CMC likvidēšana. Kāds ir karboksimetilcelulozes kaitējums un labums Karboksimetilcelulozes ķīmiskās īpašības
SANKTPETERBURGAS VALSTS TEHNOLOĢISKĀ UNIVERSITĀTE
POLIMĒRI
INŽENĒRPRAKSE PĀRSKATS
Metilceluloze un karboksimetilceluloze: šķīdumu un plēvju īpašības
Pārbaudījis: vadošais pētnieks, d.c.s.
Aleksandrs Mihailovičs Bočeks
Pabeigts: Art. gr. 144
Tatiščeva Valentīna Aleksandrovna
SANKTPETERBURGA 2003. gads
Ievads
Metilceluloze ir pirmais 0-alkilcelulozes atvasinājumu (ēteru) homologās sērijas pārstāvis. Atbilstoši aizvietošanas pakāpei celulozes metilēteri var iedalīt zemi aizvietotos, šķīstošos noteiktas koncentrācijas spēcīgu sārmu ūdens šķīdumos un ļoti aizvietotos, šķīstošos gan ūdenī, gan organiskos šķīdinātājos. Celulozes metilēterus var iegūt, celulozei reaģējot ar dažādiem alkilējošiem reaģentiem: dimetilsulfātu, metilhlorīdu (vai jodīdu un bromīdu) metilu, diazometānu, benzolsulfonskābes metilesteri. Pašlaik metilceluloze (galvenokārt ūdenī šķīstoša) ir rūpniecisks produkts.
0-karboksimetilcelulozes preparātus atkarībā no aizvietošanas pakāpes, kā arī citus 0-alkilatvasinājumus var iedalīt mazaizvietotos un augsti aizvietotos. Tomēr CMC preparātu iegūšana ar aizvietošanas pakāpi γ, kas lielāka par 100, ir ļoti sarežģīta līdzīgi lādētu grupu (hloracetāta jonu un karboksimetilgrupu) atgrūšanas elektrostatiskās iedarbības dēļ. Tāpēc praktiski "augsti aizvietotie" CMC preparāti ir produkti ar aizstāšanas pakāpi γ=50-100 un ūdenī šķīstoši.
Metilcelulozes iegūšana
Rūpniecībā visbiežāk izmantotā metilcelulozes ražošanas metode ir sārmu celulozes alkilēšana ar metilhlorīdu.
Alkilēšanas process ar alkilhalogenīdiem notiek 353-373 K temperatūrā. Tā kā metilhlorīda viršanas temperatūra ir 248 K, alkilēšanas reakcija tiek veikta autoklāvos zem augsta spiediena.
Alkilēšanas procesā notiek blakusparādības starp metilhlorīdu un sārmu, veidojot spirtu un sāli, un starp spirtu un metilhlorīdu, veidojot dimetilēteri:
NaOH + CH 3 Cl + CH 3 OH → CH 3 OCH 3 + NaCl + H 2 O
CH 3 Cl+NaOH→ CH 3 OH+NaCl
Tāpēc ir nepieciešams izmantot metilhlorīda pārpalikumu un ievērojamu daudzumu cieto sārmu, jo, palielinoties sārmu koncentrācijai, metilhlorīda sadalīšanās samazinās.
Joda atoms ir visvieglāk apmaināms (viskustīgākais), kas saistīts ar tā lielāku polarizējamību, bet alkiljodīdi ir salīdzinoši dārgi. Hlorīdi un bromīdi maz atšķiras pēc reaktivitātes, tāpēc rūpnieciskajās sintēzēs vēlams izmantot pieejamākus alkilhlorīdus.
Reakcijas ātrums pārejas stāvoklī ir proporcionāls katras reaģenta koncentrācijai. Jāpieņem, ka celulozes reakcija ar metilhlorīdu arī notiek saskaņā ar iepriekš minēto shēmu, t.i., tā ir nukleofīlās aizvietošanas -S N 2 bimolekulāra reakcija.
Metilcelulozes iegūšana ir saistīta ar zināmām grūtībām sakarā ar lielo reaģentu patēriņu, nepieciešamību strādāt zem spiediena uc Tāpēc jaunu metilcelulozes sintezēšanas veidu meklēšanai ir liela praktiska nozīme. No šī viedokļa darbi ir interesanti. Autori kā alkilējošos līdzekļus izmantoja aromātisko sulfonskābju esterus, proti, p-toluolsulfonskābes, toluoldisulfonskābes, benzolsulfonskābes un naftalēnsulfonskābes esterus.
Alkilēšana ar šiem esteriem notiek saskaņā ar shēmu:
C 6 H 7 O 2 (OH) 3 + xRSO 2 VAI "→ C 6 H 7 O 2 (OH) 3-x (OR") x + xRSO 2 OH,
kur R= -C6H5, -CH3C6H4, -C10H7; R "= -CH3, -C2H5 utt.
Tika konstatēts, ka, palielinoties alkilējošā radikāļa garumam, reakcijas ātrums samazinās. Pamatojoties uz eksperimentālajiem datiem, sulfonskābju esterus pēc reaktivitātes var sakārtot šādā rindā:
C 6 H 5 SO 2 OCH 3 > C 6 H 5 SO 2 OS 2 H 5 > C 6 H 5 SO 2 OS 6 H 7.
Visbiežāk celulozes alkilēšanai laboratorijas apstākļos izmanto dimetilsulfātu (CH 3) 2 S0 4, kura viršanas temperatūra ir 461 K un ļauj iegūt produktus normālā spiedienā. Bet, neskatoties uz to, tā izmantošana ražošanā ir ierobežota tā augstās toksicitātes dēļ. Celulozes ētera veidošanos dimetilsulfāta darbības gadījumā var izteikt vispārīgā formā ar šādu vienādojumu:
C 6 H 7 O 2 (OH) 3 + x (CH 3) 2 SO 4 → C b H 7 O 2 (OH) 3- x (OSH 3) x + xCH 3 OSO 3 Na + xH 2 O.
Vienlaikus ar galveno celulozes alkilēšanas reakciju notiek arī dimetilsulfāta sadalīšanās blakusreakcija saskaņā ar shēmu:
(CH 3) 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2CH 3 OH.
Galvenās reakcijas laikā radusies metilsērskābe var reaģēt ar metilspirtu, veidojot dimetilēteri un sārma pārpalikuma klātbūtnē Na sulfātu:
Metilēšanas reakcija notiek tikai sārmainā vidē, kas acīmredzami ir saistīta ar dominējošo celulozes reakciju disociēta sārmaina savienojuma veidā.
Pilnībā aizvietotu produktu iegūšana celulozes metilēšanas laikā ar šo metodi sastopas ar ievērojamām grūtībām. Tātad pēc 18-20 kokvilnas metilēšanas operācijām Denham un Woodhouse ieguva produktu ar 44,6% OCH 3 saturu (teorētiskā vērtība trimetilcelulozei 45,58% OCH 3), bet Irvine un Hirst - ar 42 - 43% saturu. OCH3; Berls un Šups pēc 28-kārtīgas metilēšanas ieguva esteri ar 44,9% OCH 3 saturu.
Iepriekš aprakstītās blakusreakcijas esamība ir viens no iemesliem, kāpēc ir grūti iegūt ļoti aizvietotu produktu. Dimetilsulfāta sadalīšanai metilcelulozes ražošanas laikā ir nepieciešams izmantot lielu tā pārpalikumu, kas, savukārt, rada nepieciešamību izmantot lielu sārmu pārpalikumu, jo vides reakcijai vienmēr jāpaliek sārmainai.
Ir konstatēts, ka pie lielākas sārmu koncentrācijas var iegūt augstāku metilcelulozes aizvietošanas pakāpi. Šis fakts ir izskaidrojams ar dažādiem iemesliem. Pirmkārt, tika parādīts, ka dimetilsulfāta sadalīšanās pakāpe samazinās, palielinoties sārmu koncentrācijai. Otrkārt, var pieņemt, ka, palielinoties NaOH koncentrācijai, līdzsvars sistēmā nobīdās pa labi
C 6 H 7 O 2 (OH) 3 + Na + + OH - → C 6 H 7 O 2 (OH) 2 O - + Na + + H 2 O.
Tomēr vairākos gadījumos ir iespējams iegūt augsti aizvietotu metilcelulozi pat bez vairākiem metilēšanas atkārtojumiem.
Tādējādi Hayorz et al., sasmalcinot filtrpapīru līdz smalkam pulverim un suspendējot to acetonā, jau pēc 2-kārtīgas metilēšanas ieguva 45% metoksila saturu. Visvienkāršāk, augstu metoksilu saturu var iegūt, izšķīdinot sekundāro celulozes acetātu acetonā un pakāpeniski pievienojot dimetilsulfātu un sārmu ūdens šķīdumu. Tādā veidā vienā darbībā var sasniegt metoksila saturu reakcijas produktā, kas ir tuvu 45%.
Karboksimetilcelulozes iegūšana
Zema aizvietotā Na-karboksimetilceluloze tika iegūta, dažādos apstākļos sārmu celulozi reaģējot ar monohloretiķskābi. Sakarā ar to, ka hloretiķskābe ir cieta, kristāliska viela un, lai iegūtu produktus ar zemu aizvietotību, tā ir nepieciešama nelielā daudzumā salīdzinājumā ar celulozi, īpaša nozīme ir vienmērīgam maisījuma reaģējošo komponentu sadalījumam. Vienā no metodēm reakcija tika veikta, apstrādājot gaissausu celulozi ar monohloretiķskābes nātrija sāls šķīdumu 17,5-18% NaOH šķīdumā ar šķidruma moduli 5 (šķidruma daudzuma mililitros attiecība pret masu). celulozes daudzums gramos). Sāls šķīdums tika sagatavots pirms reakcijas, izšķīdinot atbilstošu nosvērtu monohloretiķskābes daudzumu sārmā ar tādu koncentrāciju, ka pēc neitralizācijas tas palika norādītajā vērtībā.
Karboksimetilcelulozes mazaizvietotā Na-sāls aizvietošanas pakāpi nosaka pēc tā Na satura.Nātrija saturu karboksimetilcelulozē var noteikt ar gravimetrisko metodi sulfāta veidā, paraugu pārpelnot tīģelī, apstrādājot. pelnus ar sērskābi un kalcinēšanu 973 K temperatūrā vai pēc tilpuma metodes, titrējot sērskābes sārmu pārpalikumu bromfenolzilā kā indikatora klātbūtnē (pārejas apgabalam jābūt skābā vidē, lai nebūtu sārmu atgriezeniskās saites pēc karboksilgrupām).
