Come si prepara la metilidrossietilcellulosa?

Contesto e panoramica

L'etere di cellulosa è un polimero ampiamente utilizzato nella chimica fine, ottenuto da cellulosa polimerica naturale mediante trattamento chimico. Dopo la produzione di nitrato di cellulosa e acetato di cellulosa nel XIX secolo, i chimici hanno sviluppato una serie di derivati ​​della cellulosa da molti eteri di cellulosa e sono stati scoperti continuamente nuovi campi di applicazione, coinvolgendo molti settori industriali. Prodotti a base di etere di cellulosa come il sodiocarbossimetilcellulosa (CMC), etilcellulosa (EC), idrossietilcellulosa (HEC), idrossipropilcellulosa (HPC), metilidrossietilcellulosa (MHEC)Emetilidrossipropilcellulosa (MHPC)e altri eteri di cellulosa sono noti come "glutammato monosodico industriale" e sono stati ampiamente utilizzati nelle trivellazioni petrolifere, nell'edilizia, nei rivestimenti, negli alimenti, in medicina e nei prodotti chimici di uso quotidiano.

L'idrossietilmetilcellulosa (MHPC) è una polvere bianca inodore, insapore e atossica che può essere sciolta in acqua fredda per formare una soluzione viscosa trasparente. Ha le seguenti proprietà: addensante, legante, disperdente, emulsionante, filmogena, sospendente, adsorbente, gelificante, tensioattiva, mantiene l'umidità e protegge i colloidi. Grazie alla funzione tensioattiva della soluzione acquosa, può essere utilizzata come agente protettivo colloidale, emulsionante e disperdente. La soluzione acquosa di idrossietilmetilcellulosa ha una buona idrofilia ed è un efficace agente di ritenzione idrica. Grazie alla presenza di gruppi idrossietilici, l'idrossietilmetilcellulosa ha una buona capacità antimuffa, una buona stabilità della viscosità e una buona resistenza alla muffa durante la conservazione a lungo termine.

L'idrossietilmetilcellulosa (HEMC) viene preparata introducendo sostituenti di ossido di etilene (MS 0,3~0,4) nella metilcellulosa (MC), e la sua resistenza ai sali è migliore rispetto a quella dei polimeri non modificati. Anche la temperatura di gelificazione della metilcellulosa è superiore a quella della MC.

Struttura

Caratteristica

Le principali caratteristiche dell'idrossietilmetilcellulosa (HEMC) sono:

1. Solubilità: solubile in acqua e in alcuni solventi organici. L'HEMC può essere disciolto in acqua fredda. La sua concentrazione massima è determinata solo dalla viscosità. La solubilità varia con la viscosità. Minore è la viscosità, maggiore è la solubilità.

2. Resistenza al sale: i prodotti HEMC sono eteri di cellulosa non ionici e non sono polielettroliti, quindi sono relativamente stabili in soluzioni acquose in presenza di sali metallici o elettroliti organici, ma l'aggiunta eccessiva di elettroliti può causare gelificazione e precipitazione.

3. Attività superficiale: grazie alla funzione tensioattiva della soluzione acquosa, può essere utilizzata come agente protettivo colloidale, emulsionante e disperdente.

4. Gel termico: quando la soluzione acquosa dei prodotti HEMC viene riscaldata a una certa temperatura, diventa opaca, gelifica e precipita, ma quando viene continuamente raffreddata, ritorna allo stato di soluzione originale e la temperatura alla quale si verificano questo gel e questa precipitazione dipende principalmente da lubrificanti, ausiliari di sospensione, colloidi protettivi, emulsionanti ecc.

5. Inerzia metabolica e basso odore e profumo: l'HEMC è ampiamente utilizzato in ambito alimentare e medico perché non viene metabolizzato e ha un basso odore e profumo.

6. Resistenza alla muffa: l'HEMC ha una resistenza alla muffa relativamente buona e una buona stabilità della viscosità durante lo stoccaggio a lungo termine.

7. Stabilità del pH: la viscosità della soluzione acquosa dei prodotti HEMC è difficilmente influenzata da acidi o alcali e il valore del pH è relativamente stabile nell'intervallo da 3,0 a 11,0.

Applicazione

L'idrossietilmetilcellulosa può essere utilizzata come agente protettivo colloidale, emulsionante e disperdente grazie alla sua funzione tensioattiva in soluzione acquosa. I suoi esempi di applicazione sono i seguenti:

1. Effetto dell'idrossietilmetilcellulosa sulle prestazioni del cemento. L'idrossietilmetilcellulosa è una polvere bianca inodore, insapore e atossica che può essere sciolta in acqua fredda per formare una soluzione viscosa trasparente. Ha le seguenti proprietà: addensante, legante, disperdente, emulsionante, filmogena, sospendente, adsorbente, gelificante, tensioattiva, mantiene l'umidità e protegge i colloidi. Poiché la soluzione acquosa ha una funzione tensioattiva, può essere utilizzata come agente protettivo colloidale, emulsionante e disperdente. La soluzione acquosa di idrossietilmetilcellulosa ha una buona idrofilia ed è un efficace agente di ritenzione idrica.

