Предпосылки и общий обзор
Эфир целлюлозы — широко используемый полимерный тонкий химический материал, получаемый из природного полимера целлюлозы путем химической обработки. После производства нитрата целлюлозы и ацетата целлюлозы в XIX веке химики разработали ряд производных целлюлозы, полученных из множества эфиров целлюлозы, и постоянно открывались новые области применения, охватывающие многие промышленные сектора. Продукты на основе эфира целлюлозы, такие как натрий,карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), этилцеллюлоза (EC), гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭК), гидроксипропилцеллюлоза (ГПЦ), метилгидроксиэтилцеллюлоза (MHEC)иметилгидроксипропилцеллюлоза (МГПЦ)А другие эфиры целлюлозы известны как «промышленный глутамат натрия» и широко используются в нефтедобыче, строительстве, производстве покрытий, пищевой промышленности, медицине и бытовой химии.
Гидроксиэтилметилцеллюлоза (МГЦ) — это белый порошок без запаха и вкуса, нетоксичный и растворимый в холодной воде, образующий прозрачный вязкий раствор. Она обладает загущающими, связывающими, диспергирующими, эмульгирующими, пленкообразующими, суспендирующими, адсорбирующими, гелеобразующими, поверхностно-активными свойствами, способностью удерживать влагу и защищать коллоидные среды. Благодаря поверхностно-активным свойствам водного раствора, она может использоваться в качестве коллоидного защитного агента, эмульгатора и диспергатора. Водный раствор гидроксиэтилметилцеллюлозы обладает хорошей гидрофильностью и является эффективным влагоудерживающим агентом. Благодаря наличию гидроксиэтильных групп, гидроксиэтилметилцеллюлоза обладает хорошей противогрибковой активностью, стабильностью вязкости и устойчивостью к плесени при длительном хранении.
Гидроксиэтилметилцеллюлоза (ГЭМЦ) получают путем введения этиленоксидных заместителей (MS 0,3~0,4) в метилцеллюлозу (МЦ), и ее солестойкость лучше, чем у немодифицированных полимеров. Температура гелеобразования метилцеллюлозы также выше, чем у МЦ.
Структура
Особенность
Основные характеристики гидроксиэтилметилцеллюлозы (ГЭМЦ):
1. Растворимость: Растворим в воде и некоторых органических растворителях. HEMC растворяется в холодной воде. Его максимальная концентрация определяется только вязкостью. Растворимость зависит от вязкости. Чем ниже вязкость, тем выше растворимость.
2. Солеустойчивость: Продукты HEMC представляют собой неионогенные эфиры целлюлозы и не являются полиэлектролитами, поэтому они относительно стабильны в водных растворах при наличии солей металлов или органических электролитов, однако чрезмерное добавление электролитов может вызвать гелеобразование и осаждение.
3. Поверхностная активность: Благодаря поверхностно-активным свойствам водного раствора, его можно использовать в качестве коллоидного защитного агента, эмульгатора и диспергатора.
4. Термогель: При нагревании водного раствора продуктов HEMC до определенной температуры он становится непрозрачным, образует гель и выпадает в осадок, но при дальнейшем охлаждении возвращается в исходное состояние раствора. Температура, при которой происходит гелеобразование и выпадение осадка, в основном зависит от используемых смазочных материалов, суспендирующих добавок, защитных коллоидов, эмульгаторов и т. д.
5. Метаболическая инертность и низкий уровень запаха и аромата: HEMC широко используется в пищевой и медицинской промышленности, поскольку он не подвергается метаболизму и обладает низким уровнем запаха и аромата.
6. Устойчивость к плесени: HEMC обладает относительно хорошей устойчивостью к плесени и хорошей стабильностью вязкости при длительном хранении.
7. Стабильность pH: Вязкость водного раствора продуктов HEMC практически не изменяется под воздействием кислот или щелочей, а значение pH остается относительно стабильным в диапазоне от 3,0 до 11,0.