Karboksimetilcelulozes šķīdība, viskozitāte un citas īpašības lielā mērā ir atkarīgas no tās sagatavošanas metodes.
Ir vairāki veidi, kā iegūt Na-CMC, pamatojoties uz to pašu reakciju:
Šūna(OH) n + 2mNaOH + mCH 2 C1COOH →
Šūna (OH) n - m (OCH 2 COONa) m + mNaCl + 2mH20,
bet izgatavots dažādās modifikācijās. Tāpēc ir interesanti salīdzināt Na-CMC paraugus, kas sagatavoti no vienas un tās pašas celulozes, bet ar dažādām metodēm.
CMC iegūšanai tika izmantotas šādas metodes.
1. Mercerizētā celuloze ar 17,5% NaOH šķīdumu tika izspiesta līdz 3 reizes lielākai masai un apstrādāta Werner and Pfleiderer tipa dzirnaviņās ar sausu monohloretiķskābes (CH 2 C1COOHa) nātrija sāli 313 K temperatūrā 30 minūtes. Pēc tam reakcijas maisījumu 24 stundas turēja stacionāros apstākļos 295 K temperatūrā slēgtā traukā. Šajā laikā notiek celulozes oksidatīvi sārmainā sadalīšanās: polimerizācijas pakāpe samazinās no 1200 līdz 300-400 un uzlabojas CMC paraugu šķīdība ūdenī. Saskaņā ar šo metodi alkilēšana notiek ar maksimālo aktīvo masu (celulozes un monohloretiķskābes) koncentrāciju, kā rezultātā tiek panākta augsta alkilēšanas pakāpe. Tomēr apstākļi reakcijas komponentu sajaukšanai nav labvēlīgi, lai iegūtu vienmērīgi alkilētus Na-CMC paraugus.
P. Gaissausu celulozi apstrādāja ar monohloretiķskābes nātrija sāls šķīdumu 18% NaOH šķīdumā ar šķidruma moduli 5 un 313 K temperatūru. Pēc reakcijas presēšanas tika veikta oksidatīvā-sārma noārdīšanās, kā aprakstīts iepriekš 1. maisījums uz
3 reizes lielāka masa attiecībā pret celulozi. Šai metodei raksturīga vienmērīga alkilējošā reaģenta - monohloretiķskābes - iekļūšana celulozes šķiedrās uzbriešanas laikā, kas ļauj iegūt vienmērīgi aizvietotus produktus. Tomēr, kā parādīts, lielākā daļa uzņemtā CH 2 ClCOOH daudzuma nonāk blakusreakcijā tā pārziepjošanā.
III. Celuloze tika merserizēta ar 18% NaOH šķīdumu. Izspiesta līdz 5 kārtīgai masai, sārmu celuloze tika mazgāta Bīnera piltuvē ar propanolu (ar infūziju), lai noņemtu lieko NaOH un ūdeni. Propanolu pievienoja vēlamajam modulim, un mīkstumu ievietoja dzirnaviņās. Pēc 10 minūšu malšanas pievienoja sauso sāli CH 2 ClCOONa. Reakcija tika veikta nemainīgā temperatūrā. Saskaņā ar šo metodi CH2ClCOONa pārziepjošanas blakusreakcijas lielums tiek samazināts līdz minimumam, līdz ar to tiek palielināta alkilējošā reaģenta izmantošanas efektivitāte. CMC paraugu mazgāšana visos gadījumos tika veikta ar karstu 70% etanolu Soxlett aparātā līdz negatīvai reakcijai uz NaOH ar fenolftaleīnu un uz Cl − ar AgNO 3 šķīdumu.
Kā redzat, augstākā aizstāšanas pakāpe ar tādu pašu daudzumu CH 2 C1COOH tiek sasniegta ar III metodi - propanola vidē. Tas acīmredzami ir izskaidrojams ar CH 2 ClCOOH patēriņa samazināšanos pārziepjošanas blakusreakcijā.
Metilcelulozes šķīdumu īpašības
Zemi aizvietotas metilcelulozes šķīdība ūdenī istabas temperatūrā un zemāk, kā arī šķīdumā nonākošo frakciju sastāvs ir atkarīgs no tās aizvietošanas pakāpes, viendabīguma un polimerizācijas pakāpes.
Tabulā. 1 sniegti dati par dažādu metilcelulozes preparātu šķīdības noteikšanu ūdenī. Analizējot tabulas datus, vispirms uzmanību piesaista šāds apstāklis: metilcelulozes šķīdība ūdenī ir ļoti zema pat pie salīdzinoši augsta metoksilu satura (metilcelulozēm ar augstu polimerizācijas pakāpi). Metilceluloze ar zemāku polimerizācijas pakāpi ir labāk šķīstoša.
Metilcelulozes iegūšanas metode ir būtisks faktors, kas nosaka metilcelulozes šķīdības robežas noteiktā šķīdinātājā.
Iegūstot metilcelulozi šķīdumā, sākotnējā kristāla struktūra tiek iznīcināta, un reģenerācijas laikā no šķīduma uzreiz (īpašos apstākļos) netiek izveidots jauns režģis, tāpēc produkts ir amorfs un līdz ar to vieglāk šķīstošs. Liela nozīme ir atšķirīgajai celulozes pieejamībai, kuras dēļ tiek iegūts reakcijas produktu maisījums, kura aizvietošanas pakāpe ir atšķirīga. Šī neviendabība noved pie izšķīdušās vielas daudzuma samazināšanās.
Ļoti interesants ir sasalšanas efekts, kas izpaužas kā ievērojama šķīdības palielināšanās.
1. tabula.
Metilcelulozes šķīdība ūdenī
Parauga numurs |
Šķīdība, % no absolūti sausa parauga |
Šķīdība, % no sākotnējā parauga |
OCH3 saturs neizšķīdušajā daļā, % | OCH3 saturs izšķīdinātajā daļā, % | |||
| Pirms sasalšanas | Pirms sasalšanas | Pēc sasaldēšanas un atkausēšanas | |||||
| 1 | 11,4 | 0,5 | 3,5 | - | 10,8 | - | 29,1 |
| 2 | 20,75 | 0 | 5,3 | - | 20,25 | - | 29,6 |
| 3 | 21,7 | 3,6 | 9,8 | 21,5 | 20,60 | 30,5 | 31,8 |
| 4 | 22,3 | 5,3 | 11,1 | 21,8 | 21,3 | 32,0 | 30,3 |
| 5 | 28,10 | 9,3 | 25,8 | 27,9 | 27,4 | 30,0 | 30,0 |
| 6 | 19,8 | 16,9 | 22,3 | 17,8 | 17,2 | 29,5 | 29,1 |
| 7 | 26,3 | 51,5 | 58,7 | 22,2 | 20,6 | 30,0 | 30,3 |
Tabulā. 2. attēlā parādīti dati par mazaizvietotas metilcelulozes šķīdību 6,5% NaOH. Atšķirībā no šķīdināšanas ūdenī, metilceluloze jau ar aizvietošanas pakāpi aptuveni 5 pēc sasaldēšanas 6,5% NaOH šķīdumā izšķīst par 95%. Sasaldējot zemu aizvietoto metilcelulozi, tās vidējā polimerizācijas pakāpe (produktiem ar salīdzinoši augstu molekulmasu SP = 1100-1200) samazinās līdz aptuveni 1000. Produkti, kas iegūti no iepriekš iznīcinātas celulozes (oksidējot-sārmainā noārdīšanā) un kam SP ir aptuveni 400, pēc sasaldēšanas tā molekulmasa gandrīz nemainās.
Pētījumam tika pakļauti mazaizvietotas metilcelulozes šķīdumi ar koncentrāciju 1-2%. ko var attiecināt uz koncentrētiem šķīdumiem. Jāpiebilst, ka lielmolekulāro vielu "koncentrētu" šķīdumu jēdziens koncentrācijas izpratnē ir nosacīts un būtiski atšķiras no ierastā koncentrēto šķīdumu jēdziena.
2. tabula
Mazaizvietotas metilcelulozes šķīdība 6,5% NaOH šķīdumā
| Parauga numurs | Aizstāšanas pakāpe y | OCH3 saturs metilcelulozē, % | Šķīdība, % no sākotnējā parauga | |
| Pie 291 K | Pēc sasaldēšanas un atkausēšanas | |||
| 1 | 68,6 | 12,4 | 3,4 | 100,0 |
| 2 | 66,9 | 12,1 | 3,4 | 97,8 |
| 3 | 64,5 | 11,66 | 2,8 | 100,0 |
| 4 | 50,3 | 9,1 | 2,3 | 99,3 |
| 5 | 47,5 | 8,6 | Nav definēts. | 98,0 |
| 6 | 30,4 | 5,5 | Nav definēts. | 99,2 |
| 7 | 24,3 | 4,4 | 0,5 | 99,0 |
| 8 | 22,7 | 4,1 | Nav definēts. | 98,5 |
| 9 | 16,6 | 3,0 | Nav definēts. | 96,0 |
| 10 | 11,6 | 2,1 | Nav definēts. | 95,3 |
| 11 | 9,4 | 1,7 | Nav definēts. | 95,1 |
| 12 | 6,6 | 1,2 | Nav definēts. | 48,0 |
| 13 | 1,3 | 0,25 | Nav definēts. | 35,6 |
| 14 | 21,5 | 3,9 | 7,6 | 100,0 |
| 15 | 29,9 | 5,4 | 9,57 | 100,0 |
| 16 | 32,1 | 5,8 | 11,87 | 100,0 |
Lielmolekulāro savienojumu ķīmijā par koncentrētiem šķīdumiem tiek uzskatīti tie šķīdumi, kuros notiek mijiedarbība starp atsevišķām izkliedētās vielas daļiņām. Šīs mijiedarbības rezultātā lielmolekulāro vielu šķīdumos ir vairākas novirzes no normāliem šķidrumiem raksturīgiem likumiem. Šīs novirzes notiek jau salīdzinoši atšķaidītos 0,3–0,5% šķīdumos.
Pētītajiem mazaizvietotās metilcelulozes šķīdumiem koncentrācija bija ievērojami augstāka par norādītajām vērtībām un diezgan augsta ķēdes molekulu polimerizācijas pakāpe, tāpēc tos var klasificēt kā koncentrētus šķīdumus.
