Характеристика, отримання та застосування ефіру целюлози в промисловості

Було розглянуто типи, методи отримання, властивості та характеристики ефіру целюлози, а також застосування ефіру целюлози в нафтовій, будівельній, паперовій, текстильній, медицині, харчовій промисловості, фотоелектричних матеріалах і щоденній хімічній промисловості. Виведено нові різновиди ефіропохідних целюлози з перспективами розвитку та досліджено перспективи їх застосування.

Ключові слова:ефір целюлози; продуктивність; застосування; Похідні целюлози

Целюлоза є різновидом природної полімерної сполуки. Його хімічна структура являє собою полісахаридну макромолекулу з безводною β-глюкозою як базовим кільцем, з однією первинною гідроксильною групою та двома вторинними гідроксильними групами на кожному основному кільці. Шляхом хімічної модифікації можна отримати ряд похідних целюлози, одним з яких є ефір целюлози. Ефір целюлози отримують реакцією целюлози та NaOH, а потім ефіризують різними функціональними мономерами, такими як хлорид метану, оксид етилену, оксид пропілену тощо, шляхом промивання солі побічного продукту та целюлози натрію. Ефір целюлози є важливою похідною целюлози, може широко використовуватися в медицині та охороні здоров'я, щоденній хімічній, паперовій, харчовій, медицині, будівництві, матеріалах та інших галузях промисловості. Тому розробка та використання ефіру целюлози має позитивне значення для комплексного використання відновлюваних ресурсів біомаси, розробки нових матеріалів і нових технологій.

1. Класифікація та отримання ефіру целюлози

Класифікація ефірів целюлози зазвичай поділяється на чотири категорії відповідно до їхніх іонних властивостей.

1.1 Неіонний ефір целюлози

Неіонний ефір целюлози - це в основному алкіловий ефір целюлози, метод приготування полягає в реакції целюлози та NaOH, а потім з різними функціональними мономерами, такими як хлорид метану, етиленоксид, реакція етерифікації оксиду пропілену, а потім шляхом промивання побічного продукту солі і натрійцелюлози отримати. Основний ефір метилцелюлози, метилгідроксиетилцелюлозний ефір, метилгідроксипропілцелюлозний ефір, гідроксиетилцелюлозний ефір, ціаноетилцелюлозний ефір, гідроксибутилцелюлозний ефір. Його застосування дуже широке.

1.2 Аніонний ефір целюлози

Аніонний ефір целюлози - це в основному натрій карбоксиметилцелюлози, натрій карбоксиметилгідроксиетилцелюлози. Метод приготування полягає в реакції целюлози та NaOH, а потім етерифікації монохлороцтовою кислотою або етиленоксидом, пропіленоксидом, а потім промивання солі побічного продукту та натрієвої целюлози, щоб отримати.

1.3 катіонний ефір целюлози

Катіонний ефір целюлози - це переважно ефір целюлози 3-хлор-2-гідроксипропілтриметиламонійхлориду. Метод приготування полягає в реакції целюлози та NaOH, а потім катіонного етерифікуючого агента 3 – хлор – 2 – гідроксипропілтриметиламоній хлориду або етиленоксиду, пропіленоксиду разом з реакцією етерифікації, а потім шляхом промивання побічного продукту солі та натрію целюлози отримати.

1.4 Цвіттеріонний ефір целюлози

Цвітеріонний ефір целюлози має як аніонні групи, так і катіонні групи в молекулярному ланцюзі, метод приготування полягає в реакції целюлози та NaOH, а потім за допомогою хлороцтової кислоти та катіонного етерифікуючого агента 3 – хлор – 2 гідроксипропілтриметиламоній хлорид реакція етерифікації, а потім промивається побічним продуктом сіль і натрієва целюлоза і отримують.

