Передумови та огляд
Целюлозний ефір – це широко використовуваний полімерний високоякісний хімічний матеріал, виготовлений з природної полімерної целюлози шляхом хімічної обробки. Після виробництва нітрату целюлози та ацетату целюлози у 19 столітті хіміки розробили серію похідних целюлози багатьох ефірів целюлози, і постійно відкриваються нові сфери застосування, що охоплюють багато промислових секторів. Продукти ефірів целюлози, такі як натрійкарбоксиметилцелюлоза (КМЦ), етилцелюлоза (EC), гідроксиетилцелюлоза (ГЕК), гідроксипропілцелюлоза (ГПЦ), метилгідроксиетилцелюлоза (MHEC)іметилгідроксипропілцелюлоза (MHPC)та інші ефіри целюлози відомі як «промисловий глутамат натрію» та широко використовуються у бурінні нафти, будівництві, покриттях, харчовій промисловості, медицині та повсякденних хімікатах.
Гідроксиетилметилцелюлоза (MHPC) – це білий порошок без запаху та смаку, нетоксичний, який можна розчинити в холодній воді з утворенням прозорого в'язкого розчину. Він має властивості загущення, зв'язування, диспергування, емульгування, плівкоутворення, суспендування, адсорбції, гелеутворення, поверхнево-активної речовини, підтримки вологи та захисту колоїду. Завдяки поверхнево-активній функції водного розчину його можна використовувати як колоїдний захисний агент, емульгатор та диспергатор. Водний розчин гідроксиетилметилцелюлози має добру гідрофільність та є ефективним вологоутримуючим агентом. Оскільки гідроксиетилметилцелюлоза містить гідроксиетильні групи, вона має добру протигрибкову здатність, добру стабільність в'язкості та стійкість до цвілі під час тривалого зберігання.
Гідроксиетилметилцелюлозу (HEMC) отримують шляхом введення замісників етиленоксиду (MS 0,3~0,4) у метилцелюлозу (MC), і її солестійкість краща, ніж у немодифікованих полімерів. Температура гелеутворення метилцелюлози також вища, ніж у MC.
Структура
Функція
Основні характеристики гідроксиетилметилцелюлози (HEMC):
1. Розчинність: Розчинний у воді та деяких органічних розчинниках. HEMC може розчинятися в холодній воді. Його найвища концентрація визначається лише в'язкістю. Розчинність змінюється залежно від в'язкості. Чим нижча в'язкість, тим більша розчинність.
2. Солестійкість: продукти HEMC є неіонними ефірами целюлози та не є поліелектролітами, тому вони відносно стабільні у водних розчинах за наявності солей металів або органічних електролітів, але надмірне додавання електролітів може спричинити гелеутворення та осадження.
3. Поверхнева активність: Завдяки поверхнево-активній функції водного розчину, його можна використовувати як колоїдний захисний агент, емульгатор та диспергатор.
4. Термогель: Коли водний розчин продуктів HEMC нагрівається до певної температури, він стає непрозорим, гелеутворює та випадає в осад, але при постійному охолодженні він повертається до початкового стану розчину, і температура, за якої відбувається цей гель та випадання осаду, головним чином залежить від наявності мастил, суспендуючих допоміжних речовин, захисних колоїдів, емульгаторів тощо.
5. Метаболічна інертність та слабкий запах і аромат: HEMC широко використовується в харчовій промисловості та медицині, оскільки він не метаболізується та має слабкий запах і аромат.
6. Стійкість до цвілі: HEMC має відносно добру стійкість до цвілі та добру стабільність в'язкості під час тривалого зберігання.
7. Стабільність pH: В'язкість водного розчину продуктів HEMC майже не залежить від кислоти чи лугу, а значення pH є відносно стабільним у діапазоні від 3,0 до 11,0.
Застосування
Гідроксиетилметилцелюлозу можна використовувати як колоїдний захисний агент, емульгатор та диспергатор завдяки її поверхнево-активній функції у водному розчині. Приклади її застосування наведені нижче:
1. Вплив гідроксиетилметилцелюлози на характеристики цементу. Гідроксиетилметилцелюлоза – це білий порошок без запаху та смаку, нетоксичний, який можна розчинити в холодній воді з утворенням прозорого в'язкого розчину. Він має властивості загущення, зв'язування, диспергування, емульгування, плівкоутворення, суспендування, адсорбції, гелеутворення, поверхнево-активної речовини, підтримки вологи та захисту колоїду. Оскільки водний розчин має поверхнево-активну функцію, його можна використовувати як колоїдний захисний агент, емульгатор та диспергатор. Водний розчин гідроксиетилметилцелюлози має добру гідрофільність та є ефективним вологоутримуючим агентом.