Parasti koncentrēti celulozes ēteru šķīdumi laika gaitā ir diezgan stabili. Šādas vai citas šādu šķīdumu viskozitātes izmaiņas laika gaitā nosaka vairāku faktoru ietekme, proti: izšķīdušā produkta esterifikācijas pakāpes izmaiņas, šķīdināšanas pakāpes izmaiņas un iespējamība trīsdimensiju struktūru veidošanās.
Sīkāk mēs apsvērsim ūdenī šķīstošās metilcelulozes īpašības.
Ūdenī šķīstošās metilcelulozes īpašības
Palielinoties metilēšanas pakāpei līdz γ=50, palielinās iegūtā estera higroskopiskums. Tas izskaidrojams ar to, ka celulozes makromolekulās vairumam hidroksilgrupu notiek savstarpēja piesātinājums, veidojot ūdeņraža saites.
Sasniedzot augstāku aizvietošanas pakāpi 26,5-32,5% no metoksilgrupu satura, metilceluloze izšķīst ūdenī. Turpinot palielināt metoksilgrupu skaitu līdz 38% un vairāk, tas zaudē šķīdību ūdenī (istabas temperatūrā un augstāk). Augsti metilēti produkti šķīst arī organiskajos šķīdinātājos.
Metilcelulozes ūdens šķīdumi (γ=160-200), kā arī mazaizvietoto metilceluložu gadījumā nav stabili.
Karsējot šķīdumus, šķīdība pasliktinās līdz polimēra nokrišņiem. Šķīduma temperatūras stabilitātes augšējā robeža šādam produktam ir 313-333 K (atkarībā no SP un koncentrācijas). Šī parādība izskaidrojama ar alkoksigrupas "hidroksonija savienojuma" veidošanos ar ūdeni, kas, paaugstinoties temperatūrai, tiek iznīcināts, izraisot polimēra nogulsnēšanos.
Tika parādīta iespēja trīsaizvietotu metilcelulozi pārvērst (ūdens) šķīdumā (trimetilceluloze sākotnēji tika atkārtoti nogulsnēta ar petrolēteri no hloroforma šķīduma). Trimetilcelulozes šķīduma temperatūras stabilitātes augšējā robeža ūdenī aptuveni 2% koncentrācijā ir 288 K. Šādiem šķīdumiem ir labas plēvi veidojošas īpašības. Plēvēm, kas izveidotas eksikatorā virs P 2 0 5 zemā temperatūrā, ir stiepes izturība (5–7). 10 7 N/m 2 .
Fakts, ka trimetilceluloze var izšķīdināt ūdenī, tieši liecina par OCH 3 grupu spēju hidratēties. Trimetilcelulozes izgulsnēšanās no šķīduma ar nelielu temperatūras paaugstināšanos liecina par ļoti mazu
šo saišu stiprums. Palielinoties hidroksilgrupu īpatsvaram ēterī, t.i., samazinoties γ līdz 160, šķīduma temperatūras stabilitātes augšējā robeža palielinās līdz 313-333 K. Šos secinājumus apstiprināja metilcelulozes homologa pētījumi. - etilceluloze. Augsti aizvietota etilceluloze (γ=200) uzvedas līdzīgi kā trimetilceluloze ūdens šķīdības ziņā. Normālos apstākļos tas ūdenī izšķīst tikai nedaudz - par 9%.
Atkārtoti nogulsnēts EC istabas temperatūrā praktiski nešķīst, bet pie 273 K šķīdība ūdenī ir 50-60%. Tādējādi tika veikta "ļoti aizvietotā" EK frakcionēšana, kuras rezultātā tika iegūtas šādas frakcijas: atkārtoti nogulsnētas, šķīstošas un ūdenī nešķīstošas. Lai raksturotu ūdenī izšķīdināto EK daļu un izskaidrotu iemeslus, kāpēc tikai daļa vielas pāriet ūdens šķīdumā, visas frakcijas tika raksturotas ar OS 2 H 5 grupu saturu, ar raksturīgo viskozitāti, un arī ar IR spektroskopijas metodēm. Rezultāti ir parādīti tabulā. 3.
3. tabula
Etilcelulozes frakciju raksturojums
EC ūdens šķīdumus ar γ=220 var iegūt ne vairāk kā 1,4% koncentrācijā Šķīdumi ar koncentrāciju ne vairāk kā 0,8% ir caurspīdīgi un laika gaitā stabili zemā temperatūrā. 0,82% šķīduma duļķainība sāk ārkārtīgi palielināties temperatūrā virs 279 K. Koncentrētāka šķīduma gadījumā zemākā temperatūrā notiek straujš duļķainības pieaugums.
Tādējādi EC raksturo tāda pati regularitāte kā MC: palielinoties aizvietošanas pakāpei, šķīduma temperatūras stabilitātes robeža samazinās (kā zināms, parastais ūdenī šķīstošais EC ar γ = 100, tāpat kā MC, karsējot koagulējas līdz 323-333 K) . Tāpēc, visticamāk, -OC 2 H 5 grupas piedalās EK mijiedarbībā ar ūdeni.
Ūdens šķīdumos metilcelulozei piemīt nejonu makromolekulāro vielu īpašības. Šajos šķīdumos raksturīgā viskozitāte ir saistīta ar molekulmasu ar Kuhn-Mark attiecību:
Vink, lai noteiktu raksturīgās viskozitātes izmaiņas atkarībā no molekulmasas un noteiktu šī vienādojuma konstantes, veica metilcelulozes iznīcināšanu ar skābes hidrolīzi.
Metilceluloze tika sākotnēji attīrīta, izgulsnējot no etanola ūdens šķīduma ar ēteri. Sākotnējās celulozes aizvietošanas pakāpe bija 1,74 un polimerizācijas pakāpe bija 2000.
Pamatojoties uz molekulmasas absolūto vērtību mērījumiem, izmantojot osmometriju un gala grupu noteikšanu, tika noteikta iegūto metilcelulozes frakciju raksturīgās viskozitātes atkarība no tās molekulmasas (vai polimerizācijas pakāpes P y). :
Vinks atklāja, ka metilcelulozes raksturīgā viskozitāte nav atkarīga no sveša elektrolīta, skābes, klātbūtnes šķīdumā.
Jāatzīmē, ka citi autori (kuri noteica absolūtās molekulmasas, izmantojot sedimentāciju ultracentrifūgā un gaismas izkliedi) ieguva nedaudz atšķirīgas eksponenta "a" vērtības Kuhn-Mark vienādojumā par metilcelulozi. Tātad darbā a=O,63 un a=0,55.
Karboksimetilcelulozes šķīdumu īpašības
Dažādu karboksimetilcelulozes preparātu šķīdības dati liecina, ka zema aizvietotā CMC pēc sasaldēšanas gandrīz pilnībā izšķīst jau pie zemas γ vērtības (apmēram 2).
Tādējādi pilnībā tiek apstiprināta arī ļoti nelielas aizvietošanas un zemu temperatūru ietekme uz šo celulozes atvasinājumu šķīdību.
Zemi aizvietotu karboksimetilceluložu šķīdību sārmā un nātrija monohloracetāta izmantošanas efektivitāti var palielināt, celulozi pirms reakcijas sausā veidā samaļot. Mazaizvietotas karboksimetilcelulozes preparātu šķīdību var palielināt arī, samazinot polimerizācijas pakāpi oksidatīvās noārdīšanās rezultātā sārmainā vidē. Šajā gadījumā pēc reakcijas beigām, ko veic 4 stundas 313 K temperatūrā, CMC izspiež līdz 2,6-2,8 reizes lielākai masai, sasmalcina un pakļauj "nogatavināšanai", t.i., oksidatīvi-sārmainai iznīcināšanai. Pēc noteikta laika "nogatavināšanas" Na-CMC mazgā ar ūdeni līdz neitrālam un žāvē. Tādā veidā var iegūt Na-CMC, kam ir pilnīga šķīdība sārmā pie γ=10-12 un kas dod 6-8% šķīdumus.
Tika pētīta mazaizvietotas karboksimetilcelulozes šķīdumu atšķaidīšanas stabilitāte.
CMC šķīdumus, kas sagatavoti, sasaldējot 4- un 6% nātrija hidroksīda šķīdumos, vairākas reizes atšķaida ar destilētu ūdeni, pēc tam tika atzīmēta minimālā sārma koncentrācija, kas atbilst duļķainības vai nokrišņu parādīšanās. Šo eksperimentu dati parādīja, ka mazaizvietotas Na-karboksimetilcelulozes šķīdumi uzvedas diezgan stabili, pat ja tie ir atšķaidīti līdz ļoti zemai sārma koncentrācijai līdz 0,5%. Šis apstāklis ir ļoti svarīgs, gatavojot karboksimetilcelulozes Na-sāls šķīdumus praktiskiem nolūkiem, piemēram, audu apdarei.
Šajā darbā tika pētīta temperatūras ietekme uz Na-CMC, kā arī metilcelulozes, hidroksietilcelulozes un metilkarboksimetilcelulozes ūdens šķīdumu viskozitāti.
Celulozes ēteru ūdens šķīdumu temperatūras un viskozitātes attiecībai ir liela praktiska nozīme, jo to izmantošana daudzos gadījumos ir atkarīga no tā.
Savage ieguva taisnu viskozitātes atkarību no temperatūras puslogaritmiskā koordinātu skalā Na-CMC šķīdumiem. Viskozitātes atkarību no temperatūras šādu šķīdumu atdzesēšanas laikā izsaka ar taisnu līniju, kas atrodas nedaudz zemāk par pirmo. Šie eksperimenti apstiprina Na-CMC šķīdumu viskozitātes izmaiņu histerēzes raksturu temperatūras ietekmē.
Viskozitātes samazināšanās acīmredzami ir ļoti zemā relaksācijas ātruma sekas tik lielas molekulmasas sistēmās kā Na-CMC ūdens šķīdums. Līdzsvara izveidošanas laiks tajos var būt ļoti ilgs, lai sistēmai izmērītajā laika intervālā nebūtu laika atgriezties sākotnējā stāvoklī. Nav izslēgta arī molekulu zināmas degradācijas iespēja karsējot, kam, protams, vajadzētu izraisīt neatgriezeniskas viskozitātes izmaiņas.
