Характеристика, получение и применение эфира целлюлозы в промышленности.

Были рассмотрены типы, методы получения, свойства и характеристики эфира целлюлозы, а также применение эфира целлюлозы в нефтяной, строительной, бумажной, текстильной, медицинской, пищевой, фотоэлектрической промышленности и повседневной химической промышленности. Выведены новые разновидности производных эфиров целлюлозы, имеющие перспективу развития, и определены перспективы их применения.

Ключевые слова:эфир целлюлозы; Производительность; Приложение; Производные целлюлозы

Целлюлоза – это разновидность природного полимерного соединения. Его химическая структура представляет собой полисахаридную макромолекулу с безводной β-глюкозой в качестве основного кольца, с одной первичной гидроксильной группой и двумя вторичными гидроксильными группами на каждом основном кольце. Путем химической модификации можно получить ряд производных целлюлозы, одним из которых является эфир целлюлозы. Эфир целлюлозы получают реакцией целлюлозы и NaOH, а затем этеризуют различными функциональными мономерами, такими как хлорид метана, оксид этилена, оксид пропилена и т. д., путем промывки побочного продукта солей и натриевой целлюлозы. Эфир целлюлозы является важным производным целлюлозы, может широко использоваться в медицине и здравоохранении, повседневной химической, бумажной, пищевой, медицинской, строительной, материальной и других отраслях промышленности. Поэтому разработка и использование эфира целлюлозы имеет положительное значение для комплексного использования возобновляемых ресурсов биомассы, разработки новых материалов и новых технологий.

1. Классификация и получение эфира целлюлозы.

Классификация эфиров целлюлозы обычно делится на четыре категории в зависимости от их ионных свойств.

1.1 Неионогенный эфир целлюлозы

Неионный эфир целлюлозы представляет собой в основном алкиловый эфир целлюлозы, метод получения - реакция целлюлозы и NaOH, а затем с использованием различных функциональных мономеров, таких как хлорид метана, оксид этилена, реакция этерификации оксида пропилена, а затем путем промывки побочного продукта. соль и натрий целлюлозу получить. Основной эфир метилцеллюлозы, эфир метилгидроксиэтилцеллюлозы, эфир метилгидроксипропилцеллюлозы, эфир гидроксиэтилцеллюлозы, эфир цианоэтилцеллюлозы, эфир гидроксибутилцеллюлозы. Его применение очень широко.

1.2 Анионный эфир целлюлозы

Анионный эфир целлюлозы представляет собой в основном натрий карбоксиметилцеллюлозу, натрий карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу. Способ приготовления заключается в реакции целлюлозы и NaOH с последующей этерификацией монохлоруксусной кислотой или оксидом этилена, оксидом пропилена, а затем промыванием соли побочного продукта и натриевой целлюлозы для получения.

1,3 катионный эфир целлюлозы

Катионный эфир целлюлозы представляет собой в основном 3-хлор-2-гидроксипропилтриметиламмонийхлоридный эфир целлюлозы. Способ получения заключается в реакции целлюлозы и NaOH, а затем катионного этерифицирующего агента 3 – хлора – 2 – гидроксипропилтриметиламмоний хлорида или оксида этилена, оксида пропилена вместе с реакцией этерификации, а затем путем промывки побочного продукта солью и натрием. целлюлозу получить.

1.4 Цвиттерионный эфир целлюлозы

Цвиттер-ионный эфир целлюлозы имеет как анионные, так и катионные группы в молекулярной цепи, метод получения - реакция целлюлозы и NaOH, а затем реакция этерификации хлоруксусной кислоты и катионного этерифицирующего агента 3 - хлор - 2 гидроксипропилтриметиламмоний хлорид, а затем промывание. побочным продуктом является соль и натриевая целлюлоза.

