Загусник, також відомий як гелеутворювач, також називається пастою або харчовим клеєм, якщо він використовується в їжі. Його основною функцією є збільшення в’язкості матеріальної системи, утримання матеріальної системи в рівномірному та стабільному стані суспензії або емульгованого стану або утворення гелю. Загусники при використанні можуть швидко підвищити в'язкість продукту. Більшість механізмів дії загусників полягає у використанні розширення структури макромолекулярного ланцюга для досягнення цілей згущення або утворення міцел і води для формування тривимірної мережевої структури для згущення. Він має характеристики меншого дозування, швидкого старіння та хорошої стабільності, і широко використовується в продуктах харчування, покриттях, клеях, косметиці, миючих засобах, друку та фарбуванні, розвідці нафти, гумі, медицині та інших галузях. Найпершим загусником був водорозчинний натуральний каучук, але його застосування було обмеженим через високу ціну через велике дозування та низький вихід. Загусник другого покоління також називають загусником для емульгування, особливо після появи загусника для емульгування масло-вода, він широко використовується в деяких галузях промисловості. Однак для емульгуючих загусників потрібно використовувати велику кількість гасу, який не тільки забруднює навколишнє середовище, але й створює загрозу безпеці під час виробництва та застосування. На основі цих проблем виникли синтетичні загусники, особливо швидко розроблено приготування та застосування синтетичних загусників, утворених кополімеризацією водорозчинних мономерів, таких як акрилова кислота, і відповідної кількості зшиваючих мономерів.
Види згущувачів і механізм згущення
Існує багато типів загусників, які можна розділити на неорганічні та органічні полімери, а органічні полімери можна розділити на природні полімери та синтетичні полімери.
Більшість природних полімерних загусників є полісахаридами, які мають довгу історію використання та багато різновидів, головним чином включаючи ефір целюлози, гуміарабік, камедь ріжкового дерева, гуарову камедь, ксантанову камедь, хітозан, альгінову кислоту, натрій і крохмаль та його денатуровані продукти тощо Натрій карбоксиметилцелюлоза (CMC), етилцелюлоза (EC), гідроксиетилцелюлоза (HEC), гідроксипропілцелюлоза (HPC), метилгідроксиетилцелюлоза (MHEC) у продуктах ефіру целюлози) і метилгідроксипропілцелюлоза (MHPC) відомі як промисловий глутамат натрію. , і широко використовувалися в нафтових буріннях, будівництві, покриттях, продуктах харчування, медицині та щоденних хімічних речовинах. Цей вид загусника в основному виготовляється з натуральної полімерної целюлози шляхом хімічної дії. Чжу Ганхуей вважає, що натрієва сіль карбоксиметилцелюлоза (CMC) і гідроксиетилцелюлоза (HEC) є найбільш широко використовуваними продуктами в продуктах ефіру целюлози. Вони є гідроксильними групами та групами етерифікації ангідроглюкозної одиниці целюлозного ланцюга. Реакція (хлороцтової кислоти або етиленоксиду). Целюлозні загусники згущуються шляхом гідратації та розширення довгих ланцюгів. Механізм згущення полягає в наступному: основний ланцюг молекул целюлози зв'язується з навколишніми молекулами води через водневі зв'язки, що збільшує об'єм рідини самого полімеру, тим самим збільшуючи об'єм самого полімеру. в'язкість системи. Його водний розчин є неньютонівською рідиною, і його в’язкість змінюється зі швидкістю зсуву і не має нічого спільного з часом. В'язкість розчину швидко зростає зі збільшенням концентрації, і це один з найбільш широко використовуваних загусників і реологічних добавок.