Mūsdienu idejas par celulozes atvasinājumu šķīdumiem dažādos šķīdinātājos balstās uz to, ka šīs vielas veido patiesus šķīdumus, kuros makromolekulas ir kinētiski brīvas. Tomēr tas neizslēdz faktu, ka, ja rūpnieciskais celulozes esterifikācijas produkts ir ārkārtīgi neviendabīgs esterifikācijas pakāpes ziņā, tad tā atsevišķās frakcijas būs slikti šķīstošas. Rezultātā kopā ar lielāko daļu molekulāri izkliedētās vielas šķīdumā var būt arī sākotnējās celulozes struktūras paliekas.
Koncentrēti karboksimetilcelulozes šķīdumi, tāpat kā daudzu citu lielmolekulāru savienojumu šķīdumi, nav Ņūtona šķidrumi.
Na-CMC šķīdumiem ir ievērojama viskozitātes anomālija. Tā reālo risinājumu raksturīga iezīme ir arī dažādu nemolekulāri izkliedētu daļiņu un makromolekulu agregātu klātbūtne, īpaši daudzvērtīgu katjonu klātbūtnē. Tāpēc gan polimerizācijas pakāpes (DP) viskozimetriskajos, gan osmometriskajos mērījumos ir jāņem vērā šīs pazīmes un faktiskais šķīduma sastāvs un pirms šādiem mērījumiem ir jāatdala frakcijas, kas traucē iegūt pareizu rezultātu.
Pētot Na-CMC ūdens šķīdumus ar koncentrāciju no 0,0025 līdz 0,1 g/l, darbā iegūti dati, kas liecina par būtisku tā molekulu polaritāti. Iepriekš minētie dati raksturo karboksimetilcelulozi kā vielu ar vairākām īpašībām, kas raksturīgas daudziem polielektrolītiem. Šķita, ka liela elektriskā momenta klātbūtnei vairākos gadījumos vajadzēja izraisīt elektrostatiskās adsorbcijas izpausmes iespēju. Tomēr, ja ņemam vērā CMC molekulu agregāciju ar tās koncentrācijas pieaugumu šķīdumā un tā lādiņu skrīningu, tad jāņem vērā, ka elektrostatiskā adsorbcija var izpausties galvenokārt atšķaidītos šķīdumos.
No šķīdumiem reģenerētas metilcelulozes (plēvju) īpašības
Ūdenī un sārmainos ūdens šķīdumos izšķīdinātu no tiem plēvīšu veidā var reģenerēt dažādas aizvietošanas pakāpes metilcelulozi. Sārmos šķīstošās zemas aizvietotās metilcelulozes plēvju iegūšana tiek veikta ar "slapjo" metodi - ar koagulāciju speciāli izvēlētās nokrišņu vannās. Apmierinoši rezultāti tika iegūti ar nokrišņu vannām, kas sastāv no amonija sulfāta (NH 4) 2 SO 4 šķīduma (100 g/l).
Amonija sulfāta nokrišņu vannas darbību var izteikt šādi:
2NaOH + (NH 4) 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + 2NH 3 + 2H 2 0.
Šķīdinātāja sastāva maiņas un izšķīdušās metilcelulozes daļējas dehidratācijas dēļ tās ķēdes tuvojas un stiklojas, t.i., veidojas stipri uzbriedusi plēvīte.
Kad uz cietas pamatnes veidojas plēve, zināma spriedzes dēļ (kohēzijas spēku rezultātā) tajā parādās plaknē orientēta struktūra. Tajā pašā laikā svaigi izveidotā plēvē, pateicoties tās stipri uzbriedušam stāvoklim, ir iespējama zināma ķēdes kustība termiskās kustības dēļ. Tas viss ietver relaksācijas procesus, t.i., plēves struktūras atgriešanos visstabilākajā pozīcijā, kas atbilst izotropiskajam stāvoklim. Iepriekš minēto apstākļu dēļ metilcelulozes plēves veidošanās uz stikla no tā sārma šķīduma samazina plēves izmēru gar plakni un palielina tās biezumu.
Mehāniskās izturības ziņā sārmos šķīstošās plēves ir līdzīgas parastajām plastificētajām celofāna plēvēm, jo tām ir
stiepes izturība garenvirzienā (6,8-8,8) . 10 7 N/m 2, pārrāvuma pagarinājums aptuveni 20%.
Dati par zemu aizvietotu metilcelulozes plēvju higroskopiskumu un ūdens absorbciju, kas parādīti tabulā. 4 parāda to
4. tabula
Metilcelulozes plēvju higroskopiskums un ūdens absorbcija
metilcelulozes plēvju higroskopiskums un ūdens absorbcija sasniedz lielas vērtības, kas lielā mērā ir atkarīgas no sākotnējās metilcelulozes esterifikācijas pakāpes; OCH 3 grupu satura palielināšanās oriģinālajā produktā palielina metilcelulozes plēvju higroskopiskumu un uzbriest ūdenī.
Darbā tika pētīta reģenerētās metilcelulozes struktūra un tās saistība ar plēvju fizikālajām un mehāniskajām īpašībām. Salīdzināšanas nolūkos tika pētītas zemas aizvietošanas metilcelulozes un augstas aizvietošanas metilcelulozes plēves līdz 3. Vienas un tās pašas augstas aizvietošanas metilcelulozes plēves tika iegūtas no tādiem krasi atšķirīgiem šķīdumiem kā ūdens un organiskie šķīdinātāji. Šāds salīdzinājums ir īpaši interesants, jo ļauj secināt, ka metilcelulozes režģa struktūra reģenerācijas laikā no šķīduma ir atkarīga ne tikai no aizvietošanas pakāpes, bet arī no šķīdinātāja. Šim nolūkam tika iegūta augstas aizvietošanas pakāpes metilceluloze (tuvu 3), ko var izšķīdināt gan ūdenī, gan organiskā šķīdinātājā hloroformā. Plēves no ūdens šķīdumiem un šķīdumiem hloroformā tika iegūtas, izlejot uz stikla un iztvaicējot šķīdinātāju.
Plēves no metilcelulozes ūdens šķīduma (γ=180), kas iegūtas, lēni iztvaicējot šķīdinātājam istabas temperatūrā, ir ar amorfu struktūru. Tomēr pie tik lielas aizvietošanas pakāpes noteiktos apstākļos ir diezgan iespējams, ka gatavajās plēvēs var pasūtīt metilcelulozes struktūru. Šādi apstākļi izrādījās plēvju sildīšana vidē, kas izraisa pietūkumu. Tādējādi jau plēves vārīšana ūdenī (karstā ūdenī nešķīst metilceluloze) 30 minūtes izraisa jūtamu kārtības pieaugumu. Plēves karsēšana glicerīnā 473 K temperatūrā rada vēl lielāku sakārtotību.
Īpaši interesanti ir plēvju veidošanās no metilcelulozes ūdens šķīdumiem paaugstinātā temperatūrā. Plēvi vārot ūdenī, papildus pasūtīšanai tiek sablīvēta konstrukcija un iznīcināti dažādi iekšējie defekti, kas acīmredzot izskaidro
filmas stiprums.
Plēvju veidošanās pie 343 K izraisa ievērojamu elastības pieaugumu, ko var izskaidrot ar vairāk salocītu makromolekulu konfigurāciju, jo karstais ūdens nav metilcelulozes šķīdinātājs.
Tālāk pievēršoties trimetilcelulozes plēvju struktūrai, jāatzīmē interesanta šī ētera iezīme. Trimetilceluloze spēj šķīst ne tikai organiskajos šķīdinātājos, bet arī aukstā ūdenī (T==273 K). Trimetilcelulozes plēvju kā stereoregulāra polimēra struktūrai raksturīga augsta kristāliskums. Trimetilcelulozes gadījumā ūdens ir v-šķīdinātājs, tāpēc plēvēm, kas veidojas no ūdens šķīduma, ir raksturīga zemāka kristāliskums.
MC plēvju virsmas un plēves lūzuma rezultātā iegūto šķelšanās virsmu elektronmikroskopiskais pētījums pa vilkšanas asi šķidrā slāpekļa temperatūrā ļāva noteikt smalkāka mēroga plēves struktūras detaļas. Pie vilkmes koeficientiem λ≤2,0 orientēto plēvju virsma paliek pietiekami gluda un vienmērīga. Fibrilārā struktūra, kas redzama optiskajā mikroskopā, netiek atklāta ar elektronu mikroskopu. Pie λ≈2,2–2,5 uz plēvju virsmas parādās reljefs, ko veido diezgan regulāras un paplašinātas 0,2–0,4 µm platas rievas, kas vērstas perpendikulāri zīmēšanas asij. Skenējot perpendikulāri zīmēšanas asij (1. att.), ir redzamas 0,3–0,5 µm platas šķērseniskas krokas, un atsevišķos apgabalos tiek konstatētas atslāņošanās mikroplaisu veidā 0,1–0,2 µm platumā un 1,0–1,5 µm garumā, virzītas. paralēli zīmēšanas asij. Skenējot paralēli zīmēšanas asij, papildus salocītajai struktūrai kļūst redzami nelīdzenumi ar dominējošo orientāciju gar zīmēšanas asi. Pārbaudot šķelšanās virsmu, atklājas porainas struktūras klātbūtne; poru izmērs svārstās no 0,1 līdz 1,0 µm.
Īpašības, kas reģenerētas no sārma šķīduma Na -CMC (formā filmas)
Saistībā ar iespēju iegūt viskozus mazaizvietotas karboksimetilcelulozes šķīdumus ar pietiekami augstu polimerizācijas pakāpi, tika sagatavotas plēves un pētītas to īpašības.
Plēvju veidošana tika veikta saskaņā ar metilcelulozes šķīdumiem izmantoto metodi. Tabulā. 5. attēlā parādīti dati par plēvju mehānisko izturību. Plēvēm, kas izgatavotas no zemas aizvietotas karboksimetilcelulozes, bija laba mehāniskā izturība, bet zema elastība; šo plēvju pagarinājums pārrāvuma brīdī bija tikai 5-6%.
