glicol). O efeito do tamanho do grupo final hidrofóbico no efeito espessante de Heur foi estudado. Usando diferentes métodos de teste, o polietileno glicol com um peso molecular de 4000 foi tampado com octanol, álcool dodecil e álcool octadecil e comparado a cada grupo hidrofóbico. Tamanho da micela formado por Heur em solução aquosa. Os resultados mostraram que as cadeias hidrofóbicas curtas não foram suficientes para o HEUR formar micelas hidrofóbicas e o efeito espessante não foi bom. Ao mesmo tempo, comparando álcool estearílico e polietileno glicol terminado em álcool, o tamanho das micelas do primeiro é significativamente maior que o deste último, e conclui-se que o longo segmento de cadeia hidrofóbica tem um melhor efeito espessante.

Principais áreas de aplicação

Impressão e tingimento têxtil

O bom efeito de impressão e a qualidade da impressão têxtil e de pigmentos dependem amplamente do desempenho da pasta de impressão, e a adição de espessante desempenha um papel vital em seu desempenho. A adição de um espessante pode fazer com que o produto impresso tenha alto rendimento de cores, contorno de impressão claro, brilhante e colorido e melhorar a permeabilidade e a tixotropia do produto. No passado, amido natural ou alginato de sódio era usado principalmente como espessante para imprimir pastas. Devido à dificuldade de fazer pasta com amido natural e o alto preço do alginato de sódio, é gradualmente substituído por impressão acrílica e espessantes para tingir. O ácido poliacrílico aniônico tem o melhor efeito espessante e atualmente é o espessante mais amplamente utilizado, mas esse tipo de espessante ainda possui defeitos, como resistência a eletrólitos, tixotropia de pasta de cores e rendimento de cores durante a impressão. A média não é ideal. O método aprimorado é introduzir uma pequena quantidade de grupos hidrofóbicos em sua cadeia principal hidrofílica para sintetizar espessantes associativos. Atualmente, os espessantes de impressão no mercado doméstico podem ser divididos em espessantes naturais, espessantes de emulsificação e espessantes sintéticos de acordo com diferentes matérias -primas e métodos de preparação. A maioria, como seu conteúdo sólido pode ser superior a 50%, o efeito espessante é muito bom.

tinta à base de água

A adição adequada de espessantes à tinta pode alterar efetivamente as características do fluido do sistema de tinta e torná -la tixotrópica, dotando a tinta com boa estabilidade e trabalhabilidade de armazenamento. Um espessante com excelente desempenho pode aumentar a viscosidade do revestimento durante o armazenamento, inibir a separação do revestimento e reduzir a viscosidade durante o revestimento de alta velocidade, aumentar a viscosidade do filme de revestimento após o revestimento e impedir a ocorrência de flacidez. Os espessantes tradicionais de tinta geralmente usam polímeros solúveis em água, como a hidroxietillelululose alta molecular. Além disso, os espessantes poliméricos também podem ser usados ​​para controlar a retenção de umidade durante o processo de revestimento de produtos de papel. A presença de espessantes pode tornar a superfície de papel revestido mais suave e mais uniforme. Especialmente a emulsão inchável (HASE) espessante tem desempenho anti-splash e pode ser usado em combinação com outros tipos de espessantes para reduzir bastante a rugosidade da superfície do papel revestido. Por exemplo, a tinta de látex geralmente encontra o problema da separação de água durante a produção, transporte, armazenamento e construção. Embora a separação de água possa ser atrasada aumentando a viscosidade e a dispersibilidade da tinta de látex, esses ajustes são frequentemente limitados e a mais importante ou através da escolha do espessante e de sua correspondência para resolver esse problema.

Extração de óleo

Na extração de petróleo, para obter alto rendimento, a condutividade de um certo líquido (como energia hidráulica etc.) é usada para fraturar a camada de fluido. O líquido é chamado de fluido de fraturamento ou fluido de fraturamento. O objetivo da fraturação é formar fraturas com um certo tamanho e condutividade na formação, e seu sucesso está intimamente relacionado ao desempenho do fluido de fraturamento usado. Os fluidos de fraturamento incluem fluidos de fraturamento à base de água, fluidos de fraturamento à base de óleo, fluidos de fraturamento à base de álcool, fluidos de fraturamento emulsificado e fluidos de fratura por espuma. Entre eles, o fluido de fraturamento à base de água tem as vantagens de baixo custo e alta segurança e atualmente é o mais amplamente utilizado. O espessante é o principal aditivo no fluido de fraturamento à base de água, e seu desenvolvimento passou por quase meio século, mas a obtenção de um espessante de fluido de fraturamento com melhor desempenho sempre foi a direção de pesquisa dos estudiosos em casa e no exterior. Atualmente, existem muitos tipos de espessantes de polímeros de fraturamento à base de água, que podem ser divididos em duas categorias: polissacarídeos naturais e seus derivados e polímeros sintéticos. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de extração de petróleo e o aumento da dificuldade de mineração, as pessoas apresentam requisitos mais novos e mais altos para o fluido de fraturamento. Por serem mais adaptáveis ​​a ambientes de formação complexos do que os polissacarídeos naturais, os espessantes de polímero sintético desempenharão um papel maior na fraturamento do poço profundo de alta temperatura.