Приложение
Гидроксиэтилметилцеллюлоза может использоваться в качестве коллоидного защитного агента, эмульгатора и диспергатора благодаря своей поверхностно-активной функции в водном растворе. Примеры ее применения приведены ниже:
1. Влияние гидроксиэтилметилцеллюлозы на характеристики цемента. Гидроксиэтилметилцеллюлоза — это белый порошок без запаха и вкуса, нетоксичный и растворимый в холодной воде, образующий прозрачный вязкий раствор. Она обладает загущающими, связывающими, диспергирующими, эмульгирующими, пленкообразующими, суспендирующими, адсорбирующими, гелеобразующими, поверхностно-активными свойствами, способностью удерживать влагу и защищать коллоидные структуры. Благодаря поверхностно-активным свойствам, водный раствор может использоваться в качестве коллоидного защитного агента, эмульгатора и диспергатора. Водный раствор гидроксиэтилметилцеллюлозы обладает хорошей гидрофильностью и является эффективным влагоудерживающим агентом.
2. Готовится высокоэластичная рельефная краска, которая изготавливается из следующих сырьевых материалов в весовых частях: 150-200 г деионизированной воды; 60-70 г чистой акриловой эмульсии; 550-650 г тяжелого кальция; 70-90 г талька; водный раствор целлюлозы 30-40 г; водный раствор лигноцеллюлозы 10-20 г; пленкообразующее средство 4-6 г; антисептик и фунгицид 1,5-2,5 г; диспергатор 1,8-2,2 г; смачивающее вещество 1,8-2,2 г; 3,5-4,5 г; этиленгликоль 9-11 г; водный раствор гидроксиэтилметилцеллюлозы получают растворением 2-4% гидроксиэтилметилцеллюлозы в воде; водный раствор лигноцеллюлозы получают растворением 1-3% лигноцеллюлозы в воде.
Подготовка
Способ получения гидроксиэтилметилцеллюлозы, в котором в качестве сырья используется очищенный хлопок, а в качестве этерифицирующего агента — этиленоксид. Массовые части сырья для получения гидроксиэтилметилцеллюлозы следующие: 700-800 частей смеси толуола и изопропанола в качестве растворителя, 30-40 частей воды, 70-80 частей гидроксида натрия, 80-85 частей очищенного хлопка, 20-28 частей оксиэтана, 80-90 частей метилхлорида, 16-19 частей ледяной уксусной кислоты; конкретные этапы:
На первом этапе в реакционный сосуд добавляют смесь толуола и изопропанола, воду и гидроксид натрия, нагревают до 60-80 °C и поддерживают температуру в течение 20-40 минут;
Второй этап, ощелачивание: охлаждаем вышеуказанные материалы до 30-50 °C, добавляем очищенную вату, распыляем смесь толуола и изопропанола в качестве растворителя, вакуумируем до 0,006 МПа, заполняем азотом в течение 3 циклов, после чего проводим ощелачивание. Условия ощелачивания: время ощелачивания 2 часа, температура ощелачивания 30-50 °C.
Третий этап, этерификация: после завершения щелочной обработки реактор вакуумируют до 0,05-0,07 МПа, добавляют этиленоксид и метилхлорид на 30-50 минут; первый этап этерификации: 40-60 °C, 1,0-2,0 часа, давление контролируют в диапазоне от 0,15 до 0,3 МПа; второй этап этерификации: 60–90 °C, 2,0–2,5 часа, давление контролируют в диапазоне от 0,4 до 0,8 МПа;
Четвертый этап, нейтрализация: предварительно добавить отмеренное количество ледяной уксусной кислоты в осаждающий сосуд, отжать ее в этерифицированном материале для нейтрализации, повысить температуру до 75-80°C для осаждения, довести температуру до 102°C, и определить значение pH, равное 6. В 8 часов десольвентизация завершена; десольвентиляционный резервуар заполнить водопроводной водой, обработанной устройством обратного осмоса при температуре от 90°C до 100°C;
Пятый этап, центрифужная промывка: материал, полученный на четвертом этапе, центрифугируется с помощью горизонтальной шнековой центрифуги, а отделенный материал переносится в промывочный резервуар, предварительно заполненный горячей водой, для промывки материала;
Шестой этап – центробежная сушка: промытый материал подается в сушилку через горизонтальную шнековую центрифугу, где он сушится при температуре 150-170 °C, после чего измельчается и упаковывается.
По сравнению с существующей технологией производства эфиров целлюлозы, в настоящем изобретении в качестве этерифицирующего агента используется оксид этилена для получения гидроксиэтилметилцеллюлозы, которая обладает хорошей устойчивостью к плесени благодаря наличию гидроксиэтильных групп. Она обладает хорошей стабильностью вязкости и устойчивостью к плесени при длительном хранении. Ее можно использовать вместо других эфиров целлюлозы.
Дата публикации: 25 апреля 2024 г.