2.свойства и характеристики эфира целлюлозы

2.1 Особенности внешнего вида

Эфир целлюлозы обычно белый или молочно-белый, безвкусный, нетоксичный, с текучим волокнистым порошком, легко впитывает влагу, растворяется в воде в прозрачный вязкий стабильный коллоид.

2.2 Образование и адгезия пленки

Этерификация эфира целлюлозы оказывает большое влияние на его свойства, такие как растворимость, пленкообразующая способность, прочность связи и солеустойчивость. Эфир целлюлозы обладает высокой механической прочностью, гибкостью, термостойкостью и морозостойкостью, имеет хорошую совместимость с различными смолами и пластификаторами, может использоваться для производства пластмасс, пленок, лаков, клеев, латексных и фармацевтических материалов для покрытий.

2.3 Растворимость

Метилцеллюлоза растворима в холодной воде, нерастворима в горячей воде, но также растворима в некоторых органических растворителях; Метилгидроксиэтилцеллюлоза растворима в холодной воде, нерастворима в горячей воде и органических растворителях. Но когда водный раствор метилцеллюлозы и метилгидроксиэтилцеллюлозы нагревается, метилцеллюлоза и метилгидроксиэтилцеллюлоза выпадают в осадок. Метилцеллюлоза осаждается при 45 ~ 60 ℃, тогда как смешанная этеризованная метилгидроксиэтилцеллюлоза осаждается при 65 ~ 80 ℃. При понижении температуры осадки вновь растворяются.

Натрийгидроксиэтилцеллюлоза и карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза растворимы в воде при любой температуре, но нерастворимы в органических растворителях (за некоторыми исключениями).

2.4 Утолщение

Эфир целлюлозы растворяется в воде в коллоидной форме, а его вязкость зависит от степени полимеризации эфира целлюлозы. Раствор содержит макромолекулы гидратации. Из-за перепутывания макромолекул поведение потока раствора отличается от поведения ньютоновских жидкостей, но демонстрирует поведение, которое меняется с изменением сдвиговых сил. Из-за макромолекулярной структуры эфира целлюлозы вязкость раствора быстро увеличивается с увеличением концентрации и быстро снижается с увеличением температуры.

2.5 Разлагаемость

Эфир целлюлозы используется в водной фазе. Пока присутствует вода, бактерии будут расти. Рост бактерий приводит к выработке ферментных бактерий. Ферментные бактерии разрывают незамещенную дегидратированную связь глюкозы, примыкающую к эфиру целлюлозы, и молекулярная масса полимера снижается. Поэтому, если водный раствор эфира целлюлозы необходимо сохранить в течение более длительного периода времени, в него следует добавить консервант, даже если используется антибактериальный эфир целлюлозы.

3. применение эфира целлюлозы в промышленности.

3.1 Нефтяная промышленность

Карбоксиметилцеллюлоза натрия в основном используется при добыче нефти. Его используют при производстве буровых растворов для увеличения вязкости и уменьшения потерь воды. Он может противостоять различным загрязнениям растворимыми солями и повышать скорость извлечения нефти.

Карбоксиметилгидроксипропилцеллюлоза натрия и карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза натрия являются своего рода лучшим агентом для обработки бурового раствора и подготовки материалов для жидкости заканчивания, имеют высокую скорость пульпы, солестойкость, устойчивость к кальцию, хорошую способность к загущению, термостойкость (160 ℃). Подходит для приготовления бурового раствора пресной, морской воды и насыщенной соленой воды, под весом хлорида кальция можно смешивать с буровым раствором различной плотности (103 ~ 1279 / см3), придавая ему определенную вязкость и низкую фильтрацию. емкость, ее вязкость и фильтрующая способность лучше, чем у гидроксиэтилцеллюлозы, это хорошие добавки для добычи нефти. Карбоксиметилцеллюлоза натрия широко используется в процессе нефтедобычи производных целлюлозы, в буровом растворе, цементирующей жидкости, жидкости гидроразрыва и улучшении добычи нефти, особенно при большем расходе бурового раствора, основной фильтрации при взлете и посадке и загущении.