2. властивості та характеристики ефіру целюлози

2.1 Особливості зовнішнього вигляду

Ефір целюлози, як правило, білий або молочно-білий, несмачний, нетоксичний, з плинністю волокнистого порошку, легко поглинає вологу, розчиняється у воді в прозорий в’язкий стабільний колоїд.

2.2 Утворення та адгезія плівки

Етерифікація ефіру целюлози має великий вплив на його властивості, такі як розчинність, плівкоутворювальна здатність, міцність зв’язку та стійкість до солі. Ефір целюлози має високу механічну міцність, гнучкість, термостійкість і холодостійкість, а також має хорошу сумісність з різними смолами та пластифікаторами, може використовуватися для виробництва пластмас, плівок, лаків, клеїв, латексу та фармацевтичних матеріалів для покриття.

2.3 Розчинність

Метилцелюлоза розчинна в холодній воді, нерозчинна в гарячій воді, але також розчинна в деяких органічних розчинниках; Метилгідроксіетилцелюлоза розчинна в холодній воді, нерозчинна в гарячій воді та органічних розчинниках. Але при нагріванні водного розчину метилцелюлози та метилгідроксіетилцелюлози метилцелюлоза та метилгідроксіетилцелюлоза випадуть в осад. Метилцелюлоза випадала в осад при 45 ~ 60 ℃, тоді як змішана етеризована метилгідроксіетилцелюлоза випадала в осад при 65 ~ 80 ℃. При зниженні температури осад знову розчиняється.

Гідроксіетилцелюлоза натрію та карбоксиметилгідроксіетилцелюлоза розчинні у воді за будь-якої температури, але нерозчинні в органічних розчинниках (за деякими винятками).

2.4 Згущення

Ефір целюлози розчиняється у воді в колоїдному вигляді, і його в'язкість залежить від ступеня полімеризації ефіру целюлози. Розчин містить макромолекули гідратації. Через заплутаність макромолекул поведінка потоку розчину відрізняється від поведінки ньютонівських рідин, але демонструє поведінку, яка змінюється зі зміною зсувних сил. Завдяки макромолекулярній структурі ефіру целюлози в’язкість розчину швидко зростає зі збільшенням концентрації і швидко зменшується з підвищенням температури.

2.5 Розкладаність

У водній фазі використовується ефір целюлози. Поки присутній вода, бактерії будуть рости. Ріст бактерій призводить до вироблення бактерій-ферментів. Бактерії-ферменти призвели до розриву зв’язку незаміщеної дегідратованої одиниці глюкози, що примикає до ефіру целюлози, і молекулярна маса полімеру зменшилася. Тому, якщо водний розчин ефіру целюлози потрібно зберігати протягом більш тривалого часу, до нього слід додати консервант, навіть якщо використовується антибактеріальний ефір целюлози.

3. застосування ефіру целюлози в промисловості

3.1 Нафтова промисловість

Натрій карбоксиметилцелюлоза в основному використовується в нафтовидобутку. Він використовується у виробництві грязі для збільшення в'язкості та зменшення втрати води. Він може протистояти різним забрудненням розчинною сіллю та покращити швидкість вилучення нафти.

Натрій карбоксиметилгідроксипропілцелюлоза та натрій карбоксиметилгідроксіетилцелюлоза є кращим агентом для обробки бурового розчину та підготовкою матеріалів рідини для завершення, висока швидкість пульпування, стійкість до солі, стійкість до кальцію, хороша здатність до в'язкості, стійкість до температури (160 ℃). Підходить для підготовки прісної води, морської води та бурової рідини з насиченою солоною водою, під вагою хлориду кальцію можна змішувати в бурову рідину різної щільності (103 ~ 1279 / см3), щоб вона мала певну в'язкість і низьку фільтрацію потужність, його в'язкість і фільтраційна здатність кращі, ніж гідроксиетилцелюлоза, є хорошими присадками для виробництва нафти. Натрій карбоксиметилцелюлоза широко використовується в процесі видобутку нафти похідних целюлози, у буровому розчині, цементувальній рідині, рідині для гідророзриву та покращенні видобутку нафти, особливо при більшому споживанні бурового розчину, основній фільтрації зльоту та посадки та віскозифікації.

