¿Cómo se prepara la metilhidroxietilcelulosa?

Antecedentes y descripción general

El éter de celulosa es un polímero de uso generalizado en la industria química fina, elaborado a partir de la celulosa, un polímero natural, mediante tratamiento químico. Tras la fabricación de nitrato de celulosa y acetato de celulosa en el siglo XIX, los químicos desarrollaron una serie de derivados de celulosa, entre los que se incluyen numerosos éteres de celulosa, y se descubrieron continuamente nuevos campos de aplicación en diversos sectores industriales. Algunos ejemplos de productos derivados del éter de celulosa son el sodio.carboximetilcelulosa (CMC), etilcelulosa (EC), hidroxietilcelulosa (HEC), hidroxipropilcelulosa (HPC), metilhidroxietilcelulosa (MHEC)ymetilhidroxipropilcelulosa (MHPC)y otros éteres de celulosa se conocen como "glutamato monosódico industrial" y se han utilizado ampliamente en la perforación petrolífera, la construcción, los recubrimientos, la alimentación, la medicina y los productos químicos de uso diario.

La hidroxietilmetilcelulosa (MHPC) es un polvo blanco inodoro, insípido y no tóxico que se disuelve en agua fría formando una solución viscosa transparente. Posee propiedades espesantes, aglutinantes, dispersantes, emulsionantes, filmógenas, suspendentes, adsorbentes, gelificantes, tensioactivas, de retención de humedad y protectoras coloidales. Gracias a su función tensioactiva, la solución acuosa puede utilizarse como agente protector coloidal, emulsionante y dispersante. La solución acuosa de hidroxietilmetilcelulosa presenta una buena hidrofilicidad y es un eficaz agente de retención de agua. Debido a la presencia de grupos hidroxietilo, la hidroxietilmetilcelulosa posee una buena resistencia al moho, una buena estabilidad de viscosidad y resistencia al moho durante el almacenamiento a largo plazo.

La hidroxietilmetilcelulosa (HEMC) se prepara mediante la introducción de sustituyentes de óxido de etileno (MS 0,3~0,4) en la metilcelulosa (MC), y su resistencia a la sal es superior a la de los polímeros no modificados. La temperatura de gelificación de la metilcelulosa también es mayor que la de la MC.

Estructura

Característica

Las principales características de la hidroxietilmetilcelulosa (HEMC) son:

1. Solubilidad: Soluble en agua y algunos disolventes orgánicos. El HEMC se disuelve en agua fría. Su concentración máxima depende únicamente de la viscosidad. La solubilidad varía con la viscosidad: a menor viscosidad, mayor solubilidad.

2. Resistencia a la sal: Los productos HEMC son éteres de celulosa no iónicos y no son polielectrolitos, por lo que son relativamente estables en soluciones acuosas cuando existen sales metálicas o electrolitos orgánicos, pero la adición excesiva de electrolitos puede causar gelificación y precipitación.

3. Actividad superficial: Debido a la función tensioactiva de la solución acuosa, puede utilizarse como agente protector coloidal, emulsionante y dispersante.

4. Gel térmico: Cuando la solución acuosa de productos HEMC se calienta a cierta temperatura, se vuelve opaca, gelifica y precipita, pero cuando se enfría continuamente, vuelve al estado de solución original, y la temperatura a la que se produce este gel y precipitación depende principalmente de los lubricantes, ayudas de suspensión, coloides protectores, emulsionantes, etc.

5. Inercia metabólica y bajo olor y fragancia: El HEMC se utiliza ampliamente en alimentos y medicamentos porque no se metaboliza y tiene poco olor y fragancia.

6. Resistencia al moho: HEMC tiene una resistencia al moho relativamente buena y una buena estabilidad de la viscosidad durante el almacenamiento a largo plazo.

7. Estabilidad del pH: La viscosidad de la solución acuosa de los productos HEMC apenas se ve afectada por ácidos o álcalis, y el valor del pH es relativamente estable dentro del rango de 3,0 a 11,0.