Químicos diários e comida

Atualmente, existem mais de 200 tipos de espessantes utilizados na indústria química diária, incluindo principalmente sais inorgânicos, surfactantes, polímeros solúveis em água e álcoois graxos/ácidos graxos. Eles são usados ​​principalmente em detergentes, cosméticos, creme dental e outros produtos. Além disso, os espessantes também são amplamente utilizados na indústria de alimentos. Eles são usados ​​principalmente para melhorar e estabilizar as propriedades físicas ou formas de alimento, aumentar a viscosidade dos alimentos, dar a comida um sabor pegajoso e delicioso e desempenhar um papel no espessamento, estabilizar e homogeneizar. , emulsificante gel, mascarar, aromatizar e adoçar. Os espessantes utilizados na indústria de alimentos incluem espessantes naturais obtidos de animais e plantas, bem como espessantes sintéticos, como cmcNA e alginato de propileno glicol. Além disso, os espessantes também têm sido amplamente utilizados em medicina, fabricação de papel, cerâmica, processamento de couro, eletroplatação etc.

2.Espessante inorgânico

Os espessantes inorgânicos incluem duas classes de baixo peso molecular e alto peso molecular, e os espessantes de baixo peso molecular são principalmente soluções aquosas de sais e surfactantes inorgânicos. Os sais inorgânicos atualmente utilizados incluem principalmente cloreto de sódio, cloreto de potássio, cloreto de amônio, sulfato de sódio, fosfato de sódio e trifosfato de pentasódio, entre os quais o cloreto de sódio e o cloreto de amônio têm melhores efeitos de espessamento. O princípio básico é que os surfactantes formam micelas em solução aquosa, e a presença de eletrólitos aumenta o número de associações de micelas, resultando na transformação de micelas esféricas em micelas em forma de haste, aumentando a resistência do movimento e, assim, aumentando a viscosidade do sistema . No entanto, quando o eletrólito for excessivo, afetará a estrutura micelar, reduzirá a resistência do movimento e, assim, reduzirá a viscosidade do sistema, que é o chamado efeito de salga.

Os espessantes inorgânicos de alto peso molecular incluem bentonita, atmapulgite, silicato de alumínio, sepiolita, hectorite etc. Entre eles, a bentonita tem o valor mais comercial. O principal mecanismo de espessamento é composto por minerais de gel tixotrópicos que incham absorvendo a água. Esses minerais geralmente têm uma estrutura em camadas ou uma estrutura de treliça expandida. Quando dispersados ​​em água, os íons metálicos se difundem dos cristais lamelares, incham com o progresso da hidratação e finalmente se separam completamente dos cristais lamelares para formar uma suspensão coloidal. líquido. Nesse momento, a superfície do cristal lamelar tem uma carga negativa e seus cantos têm uma pequena quantidade de carga positiva devido ao aparecimento de superfícies de fratura da treliça. Em uma solução diluída, as cargas negativas na superfície são maiores que as cargas positivas nos cantos, e as partículas se repelem sem espessamento. No entanto, com o aumento da concentração de eletrólitos, a carga na superfície das lamelas diminui, e a interação entre as partículas muda da força repulsiva entre as lamelas e a força atraente entre as cargas negativas na superfície das lamelas e as positivas positivas cobranças nos cantos da borda. Verticalmente reticulada juntas para formar uma estrutura da Casa dos Cartões, fazendo com que o inchaço produza um gel para obter um efeito espessante. Neste momento, o gel inorgânico se dissolve na água para formar um gel altamente tixotrópico. Além disso, a bentonita pode formar ligações de hidrogênio em solução, o que é benéfico para a formação de uma estrutura de rede tridimensional. O processo de espessamento inorgânico de hidratação em gel e formação de casas de cartão é mostrado no diagrama esquemático 1. Intercalação de monômeros polimerizados para montmorilonita para aumentar o espaçamento entre camadas e, em seguida, a polimerização de intercalação in-situ entre as camadas pode produzir um polimérico/monitorilonita-orgânica-orgânica no hiermão orgânico ininter espessante. As cadeias de polímeros podem passar pelas folhas de Montmorilonita para formar uma rede de polímeros. Pela primeira vez, Kazutoshi et al. usou a Montmorilonita à base de sódio como um agente de reticulação para introduzir um sistema de polímeros e preparou um hidrogel sensível à temperatura reticulado da Montmorilonita. Liu Hongyu et al. usou a Montmorilonita à base de sódio como agente de reticulação para sintetizar um novo tipo de espessante com alto desempenho anti-eletrólito e testou o desempenho espessante e anti-NACL e outro desempenho eletrólito do espessante composto. Os resultados mostram que o espessante ligado a Na-Montmorilonita com excelentes propriedades anti-eletrólitos. Além disso, também existem espessantes inorgânicos e outros compostos orgânicos, como o espessante sintético preparado por M.Chturou e outros derivados orgânicos de sais de amônio e argila tunisiana pertencentes a Montmorilonita, que tem um bom efeito de espessamento.