5. tabula
Zema aizvietota karboksimetilcelulozes plēvju stiepes izturība
| Parauga numurs | Aizvietošanas pakāpe γ | Šķīduma koncentrācija, % | Stiepes izturība σ. 10-7, |
pārtraukuma pagarinājums, % |
| 1 | 5,0 | 2,0 | 9,0 | 5,3 |
| 2 | 10,4 | 2,0 | 9,3 | 6,0 |
| 3 | 9,8 | 2,0 | 7,9 | 5,0 |
| 4 | 9;8 | 4,0 | 11,8 | 6,0 |
| 5 | 9,2 | 2,0 | 8,3 | 5,0 |
| 6 | 9,2 | 4,0 | 11,3_ | - |
Dati par plēvju higroskopiskumu un ūdens absorbciju no zemas aizvietotas karboksimetilcelulozes ir parādīti 6. tabulā. Higroskopiskums tika noteikts, turot plēves atmosfērā ar relatīvo mitrumu 80%; ūdens absorbcija tika mērīta, divas dienas mērcējot plēves destilētā ūdenī 293 K temperatūrā.
6. tabula
Higroskopiskums un ūdens absorbcija plēvēm no zemas aizvietotības
karboksimetilceluloze
Kā redzams no tabulas. 6, zemu aizvietotu karboksimetilcelulozes plēvju higroskopiskums un ūdens absorbcija strauji palielinās, jo
palielinot produktu aizstāšanas pakāpi. Īpaši jūtama ir aizvietošanas pakāpes ietekme uz plēvju ūdens absorbciju.
Celulozes hidrofilo īpašību palielināšanās efekts, tajā ievadot nelielu daudzumu apjomīgu radikāļu, kā jau minēts, ir izskaidrojams ar to, ka sākotnējā esterifikācijas stadijā ūdeņraža saišu stiprums šķērsvirzienā. šķiedru struktūra tiek pārdalīta, ko raksturo vājāku saišu uzkrāšanās.
Metilcelulozes pielietošana
Augsti aizvietotie ūdenī šķīstošie metilcelulozes preparāti (γ=150-200) saņēma visaugstāko vērtību. Šiem izstrādājumiem ir vērtīgu tehnisko īpašību komplekss, un rūpniecība tos ražo mazu baltu vai viegli dzeltenīgu granulu vai pulvera veidā. Praktiski bez smaržas un garšas. 433 K temperatūrā tie iekrāsojas un sadalās. Metilcelulozes ūdens šķīdumi rada neitrālu reakciju.
Vairumā gadījumu metilceluloze tiek izmantota ūdens vides sabiezēšanai. Sabiezēšanas efektivitāte ir atkarīga no viskozitātes (t.i., polimerizācijas pakāpes). Metilceluloze ļauj ūdenī nešķīstošās vielas pārnest ūdens vidē stabilā smalki izkliedētā stāvoklī, jo tā veido hidrofilus monomolekulārus aizsargslāņus ap atsevišķām daļiņām.
Metilcelulozes vērtīgās īpašības ir tās augstā pigmentu saistīšanas spēja, augsta adhēzija sausā stāvoklī un spēja veidot plēves. Šīs interesantās īpašības tiek izmantotas, gatavojot krāsas un līmvielas uz ūdens bāzes. Tam īpaši piemērotas ir metilcelulozes ar zemu viskozitāti, jo tās var uzklāt uz visdažādākajiem substrātiem.
Tekstilrūpniecībā metilcelulozi izmanto kā pārsēju vilnas pamatnēm un audumu mīkstai apdarei, lai iegūtu elegantu kaklu un spīdumu.
Metilceluloze tiek veiksmīgi izmantota ziepju rūpniecībā. Farmaceitiskajā praksē to izmanto kā beztauku bāzi tā sauktajām eļļas/ūdens gļotām un emulsijas ziedēm, kas kalpo ādas aizsardzībai no viegliem apdegumiem un brūču ārstēšanai. Turklāt metilceluloze kalpo kā neatkarīga zāle.
Kosmētikā ūdenī šķīstošos celulozes ēterus izmanto zobu pastu un eliksīru, aizsargemulsiju un beztauku ādas krēmu pagatavošanai.
Dažādās emulsijās metilceluloze tiek izmantota kā emulgatori un stabilizatori augu eļļām.
To plaši izmanto arī pārtikas rūpniecībā.
Tātad saldējuma ražošanā tā izmantošana nodrošina nepieciešamo krāšņumu, stabilitāti un garšu. Metilcelulozi izmanto aromātiskās emulsijās, mērcēs, augļu sulās, konservos u.c.
Interesants pielietojums pārtikas rūpniecībā ir metilcelulozes šķīdumu spēja karsējot želatinizēties. Piemēram, metilcelulozes pievienošana pīrāgu augļu pildījumiem vai saldajiem pildījumiem no ievārījuma novērš šo komponentu izplūšanu cepšanas laikā, kas būtiski uzlabo izskatu un saglabā produktu garšu.
Zīmuļu rūpnīcās metilcelulozi izmanto traganta sveķu vietā krāsainiem un kopēšanas stieņiem, pasteļstieņiem, skolas krītiņiem un krāsām utt.
Tādējādi ūdenī šķīstošās metilcelulozes izmantošana, lai arī mazākā mērogā nekā CMC, ir ārkārtīgi daudzveidīga.
Kas attiecas uz zemu aizvietoto (sārmos šķīstošo) metilcelulozi, tā vēl nav nozīmīgi izmantota.
Karboksimetilcelulozes pielietojums
Plēves, kas sastāv no 100% H-CMC, šķīst tikai no pH=11. Šāda sastāva plēves var izmantot gadījumos, kad ir vēlams ierobežot to šķīdību līdz maziem pH diapazoniem, piemēram, farmaceitiskajos pārklājumos. Šādam apvalkam nevajadzētu izšķīst, piemēram, nedaudz skābā kuņģa sulas vidē, bet tas labi šķīst nedaudz sārmainā zarnu vidē.
Karboksimetilcelulozes nātrija sāli ar aizvietošanas pakāpi no 0,5 līdz 1,2 rūpniecība ražo lielos daudzumos, jo to plaši izmanto naftas, tekstilizstrādājumu, pārtikas, farmācijas tehnoloģijās, mazgāšanas līdzekļu ražošanā utt. stabilizējoša, biezinātāja, adhezīva, plēvi veidojoša uc viela. Šis sāls labi šķīst ūdenī.
Vairāki pētījumi, kas veikti, pārbaudot Na-CMC kā mazgāšanas līdzekļu piedevu, ir parādījuši, ka šis produkts ievērojami uzlabo to mazgāšanas līdzekļa īpašības.
Literatūra
1. Prokofjeva M.V., Rodionovs N.A., Kozlovs M.P.//Ķīmija un tehnoloģija
celulozes atvasinājumi. Vladimirs, 1968.S. 118.
2. Nesmejanovs A.N., Nesmejanovs N.A. Organiskās ķīmijas pirmsākumi. M., 1969.V.1.
663s.
3. Plisko E.A.//ZHOKH.1958. T. 28, Nr. 12. C, 3214.
4. Plisko E.A.//ZHOKH.1961. T. 31, Nr.2. S. 474
5. Heizers E. Celulozes ķīmija. Ņujorka, 1944. 660 lpp.
6. Gluzman MX., Levitskaya I.B. //ZHPC. 1960. V. 33, N 5. S. 1172
7. G. A. Petropavlovskis, G. G. Vasiļjeva un L. A. Volkova, Cell. Chem.
Tehn. 1967. sēj. 1, N2. 211. lpp.
8. Ņikitins N.I., Petropavlovskis G.A. //ZHPC. 1956. T. 29. S. 1540. gads
9. Petropavlovskis G.A., Ņikitins N.I. //Tr. PSRS Zinātņu akadēmijas Meža institūts. 1958. V.45.
S. 140.
10. Vasiļjeva G.G. Sārmos šķīstošās karboksimetilcelulozes īpašības un
tā izmantošanas iespēja papīra rūpniecībā: Dis. cand.
tech. Zinātnes. L. 1960. gads.
11. VinkH. // Makromolekulārā ķīmija. 1966. Bd. 94. S. 1.
12. Vole K., Meyerhoff G. // Macromolecular Chemie. 1961. Bd. 47. S. 168.
13. NeelyW.B.//J. Ērģeles. Chem. 1961. sēj. 26. 3015. lpp.
14 Savage A.B. //Ind. Inž. Chem. 1957. sēj. 49. 99. lpp.
15. Allgen L. //J. Polymer Sci. 1954. sēj. 14, N 75.P. 281.
16. Podgorodetsky E. K. Tehnoloģija filmu ražošanai no
lielmolekulārie savienojumi. M: Māksla, 1953. 77 lpp.
Ievads lpp. 2
Metilcelulozes ražošana 2. lpp
Karboksimetilcelulozes iegūšana 4. lpp
Metilcelulozes šķīdumu īpašības. 6
Ūdenī šķīstošās metilcelulozes īpašības. 8
Karboksimetilcelulozes šķīdumu īpašības. vienpadsmit
No šķīdumiem reģenerētas metilcelulozes īpašības
(filmas) lpp. 12
No sārma šķīduma reģenerēta Na-CMC īpašības
(filmu veidā) lpp. 15
Metilcelulozes izmantošana 16
Karboksimetilcelulozes izmantošana 18
Pārtikas piedevas ir ieņēmušas stingru vietu mūsdienu rūpniecībā. Viena no tām ir karboksimetilceluloze (CMC), to izmanto farmācijas un kosmētikas rūpniecība, sadzīves ķīmijas un būvmateriālu ražošana, un tā ir pielietojama pārtikas produktu ražošanā. CMC piedeva ir plaši izplatīta, pateicoties tās zemajām izmaksām un drošībai cilvēkiem.
Karboksimetilceluloze
CMC ([C6H7O2(OH)3-x(OCH2COOH)x]n, kur x = 0,08-1,5) ir celulozes atvasinājums, kurā karboksilmetilgrupa savienojas ar glikozes monomēru hidroksilgrupām. Viela ir skābe, tāpēc tai ir cits nosaukums - celulozes glikolskābe. Praksē biežāk izmanto karboksimetilcelulozes (Na-CMC) nātrija sāli. Pirmo reizi 1918. gadā to sintezēja un patentēja vācu ķīmiķis Jansens.