Катіонна гуарова камедь - природний сополімер, видобутий із бобових рослин, який має властивості катіонної поверхнево-активної речовини та полімерної смоли. На вигляд являє собою світло-жовтий порошок без запаху або з легким запахом. Він на 80% складається з полісахариду D2 манози та D2 галактози з високомолекулярним полімерним складом 2∀1. Його 1% водний розчин має в'язкість 4000~5000 мПа·с. Ксантанова камедь, також відома як ксантанова камедь, є аніонним полімерним полісахаридним полімером, отриманим шляхом ферментації крохмалю. Він розчинний у холодній або гарячій воді, але нерозчинний у звичайних органічних розчинниках. Характеристика ксантанової камеді полягає в тому, що вона може підтримувати рівномірну в'язкість при температурі 0~100, і вона все ще має високу в'язкість при низькій концентрації та має хорошу термічну стабільність. ), він все ще має чудову розчинність і стабільність, і може бути сумісним із солями високої концентрації в розчині, і може спричинити значний синергетичний ефект при використанні із загусниками на основі поліакрилової кислоти. Хітин є природним продуктом, полімером глюкозаміну та катіонним загусником.
Альгінат натрію (C6H7O8Na)n в основному складається з натрієвої солі альгінової кислоти, яка складається з aL мануронової кислоти (M одиниця) і bD гулуронової кислоти (G одиниця), з’єднаних 1,4 глікозидними зв’язками та складається з різних фрагментів GGGMMM сополімери. Альгінат натрію є найбільш часто використовуваним загусником для текстильного друку реактивними фарбами. Друкований текстиль має яскраві малюнки, чіткі лінії, високу кольорову віддачу, рівномірну кольорову віддачу, хорошу проникність і пластичність. Він широко використовується для друку бавовни, вовни, шовку, нейлону та інших тканин.
синтетичний полімерний загусник
1. Хімічний зшиваючий синтетичний полімерний загусник
Синтетичні загусники на даний момент є найбільш продаваним і найширшим асортиментом продукції на ринку. Більшість цих загусників є мікрохімічно зшитими полімерами, нерозчинними у воді, і можуть лише поглинати воду для набухання та згущення. Загусник поліакрилової кислоти є широко використовуваним синтетичним загусником, і його методи синтезу включають емульсійну полімеризацію, зворотну емульсійну полімеризацію та полімеризацію опадів. Цей тип загусника був швидко розроблений завдяки його швидкому ефекту загущення, низькій вартості та меншій дозі. В даний час цей тип загусника полімеризується трьома або більше мономерами, і основним мономером, як правило, є водорозчинний мономер, такий як акрилова кислота, малеїнова кислота або малеїновий ангідрид, метакрилова кислота, акриламід і 2 акриламід. 2-метилпропансульфонат та ін.; другий мономер, як правило, є акрилатом або стиролом; третій мономер - це мономер з ефектом перехресного зшивання, такий як N, N метиленбісакриламід, бутилендіакрилатний ефір або дипропіленфталат тощо.
Механізм згущення загусника поліакрилової кислоти має два види: потовщення нейтралізацією та потовщення водневими зв’язками. Нейтралізація та згущення полягають у нейтралізації кислотного загусника поліакрилової кислоти лугом, щоб іонізувати його молекули та створити негативні заряди вздовж основного ланцюга полімеру, покладаючись на відштовхування між одностатевими зарядами для сприяння розтягуванню молекулярного ланцюга. Відкрийте, щоб утворити мережу. структура для досягнення ефекту згущення. Потовщення водневих зв’язків полягає в тому, що молекули поліакрилової кислоти поєднуються з водою, утворюючи молекули гідратації, а потім поєднуються з донорами гідроксилу, такими як неіонні поверхнево-активні речовини з 5 або більше етоксигрупами. Через одностатеве електростатичне відштовхування карбоксилат-іонів утворюється молекулярний ланцюг. Спіральне розширення стає стрижневим, так що згорнуті молекулярні ланцюги розв’язуються у водній системі, утворюючи сітчасту структуру для досягнення ефекту потовщення. Різне значення pH полімеризації, нейтралізуючий агент і молекулярна маса мають великий вплив на ефект загущення системи загущення. Крім того, неорганічні електроліти можуть суттєво впливати на ефективність загущення цього типу загусника, одновалентні іони можуть лише зменшити ефективність загущення системи, двовалентні або тривалентні іони можуть не тільки розріджувати систему, але й утворювати нерозчинний осад. Тому стійкість до електроліту полікарбоксилатних загусників дуже низька, що робить неможливим застосування в таких галузях, як розробка нафти.
