Hintergrund und Überblick
Celluloseether ist ein weit verbreitetes Feinchemikalienmaterial, das durch chemische Behandlung aus dem Naturpolymer Cellulose hergestellt wird. Nach der Herstellung von Cellulosenitrat und Celluloseacetat im 19. Jahrhundert entwickelten Chemiker eine Reihe von Cellulosederivaten, darunter viele Celluloseether. Kontinuierlich wurden neue Anwendungsgebiete in zahlreichen Industriezweigen erschlossen. Beispiele für Celluloseetherprodukte sind Natriumchlorid und Natriumchlorid.Carboxymethylcellulose (CMC), Ethylcellulose (EC), Hydroxyethylcellulose (HEC), Hydroxypropylcellulose (HPC), Methylhydroxyethylcellulose (MHEC)UndMethylhydroxypropylcellulose (MHPC)Andere Celluloseether werden als „industrielles Mononatriumglutamat“ bezeichnet und finden breite Anwendung in der Erdölförderung, im Bauwesen, bei Beschichtungen, Lebensmitteln, Medikamenten und Alltagschemikalien.
Hydroxyethylmethylcellulose (MHPC) ist ein geruchloses, geschmackloses und ungiftiges weißes Pulver, das sich in kaltem Wasser zu einer transparenten, viskosen Lösung auflöst. Es besitzt verdickende, bindende, dispergierende, emulgierende, filmbildende, suspendierende, adsorbierende, gelierende und oberflächenaktive Eigenschaften sowie feuchtigkeitsbindende und kolloidale Schutzwirkung. Aufgrund seiner oberflächenaktiven Eigenschaften kann die wässrige Lösung als kolloidales Schutzmittel, Emulgator und Dispergiermittel eingesetzt werden. MHPC-Lösung ist hydrophil und ein effizientes Wasserbindungsmittel. Da MHPC Hydroxyethylgruppen enthält, bietet es einen guten Schutz vor Schimmelpilzen, eine hohe Viskositätsstabilität und ist auch bei Langzeitlagerung resistent gegen Schimmel.
Hydroxyethylmethylcellulose (HEMC) wird durch Einführung von Ethylenoxid-Substituenten (MS 0,3–0,4) in Methylcellulose (MC) hergestellt und weist eine höhere Salzbeständigkeit als unmodifizierte Polymere auf. Die Gelierungstemperatur von Methylcellulose ist ebenfalls höher als die von MC.
Struktur
Besonderheit
Die wichtigsten Eigenschaften von Hydroxyethylmethylcellulose (HEMC) sind:
1. Löslichkeit: HEMC ist in Wasser und einigen organischen Lösungsmitteln löslich. Es ist auch in kaltem Wasser löslich. Die maximale Konzentration hängt ausschließlich von der Viskosität ab. Je niedriger die Viskosität, desto höher die Löslichkeit.
2. Salzbeständigkeit: HEMC-Produkte sind nichtionische Celluloseether und keine Polyelektrolyte. Daher sind sie in wässrigen Lösungen relativ stabil, wenn Metallsalze oder organische Elektrolyte vorhanden sind. Eine übermäßige Zugabe von Elektrolyten kann jedoch zu Gelierung und Ausfällung führen.
3. Oberflächenaktivität: Aufgrund der oberflächenaktiven Eigenschaften der wässrigen Lösung kann sie als kolloidales Schutzmittel, Emulgator und Dispergiermittel eingesetzt werden.
4. Thermische Gelbildung: Wird die wässrige Lösung von HEMC-Produkten auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, trübt sie sich ein, geliert und fällt aus. Bei kontinuierlicher Abkühlung kehrt sie in den ursprünglichen Lösungszustand zurück. Die Temperatur, bei der diese Gelbildung und Ausfällung erfolgt, hängt hauptsächlich von den verwendeten Gleitmitteln, Suspendiermitteln, Schutzkolloiden, Emulgatoren usw. ab.
5. Metabolische Inertheit und geringer Geruch und Duft: HEMC wird in der Lebensmittel- und Medizinindustrie häufig eingesetzt, da es nicht metabolisiert wird und einen geringen Geruch und Duft aufweist.
6. Schimmelresistenz: HEMC weist eine relativ gute Schimmelresistenz und eine gute Viskositätsstabilität bei Langzeitlagerung auf.
7. pH-Stabilität: Die Viskosität der wässrigen Lösung von HEMC-Produkten wird durch Säuren oder Laugen kaum beeinflusst, und der pH-Wert ist im Bereich von 3,0 bis 11,0 relativ stabil.
Anwendung
Hydroxyethylmethylcellulose kann aufgrund ihrer oberflächenaktiven Eigenschaften in wässriger Lösung als kolloidales Schutzmittel, Emulgator und Dispergiermittel eingesetzt werden. Anwendungsbeispiele sind:
1. Einfluss von Hydroxyethylmethylcellulose auf die Zementeigenschaften. Hydroxyethylmethylcellulose ist ein geruchloses, geschmackloses und ungiftiges weißes Pulver, das sich in kaltem Wasser zu einer transparenten, viskosen Lösung auflöst. Es besitzt verdickende, bindende, dispergierende, emulgierende, filmbildende, suspendierende, adsorbierende, gelierende, oberflächenaktive, feuchtigkeitsbindende und kolloidale Schutzeigenschaften. Aufgrund seiner oberflächenaktiven Wirkung kann die wässrige Lösung als kolloidales Schutzmittel, Emulgator und Dispergiermittel eingesetzt werden. Die wässrige Lösung von Hydroxyethylmethylcellulose ist gut hydrophil und ein effizientes Wasserrückhaltemittel.