Гидроксиэтилцеллюлоза используется в процессе бурения, заканчивания и цементирования в качестве стабилизатора загущения бурового раствора. Поскольку гидроксиэтилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза натрия, гуаровая камедь по сравнению с хорошим эффектом загущения, суспензионным песком, высоким содержанием соли, хорошей термостойкостью и небольшим сопротивлением, меньшей потерей жидкости, разрушенным резиновым блоком, характеристиками с низким остатком, широко используется.

3.2 Строительная и лакокрасочная промышленность

Добавка для строительных и штукатурных растворов: карбоксиметилцеллюлоза натрия может использоваться в качестве замедлителя, водоудерживающего агента, загустителя и связующего, может использоваться в качестве гипсовой и цементной штукатурки, диспергатора раствора и выравнивающего материала, водоудерживающего агента, загустителя. Это своего рода специальная добавка для кладочного и штукатурного раствора для газобетонных блоков из карбоксиметилцеллюлозы, которая позволяет улучшить удобоукладываемость, водоудержание и трещиностойкость раствора, а также избежать растрескивания и пустот в стене блока.

Материалы для отделки поверхности здания: Цао Минцянь и другая метилцеллюлоза, изготовленная из экологически чистых материалов для отделки поверхности здания, производственный процесс прост, чист, может использоваться для высококачественных стен, поверхности каменной плитки, также может использоваться для колонн. , украшение поверхности планшета. Хуан Цзяньпин, изготовленный из карбоксиметилцеллюлозы, представляет собой своего рода герметик для керамической плитки, который обладает сильной силой сцепления, хорошей способностью к деформации, не образует трещин и не отваливается, имеет хороший водостойкий эффект, яркий и красочный цвет, с отличным декоративным эффектом.

Применение в покрытиях: Метилцеллюлоза и гидроксиэтилцеллюлоза могут использоваться в качестве стабилизатора, загустителя и водоудерживающего агента для латексных покрытий, кроме того, их также можно использовать в качестве диспергатора, загустителя и пленкообразователя для цветных цементных покрытий. Добавление эфира целлюлозы с соответствующими характеристиками и вязкостью в латексную краску может улучшить конструкционные характеристики латексной краски, предотвратить разбрызгивание, улучшить стабильность при хранении и укрывистость. Основной сферой потребления за рубежом являются латексные покрытия, поэтому продукты на основе эфира целлюлозы часто становятся первым выбором загустителя латексных красок. Например, модифицированный эфир метилгидроксиэтилцеллюлозы может сохранять лидирующие позиции среди загустителей латексных красок благодаря своим хорошим комплексным свойствам. Например, поскольку эфир целлюлозы обладает уникальными характеристиками термогеля, растворимостью, солестойкостью, термостойкостью и соответствующей поверхностной активностью, его можно использовать в качестве водоудерживающего агента, суспендирующего агента, эмульгатора, пленкообразователя, смазочного вещества, связующего вещества и реологической добавки. .

3.3 Бумажная промышленность

Добавки для влажной бумаги: КМЦ можно использовать в качестве диспергатора волокна и усилителя бумаги, можно добавлять в целлюлозу, поскольку натрийкарбоксиметилцеллюлоза, целлюлоза и частицы упаковки имеют одинаковый заряд, могут повысить равномерность волокна, улучшить прочность бумага. В качестве упрочнителя, добавленного внутрь бумаги, он увеличивает сцепление между волокнами и может улучшить прочность на разрыв, сопротивление разрыву, ровность бумаги и другие физические показатели. Натрийкарбоксиметилцеллюлоза также может использоваться в качестве проклеивающего вещества в целлюлозе. Помимо собственной проклеивающей способности, он также может использоваться в качестве защитного средства от канифоли, АКД и других проклеивающих средств. Катионный эфир целлюлозы также можно использовать в качестве фильтра, способствующего удержанию бумаги, улучшая скорость удержания тонкого волокна и наполнителя, а также можно использовать в качестве армирования бумаги.