У галузях промисловості, де загусники використовуються найбільш широко, таких як текстильна промисловість, розвідка нафти та косметика, вимоги до характеристик загусників, таких як стійкість до електроліту та ефективність загущення, дуже високі. Загусник, отриманий полімеризацією в розчині, зазвичай має відносно низьку молекулярну масу, що робить ефективність загущення низькою і не може відповідати вимогам деяких промислових процесів. Високомолекулярні загусники можуть бути отримані емульсійною полімеризацією, зворотною емульсійною полімеризацією та іншими способами полімеризації. Через низьку електролітну стійкість натрієвої солі карбоксильної групи додавання неіонних або катіонних мономерів і мономерів із сильним електролітним опором (таких як мономери, що містять групи сульфонової кислоти) до полімерного компонента може значно покращити в’язкість загусника. Стійкість до електроліту дозволяє йому відповідати вимогам промислових галузей, таких як третинне видобування нафти. З моменту початку інверсної емульсійної полімеризації в 1962 році в полімеризації високомолекулярної поліакрилової кислоти та поліакриламіду домінувала інверсна емульсійна полімеризація. Винайшов метод емульсійної кополімеризації азотовмісного та поліоксиетилену або його чергування кополімеризації з поліоксипропіленовою полімеризованою поверхнево-активною речовиною, зшиваючим агентом і мономером акрилової кислоти для приготування емульсії поліакрилової кислоти як загусника та досяг хорошого ефекту загущення та має хороші антиелектролітичні властивості продуктивність. Аріанна Бенетті та ін. використав метод зворотної емульсійної полімеризації для кополімеризації акрилової кислоти, мономерів, що містять групи сульфонової кислоти, і катіонних мономерів для винайдення загусника для косметики. Завдяки введенню в структуру загусника сульфокислотних груп і четвертинних амонієвих солей з сильною антиелектролітною здатністю отриманий полімер має чудові загущувальні та антиелектролітні властивості. Марціал Пабон та ін. використовували інверсну емульсійну полімеризацію для кополімеризації макромономерів акрилату натрію, акриламіду та ізооктилфенолу поліоксіетиленметакрилату для отримання водорозчинного загусника гідрофобної асоціації. Чарльз А. та ін. використовували акрилову кислоту та акриламід як сомономери для отримання загусника з високою молекулярною масою шляхом зворотної емульсійної полімеризації. Zhao Junzi та інші використовували полімеризацію в розчині та зворотну емульсійну полімеризацію для синтезу поліакрилатних загусників гідрофобної асоціації та порівнювали процес полімеризації та продуктивність продукту. Результати показують, що порівняно з полімеризацією в розчині та зворотною емульсійною полімеризацією акрилової кислоти та стеарилакрилату гідрофобний асоціативний мономер, синтезований з акрилової кислоти та поліоксиетиленового ефіру жирного спирту, можна ефективно покращити шляхом зворотної емульсійної полімеризації та кополімеризації акрилової кислоти. Електролітостійкість загусників. Хе Пінг обговорив декілька питань, пов'язаних із приготуванням загусника поліакрилової кислоти шляхом зворотної емульсійної полімеризації. У цій статті амфотерний сополімер використовувався як стабілізатор, а метиленбісакриламід використовувався як зшиваючий агент для ініціювання акрилату амонію для зворотної емульсійної полімеризації для отримання високоефективного загусника для пігментного друку. Досліджено вплив різних стабілізаторів, ініціаторів, сомономерів і агентів передачі ланцюга на полімеризацію. Зазначається, що сополімер лаурилметакрилату та акрилової кислоти можна використовувати як стабілізатор, а два окисно-відновні ініціатори, пероксид бензоїлдиметиланіліну та метабісульфіт трет-бутилгідропероксиду натрію, можуть як ініціювати полімеризацію, так і отримати певну в’язкість. біла м'якоть. І вважається, що стійкість до солі акрилату амонію, кополімеризованого з менш ніж 15% акриламіду, підвищується.