2. Es wird eine hochflexible Relieffarbe hergestellt, die aus folgenden Rohstoffen in Gewichtsteilen besteht: 150–200 g deionisiertes Wasser; 60–70 g reine Acrylemulsion; 550–650 g schweres Calcium; 70–90 g Talkumpuder; 30–40 g wässrige Cellulosebasislösung; 10–20 g wässrige Lignocelluloselösung; 4–6 g Filmbildner; 1,5–2,5 g Antiseptikum und Fungizid; 1,8–2,2 g Dispergiermittel; 1,8–2,2 g Netzmittel; 3,5–4,5 g Ethylenglykol; 9–11 g. Die wässrige Hydroxyethylmethylcelluloselösung wird durch Auflösen von 2–4 % Hydroxyethylmethylcellulose in Wasser hergestellt. Die wässrige Lignocelluloselösung besteht aus 1–3 % Lignocellulose in Wasser.
Vorbereitung
Ein Herstellungsverfahren für Hydroxyethylmethylcellulose (HMC) verwendet raffinierte Baumwolle als Rohmaterial und Ethylenoxid als Veretherungsmittel. Die Gewichtsanteile der Rohstoffe für die HMC-Herstellung sind wie folgt: 700–800 Teile Toluol-Isopropanol-Gemisch als Lösungsmittel, 30–40 Teile Wasser, 70–80 Teile Natriumhydroxid, 80–85 Teile raffinierte Baumwolle, 20–28 Teile Ethan, 80–90 Teile Methylchlorid, 16–19 Teile Eisessig. Die einzelnen Verfahrensschritte sind:
Im ersten Schritt werden im Reaktionskessel eine Mischung aus Toluol und Isopropanol, Wasser und Natriumhydroxid hinzugegeben, auf 60-80 °C erhitzt und 20-40 Minuten warmgehalten;
Der zweite Schritt, die Alkalisierung: Die oben genannten Materialien auf 30-50 °C abkühlen lassen, raffinierte Baumwolle hinzufügen, mit dem Lösungsmittelgemisch aus Toluol und Isopropanol besprühen, auf 0,006 MPa evakuieren, dreimal mit Stickstoff durchspülen und anschließend die Alkalisierung durchführen. Die Alkalisierungsbedingungen sind: Alkalisierungszeit 2 Stunden und Alkalisierungstemperatur 30 °C bis 50 °C.
Der dritte Schritt, die Veretherung: Nach Abschluss der Alkalisierung wird der Reaktor auf 0,05-0,07 MPa evakuiert und Ethylenoxid und Methylchlorid werden 30-50 Minuten lang zugegeben; erste Veretherungsstufe: 40-60 °C, 1,0-2,0 Stunden, der Druck wird zwischen 0,15 und 0,3 MPa geregelt; zweite Veretherungsstufe: 60-90 °C, 2,0-2,5 Stunden, der Druck wird zwischen 0,4 und 0,8 MPa geregelt;
Der vierte Schritt, Neutralisation: Die abgemessene Eisessigmenge wird im Voraus in den Fällungskessel gegeben, in das veretherte Material zur Neutralisation eingepresst, die Temperatur zur Fällung auf 75-80 °C erhöht, die Temperatur steigt auf 102 °C, und der pH-Wert beträgt um 8 Uhr 6. Damit ist die Entlösungsmittelung abgeschlossen; der Entlösungsmittelungstank wird mit Leitungswasser gefüllt, das durch eine Umkehrosmoseanlage auf 90 °C bis 100 °C erhitzt wurde;
Der fünfte Schritt, Zentrifugalwäsche: Das Material aus dem vierten Schritt wird durch eine horizontale Schneckenzentrifuge zentrifugiert, und das abgetrennte Material wird zur Wäsche in einen zuvor mit heißem Wasser gefüllten Waschtank überführt;
Der sechste Schritt, Zentrifugaltrocknung: Das gewaschene Material wird über eine horizontale Schneckenzentrifuge in den Trockner befördert und bei 150-170°C getrocknet. Anschließend wird das getrocknete Material zerkleinert und verpackt.
Im Vergleich zu bestehenden Verfahren zur Herstellung von Celluloseethern verwendet die vorliegende Erfindung Ethylenoxid als Veretherungsmittel zur Herstellung von Hydroxyethylmethylcellulose. Diese weist aufgrund der enthaltenen Hydroxyethylgruppen eine gute Schimmelresistenz auf und zeichnet sich durch gute Viskositätsstabilität und Schimmelresistenz bei Langzeitlagerung aus. Sie kann andere Celluloseether ersetzen.
Veröffentlichungsdatum: 25. April 2024