Гідроксіетилцелюлоза використовується в процесі буріння, завершення та цементування як стабілізатор згущення бурового розчину. Оскільки гідроксиетилцелюлоза та натрійкарбоксиметилцелюлоза, гуарова камедь порівняно з хорошим ефектом загущення, суспензійний пісок, високий вміст солі, хороша термостійкість та малий опір, менші втрати рідини, зламаний гумовий блок, низькі залишкові характеристики, широко використовуються.

3.2 Будівництво та промисловість покриття

Домішка для будівельних і штукатурних розчинів: натрій карбоксиметилцелюлоза може використовуватися як сповільнювач, агент для утримання води, загусник і сполучна речовина, може використовуватися як штукатурка для гіпсового дна та цементу, диспергатор для розчину та вирівнювального матеріалу, засіб для утримання води, загущувач. Це свого роду спеціальна домішка для кладки та штукатурки розчину для газобетонних блоків, виготовлених з карбоксиметилцелюлози, яка може покращити працездатність, утримання води та стійкість до тріщин, а також уникнути розтріскування та порожнистості блокової стіни.

Матеріали для оздоблення будівельних поверхонь: Cao Mingqian та інша метилцелюлоза, виготовлена ​​з матеріалів для оздоблення будівельних поверхонь захисту навколишнього середовища, її виробничий процес простий, чистий, може використовуватися для високоякісної стіни, поверхні кам'яної плитки, також може використовуватися для колони , оздоблення поверхні планшета. Хуан Цзяньпін, виготовлений з карбоксиметилцелюлози, є різновидом герметика для керамічної плитки, який має сильну силу склеювання, хорошу здатність до деформації, не створює тріщин і не відпадає, має хороший водонепроникний ефект, яскравий і барвистий колір, з чудовим декоративним ефектом.

Застосування в покриттях: Метилцелюлоза та гідроксіетилцелюлоза можуть використовуватися як стабілізатор, загусник і водоутримувальний агент для латексних покриттів, крім того, також можуть використовуватися як диспергатор, загущувач і плівкоутворюючий агент для кольорових цементних покриттів. Додавання ефіру целюлози з відповідними специфікаціями та в’язкістю до латексної фарби може покращити будівельні характеристики латексної фарби, запобігти розбризкуванню, покращити стабільність при зберіганні та покривну здатність. Основним споживачем за кордоном є латексні покриття, тому продукти з ефіру целюлози часто стають першим вибором загусника латексної фарби. Наприклад, модифікований метилгідроксиетилцелюлозний ефір може утримувати лідируючі позиції в загуснику латексної фарби завдяки своїм хорошим комплексним властивостям. Наприклад, оскільки ефір целюлози має унікальні характеристики термічного гелю та розчинність, стійкість до солі, термостійкість і має відповідну поверхневу активність, його можна використовувати як водоутримувач, суспензійний агент, емульгатор, плівкоутворюючий агент, мастило, зв’язуюча речовина та реологічна поправка .

3.3 Паперова промисловість

Добавки для зволоження паперу: КМЦ можна використовувати як диспергатор волокна та покращувач паперу, можна додавати до целюлози, оскільки натрієва карбоксиметилцелюлоза та частинки целюлози та упаковки мають однаковий заряд, можуть збільшити рівномірність волокна, покращити міцність папір. Як підсилювач, доданий всередину паперу, він покращує зв’язок між волокнами та може покращити міцність на розрив, опір розриву, рівність паперу та інші фізичні показники. Натрійкарбоксиметилцелюлоза також може бути використана як проклеювальний агент у целюлозі. На додаток до власного ступеня проклеювання, його також можна використовувати як захисний засіб для каніфолі, АКД та інших проклеювальних речовин. Катіонний ефір целюлози також може використовуватися як фільтр для утримання паперу, покращує швидкість утримання тонкого волокна та наповнювача, також може використовуватися як зміцнення паперу.

