Contexte et aperçu
L'éther de cellulose est un polymère de chimie fine largement utilisé, obtenu par traitement chimique à partir de cellulose, un polymère naturel. Après la fabrication du nitrate de cellulose et de l'acétate de cellulose au XIXe siècle, les chimistes ont développé une série de dérivés de cellulose, dont de nombreux éthers de cellulose, et de nouveaux domaines d'application ont été continuellement découverts, touchant de nombreux secteurs industriels. Parmi les produits à base d'éther de cellulose, on trouve notamment le sodiumcarboxyméthylcellulose (CMC), éthylcellulose (EC), hydroxyéthylcellulose (HEC), hydroxypropylcellulose (HPC), méthylhydroxyéthylcellulose (MHEC)etméthylhydroxypropylcellulose (MHPC)et d'autres éthers de cellulose sont connus sous le nom de « glutamate monosodique industriel » et ont été largement utilisés dans le forage pétrolier, la construction, les revêtements, l'alimentation, la médecine et les produits chimiques d'usage courant.
L'hydroxyéthylméthylcellulose (MHPC) est une poudre blanche inodore, insipide et non toxique qui se dissout dans l'eau froide pour former une solution visqueuse et transparente. Elle possède des propriétés épaississantes, liantes, dispersantes, émulsifiantes, filmogènes, suspensives, adsorbantes, gélifiantes, tensioactives, hydratantes et protectrices des colloïdes. Grâce à ses propriétés tensioactives en solution aqueuse, elle peut être utilisée comme agent protecteur des colloïdes, émulsifiant et dispersant. La solution aqueuse d'hydroxyéthylméthylcellulose présente une bonne hydrophilie et constitue un agent de rétention d'eau efficace. La présence de groupes hydroxyéthyle lui confère une bonne résistance aux moisissures, une bonne stabilité de viscosité et une bonne tenue au vieillissement lors d'un stockage prolongé.
L'hydroxyéthylméthylcellulose (HEMC) est obtenue par l'introduction de substituants d'oxyde d'éthylène (MS 0,3 à 0,4) dans la méthylcellulose (MC). Sa résistance aux sels est supérieure à celle des polymères non modifiés. La température de gélification de la méthylcellulose est également plus élevée que celle de la MC.
Structure
Fonctionnalité
Les principales caractéristiques de l'hydroxyéthylméthylcellulose (HEMC) sont :
1. Solubilité : Soluble dans l’eau et certains solvants organiques. L’HEMC est soluble dans l’eau froide. Sa concentration maximale dépend uniquement de la viscosité. La solubilité varie en fonction de la viscosité : plus la viscosité est faible, plus la solubilité est élevée.
2. Résistance au sel : les produits HEMC sont des éthers de cellulose non ioniques et ne sont pas des polyélectrolytes, ils sont donc relativement stables dans les solutions aqueuses en présence de sels métalliques ou d'électrolytes organiques, mais un ajout excessif d'électrolytes peut provoquer une gélification et une précipitation.
3. Activité de surface : Grâce à la fonction tensioactive de la solution aqueuse, elle peut être utilisée comme agent protecteur colloïdal, émulsifiant et dispersant.
4. Gel thermique : Lorsque la solution aqueuse de produits HEMC est chauffée à une certaine température, elle devient opaque, gélifie et précipite, mais lorsqu'elle est refroidie en continu, elle revient à son état de solution d'origine, et la température à laquelle ce gel et cette précipitation se produisent dépend principalement des lubrifiants, des agents de suspension, des colloïdes protecteurs, des émulsifiants, etc.
5. Inertie métabolique et faible odeur et parfum : l'HEMC est largement utilisé dans l'alimentation et la médecine car il ne sera pas métabolisé et a une faible odeur et un faible parfum.
6. Résistance à la moisissure : L'HEMC présente une résistance relativement bonne à la moisissure et une bonne stabilité de viscosité lors d'un stockage à long terme.
7. Stabilité du pH : La viscosité de la solution aqueuse des produits HEMC est peu affectée par les acides ou les bases, et la valeur du pH est relativement stable dans la plage de 3,0 à 11,0.
Application
L'hydroxyéthylméthylcellulose peut être utilisée comme agent protecteur colloïdal, émulsifiant et dispersant grâce à son activité de surface en solution aqueuse. Voici quelques exemples d'application :
1. Effet de l'hydroxyéthylméthylcellulose sur les performances du ciment. L'hydroxyéthylméthylcellulose est une poudre blanche inodore, insipide et non toxique qui se dissout dans l'eau froide pour former une solution visqueuse et transparente. Elle possède des propriétés épaississantes, liantes, dispersantes, émulsifiantes, filmogènes, suspensives, adsorbantes, gélifiantes, tensioactives, et assure une bonne rétention d'humidité et une protection colloïdale. Grâce à ses propriétés tensioactives, la solution aqueuse peut être utilisée comme agent protecteur colloïdal, émulsifiant et dispersant. L'hydroxyéthylméthylcellulose présente une bonne hydrophilie et constitue un agent de rétention d'eau efficace.