2. Si prepara una pittura a rilievo altamente flessibile, composta dalle seguenti materie prime in parti in peso: 150-200 g di acqua deionizzata; 60-70 g di emulsione acrilica pura; 550-650 g di calcio pesante; 70-90 g di talco; soluzione acquosa di cellulosa base 30-40 g; soluzione acquosa di lignocellulosa 10-20 g; agente filmogeno 4-6 g; antisettico e fungicida 1,5-2,5 g; disperdente 1,8-2,2 g; agente bagnante 1,8-2,2 g; 3,5-4,5 g; glicole etilenico 9-11 g; La soluzione acquosa di idrossietilmetilcellulosa si ottiene sciogliendo il 2-4% di idrossietilmetilcellulosa in acqua; La soluzione acquosa di lignocellulosa è composta dall'1-3% di lignocellulosa, che si ottiene sciogliendola in acqua.

Preparazione

Un metodo di preparazione dell'idrossietilmetilcellulosa prevede l'utilizzo di cotone raffinato come materia prima e di ossido di etilene come agente di eterificazione per preparare l'idrossietilmetilcellulosa. Le percentuali in peso delle materie prime per la preparazione dell'idrossietilmetilcellulosa sono le seguenti: 700-800 parti di miscela di toluene e isopropanolo come solvente, 30-40 parti di acqua, 70-80 parti di idrossido di sodio, 80-85 parti di cotone raffinato, 20-28 parti di ossietano, 80-90 parti di cloruro di metile, 16-19 parti di acido acetico glaciale; i passaggi specifici sono:

Nel primo passaggio, nel bollitore di reazione, si aggiunge la miscela di toluene e isopropanolo, acqua e idrossido di sodio, si riscalda a 60-80 °C e si mantiene caldo per 20-40 minuti;

Il secondo passaggio, alcalinizzazione: raffreddare i materiali sopra menzionati a 30-50 °C, aggiungere cotone raffinato, spruzzare il solvente della miscela di toluene e isopropanolo, mettere sotto vuoto a 0,006 MPa, riempire di azoto per 3 sostituzioni ed eseguire dopo la sostituzione l'alcalinizzazione. Le condizioni di alcalinizzazione sono: il tempo di alcalinizzazione è di 2 ore e la temperatura di alcalinizzazione è compresa tra 30 °C e 50 °C;

Terza fase, eterificazione: una volta completata l'alcalinizzazione, il reattore viene evacuato a 0,05-0,07 MPa e vengono aggiunti ossido di etilene e cloruro di metile per 30-50 minuti; prima fase di eterificazione: 40-60 °C, 1,0-2,0 ore, la pressione è controllata tra 0,15 e 0,3 MPa; seconda fase di eterificazione: 60-90 °C, 2,0-2,5 ore, la pressione è controllata tra 0,4 e 0,8 MPa;

Quarta fase, neutralizzazione: aggiungere in anticipo l'acido acetico glaciale misurato al bollitore di precipitazione, premere nel materiale eterificato per la neutralizzazione, aumentare la temperatura a 75-80 °C per la precipitazione, la temperatura sale a 102 °C e il valore del pH viene rilevato a 6 Alle ore 8, la desolventizzazione è completata; il serbatoio di desolventizzazione viene riempito con acqua del rubinetto trattata da un dispositivo a osmosi inversa a 90 °C - 100 °C;

Quinta fase, lavaggio centrifugo: il materiale nella quarta fase viene centrifugato attraverso una centrifuga a coclea orizzontale e il materiale separato viene trasferito in una vasca di lavaggio riempita in anticipo con acqua calda per il lavaggio del materiale;

Sesta fase, essiccazione centrifuga: il materiale lavato viene convogliato nell'essiccatore tramite una centrifuga a coclea orizzontale, viene essiccato a 150-170°C e infine frantumato e confezionato.

Rispetto all'attuale tecnologia di produzione di etere di cellulosa, la presente invenzione utilizza l'ossido di etilene come agente di eterificazione per preparare idrossietilmetilcellulosa, che presenta una buona resistenza alla muffa grazie alla presenza di gruppi idrossietilici. Presenta inoltre una buona stabilità della viscosità e una buona resistenza alla muffa durante la conservazione a lungo termine. Può essere utilizzato in sostituzione di altri eteri di cellulosa.