Tło i przegląd
Eter celulozowy to powszechnie stosowany polimerowy materiał chemiczny, wytwarzany z naturalnej celulozy polimerowej w procesie obróbki chemicznej. Po wyprodukowaniu azotanu celulozy i octanu celulozy w XIX wieku, chemicy opracowali szereg pochodnych celulozy z wielu eterów celulozy, a nowe obszary zastosowań były stale odkrywane, w wielu sektorach przemysłu. Produkty z eteru celulozowego, takie jak sód,karboksymetyloceluloza (CMC), etyloceluloza (EC), hydroksyetyloceluloza (HEC), hydroksypropyloceluloza (HPC), metylohydroksyetyloceluloza (MHEC)Imetylohydroksypropyloceluloza (MHPC)i inne etery celulozy znane są jako „przemysłowy glutaminian sodu” i są szeroko stosowane w wierceniu ropy naftowej, budownictwie, powłokach, żywności, medycynie i chemikaliach codziennego użytku.
Hydroksyetylometyloceluloza (MHPC) to bezwonny, bezsmakowy, nietoksyczny biały proszek, który po rozpuszczeniu w zimnej wodzie tworzy przezroczysty, lepki roztwór. Posiada właściwości zagęszczające, wiążące, dyspergujące, emulgujące, filmotwórcze, zawieszające, adsorbujące, żelujące, powierzchniowo czynne, utrzymujące wilgoć i chroniące koloid. Dzięki właściwościom powierzchniowo czynnym roztworu wodnego może być stosowana jako koloidalny środek ochronny, emulgator i dyspergator. Wodny roztwór hydroksyetylometylocelulozy charakteryzuje się dobrą hydrofilowością i jest skutecznym środkiem zatrzymującym wodę. Dzięki zawartości grup hydroksyetylowych hydroksyetylometyloceluloza wykazuje dobre właściwości przeciwpleśniowe, dobrą stabilność lepkości i odporność na pleśń podczas długotrwałego przechowywania.
Hydroksyetylometyloceluloza (HEMC) jest wytwarzana poprzez wprowadzenie podstawników tlenku etylenu (MS 0,3–0,4) do metylocelulozy (MC), a jej odporność na działanie soli jest lepsza niż w przypadku polimerów niemodyfikowanych. Temperatura żelowania metylocelulozy jest również wyższa niż MC.
Struktura
Funkcja
Główne właściwości hydroksyetylometylocelulozy (HEMC) to:
1. Rozpuszczalność: Rozpuszczalny w wodzie i niektórych rozpuszczalnikach organicznych. HEMC można rozpuścić w zimnej wodzie. Jego najwyższe stężenie zależy wyłącznie od lepkości. Rozpuszczalność zmienia się wraz z lepkością. Im niższa lepkość, tym większa rozpuszczalność.
2. Odporność na sól: Produkty HEMC to niejonowe etery celulozy i nie są polielektrolitami, dlatego są stosunkowo stabilne w roztworach wodnych, gdy obecne są sole metali lub elektrolity organiczne, jednak nadmierne dodanie elektrolitów może spowodować żelowanie i wytrącanie.
3. Aktywność powierzchniowa: Ze względu na właściwości powierzchniowo czynne roztworu wodnego, może on być stosowany jako koloidalny środek ochronny, emulgator i dyspergator.
4. Żel termiczny: Gdy wodny roztwór produktów HEMC zostanie ogrzany do określonej temperatury, staje się nieprzezroczysty, żeluje i wytrąca się, ale gdy jest stale schładzany, powraca do pierwotnego stanu roztworu, a temperatura, w której następuje żelowanie i wytrącanie, zależy głównie od środków smarnych, środków pomocniczych do zawieszania, koloidów ochronnych, emulgatorów itp.
5. Obojętność metaboliczna oraz słaby zapach i aromat: HEMC jest szeroko stosowany w żywności i medycynie, ponieważ nie ulega metabolizmowi oraz ma słaby zapach i aromat.
6. Odporność na pleśń: HEMC charakteryzuje się stosunkowo dobrą odpornością na pleśń i dobrą stabilnością lepkości podczas długotrwałego przechowywania.
7. Stabilność pH: Lepkość wodnego roztworu produktów HEMC jest praktycznie niewrażliwa na działanie kwasów i zasad, a wartość pH jest stosunkowo stabilna w zakresie od 3,0 do 11,0.
Aplikacja
Hydroksyetylometyloceluloza może być stosowana jako koloidalny środek ochronny, emulgator i dyspergator ze względu na swoje właściwości powierzchniowo czynne w roztworze wodnym. Przykłady jej zastosowań są następujące:
1. Wpływ hydroksyetylometylocelulozy na właściwości cementu. Hydroksyetylometyloceluloza to bezwonny, bezsmakowy, nietoksyczny biały proszek, który można rozpuścić w zimnej wodzie, tworząc przezroczysty, lepki roztwór. Posiada właściwości zagęszczające, wiążące, dyspergujące, emulgujące, błonotwórcze, zawieszające, adsorbujące, żelujące, powierzchniowo czynne, utrzymujące wilgoć i chroniące koloid. Ponieważ wodny roztwór ma właściwości powierzchniowo czynne, może być stosowany jako koloidalny środek ochronny, emulgator i dyspergator. Wodny roztwór hydroksyetylometylocelulozy charakteryzuje się dobrą hydrofilowością i skutecznie zatrzymuje wodę.