2. On prépare une peinture en relief très flexible, composée des matières premières suivantes (en pourcentages pondéraux) : 150 à 200 g d’eau déminéralisée ; 60 à 70 g d’émulsion acrylique pure ; 550 à 650 g de chaux lourde ; 70 à 90 g de talc ; 30 à 40 g de solution aqueuse de cellulose de base ; 10 à 20 g de solution aqueuse de lignocellulose ; 4 à 6 g d’agent filmogène ; 1,5 à 2,5 g d’antiseptique et de fongicide ; 1,8 à 2,2 g de dispersant ; 1,8 à 2,2 g d’agent mouillant ; 3,5 à 4,5 g d’éthylène glycol ; 9 à 11 g d’éthylène glycol. La solution aqueuse d’hydroxyéthylméthylcellulose est préparée en dissolvant 2 à 4 % d’hydroxyéthylméthylcellulose dans l’eau. La solution aqueuse de lignocellulose est préparée en dissolvant 1 à 3 % de lignocellulose dans l’eau.
Préparation
Procédé de préparation de l'hydroxyéthylméthylcellulose : le coton raffiné est utilisé comme matière première et l'oxyde d'éthylène comme agent d'éthérification. Les proportions pondérales des matières premières sont les suivantes : 700 à 800 parties d'un mélange de toluène et d'isopropanol comme solvant, 30 à 40 parties d'eau, 70 à 80 parties d'hydroxyde de sodium, 80 à 85 parties de coton raffiné, 20 à 28 parties d'oxyéthane, 80 à 90 parties de chlorure de méthyle et 16 à 19 parties d'acide acétique glacial. Les étapes spécifiques sont les suivantes :
La première étape consiste à ajouter dans le réacteur le mélange de toluène et d'isopropanol, de l'eau et de l'hydroxyde de sodium, à chauffer jusqu'à 60-80 °C et à maintenir au chaud pendant 20 à 40 minutes ;
La deuxième étape, l'alcalinisation : refroidir les matériaux ci-dessus à 30-50 °C, ajouter du coton raffiné, pulvériser le mélange de solvant toluène et isopropanol, mettre sous vide à 0,006 MPa, remplir d'azote pour 3 remplacements, et effectuer après le remplacement l'alcalinisation, les conditions d'alcalinisation sont les suivantes : le temps d'alcalinisation est de 2 heures et la température d'alcalinisation est de 30 °C à 50 °C ;
La troisième étape, l'éthérification : une fois l'alcalinisation terminée, le réacteur est mis sous vide à 0,05-0,07 MPa, et de l'oxyde d'éthylène et du chlorure de méthyle sont ajoutés pendant 30 à 50 minutes ; première étape d'éthérification : 40-60 °C, 1,0-2,0 heures, la pression est contrôlée entre 0,15 et 0,3 MPa ; deuxième étape d'éthérification : 60-90 °C, 2,0-2,5 heures, la pression est contrôlée entre 0,4 et 0,8 MPa ;
Quatrième étape, neutralisation : ajouter à l’avance l’acide acétique glacial mesuré dans la cuve de précipitation, presser sur le matériau éthérifié pour neutralisation, élever la température à 75-80 °C pour la précipitation, la température monte à 102 °C et la valeur du pH est détectée à 6. À 8 heures, la désolvantisation est terminée ; le réservoir de désolvantation est rempli d’eau du robinet traitée par un dispositif d’osmose inverse à 90 °C à 100 °C ;
La cinquième étape, le lavage centrifuge : le matériau de la quatrième étape est centrifugé à travers une centrifugeuse à vis horizontale, et le matériau séparé est transféré dans un réservoir de lavage rempli d'eau chaude au préalable pour le lavage du matériau ;
La sixième étape, le séchage par centrifugation : le matériau lavé est acheminé dans le séchoir par une centrifugeuse à vis horizontale, et le matériau est séché à 150-170 °C, puis le matériau séché est broyé et emballé.
Comparée aux technologies existantes de production d'éthers de cellulose, la présente invention utilise l'oxyde d'éthylène comme agent d'éthérification pour préparer de l'hydroxyéthylméthylcellulose, qui présente une bonne résistance aux moisissures grâce à la présence de groupes hydroxyéthyle. Elle possède une bonne stabilité de viscosité et une bonne résistance aux moisissures lors d'un stockage de longue durée. Elle peut être utilisée en remplacement d'autres éthers de cellulose.
Date de publication : 25 avril 2024