2. Готують високогнучку рельєфну фарбу, яка виготовляється з наступної сировини у вагових частинах: 150-200 г деіонізованої води; 60-70 г чистої акрилової емульсії; 550-650 г важкого кальцію; 70-90 г тальку; водний розчин базової целюлози 30-40 г; водний розчин лігноцелюлози 10-20 г; плівкоутворювальна допоміжна речовина 4-6 г; антисептик та фунгіцид 1,5-2,5 г; диспергатор 1,8-2,2 г; змочувальний агент 1,8-2,2 г; 3,5-4,5 г; етиленгліколь 9-11 г; Водний розчин гідроксиетилметилцелюлози отримують розчиненням 2-4% гідроксиетилметилцелюлози у воді; Водний розчин лігноцелюлози виготовляють з 1-3% лігноцелюлози, розчиняючи її у воді.
Підготовка
Спосіб отримання гідроксиетилметилцелюлози, який полягає в тому, що як сировина використовується рафінована бавовна, а етиленоксид – як етерифікуючий агент для отримання гідроксиетилметилцелюлози. Масові частини сировини для отримання гідроксиетилметилцелюлози такі: 700-800 частин суміші толуолу та ізопропанолу як розчинник, 30-40 частин води, 70-80 частин гідроксиду натрію, 80-85 частин рафінованої бавовни, 20-28 частин оксиетану, 80-90 частин метилхлориду, 16-19 частин льодовикової оцтової кислоти; конкретні етапи такі:
На першому етапі в реакційний котел додають суміш толуолу та ізопропанолу, воду та гідроксид натрію, нагрівають до 60-80 °C, тримають у теплі 20-40 хвилин;
Другий крок, підлужування: охолодити вищезазначені матеріали до 30-50°C, додати рафіновану бавовну, розпорошити розчинник сумішшю толуолу та ізопропанолу, вакуумувати до 0,006 МПа, заповнити азотом для 3 замін та провести після заміни підлужування, умови підлужування такі: час підлужування становить 2 години, а температура підлужування становить від 30°C до 50°C;
Третій етап, етерифікація: після завершення лужнення реактор вакуумують до 0,05-0,07 МПа, і додають етиленоксид та метилхлорид протягом 30-50 хвилин; перший етап етерифікації: 40-60°C, 1,0-2,0 години, тиск контролюють у межах від 0,15 до 0,3 МПа; другий етап етерифікації: 60～90℃, 2,0～2,5 години, тиск контролюють у межах від 0,4 до 0,8 МПа;
Четвертий крок, нейтралізація: заздалегідь додайте відміряну льодовикову оцтову кислоту до осаджувального котла, втисніть в етерифікований матеріал для нейтралізації, підвищте температуру до 75-80°C для осадження, температура підвищується до 102°C, а значення pH визначається як 6. О 8 годині десольвентизацію завершено; резервуар для десольвентизації заповнюють водопровідною водою, обробленою пристроєм зворотного осмосу при температурі від 90°C до 100°C;
П'ятий крок, відцентрове промивання: матеріал на четвертому кроці центрифугується за допомогою горизонтальної шнекової центрифуги, а відокремлений матеріал переноситься в промивний бак, заздалегідь заповнений гарячою водою для промивання матеріалу;
Шостий крок, відцентрове сушіння: промитий матеріал подається в сушарку через горизонтальну шнекову центрифугу, де матеріал сушиться при температурі 150-170°C, а висушений матеріал подрібнюється та упаковується.
Порівняно з існуючою технологією виробництва ефірів целюлози, у цьому винаході для отримання гідроксиетилметилцелюлози як етерифікаційного агента використовується етиленоксид, який має добру стійкість до цвілі завдяки вмісту гідроксиетильних груп. Він має добру стабільність в'язкості та стійкість до цвілі під час тривалого зберігання. Його можна використовувати замість інших ефірів целюлози.
Час публікації: 25 квітня 2024 р.