Đặc điểm, điều chế và ứng dụng ete xenlulo trong công nghiệp

Các loại, phương pháp điều chế, tính chất và đặc tính của ete xenlulo đã được xem xét, cũng như các ứng dụng của ete xenlulo trong dầu mỏ, xây dựng, sản xuất giấy, dệt may, y học, thực phẩm, vật liệu quang điện và công nghiệp hóa chất hàng ngày. Một số loại dẫn xuất ete cellulose mới có triển vọng phát triển đã được giới thiệu và triển vọng ứng dụng của chúng đã được đề xuất.

Từ khóa:ete xenlulo; Hiệu suất; Ứng dụng; Dẫn xuất cellulose

Cellulose là một loại hợp chất polymer tự nhiên. Cấu trúc hóa học của nó là một đại phân tử polysacarit với β-glucose khan làm vòng bazơ, với một nhóm hydroxyl chính và hai nhóm hydroxyl thứ cấp trên mỗi vòng bazơ. Bằng cách biến đổi hóa học, có thể thu được một loạt dẫn xuất cellulose, ete cellulose là một trong số đó. Cellulose ether thu được bằng phản ứng của cellulose và NaOH, sau đó ether hóa với các monome chức năng khác nhau như metan clorua, ethylene oxit, propylene oxit, v.v., bằng cách rửa muối sản phẩm phụ và natri cellulose. Cellulose ether là một dẫn xuất quan trọng của cellulose, có thể được sử dụng rộng rãi trong y học và sức khỏe, hóa chất hàng ngày, giấy, thực phẩm, y học, xây dựng, vật liệu và các ngành công nghiệp khác. Vì vậy, việc phát triển và sử dụng ete cellulose có ý nghĩa tích cực đối với việc sử dụng toàn diện các nguồn sinh khối tái tạo, phát triển vật liệu mới và công nghệ mới.

1. Phân loại và điều chế ete xenlulo

Việc phân loại ete cellulose thường được chia thành bốn loại theo tính chất ion của chúng.

1.1 Ete xenlulo không ion

Ether cellulose không ion chủ yếu là cellulose alkyl ether, phương pháp điều chế là bằng phản ứng cellulose và NaOH, sau đó với nhiều loại monome chức năng như metan clorua, oxit ethylene, phản ứng ete hóa propylene oxit, sau đó bằng cách rửa sản phẩm phụ thu được muối và natri cellulose. Các metyl cellulose chính, methyl hydroxyethyl cellulose ether, methyl hydroxypropyl cellulose ether, hydroxyethyl cellulose ether, cyanoethyl cellulose ether, hydroxybutyl cellulose ether. Ứng dụng của nó rất rộng.

1.2 Ete xenlulo anion

Anion cellulose ether chủ yếu là carboxymethyl cellulose natri, carboxymethyl hydroxyethyl cellulose natri. Phương pháp điều chế là phản ứng giữa cellulose và NaOH, sau đó ete hóa bằng axit monochloroacetic hoặc ethylene oxit, propylene oxit, sau đó rửa muối sản phẩm phụ và natri cellulose để thu được.

1.3 ete xenlulo cation

Ether cellulose cation chủ yếu là 3 – clo – 2 – hydroxypropyl trimethyl amoni clorua cellulose ether. Phương pháp điều chế là bằng phản ứng của cellulose và NaOH, sau đó là chất ete hóa cation 3 - clo - 2 - hydroxypropyl trimethyl amoni clorua hoặc ethylene oxit, propylene oxit cùng với phản ứng ete hóa, sau đó rửa muối và natri sản phẩm phụ nhận được xenlulozơ.

1.4 Ete xenlulo Zwitterionic

Zwitterionic cellulose ether có cả nhóm anion và nhóm cation trên chuỗi phân tử, phương pháp điều chế là bằng phản ứng cellulose và NaOH, sau đó với axit chloroacetic và chất ether hóa cation 3 - clo - 2 hydroxypropyl trimethyl amoni clorua phản ứng ether hóa, sau đó rửa sạch bằng sản phẩm phụ là muối và natri cellulose và thu được.

2. tính chất và đặc điểm của ete xenlulo

2.1 Đặc điểm ngoại hình

Cellulose ether thường có màu trắng hoặc trắng sữa, không vị, không độc hại, có tính lưu động của bột dạng sợi, dễ hấp thụ độ ẩm, hòa tan trong nước thành chất keo ổn định, nhớt trong suốt.