Клей для покриття: використовується для обробки паперу, клей для покриття, може замінити сир, частину латексу, щоб друкарська фарба легко проникала, чіткий край. Його також можна використовувати як диспергатор пігментів, загущувач і стабілізатор.

Реагент для проклеювання поверхні: натрій карбоксиметилцелюлоза може бути використана як агент для проклеювання поверхні паперу, покращує поверхневу міцність паперу порівняно з поточним використанням полівінілового спирту, модифікованого крохмалю після збільшення міцності поверхні приблизно на 10%, дозування зменшується приблизно на 30%. Це перспективний поверхневий проклеювач для виробництва паперу, і його ряд нових різновидів слід активно розробляти. Катіонний ефір целюлози має кращі характеристики проклеювання поверхні, ніж катіонний крохмаль, не тільки може покращити міцність поверхні паперу, але також може покращити поглинання чорнила папером, збільшити ефект фарбування, також є перспективним агентом для проклеювання поверхні.

3.4 Текстильна промисловість

У текстильній промисловості ефір целюлози можна використовувати як проклейку, вирівнювач і загусник для текстильної маси.

Проклейка: ефір целюлози, такий як карбоксиметилцелюлоза натрію, гідроксиетилкарбоксиметилцелюлозний ефір, гідроксипропілкарбоксиметилцелюлозний ефір та інші різновиди можуть бути використані як проклеювальний агент, і їх нелегко погіршити та формувати, друкувати та фарбувати, без розклейки, сприяти барвнику, який може отримати рівномірність колоїд у воді.

Вирівнювач: може посилити гідрофільну та осмотичну силу барвника, оскільки зміна в'язкості невелика, легко регулювати різницю кольорів; Катіонний ефір целюлози також має фарбувальний і барвний ефект.

Загущувач: карбоксиметилцелюлоза натрію, ефір гідроксиетилкарбоксиметилцелюлози, ефір гідроксипропілкарбоксиметилцелюлози можуть використовуватися як загусник суспензії для друку та фарбування, з невеликим залишком, високими характеристиками швидкості забарвлення, є класом дуже потенційних текстильних добавок.

3.5 Промисловість побутової хімії

Стабільний загущувач: метилцелюлоза натрію в твердих порошкових сировинних пастоподібних продуктах відіграє стабільність дисперсійної суспензії, у рідких або емульсійних косметичних засобах згущує, диспергує, гомогенізує та інші ролі. Його можна використовувати як стабілізатор і загущувач.

Емульгуючий стабілізатор: роблять мазь, емульгатор для шампуню, загусник і стабілізатор. Карбоксиметилгідроксипропілцелюлоза натрію може бути використана як стабілізатор клею для зубної пасти з хорошими тиксотропними властивостями, завдяки чому зубна паста має хорошу формувальність, тривалу деформацію, однорідний і ніжний смак. Стійкість до солі карбоксиметилгідроксипропілцелюлози натрію, кислотостійкість краща, ефект набагато кращий, ніж карбоксиметилцелюлоза, можна використовувати як миючий засіб у згущувачі, засіб для запобігання прикріпленню бруду.

Дисперсійний загусник: у виробництві миючих засобів загальне використання натрієвої солі карбоксиметилцелюлози як миючого засобу, диспергатора бруду, рідкого мийного загусника та диспергатора.