Īpašības
Karboksimetilceluloze ir starptautiskais karboksimetilcelulozes nosaukums. CMC fizikāli ķīmiskās īpašības ir aprakstītas tabulā:
| Izskats | Gaiši bēšs kristālisks pulveris |
| Molekulas masa | 240,208 g/mol |
| Ķīmiskā formula | |
| Viskozitāte (1% ūdens šķīdums) | |
| Zudums pēc žāvēšanas | |
| PH (1% ūdens šķīdums) | |
| Sarakste | |
| Nātrijs (Na) | |
| Dzelzs (Fe) | |
| Svins (Pb) | |
| Arsēns (As) | |
Citas fizikālās īpašības, kas ļauj izmantot CMC rūpniecībā:
- viela labi šķīst ūdenī;
- ar to ūdens šķīdumi labi sabiezē;
- vielas viskozitāte ilgstoši nemainās;
- aiztur ūdeni;
- spēj veidot caurspīdīgu, izturīgu plēvi;
- nešķīst eļļā un taukos;
- nekaitīgs cilvēka ķermenim;
- bez garšas, smaržas;
- augsta polimēru viela, izturīga pret saules gaismu;
- ir stabilizējoša un saistoša iedarbība.
Ražošana
Ražošanas process notiek vairākos posmos un aizņem ilgu laiku. Ražošanā izmantotās izejvielas ir lētas. Rūpniecībā nātrija karboksimetilcelulozi iegūst, apvienojot sārmu celulozi un monohloretiķskābi. Ir vairākas ražošanas procesa shēmas:
- klasiskā (periodiskā);
- monoaparāts.
Ražošana ietver vairākus svarīgus posmus. Pirmajā posmā koksni vai kokvilnas celulozi apstrādā ar kodīgu šķīdumu zemāku spirtu klātbūtnē (tie spēlē organisko šķīdinātāju lomu). Pēc tam sārmu celulozi apstrādā ar monohloretiķskābi ļoti augstā temperatūrā - līdz 100 ° C, ja tika izmantots šķīdinātājs, līdz 80 ° C - bez tā. Prece saņemta:
- sauss;
- samalt;
- komplekts.
Karboksimetilcelulozes iegūšanai tiek izmantota kokvilnas celuloze, kas tiek piegādāta no ārvalstīm, un tehniskā celuloze, kas tiek ražota Krievijā ar sulfāta metodi. Kokvilna ir vairāk ieteicama ražošanai, jo:
- augsts α-celulozes saturs (98%);
- garas šķiedras garums (10 mm vai vairāk);
- augsta polimerizācijas pakāpe.
Ražotajai Krievijas tehniskajai celulozes prasībām ir augstas prasības. Tas nedrīkst saturēt smago metālu, hlora piemaisījumus, tam jāatbilst kvalitātes standartiem. Karboksimetilcelulozes ražošanai kopā ar zināmām sugām var izmantot arī citas augu izcelsmes izejvielas. Ir zināmi koka mizas, cukurniedru, rīsu sēnalu izmantošanas gadījumi. Izvēli nosaka izejvielu pieejamība.
Pašlaik Krievijas Federācija izmanto koksnes celulozi CMC ražošanai, bet Kazahstāna un Uzbekistāna izmanto kokvilnas celulozi. Galvenie piegādātāji Krievijas koksnes tirgū karboksimetilcelulozes ražotājiem ir OJSC Ilim Group Bratsk and Ust-Ilimsk, OJSC Syassky Pulp and Paper Mill, CJSC Policecell St. Petersburg. Piegādes 2016. gadā sastādīja aptuveni 5,5 tūkstošus tonnu.
Priekšrocība salīdzinājumā ar citām piedevām ir iegūto šķīdumu viskozākās īpašības. Garšas un smaržas trūkums ietekmē, pēc vielas pievienošanas tiek iegūts caurspīdīgs šķīdums. Karboksimetilceluloze uzlabo galaprodukta kvalitāti, ietekmējot kristalizācijas procesus, mitruma saglabāšanu un tauku uzsūkšanos. Vidējās izmaksas tirgū par 100 gramiem gatavās pārtikas piedevas ir no 100 līdz 150 rubļiem.
CMC pielietojums
Medicīnā, kosmetoloģijā un ķīmiskajā rūpniecībā nātrija karboksimetilcelulozi izmanto kā sāli. Ūdens šķīdumiem, kuru pamatā ir tas, ir raksturīga viskozitāte un pseidoplastiskums (maisījumi kļūst šķidrāki, palielinoties bīdes spriegumiem, un pēc tam tie var atgriezties sākotnējā konsistenci). Dažreiz CMC ūdens šķīdumi ir tiksotropi (maisījums sašķidrinās no mehāniskās iedarbības un miera stāvoklī iegūst sākotnējo viskozitāti).
Nātrija sāli sadzīves ķīmijas, kopšanas līdzekļu, būvmateriālu ražošanā izmanto kā rezorbentu, plastifikatoru un biezinātāju. CMC var būt daļa no:
- zobu pastas;
- ķīmiskās sadzīves preces;
- sausie celtniecības maisījumi;
- krāsas;
- līmi.
Pārtikas piedeva E466 tiek izmantota pārtikas produktu ražošanā kā koloidāls biezinātājs un konsistences regulētājs. Rūpīgi izpētot preču etiķetes, to var atrast tādos pārtikas produktos kā:
- majonēze;
- tomātu pastas;
- konditorejas izstrādājumu krēmi;
- saldējums;
- piena produkti;
- glazēts biezpiens;
- želejveida uztura bagātinātāji;
- gaļas, zivju konservi.
Farmaceitiskajā ražošanā viela ir daļa no iekapsulēšanas un tabletēšanas līdzekļiem. CMC ir svarīga loma dažādu ziežu ražošanā, tā piešķir vēlamo konsistenci un ilgstoši saglabā formu. Karboksimetilcelulozi var atrast dažādās narkotikās. Šis:
- caurejas līdzekļi;
- ārstnieciskās ziedes;
- kapsulas;
- tabletes.
Vielu izmanto kā biezinātāju acu pilienu ražošanai. Tādējādi aktīvās vielas izdalīšanās laiks tiek pagarināts, palielinot tā efektivitāti. Redze netiek ietekmēta. CMC preparātu aizsargapvalki ir ļoti izturīgi pret kuņģa sālsskābi, plēve izšķīst tikai sārmainā zarnu vidē. Tādējādi dažādas zāļu sastāvdaļas tiek saglabātas nemainīgas un netiek iznīcinātas skābas vides ietekmē.
Naftas rūpniecība izmanto vielu kā mineralizētu mālu suspensiju stabilizatoru urbumu urbšanā, lai kontrolētu ūdens bāzes urbšanas šķidrumu filtrācijas un reoloģiskās īpašības. Piedeva ir izmantojama arī tekstilizstrādājumu ražošanā:
- kā emulgators, nosakot šķēru diegu izmērus;
- biezinātājs apdrukas pastām;
- cietes aizstājējs audumu apdarei.
Uztura bagātinātājs E466
E-466 (CMC) ir dekstrozes (glikozes) monomēru grupas celulozes atvasinājums, to iegūst 1-hloretiķskābes reakcijā ar alkilcelulozi. Tas ir bezkrāsains pulveris, kas sastāv no maziem kristāliem. Īpašības:
- sadalīts ar ūdeni;
- bez smaržas;
- nebaidās no tiešas saules gaismas iedarbības;
- nav toksisks;
- nešķīst eļļās.
Pārtikas ražošanā izmanto nātrija sāli, kura maisījums ir viskozs un pseidoplastisks. CMC ir dabīgs stabilizators, kas uztur un uzlabo pārtikas viskozitāti ilgā glabāšanas laikā. Tajā pašā laikā produkts nezaudē savas īpašības un saglabā savu izskatu. CMC piedevu bieži pievieno, ražojot:
- majonēze, kečups;
- biezpiens un konditorejas izstrādājumi;
- želeja.
Ietekme uz ķermeni
Pašlaik nav klīnisku pētījumu par karboksimetilcelulozes ietekmi uz ķermeni. Pārmērīga E466 piedevas lietošana kopā ar pārtiku izraisa dažāda smaguma zarnu trakta darbības traucējumus. Vienai devai, kas pārsniedz 5 gramus, ir caureju veicinoša iedarbība. Nokļūstot kuņģī, tas netiek sagremots vai iznīcināts, tas tiek izvadīts nemainītā veidā. Daži eksperti uzskata, ka CMC ietekmē vēža attīstību, paaugstina holesterīna līmeni.
Kaitējums
Vielas derīgās un kaitīgās īpašības ir slikti izprotamas. Karboksimetilceluloze ir atradusi pielietojumu dažādās nozarēs kā emulgators, stabilizators un biezinātājs. CMC - kas tas ir - zinātnieki šodien saprot. Tas ir nešķīstošs polisaharīds, kas ir uztura šķiedra, kas veicina normālu kuņģa-zarnu trakta darbību. Papildinājuma apjoms ir tik mazs, ka no tā nav liela labuma.
Galvenā CMC priekšrocība ir tās neitralitāte, nekaitīgums. Pastāv maldīgs viedoklis, ka uztura bagātinātājs ir ģenētiski modificēts produkts. Nātrija sāls ražošanā tika uzlabota tikai molekulārā formula, lai parādījās rūpniecībai nepieciešamās vielas fizikālās īpašības. Tam nav nekāda sakara ar gēnu inženieriju.
Daudzi baidās, ka kāda pārtikas piedeva ir klasificēta grupā E. Mediji runā par šādu vielu kaitīgumu, kaitīgumu cilvēka veselībai. Informācija ne vienmēr ir uzticama. Pat skābeklis, ko mēs elpojam, ir norādīts ar kodu E948. Visas vielas rūpnieciskai pārtikas ražošanai ir pārtikas piedevas. CMC attiecas uz balasta vielām, tas nerada nekādu kaitējumu vai labumu cilvēkiem.
Piedeva E466 kosmetoloģijā
Karboksimetilcelulozi izmanto skaistumkopšanas industrija. To izmanto kosmētikas ražošanā, nevis virsmaktīvās vielas, kas slikti ietekmē cilvēka ķermeņa šūnas. Piedeva ir pilnīgi droša cilvēkiem, neizraisa alerģiskas reakcijas uz ādas. Jūs varat satikt E466 dažāda veida produktos, tie ir:
- Šampūni;
- lakas, matu veidošanas putas;
- putas, kondicionieri;
- putas, skūšanās želeja;
- dažādi sejas un ķermeņa krēmi;
- dezodoranti.
Video
Nātrija karboksimetilceluloze tiek plaši izmantota rūpniecībā, farmācijā un pārtikas ražošanā. Šis savienojums ir izgatavots uz koka bāzes un ir bioloģiski inerts materiāls, tas ir, nepiedalās fizioloģiskajos procesos. Pateicoties šķīdumiem ar šo komponentu īpašajām īpašībām, ir iespējams regulēt vielu viskozitāti un citus tehniskos parametrus.