2.2 Sự hình thành và bám dính của màng

Quá trình ether hóa ete cellulose có ảnh hưởng lớn đến các tính chất của nó, chẳng hạn như độ hòa tan, khả năng tạo màng, độ bền liên kết và khả năng chịu muối. Cellulose ether có độ bền cơ học cao, tính linh hoạt, khả năng chịu nhiệt và chống lạnh, có khả năng tương thích tốt với nhiều loại nhựa và chất làm dẻo, có thể được sử dụng để sản xuất nhựa, màng, vecni, chất kết dính, mủ cao su và vật liệu phủ dược phẩm.

2.3 Độ hòa tan

Methyl cellulose hòa tan trong nước lạnh, không hòa tan trong nước nóng, nhưng cũng hòa tan trong một số dung môi hữu cơ; Methyl hydroxyethyl cellulose hòa tan trong nước lạnh, không hòa tan trong nước nóng và dung môi hữu cơ. Nhưng khi đun nóng dung dịch nước methyl cellulose và methyl hydroxyethyl cellulose, methyl cellulose và methyl hydroxyethyl cellulose sẽ kết tủa ra ngoài. Methyl cellulose kết tủa ở 45 ~ 60oC, trong khi hỗn hợp methyl hydroxyethyl cellulose kết tủa ở 65 ~ 80oC. Khi nhiệt độ giảm, kết tủa lại hòa tan.

Natri hydroxyethyl cellulose và carboxymethyl hydroxyethyl cellulose hòa tan trong nước ở bất kỳ nhiệt độ nào, nhưng không hòa tan trong dung môi hữu cơ (với một vài ngoại lệ).

2.4 Làm dày

Cellulose ether hòa tan trong nước ở dạng keo và độ nhớt của nó phụ thuộc vào mức độ trùng hợp của ether cellulose. Dung dịch chứa các đại phân tử hydrat hóa. Do sự vướng víu của các đại phân tử, tính chất dòng chảy của dung dịch khác với tính chất của chất lỏng Newton, nhưng thể hiện tính chất thay đổi theo sự thay đổi của lực cắt. Do cấu trúc cao phân tử của ete xenlulo nên độ nhớt của dung dịch tăng nhanh khi tăng nồng độ và giảm nhanh khi tăng nhiệt độ.

2.5 Khả năng phân hủy

Cellulose ether được sử dụng trong pha nước. Chỉ cần có nước, vi khuẩn sẽ phát triển. Sự phát triển của vi khuẩn dẫn đến việc sản xuất vi khuẩn enzyme. Vi khuẩn enzyme tạo ra liên kết đơn vị glucose khử nước không được thay thế liền kề với ete cellulose bị phá vỡ và trọng lượng phân tử của polyme giảm. Do đó, nếu muốn bảo quản dung dịch nước ete xenluloza trong thời gian dài hơn thì nên thêm chất bảo quản vào đó, ngay cả khi sử dụng ete xenlulo kháng khuẩn.

3. ứng dụng của ete xenlulo trong công nghiệp

3.1 Công nghiệp dầu khí

Natri carboxymethyl cellulose chủ yếu được sử dụng trong khai thác dầu khí. Nó được sử dụng trong sản xuất bùn để tăng độ nhớt và giảm mất nước. Nó có thể chống lại ô nhiễm muối hòa tan khác nhau và cải thiện tốc độ thu hồi dầu.

Natri carboxymethyl hydroxypropyl cellulose và natri carboxymethyl hydroxyethyl cellulose là một loại chất xử lý bùn khoan tốt hơn và chuẩn bị vật liệu chất lỏng hoàn thiện, tốc độ nghiền cao, kháng muối, kháng canxi, khả năng nhớt tốt, chịu nhiệt độ (160oC). Thích hợp để chuẩn bị nước ngọt, nước biển và dung dịch khoan nước mặn bão hòa, dưới trọng lượng của canxi clorua có thể được trộn vào nhiều dung dịch khoan có mật độ khác nhau (103 ~ 1279 / cm3), và làm cho nó có độ nhớt nhất định và khả năng lọc thấp công suất, độ nhớt và khả năng lọc của nó tốt hơn hydroxyethyl cellulose, là một chất phụ gia sản xuất dầu tốt. Natri carboxymethyl cellulose được sử dụng rộng rãi trong quá trình khai thác dầu mỏ các dẫn xuất cellulose, trong dung dịch khoan, dung dịch xi măng, chất lỏng bẻ gãy và cải thiện sản xuất dầu được sử dụng, đặc biệt là trong việc tiêu thụ dung dịch khoan lớn hơn, lọc và hạ cánh chính và độ nhớt.