3.6 Фармацевтична та харчова промисловість

У фармацевтичній промисловості гідроксипропілкарбоксиметилцелюлозу можна використовувати як допоміжну речовину для лікарських засобів, широко застосовувану в препаратах з контрольованим вивільненням і пролонгованим вивільненням орального скелета ліків, як матеріал, що блокує вивільнення для регулювання вивільнення ліків, як матеріал покриття, агент пролонгованого вивільнення, гранули пролонгованого вивільнення , капсули пролонгованого вивільнення. Найбільш широко використовуваним є метилкарбоксиметилцелюлоза, етилкарбоксиметилцелюлоза, така як MC, часто використовується у виробництві таблеток і капсул або таблеток, вкритих цукровою оболонкою.

Якісний ефір целюлози може бути використаний у харчовій промисловості, у різноманітних продуктах харчування є ефективним загусником, емульгатором, стабілізатором, допоміжною речовиною, водоутримувачем та механічним піноутворювачем. Метилцелюлоза та гідроксипропілметилцелюлоза були визнані нешкідливими метаболічно інертними речовинами. Карбоксиметилцелюлозу високої чистоти (99,5% або більше) можна додавати до харчових продуктів, таких як молочні та вершкові продукти, приправи, джеми, желе, банки, столові сиропи та напої. Чистота понад 90% карбоксиметилцелюлози може бути використана в аспектах, пов’язаних з харчовими продуктами, наприклад, для транспортування та зберігання свіжих фруктів, поліетиленова упаковка має хороший ефект збереження, менше забруднення, відсутність пошкоджень, переваги легкого механізованого виробництва.

3.7 Оптичні та електричні функціональні матеріали

Стабілізатор для згущення електроліту: завдяки високій чистоті ефіру целюлози, хорошій кислотостійкості, стійкості до солі, особливо вміст заліза та важких металів низький, тому колоїд дуже стабільний, підходить для лужної батареї, стабілізатора згущення електроліту цинково-марганцевої батареї.

Рідкокристалічні матеріали: з 1976 року перше відкриття гідроксипропілцелюлози – рідкокристалічної фази водної системи було знайдено у відповідному органічному розчині, багато похідних целюлози у високій концентрації можуть утворювати анізотропний розчин, наприклад, гідроксипропілцелюлоза та її ацетат, пропіонат , бензоат, фталат, ацетиксіетилцелюлоза, гідроксіетилцелюлоза тощо. Крім утворення колоїдного іонного рідкокристалічного розчину, деякі складні ефіри гідроксипропілцелюлози також виявляють цю властивість.

Багато простих ефірів целюлози демонструють властивості термотропних рідких кристалів. Ацетилгідроксипропілцелюлоза утворює термогенний холестеричний рідкий кристал при температурі нижче 164 ℃. Ацетоацетат гідроксипропілцелюлоза, трифторацетат гідроксипропілцелюлоза, гідроксипропілцелюлоза та її похідні, етилгідроксипропілцелюлоза, триметилкремнієцелюлоза та бутилдиметилкремнієцелюлоза, гептилцелюлоза та бутоксилетилцелюлоза, гідроксиетилцелюлозацетат тощо, усі показали термогенний холестеричний рідкий кристал. Деякі складні ефіри целюлози, такі як бензоат целюлози, п-метоксибензоат і п-метилбензоат, гептанат целюлози можуть утворювати термогенні холестеринні рідкі кристали.

Електроізоляційний матеріал: етерифікуючий агент ціаноетилцелюлози для акрилонітрилу, його висока діелектрична проникність, низький коефіцієнт втрат, може бути використаний як матриця фосфору та електролюмінесцентних ламп та ізоляція трансформатора.

4. Заключне слово

Використання хімічної модифікації для отримання похідних целюлози зі спеціальними функціями є ефективним способом пошуку нових застосувань для целюлози, найбільшої природної органічної речовини у світі. Як один із похідних целюлози, ефір целюлози, такий як фізіологічно нешкідливий водорозчинний полімерний матеріал, що не забруднює, завдяки своїм чудовим властивостям використовується в багатьох галузях промисловості та матиме ширшу перспективу розвитку.