Apraksts
Nātrija karboksimetilceluloze (CMC) ir celulozes glikolskābes nātrija sāls. Savienojuma ķīmiskais nosaukums saskaņā ar IUPAC nomenklatūru: poli-1,4-β-O-karboksimetil-D-piranozil-D-glikopiranozes nātrijs.
Nātrija karboksimetilcelulozes tehniskā empīriskā formula: [С6Н7 O 2 (OH) 3- x (OCH 2 COONa) x] n. Šajā izteiksmē x ir CH2-COOH grupu aizstāšanas pakāpe, un n ir polimerizācijas pakāpe.
Strukturālā formula ir parādīta attēlā zemāk.
Īpašības
Pēc izskata tehniskā nātrija karboksimetilceluloze ir pulverveida, smalkgraudains vai bez smaržas šķiedrains materiāls ar tilpuma blīvumu 400–800 kg/m 3 .
Na-CMC ir šādas īpašības:
savienojuma molekulmasa ir n;
ātri šķīst gan karstā, gan aukstā ūdenī, nešķīst minerāleļļās un organiskos šķidrumos;
veido plēves, kas izturīgas pret eļļām, smērvielām un organiskajiem šķīdinātājiem;
palielina šķīdumu viskozitāti un piešķir tiem tiksotropiju - palielinoties mehāniskajai iedarbībai, samazinās plūsmas pretestība;
labi uzsūc ūdens tvaikus no gaisa, tāpēc viela jāuzglabā sausās telpās (normālos apstākļos tā satur 9-11% mitruma);
savienojums nav toksisks, nav sprādzienbīstams, bet putekļainā stāvoklī var aizdegties (pašaizdegšanās temperatūra +212 ° C);
šķīdumos piemīt anjonu polielektrolīta īpašības.
Mainoties temperatūrai, nātrija karboksimetilcelulozes laboratoriskā viskozitāte šķīdumos ļoti atšķiras. Šī ir viena no svarīgākajām šī savienojuma īpašībām, kas nosaka tā pielietojuma jomu. Augsta polimerizācijas pakāpe nodrošina augstu viskozitāti un otrādi. Pie pH<6 или более 9 снижение сопротивления потоку значительно падает. Поэтому данную соль целесообразно применять в нейтральных и слабощелочных средах. Изменения вязкости при нормальных условиях являются обратимыми.
Nātrija karboksimetilcelulozei ir arī ķīmiska saderība ar daudzām citām vielām (cieti, želatīnu, glicerīnu, ūdenī šķīstošiem sveķiem, lateksiem). Sildot līdz temperatūrai virs 200 °C, sāls sadalās līdz nātrija karbonātam.
Galvenais faktors, kas ietekmē šī savienojuma īpašības, ir polimerizācijas pakāpe. Šķīdība, stabilitāte, mehāniskās īpašības un higroskopiskums ir atkarīgas no molekulmasas. Vielu ražo septiņās pakāpēs pēc polimerizācijas pakāpes un divās kategorijās pēc galvenās vielas satura.
Kvīts
Rūpnieciskā mērogā nātrija karboksimetilceluloze tiek ražota kopš 1946. gada. CMC ražošana pašlaik veido vismaz 47% no kopējā celulozes ēteru apjoma.
Galvenā izejviela šī savienojuma sintēzei ir koksnes celuloze, visizplatītākais organiskais polimērs. Tās priekšrocības ir zemā cena, bionoārdīšanās spēja, toksicitātes trūkums un apstrādes tehnoloģiskā procesa vienkāršība.
Nātrija karboksimetilcelulozi iegūst, sārmu celulozi reaģējot ar C2H3ClO2 (monohloretiķskābi) vai tās nātrija sāli. Pēdējos gados norit darbs, lai atrastu jaunus avotus izejvielu (linu, salmu, labības, džutas, sizala un citu) ieguvei, jo pieprasījums pēc šī materiāla nepārtraukti pieaug. Lai uzlabotu vielas kvalitāti, gatavo sāli nomazgā no piemaisījumiem, aktivizē celulozi vai pakļauj mikroviļņu starojumam.
Nātrija karboksimetilceluloze: rūpnieciski pielietojumi
Pateicoties tā īpašajām īpašībām, CMC tiek izmantots šādiem mērķiem:
dažādu sastāvu sabiezēšana, želatinizācija;
smalko daļiņu iesiešana krāsas plēvēs (plēves veidošana);
izmantot kā ūdeni aizturošu līdzekli;
fizikālo un ķīmisko īpašību stabilizācija;
šķīdumu viskozitātes palielināšana to sastāvdaļu vienmērīgai sadalei;
reoloģisko īpašību maiņa;
aizsardzība pret koagulāciju (suspendēto daļiņu saķere).
Viens no lielākajiem nātrija karboksimetilcelulozes izmantotājiem ir naftas un gāzes rūpniecība, kur savienojumu izmanto, lai uzlabotu urbšanas šķidrumu veiktspēju.
Vielu izmanto arī šādu tehnisko produktu ražošanā:
mazgāšanas līdzekļi;
poligrāfijas izstrādājumi;
risinājumi būvniecības apdares darbiem;
līmvielas, līmes materiāli;
sausie celtniecības maisījumi, cements (lai novērstu plaisāšanu);
krāsas un lakas;
griešanas šķidrumi;
līdzekļi sliežu sacietēšanai;
metināšanas elektrodu pārklāšana un citi.
Lai stabilizētu putas, nātrija karboksimetilceluloze tiek izmantota ugunsdzēsībā, pārtikas rūpniecībā, smaržu un keramikas ražošanā. Pēc tehnisko ekspertu domām, šis savienojums tiek izmantots vairāk nekā 200 tehnoloģiju un medicīnas jomās.
Aizsargpārklājumi
Viens no daudzsološajiem virzieniem ir no CMC suspensijas sintezētu nanodaļiņu kā stabilizējošu piedevu ieviešana korozijizturīgos pārklājumos. Tas ļauj mainīt, lai palielinātu saķeri ar pamatmateriālu, uzlabotu pārklājuma fizikālās un mehāniskās īpašības, būtiski nepalielinot kompozīcijas izmaksas. Nanodaļiņas veido mikrokopus, ļaujot iegūt kompozītmateriālus ar vērtīgām tehniskām īpašībām.
Šādas piedevas priekšrocība ir arī tā, ka tā ir videi draudzīga un bioloģiski noārdās. Tā ražošanai nav nepieciešams izmantot organiskos šķīdinātājus, līdz ar to samazinās notekūdeņu un atmosfēras piesārņojuma risks, nav nepieciešams izmantot specializētu aprīkojumu un augstu temperatūras diapazonu.
Uztura bagātinātājs
Nātrija karboksimetilceluloze tiek izmantota kā pārtikas piedeva (E-466) koncentrācijā, kas nepārsniedz 8 g/kg. Viela produktos veic vairākas funkcijas:
sabiezējums;
īpašību stabilizācija;
mitruma saglabāšana;
glabāšanas laika pagarināšana;
šķiedrvielu saglabāšana pēc atkausēšanas.
Visbiežāk šo savienojumu pievieno ātrās ēdināšanas ēdieniem, saldējumam, konditorejas izstrādājumiem, marmelādei, želejai, apstrādātam sieram, margarīnam, jogurtam, zivju konserviem.
Medicīna un kosmetoloģija
Farmācijas rūpniecībā nātrija karboksimetilcelulozi izmanto tādās zāļu grupās kā:
acu pilieni, injekciju šķīdumi - lai pagarinātu terapeitisko efektu;
tablešu čaumalas - lai kontrolētu aktīvās vielas izdalīšanos;
emulsijas, želejas un ziedes - veidojošo vielu stabilizēšanai;
antacīdi - kā jonu apmaiņas un kompleksu veidojošie komponenti.
Higiēnas un kosmētikas līdzekļu ražošanā šo savienojumu izmanto kā daļu no zobu pastām, šampūniem, skūšanās un dušas želejām un krēmiem. Galvenā funkcija ir stabilizēt īpašības un uzlabot tekstūru.
Ietekme uz cilvēka ķermeni un dzīvniekiem
Nātrija karboksimetilceluloze ir hipoalerģiska, bioloģiski neaktīva, tai nav kancerogēnas iedarbības un tā nepasliktina dzīvo organismu reproduktīvo funkciju. Lietošana kā pārtikas piedevas drošā koncentrācijā nerada negatīvas sekas. Savienojuma putekļi var izraisīt kairinājumu, ja tie nonāk saskarē ar acīm un augšējiem elpceļiem (aerosola MPC ir 10 mg/m3).
ir gaiši vai gaiši smilškrāsas kristālisks pulveris, bez smaržas un garšas. Tas labi šķīst ūdenī, sārmos; vidēji šķīst skābēs, glicerīns; nešķīst organiskajos šķīdinātājos, minerāleļļās. Tas ir celulozes un glikolskābes ēteris.Izšķīdinot ūdenī, veidojas viskozi caurspīdīgi šķīdumi, kam raksturīga pseidoplastiskums, bet dažiem - tiksotropija. Ūdens šķīdumos karboksimetilceluloze ir vāja virsmaktīvā viela (1% šķīdumam 25 ° C temperatūrā g 71 mN / m), tā ir labi apvienota ar citiem ūdenī šķīstošiem celulozes ēteriem, dabīgiem un sintētiskiem polimēriem, kā arī daudziem sārmu sāļiem, sārmzemju metāli un amonijs.
Brūnināšanas temperatūra 227°C, karbonizācijas temperatūra 252°C.
Ķīmiskā formula: [C 6 H 7 O2 (OH) 3-x (OCH 2 COOH) x] n, kur x = 0,08-1,5.
Karboksimetilcelulozi iegūst šādi: α-celulozi (šūnu vielu), kas iegūta tieši no augu šķiedrām, mērcē stipri sārmainā šķīdumā un apstrādā ar hloretiķskābi, iegūto glikolātu un nātrija hlorīdu nomazgā.
Karboksimetilcelulozes (Na-karboksimetilceluloze, Na-CMC) nātrija sāls ir vislielākā praktiskā nozīme - amorfa bezkrāsaina viela ar tilpuma blīvumu 400-800 kg / m³ un blīvumu 1,59 g / cm³. Tas ir anjonu polielektrolīts. Tas labi šķīst ūdenī. Na-CMC šķīdumu viskozitāte praktiski nav atkarīga no pH. Tas labi saista ūdeni, šķīdumi ir izturīgi pret monovalentiem sāļiem.