Hydroxyethyl cellulose được sử dụng trong quá trình khoan, hoàn thiện và xi măng làm chất ổn định làm dày bùn. Bởi vì hydroxyethyl cellulose và natri carboxymethyl cellulose, kẹo cao su guar có tác dụng làm đặc tốt, cát huyền phù, hàm lượng muối cao, khả năng chịu nhiệt tốt và sức đề kháng nhỏ, ít mất chất lỏng, khối cao su bị vỡ, đặc tính cặn thấp, đã được sử dụng rộng rãi.

3.2 Ngành xây dựng và sơn phủ

Phụ gia vữa xây dựng và trát tường: natri carboxymethyl cellulose có thể được sử dụng làm chất làm chậm, chất giữ nước, chất làm đặc và chất kết dính, có thể được sử dụng làm đáy thạch cao và thạch cao đáy xi măng, vữa và chất phân tán vật liệu san lấp mặt đất, chất giữ nước, chất làm đặc. Nó là một loại phụ gia vữa xây và trát đặc biệt dành cho khối bê tông khí làm từ carboxymethyl cellulose, có thể cải thiện khả năng làm việc, giữ nước và chống nứt của vữa và tránh nứt và rỗng của tường khối.

Vật liệu trang trí bề mặt xây dựng: Cao Mingqian và methyl cellulose khác được làm từ một loại vật liệu trang trí bề mặt tòa nhà bảo vệ môi trường, quy trình sản xuất đơn giản, sạch sẽ, có thể sử dụng cho tường cao cấp, bề mặt gạch đá, cũng có thể dùng cho cột , trang trí bề mặt máy tính bảng. Huang Jianping làm từ carboxymethyl cellulose là một loại keo dán gạch men, có lực liên kết mạnh, khả năng biến dạng tốt, không tạo ra vết nứt và rơi ra, hiệu quả chống thấm tốt, màu sắc tươi sáng và nhiều màu sắc, có tác dụng trang trí tuyệt vời.

Ứng dụng trong lớp phủ: Methyl cellulose và hydroxyethyl cellulose có thể được sử dụng làm chất ổn định, chất làm đặc và chất giữ nước cho lớp phủ latex, ngoài ra, còn có thể được sử dụng làm chất phân tán, chất nhớt và chất tạo màng cho lớp phủ xi măng màu. Thêm ete xenlulo với thông số kỹ thuật và độ nhớt thích hợp vào sơn latex có thể cải thiện hiệu suất thi công của sơn latex, ngăn ngừa bắn tung tóe, cải thiện độ ổn định khi bảo quản và khả năng che phủ. Lĩnh vực tiêu dùng chính ở nước ngoài là sơn latex, do đó, các sản phẩm ete cellulose thường trở thành lựa chọn hàng đầu về chất làm đặc sơn latex. Ví dụ, ete methyl hydroxyethyl cellulose biến tính có thể giữ vị trí hàng đầu trong chất làm đặc của sơn latex vì tính chất toàn diện tốt của nó. Ví dụ, vì ete xenlulo có đặc tính và độ hòa tan gel nhiệt độc đáo, khả năng chịu muối, chịu nhiệt và có hoạt động bề mặt thích hợp, nên có thể được sử dụng làm chất giữ nước, chất tạo huyền phù, chất nhũ hóa, chất tạo màng, chất bôi trơn, chất kết dính và sửa đổi lưu biến. .

3.3 Công nghiệp giấy

Phụ gia ướt giấy: CMC có thể được sử dụng làm chất phân tán sợi và chất tăng cường giấy, có thể được thêm vào bột giấy, vì natri carboxymethyl cellulose và bột giấy và các hạt đóng gói có cùng điện tích, có thể làm tăng độ đồng đều của sợi, cải thiện độ bền của giấy. Là chất gia cố được thêm vào bên trong giấy, nó làm tăng sự hợp tác liên kết giữa các sợi và có thể cải thiện độ bền kéo, khả năng chống đứt, độ đều của giấy và các chỉ số vật lý khác. Natri carboxymethyl cellulose cũng có thể được sử dụng làm chất hồ trong bột giấy. Ngoài mức độ định cỡ riêng của nó, nó cũng có thể được sử dụng như một chất bảo vệ nhựa thông, AKD và các chất định cỡ khác. Ete cellulose cation cũng có thể được sử dụng làm bộ lọc hỗ trợ giữ giấy, cải thiện tỷ lệ lưu giữ của sợi mịn và chất độn, cũng có thể được sử dụng làm gia cố giấy.