2. Гідрофобна асоціація синтетичний полімерний загусник
Незважаючи на те, що хімічно зшиті загусники на основі поліакрилової кислоти широко використовуються, хоча додавання мономерів, що містять групи сульфонової кислоти, до композиції загусника може покращити його антиелектролітну дію, все ще існує багато загусників цього типу. Дефекти, такі як погана тиксотропія системи загущення тощо. Удосконалений метод полягає у введенні невеликої кількості гідрофобних груп у його гідрофільний основний ланцюг для синтезу гідрофобних асоціативних загусників. Гідрофобні асоціативні загусники є нещодавно розробленими загусниками в останні роки. У молекулярній структурі є гідрофільні частини та ліпофільні групи, які проявляють певну поверхневу активність. Асоціативні загусники мають кращу стійкість до солі, ніж неасоціативні загусники. Це пояснюється тим, що асоціація гідрофобних груп частково протидіє тенденції до скручування, спричиненій ефектом екранування іонів, або стеричний бар’єр, спричинений довшим бічним ланцюгом, частково послаблює ефект екранування іонів. Ефект асоціації допомагає покращити реологію загусника, що відіграє величезну роль у фактичному процесі нанесення. На додаток до гідрофобних асоціативних загусників з деякими структурами, про які повідомляється в літературі, Tian Dating et al. також повідомили, що гексадецилметакрилат, гідрофобний мономер, що містить довгі ланцюги, був кополімеризований з акриловою кислотою для отримання асоціативних загусників, що складаються з бінарних співполімерів. Синтетичний загусник. Дослідження показали, що певна кількість зшиваючих мономерів і гідрофобних довголанцюгових мономерів може значно підвищити в'язкість. Ефект гексадецилметакрилату (ГМ) у гідрофобному мономері більший, ніж ефект лаурилметакрилату (ЛМ). Ефективність асоціативно зшитих загусників, що містять гідрофобні довголанцюгові мономери, є кращою, ніж неасоціативні зшиті загусники. На цій основі дослідницька група також синтезувала асоціативний загусник, що містить терполімер акрилової кислоти/акриламіду/гексадецилметакрилату шляхом зворотної емульсійної полімеризації. Результати довели, що як гідрофобна асоціація цетилметакрилату, так і неіонна дія пропіонаміду можуть покращити ефективність загущення загусника.
Гідрофобний асоційований поліуретановий загусник (HEUR) також отримав великий розвиток в останні роки. Його перевагами є непростий гідроліз, стабільна в'язкість і відмінні конструктивні характеристики в широкому діапазоні застосувань, таких як значення pH і температура. Механізм загущення поліуретанових загусників в основному пов'язаний з його спеціальною триблочною полімерною структурою у формі ліпофільного-гідрофільного-ліпофільного, так що кінці ланцюга є ліпофільними групами (зазвичай аліфатичними вуглеводневими групами), а середина - водорозчинною гідрофільною сегмент (зазвичай поліетиленгліколь з високою молекулярною масою). Вивчали вплив розміру гідрофобної кінцевої групи на ефект загущення HEUR. Використовуючи різні методи тестування, поліетиленгліколь з молекулярною масою 4000 був обмежений октанолом, додециловим спиртом і октадециловим спиртом і порівнювався з кожною гідрофобною групою. Розмір міцел, утворений HEUR у водному розчині. Результати показали, що коротких гідрофобних ланцюгів недостатньо для HEUR для утворення гідрофобних міцел, і ефект загущення був поганим. У той же час, порівнюючи стеариловий спирт і поліетиленгліколь з кінцевими лауриловими спиртами, розмір міцел першого значно більший, ніж у останнього, і зроблено висновок, що довгий гідрофобний сегмент ланцюга має кращий ефект загущення.
Основні області застосування
Друк і фарбування текстилю
Хороший ефект друку та якість текстильного та пігментного друку значною мірою залежать від продуктивності друкарської пасти, а додавання загусника відіграє важливу роль у її продуктивності. Додавання загусника може зробити друковану продукцію високою продуктивністю кольору, чітким контуром друку, яскравим і повним кольором, а також покращити проникність і тиксотропію продукту. У минулому натуральний крохмаль або альгінат натрію в основному використовували як загусник для друкарських паст. Через складність виготовлення клейстеру з натурального крохмалю та високу ціну альгінату натрію його поступово витісняють акрилові загусники для друку та фарбування. Аніонна поліакрилова кислота має найкращий загусник і в даний час є найбільш широко використовуваним загусником, але цей вид загусника все ще має недоліки, такі як стійкість до електролітів, тиксотропність кольорової пасти та вихід кольору під час друку. Середній показник не ідеальний. Удосконалений метод полягає у введенні невеликої кількості гідрофобних груп у його гідрофільний головний ланцюг для синтезу асоціативних загусників. В даний час загусники для друку на внутрішньому ринку можна розділити на природні загусники, загусники для емульгування та синтетичні загусники відповідно до різної сировини та методів приготування. Більшість, оскільки вміст твердої речовини може бути вищим за 50%, ефект загущення дуже хороший.