2. Przygotowuje się bardzo elastyczną farbę reliefową, która składa się z następujących surowców w częściach wagowych: 150–200 g wody dejonizowanej; 60–70 g czystej emulsji akrylowej; 550–650 g ciężkiego wapnia; 70–90 g talku; wodny roztwór celulozy bazowej 30–40 g; wodny roztwór lignocelulozy 10–20 g; środek pomocniczy do tworzenia filmu 4–6 g; środek antyseptyczny i grzybobójczy 1,5–2,5 g; środek dyspergujący 1,8–2,2 g; środek zwilżający 1,8–2,2 g; 3,5–4,5 g; glikol etylenowy 9–11 g; wodny roztwór hydroksyetylometylocelulozy sporządza się przez rozpuszczenie 2–4% hydroksyetylometylocelulozy w wodzie; wodny roztwór lignocelulozy sporządza się z 1–3% lignocelulozy sporządza się przez rozpuszczenie w wodzie.
Przygotowanie
Metoda otrzymywania hydroksyetylometylocelulozy polega na użyciu rafinowanej bawełny jako surowca, a tlenku etylenu jako środka eteryfikującego. Składniki wagowe surowców do otrzymywania hydroksyetylometylocelulozy są następujące: 700–800 części mieszaniny toluenu i izopropanolu jako rozpuszczalnika, 30–40 części wody, 70–80 części wodorotlenku sodu, 80–85 części rafinowanej bawełny, 20–28 części oksyetanu, 80–90 części chlorku metylu, 16–19 części lodowatego kwasu octowego. Poszczególne etapy to:
Pierwszy krok: do kotła reakcyjnego dodać mieszaninę toluenu i izopropanolu, wodę i wodorotlenek sodu, podgrzać do temperatury 60–80 °C, utrzymywać ciepło przez 20–40 minut;
Drugi etap, alkalizacja: schłodzić powyższe materiały do 30-50°C, dodać rafinowaną bawełnę, spryskać mieszaniną rozpuszczalnika toluenu i izopropanolu, odkurzyć do 0,006 MPa, napełnić azotem na trzy wymiany i przeprowadzić po wymianie. Warunki alkalizacji są następujące: czas alkalizacji wynosi 2 godziny, a temperatura alkalizacji wynosi od 30°C do 50°C;
Trzeci etap, eteryfikacja: po zakończeniu alkalizacji reaktor zostaje ewakuowany do ciśnienia 0,05-0,07 MPa, a tlenek etylenu i chlorek metylu są dodawane przez 30-50 minut; pierwszy etap eteryfikacji: 40-60°C, 1,0-2,0 godziny, ciśnienie jest kontrolowane w zakresie od 0,15 do 0,3 MPa; drugi etap eteryfikacji: 60–90°C, 2,0–2,5 godziny, ciśnienie jest kontrolowane w zakresie od 0,4 do 0,8 MPa;
Czwarty etap, neutralizacja: dodaj odmierzony lodowaty kwas octowy do kotła strącającego, wciśnij do materiału zeteryfikowanego w celu neutralizacji, podnieś temperaturę do 75-80°C w celu strącania, temperatura wzrasta do 102°C, a wartość pH wynosi 6. O godzinie 8 desolwentyzacja jest zakończona; zbiornik desolwentyzacji jest napełniany wodą wodociągową oczyszczoną za pomocą urządzenia do odwróconej osmozy w temperaturze od 90°C do 100°C;
Piąty etap, mycie wirówkowe: w czwartym etapie materiał jest odwirowywany w poziomej wirówce ślimakowej, a oddzielony materiał jest przenoszony do zbiornika płuczącego napełnionego wcześniej gorącą wodą w celu umycia materiału;
Szósty etap, suszenie wirówkowe: umyty materiał jest transportowany do suszarki przez poziomą wirówkę ślimakową, a następnie suszony w temperaturze 150–170°C. Wysuszony materiał jest kruszony i pakowany.
W porównaniu z obecną technologią produkcji eterów celulozy, niniejszy wynalazek wykorzystuje tlenek etylenu jako środek eteryfikujący do otrzymywania hydroksyetylometylocelulozy, która dzięki zawartości grup hydroksyetylowych charakteryzuje się dobrą odpornością na pleśń. Charakteryzuje się ona dobrą stabilnością lepkości i odpornością na pleśń podczas długotrwałego przechowywania. Może być stosowana zamiast innych eterów celulozy.
Czas publikacji: 25 kwietnia 2024 r.