Chất kết dính phủ: Dùng để gia công lớp phủ chất kết dính phủ giấy, có thể thay thế phô mai, một phần mủ, để mực in dễ thẩm thấu, viền rõ ràng. Nó cũng có thể được sử dụng làm chất phân tán sắc tố, chất nhớt và chất ổn định.

Chất định cỡ bề mặt: Natri carboxymethyl cellulose có thể được sử dụng làm chất định cỡ bề mặt giấy, cải thiện độ bền bề mặt của giấy, so với việc sử dụng rượu polyvinyl hiện nay, tinh bột biến tính sau khi độ bền bề mặt có thể tăng khoảng 10%, giảm liều lượng khoảng 30%. Nó là một chất định cỡ bề mặt đầy hứa hẹn cho ngành sản xuất giấy và hàng loạt giống mới của nó cần được tích cực phát triển. Cationic cellulose ether có hiệu suất định cỡ bề mặt tốt hơn tinh bột cation, không chỉ có thể cải thiện độ bền bề mặt của giấy mà còn có thể cải thiện khả năng hấp thụ mực của giấy, tăng hiệu ứng nhuộm, cũng là một chất định cỡ bề mặt đầy hứa hẹn.

3.4 Ngành dệt may

Trong ngành dệt may, ete xenlulo có thể được sử dụng làm chất hồ, chất làm phẳng và chất làm đặc cho bột giấy dệt.

Chất định cỡ: cellulose ether như natri carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl carboxymethyl cellulose ether, hydroxypropyl carboxymethyl cellulose ether và các loại khác có thể được sử dụng làm chất định cỡ, không dễ bị hư hỏng và nấm mốc, in và nhuộm, không rũ hồ, thúc đẩy thuốc nhuộm có thể thu được đồng nhất keo trong nước.

Chất làm đều màu: có thể tăng cường khả năng ưa nước và thẩm thấu của thuốc nhuộm, vì độ nhớt thay đổi nhỏ, dễ điều chỉnh độ chênh lệch màu; Ether cellulose cation cũng có tác dụng nhuộm và tạo màu.

Chất làm đặc: natri carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl carboxymethyl cellulose ether, hydroxypropyl carboxymethyl cellulose ether có thể được sử dụng làm chất làm đặc bùn in và nhuộm, với dư lượng nhỏ, đặc tính tốc độ màu cao, là một loại phụ gia dệt rất tiềm năng.

3.5 Ngành hóa chất gia dụng

Chất nhớt ổn định: Natri methylcellulose trong các sản phẩm bột nguyên liệu thô đóng vai trò ổn định huyền phù phân tán, trong mỹ phẩm dạng lỏng hoặc nhũ tương làm đặc, phân tán, đồng nhất hóa và các vai trò khác. Nó có thể được sử dụng như chất ổn định và chất nhớt.

Chất ổn định nhũ hóa: làm thuốc mỡ, chất nhũ hóa dầu gội, chất làm đặc và chất ổn định. Natri carboxymethyl hydroxypropyl cellulose có thể được sử dụng làm chất ổn định kết dính kem đánh răng, có đặc tính thixotropic tốt, nhờ đó kem đánh răng có khả năng định dạng tốt, biến dạng lâu dài, hương vị đồng đều và tinh tế. Natri carboxymethyl hydroxypropyl cellulose kháng muối, kháng axit vượt trội, hiệu quả tốt hơn nhiều so với carboxymethyl cellulose, có thể dùng làm chất tẩy rửa trong chất nhớt, chất chống bám bẩn.

Chất làm đặc phân tán: Trong sản xuất chất tẩy rửa, việc sử dụng chung natri carboxymethyl cellulose làm chất tẩy rửa chất tẩy rửa phân tán chất bẩn, chất làm đặc chất tẩy rửa dạng lỏng và chất phân tán.