фарба на водній основі
Відповідне додавання загусників до фарби може ефективно змінити характеристики рідини системи фарби та зробити її тиксотропною, таким чином надавши фарбі хорошу стабільність при зберіганні та придатність до роботи. Загусник із чудовими характеристиками може підвищити в’язкість покриття під час зберігання, перешкоджати відшарування покриття та зменшити в’язкість під час високошвидкісного нанесення покриття, збільшити в’язкість плівки покриття після нанесення покриття та запобігти виникненню провисання. Традиційні згущувачі фарби часто використовують водорозчинні полімери, такі як високомолекулярна гідроксиетилцелюлоза. Крім того, полімерні загусники також можна використовувати для контролю утримання вологи під час процесу покриття паперових виробів. Наявність загусників може зробити поверхню крейдованого паперу більш гладкою та однорідною. Зокрема, загусник, що набухає емульсії (HASE), має ефективність проти розбризкування та може використовуватися в поєднанні з іншими типами загусників для значного зменшення шорсткості поверхні крейдованого паперу. Наприклад, латексна фарба часто стикається з проблемою відділення води під час виробництва, транспортування, зберігання та будівництва. Хоча відділення води можна сповільнити шляхом збільшення в’язкості та здатності до диспергування латексної фарби, такі коригування часто обмежені, і, що важливіше, через вибір загусника та його відповідність для вирішення цієї проблеми.
добування нафти
Під час видобутку нафти для отримання високого виходу провідність певної рідини (наприклад, гідравлічна потужність тощо) використовується для розриву шару рідини. Рідина називається рідиною для гідророзриву або рідиною для гідророзриву. Метою гідророзриву є утворення тріщин певного розміру та провідності у пласті, і його успіх тісно пов’язаний з продуктивністю використовуваної рідини для гідророзриву. Рідини для розриву включають рідини для розриву на водній основі, рідини для розриву на основі нафти, рідини для розриву на спиртовій основі, емульговані рідини для розриву та пінні рідини для розриву. Серед них рідина для гідророзриву на водній основі має такі переваги, як низька вартість і висока безпека, і в даний час є найбільш широко використовуваною. Загусник є основною добавкою до рідини для гідророзриву на водній основі, і його розробка тривала майже півстоліття, але отримання загущувача рідини для гідророзриву з кращими характеристиками завжди було напрямком досліджень вчених у країні та за кордоном. В даний час використовується багато типів полімерних загусників рідини для гідророзриву на водній основі, які можна розділити на дві категорії: природні полісахариди та їх похідні та синтетичні полімери. З безперервним розвитком технології видобутку нафти та збільшенням труднощів видобутку люди висувають все нові й вищі вимоги до рідини для гідророзриву. Оскільки вони більш адаптовані до складних пластових середовищ, ніж природні полісахариди, синтетичні полімерні загусники відіграватимуть більшу роль у високотемпературному розриві глибоких свердловин.
Щоденні хімікати та продукти харчування
В даний час існує понад 200 видів загусників, які використовуються в щоденній хімічній промисловості, в основному включаючи неорганічні солі, поверхнево-активні речовини, водорозчинні полімери та жирні спирти/жирні кислоти. Вони в основному використовуються в миючих засобах, косметиці, зубній пасті та інших продуктах. Крім того, загусники також широко використовуються в харчовій промисловості. Вони в основному використовуються для покращення та стабілізації фізичних властивостей або форм їжі, підвищення в’язкості їжі, надання їжі липкого та смачного смаку, а також відіграють роль у згущенні, стабілізації та гомогенізації. , емульгуючий гель, маскувальний, ароматизатор і підсолоджувач. Загусники, які використовуються в харчовій промисловості, включають природні загусники, отримані з тварин і рослин, а також синтетичні загусники, такі як CMCNa і альгінат пропіленгліколю. Крім того, загусники також широко використовуються в медицині, виробництві паперу, кераміці, обробці шкіри, гальваніці тощо.