Клей для покрытия: используется для нанесения покрытия на бумагу, может заменить сыр, часть латекса, так что печатная краска легко проникает, очищает края. Его также можно использовать в качестве диспергатора пигментов, загустителя и стабилизатора.

Проклеивающий агент: карбоксиметилцеллюлоза натрия может использоваться в качестве проклеивающего вещества для поверхности бумаги, улучшает поверхностную прочность бумаги по сравнению с текущим использованием поливинилового спирта, модифицированный крахмал после того, как прочность поверхности может быть увеличена примерно на 10%, дозировка снижается. примерно на 30%. Это многообещающий поверхностный проклеивающий агент для производства бумаги, и следует активно разрабатывать серию его новых разновидностей. Катионный эфир целлюлозы обладает лучшими характеристиками проклеивания поверхности, чем катионный крахмал, не только может улучшить поверхностную прочность бумаги, но также улучшить впитывание чернил бумагой, увеличить эффект окрашивания, а также является многообещающим средством для проклеивания поверхности.

3.4 Текстильная промышленность

В текстильной промышленности эфир целлюлозы может использоваться в качестве проклеивающего вещества, выравнивающего вещества и загустителя текстильной массы.

Проклеивающий агент: эфир целлюлозы, такой как карбоксиметилцеллюлоза натрия, эфир гидроксиэтилкарбоксиметилцеллюлозы, эфир гидроксипропилкарбоксиметилцеллюлозы и другие разновидности, может использоваться в качестве проклеивающего агента, его нелегко портить и формовать, печатать и красить, без расшлихтовки, способствовать тому, чтобы краситель получился однородным. коллоид в воде.

Выравнивающий агент: может повысить гидрофильную и осмотическую силу красителя, поскольку изменение вязкости небольшое, легко регулировать разницу в цвете; Катионный эфир целлюлозы также обладает красящим и окрашивающим действием.

Загуститель: карбоксиметилцеллюлоза натрия, эфир гидроксиэтилкарбоксиметилцеллюлозы, эфир гидроксипропилкарбоксиметилцеллюлозы можно использовать в качестве загустителя для печатной и красильной суспензии, с небольшим остатком, высокой цветопередачей, это класс очень потенциальных текстильных добавок.

3.5 Промышленность бытовой химии

Стабильный загуститель: Метилцеллюлоза натрия в продуктах из твердого порошкового сырья играет стабильность дисперсионной суспензии, в жидкой или эмульсионной косметике загущает, диспергирует, гомогенизирует и выполняет другие функции. Может использоваться в качестве стабилизатора и загустителя.

Эмульгирующий стабилизатор: сделайте мазь, эмульгатор шампуня, загуститель и стабилизатор. Карбоксиметилгидроксипропилцеллюлоза натрия может использоваться в качестве стабилизатора клея зубной пасты с хорошими тиксотропными свойствами, благодаря чему зубная паста имеет хорошую формуемость, долговременную деформацию, равномерный и нежный вкус. Устойчивость к соли карбоксиметилгидроксипропилцеллюлозы натрия, превосходная кислотостойкость, эффект намного лучше, чем у карбоксиметилцеллюлозы, может использоваться в качестве моющего средства в загустителе, средства предотвращения прилипания грязи.

Дисперсионный загуститель: при производстве моющих средств обычно используется карбоксиметилцеллюлоза натрия в качестве диспергатора грязи моющего средства, загустителя и диспергатора жидкого моющего средства.