Sausai Na-karboksimetilcelulozei ir vāja kodīga iedarbība. Tas ir bioloģiski neaktīvs un izturīgs pret bioloģisko noārdīšanos, tomēr tā ūdens šķīdumi tiek pakļauti fermentatīvām hidrolīzēm, ilgstoši uzglabājot gaisā.
Karboksimetilcelulozes galvenā īpašība ir spēja veidot ļoti viskozu koloidālu šķīdumu, kas ilgstoši nezaudē savas īpašības.
Karboksimetilcelulozes izmantošana.
Na-karboksimetilceluloze tiek plaši izmantota kā plastifikators, biezinātājs un resorbents dažādās nozarēs.
Nātrija karboksimetilceluloze tiek izmantota naftas un gāzes rūpniecībā, ģeoloģijā, lai kontrolētu urbšanas šķidrumu īpašības, kas darbojas agresīvā vidē, kalnrūpniecībā un ķīmiskajā rūpniecībā silvinīta rūdu flotācijas bagātināšanas laikā.
Na-CMC izmanto būvniecībā kā līmi tapešu, keramisko flīžu līmēšanai un kā piedevu betonā, kā arī plastifikatoru metināto elektrodu masu pārklāšanai.
To izmanto kā līmēšanas, līmēšanas un biezinātāju tekstilrūpniecībā un sintētisko mazgāšanas līdzekļu ražošanā, kā arī krāsu un laku rūpniecībā kā biezinātāju špakteles maisījumiem un krāsām.
Plaši izmantots zobu pastas sastāvos, dispersants un stabilizators dekoratīvajā kosmētikā, želējošs līdzeklis masāžas un skūšanās krēmos.
Na-karboksimetilceluloze tiek izmantota vairākās pārtikas rūpniecībā. Pārtikas piedeva E466 - emulgators, stabilizators un biezinātājs, ko izmanto saldējuma, konditorejas izstrādājumu (želejas, putas, marmelādes, ievārījumi, augļu un ogu pildījumi, krēmi, pastas, konditorejas izstrādājumi, makaroni), mērču un gaļas izstrādājumu ražošanā. produkti iekapsulēšanai un tabletēšanai, ir pārtikas piedevu nesējs, ir daļa no pārtikas līmvielām. Karboksimetilcelulozes E466 preču formas ļoti atšķiras pēc šķīduma viskozitātes un ūdens aizturēšanas spējas.
Celulozes ēteri galvenokārt ir celulozes, kokvilnas un koksnes celulozes O-alkilēšanas produkti, to ražošanai kā izejviela tiek izmantots nātrija hidroksīds un atbilstošs alkilētājs. Tātad, lai iegūtu etilcelulozi, kā alkilētāju izmanto etilhlorīdu, karboksimetilcelulozi (CMC) - monohloretiķskābi vai tās nātrija sāli, metilcelulozi - metilhlorīdu, hidroksietilcelulozi - etilēnoksīdu.
Celulozes ēteru iegūšanas process sastāv no šādām tehnoloģiskām operācijām:
Celulozes apstrāde ar noteiktas koncentrācijas nātrija hidroksīda ūdens šķīdumu, kam seko iegūtā produkta samalšana (sārmainās celulozes iegūšana),
Sārmu celulozes turēšana noteiktos apstākļos, lai kontrolētu vienkārša gatavā celulozes ētera polimerizācijas pakāpi,
Apstrāde ar alkilējošu līdzekli,
Produkta tīrīšana, žāvēšana, slīpēšana un iepakošana.
Sagatavojot jauktos esterus, sārmainās celulozes apstrādi var veikt vai nu ar alkilējošu reaģentu maisījumu, vai secīgi ar katru no tiem.
GALVENĀS PIELIETOJUMS.
Tiek izmantots tehniskais NaCMC (nātrija karboksimetilceluloze):
Naftas un gāzes rūpniecībā kā augsti mineralizētu mālu suspensiju aizsargkoloīds-stabilizators urbumu urbšanas laikā (klases KMTs 85/600; KMTs 85/500; KMTs 85/350);
Sintētisko mazgāšanas līdzekļu ražošanā (CMC 70/300);
Tekstilrūpniecībā šķēru diegu izmērīšanai un kā biezinātājs apdrukas pastām (CMC 85/350);
Ieguves un pārstrādes (KMTs 55/500) un ieguves un ķīmiskās rūpniecības (KMTs 85/350; KMTs 75/400) rūpniecībā vara-niķeļa un silvinīta rūdu flotācijas bagātināšanas laikā;
Celtniecībā un sērkociņu rūpniecībā kā līmējošs materiāls (CMC 55/500);
Papīra rūpniecībā kā līmējošā bāze tapešu pastām, papīra pārklājumu gatavošanā, kā piedeva papīra masai papīra stiprības palielināšanai;
Keramikas rūpniecībā kā suspendējošs un saistviela;
Lietuvē kā serdes stiprinājums;
Bioloģiskajos pētījumos brīvas skābes veidā kā jonu apmaiņas sorbenti
Tiek izmantots attīrīts NaCMC (nātrija karboksimetilceluloze):
To izmanto elektrovakuuma nozarē (KMTs 70/500; KMTs 85/500);
Parfimērijas un kosmētikas rūpniecībā krēmu, šampūnu, pastu ražošanai (CMC 70/450)
KARBOKSIMETILCELULOZE (CMC)
Karboksimetilceluloze (CMC) - celuloze - glikogēlskābe, celulozes glikolāta ēteris. CMC (karboksimetilceluloze) ir vienkāršs celulozes un glikolskābes esteris ar vispārīgo formulu C6H7O2(OH)3-x(COH2COOH)x n. Vissvarīgākais ir CMC nātrija sāls - NaCMC (nātrijs - karboksimetilceluloze), kas, tāpat kā CMC, ir balta cieta viela (šķiedraina vai pulverveida) ar tilpuma blīvumu 400 - 800 kg / m3.
Rūpniecībā svarīgākajiem NaCMC paraugiem hidroksilgrupu aizvietošanas pakāpe ir 0,4 - 1,2 (uz vienu elementārvienību) un polimerizācijas pakāpe 200 - 1500.
fizikālās īpašības.
NaCMC blīvums ir 1590 kg/m3 (1,59 g/cm3), mīkstināšanas temperatūra ir 170 C. Augstākā temperatūrā CMC sadalās CMC un tā sāļi ir heterogēni pēc polimerizācijas pakāpes un aizvietošanas pakāpes.
NaCMC var frakcionēt, frakcionējot izgulsnējot ar metanolu, etanolu vai acetonu no ūdens šķīdumiem, vai arī secīgi izšķīdinot frakcijas, mainot šķīdinātāja sastāvu vai temperatūru.
CMC nešķīst ūdenī, zemas molekulmasas spirtos un ketonos, šķīst sārmu metālu un amonija hidroksīdu ūdens šķīdumos, kā arī celulozes šķīdinātājos.
Smago un daudzvērtīgo metālu CMC sāļi nešķīst ūdenī, Cu, Cl, Ni un Zn sāļi šķīst amonjakā; Al, Pb un Zn - NaOH.
CMC sāļu šķīdumiem ūdenī un sārmos ir raksturīga augsta valence. Ja zemas molekulmasas NaCMC frakciju pievieno lielas molekulmasas frakcijas šķīdumam, viskozitāte samazinās, neskatoties uz polimēra koncentrācijas palielināšanos. Ūdens šķīdumos CMC sāļi ir polielektrolīti.
CMC piemīt plēvi veidojošas īpašības.
Ķīmiskās īpašības.
CMC ir vāja skābe. CMC disociācijas konstante ir atkarīga no polimerizācijas pakāpes. Karboksimetilceluloze izgulsnējas no NaCMC šķīdumiem minerālskābju iedarbībā vai veidojas ūdens dispersijas veidā, NaCMC ūdens šķīdumus izlaižot caur jonu apmaiņas sveķu slāni. Ja smago un daudzvērtīgo metālu sāļu šķīdumus pievieno NaCMC ūdens šķīdumiem, attiecīgie slikti šķīstošie sāļi izgulsnējas.
Kad CMC istabas temperatūrā tiek pakļauts atšķaidītiem un koncentrētiem skābju un sārmu šķīdumiem, notiek glikozīdu saišu iznīcināšana (bez karboksimetilgrupu šķelšanās): vārot 50% sērskābes šķīdumā, glikozīdu saites tiek iznīcinātas un notiek dekarboksimetilēšana. glikozes un glikolskābes veidošanās. Sildot sausu NaCMC virs 130 C, tā šķīdība ūdenī pasliktinās; tālāk karsējot, NaCMC sadalās, veidojot nātrija karbonātu. NH4 -CMC parastā temperatūrā sadalās lēni, izdalot amonjaku.
NaCMC ir daudz izturīgāks pret mikroorganismu iedarbību nekā citi augstas molekulmasas ogļhidrāti. Ļoti efektīvi NaCMC šķīdumu konservanti pret baktēriju un pelējuma iedarbību ir (koncentrācijā līdz 0,025%): fenildzīvsudraba nitrāts, 8-hidroksihinolīns.
CMC analīzi var veikt, izgulsnējot CuCMC pie pH 4,0 - 4,1, kam seko saistītā vara masas submetriska noteikšana, CMC titrēšana, kolorimetrija, izmantojot 2,7 - dioksinaftalīnu vai antronu.
Nātrijs - karboksimetilceluloze.
NaCMC tehniskais ir anonīms polimērs, kura pamatā ir celuloze. Tam ir lieliskas biezinātāja spējas: 1% NaCMC palielina šķīduma viskozitāti līdz 20 reizēm. Fizioloģiski inerts, viegli šķīst jebkuras temperatūras ūdenī. Veido plēves, kas izturīgas pret eļļām un organiskajiem šķīdinātājiem. Dažādu klašu NaCMC ir plašs pielietojuma klāsts: ieguves rūpniecībā, naftas un gāzes, krāsu un laku, tekstila, būvniecības nozarē, sintētisko mazgāšanas līdzekļu ražošanā. CMC ir videi draudzīgs produkts, bioloģiski noārdās, neveidojot kaitīgas vielas.
"Cellulozes ēteru ražošana" V.Ya. Bidenskis, E.B. Kuzņecova. "Ķīmija" 1974
Saistītie raksti
Jauns Un populārs