Solicitud

La hidroxietilmetilcelulosa puede utilizarse como agente protector coloidal, emulsionante y dispersante debido a su función tensioactiva en solución acuosa. Algunos ejemplos de su aplicación son los siguientes:

1. Efecto de la hidroxietilmetilcelulosa en el rendimiento del cemento. La hidroxietilmetilcelulosa es un polvo blanco inodoro, insípido y no tóxico que se disuelve en agua fría formando una solución viscosa transparente. Posee propiedades espesantes, aglutinantes, dispersantes, emulsionantes, filmógenas, suspensivas, adsorbentes, gelificantes, tensioactivas, de mantenimiento de la humedad y protectoras de coloides. Dado que la solución acuosa tiene una función tensioactiva, puede utilizarse como agente protector coloidal, emulsionante y dispersante. La solución acuosa de hidroxietilmetilcelulosa presenta buena hidrofilicidad y es un agente de retención de agua eficaz.

2. Se prepara una pintura de relieve altamente flexible, que se compone de las siguientes materias primas en partes por peso: 150-200 g de agua desionizada; 60-70 g de emulsión acrílica pura; 550-650 g de calcio pesado; 70-90 g de talco; solución acuosa de celulosa base 30-40 g; solución acuosa de lignocelulosa 10-20 g; auxiliar formador de película 4-6 g; antiséptico y fungicida 1,5-2,5 g; dispersante 1,8-2,2 g; agente humectante 1,8-2,2 g; 3,5-4,5 g; etilenglicol 9-11 g; la solución acuosa de hidroxietilmetilcelulosa se prepara disolviendo 2-4% de hidroxietilmetilcelulosa en agua; la solución acuosa de lignocelulosa se prepara disolviendo 1-3% de lignocelulosa en agua.

Preparación

Método de preparación de hidroxietilmetilcelulosa. El método consiste en utilizar algodón refinado como materia prima y óxido de etileno como agente de eterificación. Las partes en peso de las materias primas para la preparación de hidroxietilmetilcelulosa son las siguientes: 700-800 partes de mezcla de tolueno e isopropanol como disolvente, 30-40 partes de agua, 70-80 partes de hidróxido de sodio, 80-85 partes de algodón refinado, 20-28 partes de oxietano, 80-90 partes de cloruro de metilo y 16-19 partes de ácido acético glacial. Los pasos específicos son:

El primer paso consiste en añadir en el reactor la mezcla de tolueno e isopropanol, agua e hidróxido de sodio, calentar hasta 60-80 °C y mantener caliente durante 20-40 minutos;

El segundo paso, alcalinización: enfriar los materiales anteriores a 30-50 °C, agregar algodón refinado, rociar la mezcla de disolvente de tolueno e isopropanol, hacer vacío a 0,006 MPa, llenar con nitrógeno para 3 reemplazos y llevar a cabo la alcalinización después del reemplazo, las condiciones de alcalinización son: el tiempo de alcalinización es de 2 horas y la temperatura de alcalinización es de 30 °C a 50 °C;

El tercer paso, eterificación: una vez completada la alcalinización, el reactor se evacua a 0,05-0,07 MPa y se añaden óxido de etileno y cloruro de metilo durante 30-50 minutos; la primera etapa de eterificación: 40-60 °C, 1,0-2,0 horas, la presión se controla entre 0,15 y 0,3 MPa; la segunda etapa de eterificación: 60-90 °C, 2,0-2,5 horas, la presión se controla entre 0,4 y 0,8 MPa;

El cuarto paso, neutralización: agregue el ácido acético glacial medido con anticipación al reactor de precipitación, presione sobre el material eterificado para la neutralización, eleve la temperatura a 75-80 °C para la precipitación, la temperatura sube a 102 °C y se detecta que el valor de pH es 6. A las 8 en punto, la desolventización está completa; el tanque de desolventización se llena con agua del grifo tratada por un dispositivo de ósmosis inversa a 90 °C a 100 °C;

El quinto paso, el lavado centrífugo: el material del cuarto paso se centrifuga a través de una centrífuga de tornillo horizontal, y el material separado se transfiere a un tanque de lavado lleno de agua caliente previamente para lavar el material;

El sexto paso, el secado centrífugo: el material lavado se transporta al secador mediante una centrífuga de tornillo horizontal, se seca a 150-170 °C y, una vez seco, se tritura y se envasa.

En comparación con la tecnología de producción de éteres de celulosa existente, la presente invención utiliza óxido de etileno como agente de eterificación para preparar hidroxietilmetilcelulosa, la cual presenta una buena resistencia al moho gracias a la presencia de grupos hidroxietilo. Además, posee una buena estabilidad de viscosidad y resistencia al moho durante el almacenamiento a largo plazo. Puede utilizarse como alternativa a otros éteres de celulosa.