2.Неорганічний загусник
Неорганічні загусники включають два класи низькомолекулярних і високомолекулярних загусників, а низькомолекулярні загусники - це в основному водні розчини неорганічних солей і поверхнево-активних речовин. Неорганічні солі, які в даний час використовуються, в основному включають хлорид натрію, хлорид калію, хлорид амонію, сульфат натрію, фосфат натрію та пентанатрій трифосфат, серед яких хлорид натрію та хлорид амонію мають кращий ефект загущення. Основний принцип полягає в тому, що поверхнево-активні речовини утворюють міцели у водному розчині, а присутність електролітів збільшує кількість асоціацій міцел, що призводить до перетворення сферичних міцел у паличкоподібні міцели, збільшуючи опір руху та, таким чином, збільшуючи в’язкість системи. . Однак, коли електроліт надмірний, це вплине на міцелярну структуру, зменшить опір руху та, таким чином, зменшить в’язкість системи, що є так званим ефектом висолювання.
До неорганічних високомолекулярних загусників належать бентоніт, атапульгіт, силікат алюмінію, сепіоліт, гекторит та ін. Серед них найбільше комерційне значення має бентоніт. Основний механізм згущення складається з тиксотропних гелеподібних мінералів, які набухають, поглинаючи воду. Ці мінерали зазвичай мають шарувату структуру або структуру розширеної гратки. При диспергуванні у воді іони металу в ній дифундують із пластинчастих кристалів, набухають у міру гідратації і, нарешті, повністю відокремлюються від пластинчастих кристалів, утворюючи колоїдну суспензію. рідина. У цей час поверхня пластинчастого кристала має негативний заряд, а його кути мають невелику кількість позитивного заряду через появу гратчастих поверхонь зламу. У розведеному розчині негативні заряди на поверхні більші, ніж позитивні заряди на кутах, і частинки відштовхуються одна від одної, не згущуючись. Однак із збільшенням концентрації електроліту заряд на поверхні пластинок зменшується, і взаємодія між частинками змінюється від сили відштовхування між пластинками до сили притягання між негативними зарядами на поверхні пластинок і позитивними. заряди на крайових кутах. Вертикально з’єднані між собою, щоб утворити структуру карткового будиночка, викликаючи набухання, утворюючи гель для досягнення ефекту згущення. У цей час неорганічний гель розчиняється у воді з утворенням високотиксотропного гелю. Крім того, бентоніт може утворювати водневі зв’язки в розчині, що сприяє утворенню тривимірної мережевої структури. Процес згущення гідратації неорганічного гелю та утворення карткового будиночка показано на схематичній діаграмі 1. Інтеркаляція полімеризованих мономерів до монтморилоніту для збільшення відстані між шарами, а потім інтеркаляційна полімеризація на місці між шарами може призвести до отримання органічно-неорганічного гібриду полімер/монтморилоніт. згущувач. Полімерні ланцюги можуть проходити через листи монтморилоніту, утворюючи полімерну мережу. Вперше Kazutoshi та ін. використовували монтморилоніт на основі натрію як зшиваючий агент для введення полімерної системи та підготували зшитий монтморилоніт чутливий до температури гідрогель. Liu Hongyu та ін. використовували монтморилоніт на основі натрію як зшиваючий агент для синтезу нового типу загусника з високими антиелектролітними характеристиками, а також перевірили ефективність загуснення та анти-NaCl та інші електролітні характеристики композитного загусника. Результати показують, що Na-монтморилоніт-зшитий загусник має чудові антиелектролітні властивості. Крім того, існують також неорганічні та інші органічні загусники, такі як синтетичний загусник, отриманий M.Chtourou та інші органічні похідні солей амонію та туніської глини, що належить до монтморилоніту, який має хороший загусник.
Час публікації: 11 січня 2023 р