3.6 Фармацевтическая и пищевая промышленность

В фармацевтической промышленности гидроксипропилкарбоксиметилцеллюлоза может использоваться в качестве вспомогательных веществ лекарственных средств, широко используемых в препаратах с контролируемым высвобождением и пролонгированным высвобождением скелета пероральных препаратов, в качестве материала, блокирующего высвобождение для регулирования высвобождения лекарств, в качестве материала покрытия, агента с пролонгированным высвобождением, гранул с пролонгированным высвобождением. , капсулы с пролонгированным высвобождением. Наиболее широко используется метилкарбоксиметилцеллюлоза, этилкарбоксиметилцеллюлоза, такая как MC, часто используется при производстве таблеток и капсул или таблеток, покрытых сахарной оболочкой.

Качественный эфир целлюлозы может использоваться в пищевой промышленности, в различных пищевых продуктах является эффективным загустителем, эмульгатором, стабилизатором, наполнителем, водоудерживающим агентом и механическим пенообразователем. Метилцеллюлоза и гидроксипропилметилцеллюлоза признаны безвредными метаболически инертными веществами. Карбоксиметилцеллюлозу высокой чистоты (чистота 99,5% и более) можно добавлять в пищевые продукты, такие как молочные и сливочные продукты, приправы, джемы, желе, банки, столовые сиропы и напитки. Карбоксиметилцеллюлоза с чистотой более 90% может использоваться в пищевых продуктах, например, при транспортировке и хранении свежих фруктов, полиэтиленовая пленка имеет хороший консервирующий эффект, меньше загрязнений, не повреждает, а также легко механизирует производство.

3.7 Оптические и электрические функциональные материалы

Стабилизатор загустения электролита: из-за высокой чистоты эфира целлюлозы, хорошей кислотостойкости, солеустойчивости, особенно содержания железа и тяжелых металлов низкое, поэтому коллоид очень стабилен, подходит для щелочных батарей, стабилизатора загущения электролита цинк-марганцевой батареи.

Жидкокристаллические материалы: с 1976 года было обнаружено первое открытие жидкокристаллической фазы гидроксипропилцеллюлозы – водной системы в подходящем органическом растворе, многие производные целлюлозы в высокой концентрации могут образовывать анизотропный раствор, например, гидроксипропилцеллюлоза и ее ацетат, пропионат. , бензоат, фталат, ацетоксиэтилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза и др. Помимо образования коллоидного ионного жидкокристаллического раствора, это свойство проявляют и некоторые эфиры гидроксипропилцеллюлозы.

Многие эфиры целлюлозы проявляют термотропные жидкокристаллические свойства. Ацетилгидроксипропилцеллюлоза образует термогенные холестерические жидкие кристаллы при температуре ниже 164 ℃. Ацетоацетат гидроксипропилцеллюлоза, трифторацетат гидроксипропилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза и ее производные, этилгидроксипропилцеллюлоза, триметилсиликацеллюлоза и бутилдиметилсиликцеллюлоза, гептилцеллюлоза и бутоксиэтилцеллюлоза, ацетат гидроксиэтилцеллюлозы и т. д. все показали термогенные холестерические жидкие кристаллы. Некоторые сложные эфиры целлюлозы, такие как бензоат целлюлозы, п-метоксибензоат и п-метилбензоат, гептанат целлюлозы, могут образовывать термогенные холестерические жидкие кристаллы.

Электроизоляционный материал: цианоэтилцеллюлоза, этерифицирующий агент для акрилонитрила, его высокая диэлектрическая проницаемость, низкий коэффициент потерь, может использоваться в качестве смоляной матрицы фосфорных и электролюминесцентных ламп и изоляции трансформатора.

4. Заключительные замечания

Использование химической модификации для получения производных целлюлозы со специальными функциями — эффективный способ найти новые способы применения целлюлозы, крупнейшего природного органического вещества в мире. В качестве одного из производных целлюлозы эфир целлюлозы, такой как физиологически безвредный, экологически чистый водорастворимый полимерный материал, благодаря своим превосходным свойствам используется во многих отраслях промышленности и будет иметь более широкую перспективу для развития.