3.6 Công nghiệp dược phẩm và thực phẩm

Trong ngành công nghiệp dược phẩm, hydroxypropyl carboxymethyl cellulose có thể được sử dụng làm tá dược thuốc, được sử dụng rộng rãi trong các chế phẩm giải phóng có kiểm soát khung xương và giải phóng kéo dài, như một vật liệu ngăn chặn giải phóng để điều chỉnh việc giải phóng thuốc, làm chất phủ giải phóng duy trì, viên giải phóng kéo dài , viên nang giải phóng kéo dài. Được sử dụng rộng rãi nhất là methyl carboxymethyl cellulose, ethyl carboxymethyl cellulose, như MC thường được sử dụng trong sản xuất viên nén và viên nang, hoặc viên nén bao đường.

Loại cellulose ether chất lượng có thể được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, trong nhiều loại thực phẩm là chất làm đặc hiệu quả, chất nhũ hóa, chất ổn định, tá dược, chất giữ nước và chất tạo bọt cơ học. Methyl cellulose và hydroxypropyl methyl cellulose đã được công nhận là chất trơ chuyển hóa không có hại. Carboxymethyl cellulose có độ tinh khiết cao (99,5% hoặc cao hơn) có thể được thêm vào thực phẩm, chẳng hạn như các sản phẩm sữa và kem, gia vị, mứt, thạch, lon, xi-rô để bàn và đồ uống. Độ tinh khiết của hơn 90% carboxymethyl cellulose có thể được sử dụng trong các khía cạnh liên quan đến thực phẩm, chẳng hạn như áp dụng cho việc vận chuyển và bảo quản trái cây tươi, màng bọc nhựa có tác dụng bảo quản tốt, ít ô nhiễm, không hư hỏng, dễ dàng cơ giới hóa lợi thế sản xuất.

3.7 Vật liệu chức năng quang và điện

Chất ổn định làm dày điện phân: do cellulose ether có độ tinh khiết cao, kháng axit, kháng muối tốt, đặc biệt hàm lượng sắt và kim loại nặng thấp nên chất keo rất ổn định, thích hợp cho pin kiềm, pin kẽm mangan chất ổn định điện phân.

Vật liệu tinh thể lỏng: Từ năm 1976, phát hiện đầu tiên về pha hỏi tinh thể lỏng hydroxypropyl cellulose - hệ nước, đã được tìm thấy trong dung dịch hữu cơ thích hợp, nhiều dẫn xuất cellulose ở nồng độ cao có thể tạo thành dung dịch dị hướng, ví dụ, hydroxypropyl cellulose và axetat, propionat của nó , benzoate, phthalate, acetyxyethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, v.v. Ngoài việc tạo thành dung dịch tinh thể lỏng ion keo, một số este của hydroxypropyl cellulose cũng thể hiện tính chất này.

Nhiều ete xenlulo có đặc tính tinh thể lỏng nhiệt động. Acetyl hydroxypropyl cellulose tạo thành tinh thể lỏng cholesteric sinh nhiệt dưới 164oC. Acetoacetate hydroxypropyl cellulose, trifluoroacetate hydroxypropyl cellulose, hydroxypropyl cellulose và các dẫn xuất của nó, ethyl hydroxypropyl cellulose, trimethylsiliccellulose và butyldimethylsiliccellulose, heptyl cellulose và butoxylethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose acetate, v.v., tất cả đều cho thấy tinh thể lỏng cholesteric sinh nhiệt. Một số este cellulose như cellulose benzoate, p-methoxybenzoate và p-methylbenzoate, cellulose heptanate có thể tạo thành tinh thể lỏng cholesteric sinh nhiệt.

Vật liệu cách điện: chất ether hóa cyanoethyl cellulose cho acrylonitrile, hằng số điện môi cao, hệ số tổn thất thấp, có thể được sử dụng làm ma trận nhựa phốt pho và đèn điện phát quang và cách điện máy biến áp.

4. Phát biểu bế mạc

Sử dụng biến đổi hóa học để thu được các dẫn xuất cellulose có chức năng đặc biệt là một phương pháp hiệu quả nhằm tìm ra những ứng dụng mới cho cellulose, chất hữu cơ tự nhiên lớn nhất thế giới. Là một trong những dẫn xuất của cellulose, ether cellulose như vật liệu polymer hòa tan trong nước không gây ô nhiễm sinh lý vì tính chất tuyệt vời của nó, đã được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp và sẽ có triển vọng phát triển rộng hơn.