سدیم کربوکسی متیل سلولز به طور گسترده در صنعت، داروسازی و تولید مواد غذایی استفاده می شود. این ترکیب از چوب ساخته شده است و از نظر بیولوژیکی یک ماده بی اثر است، یعنی در فرآیندهای فیزیولوژیکی شرکت نمی کند. با توجه به خواص ویژه محلول های دارای این جزء، ویسکوزیته مواد و سایر پارامترهای فنی قابل تنظیم است.
شرح
سدیم کربوکسی متیل سلولز (CMC) نمک سدیم سلولز گلیکولیک اسید است. نام شیمیایی ترکیب طبق نامگذاری IUPAC سدیم پلی-1،4-β-O-کربوکسی متیل-D-پیرانوسیل-D-گلیکوپیرانوز است.
فرمول تجربی سدیم کربوکسی متیل سلولز فنی این است: [C6H7O2 (OH) 3-x (OCH2COONa) x]n. در این عبارت، x درجه جایگزینی برای گروه های CH 2 -COOH و n درجه پلیمریزاسیون است.
فرمول ساختاری در شکل زیر نشان داده شده است.
خواص
از نظر ظاهری، سدیم کربوکسی متیل سلولز تجاری یک ماده فیبری پودری، ریز دانه یا بی بو با چگالی ظاهری 400-800 کیلوگرم بر متر مکعب است.
Na-CMC دارای ویژگی های زیر است:
وزن مولکولی ترکیب - n.
به سرعت در آب گرم و سرد، نامحلول در روغن های معدنی و مایعات آلی حل می شود.
لایه هایی را تشکیل می دهد که در برابر روغن ها، گریس ها و حلال های آلی مقاوم هستند.
ویسکوزیته محلول ها را افزایش می دهد و به آنها تیکسوتروپی می دهد - با افزایش ضربه مکانیکی ، مقاومت جریان کاهش می یابد.
بخار آب را از هوا به خوبی جذب می کند، بنابراین این ماده باید در اتاق های خشک ذخیره شود (در شرایط عادی حاوی 9-11٪ رطوبت است).
این ترکیب غیر سمی و غیر قابل انفجار است، اما در حالت گرد و غبار می تواند مشتعل شود (دمای خود اشتعال +212 درجه سانتیگراد).
در محلول ها خواص یک پلی الکترولیت آنیونی را نشان می دهد.
هنگامی که دما تغییر می کند، ویسکوزیته آزمایشگاهی سدیم کربوکسی متیل سلولز در محلول ها بسیار متفاوت است. این یکی از مهمترین ویژگی های این ترکیب است که دامنه کاربرد آن را مشخص می کند. درجه پلیمریزاسیون بالا ویسکوزیته بیشتری را ایجاد می کند و بالعکس. در 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.
سدیم کربوکسی متیل سلولز همچنین با بسیاری از مواد دیگر (نشاسته، ژلاتین، گلیسیرین، رزین های محلول در آب، لاتکس) سازگاری شیمیایی دارد. هنگامی که تا دمای بالای 200 درجه سانتیگراد گرم می شود، نمک به کربنات سدیم تجزیه می شود.
عامل اصلی موثر بر خصوصیات این ترکیب درجه پلیمریزاسیون است. حلالیت، پایداری، خواص مکانیکی و رطوبت سنجی به وزن مولکولی بستگی دارد. این ماده با توجه به درجه پلیمریزاسیون در هفت گرید و با توجه به محتوای ماده اصلی در دو گرید تولید می شود.
اعلام وصول
سدیم کربوکسی متیل سلولز از سال 1946 در مقیاس صنعتی تولید شده است. تولید CMC در حال حاضر حداقل 47 درصد از حجم کل اترهای سلولز را تشکیل می دهد.
ماده اولیه اصلی برای سنتز این ترکیب، سلولز چوب، رایج ترین پلیمر آلی است. از مزایای آن می توان به قیمت پایین، زیست تخریب پذیری، عدم سمیت و سادگی فناوری پردازش اشاره کرد.
سدیم کربوکسی متیل سلولز از واکنش سلولز قلیایی با C2H3ClO2 (اسید تک کلرواستیک) یا نمک سدیم آن تولید می شود. در سال های اخیر، کار برای یافتن منابع جدید برای استخراج مواد خام (کتان، کاه، غلات، جوت، سیزال و غیره) در حال انجام است، زیرا تقاضا برای این ماده به طور مداوم در حال افزایش است. برای بهبود کیفیت ماده، نمک تمام شده از ناخالصی ها شسته می شود، سلولز فعال می شود یا در معرض تشعشعات مایکروویو قرار می گیرد.
سدیم کربوکسی متیل سلولز: کاربردهای صنعتی
CMC به دلیل خواص ویژه ای که دارد برای اهداف زیر استفاده می شود:
ضخیم شدن ترکیبات مختلف، ژلاتینه شدن؛
اتصال ذرات ریز در لایه های رنگ (تشکیل فیلم).
استفاده به عنوان یک عامل نگهدارنده آب؛
تثبیت خواص فیزیکی و شیمیایی؛
افزایش ویسکوزیته محلول ها برای اطمینان از توزیع یکنواخت مواد تشکیل دهنده آنها.
اصلاح خصوصیات رئولوژیکی؛
محافظت در برابر انعقاد (چسبیدن ذرات معلق به هم).
یکی از بزرگترین مصرف کنندگان سدیم کربوکسی متیل سلولز، صنعت نفت و گاز است که در آن از این ترکیب برای بهبود عملکرد سیالات حفاری استفاده می شود.
این ماده همچنین در ساخت محصولات فنی زیر استفاده می شود:
مواد شوینده؛
محصولات چاپی؛
راه حل برای کارهای تکمیل ساخت و ساز؛
چسب ها، مواد اندازه گیری؛
مخلوط های ساختمانی خشک، سیمان (برای جلوگیری از تشکیل ترک).
رنگ و لاک الکل؛
مایعات برش؛
رسانه های سخت کننده ریل؛
پوشش الکترودهای جوشکاری و غیره.
برای تثبیت کف، سدیم کربوکسی متیل سلولز در آتش نشانی، صنایع غذایی و در ساخت عطر و سرامیک استفاده می شود. تکنسین ها تخمین می زنند که این ترکیب در بیش از 200 زمینه فناوری و پزشکی استفاده می شود.
پوشش های محافظ
یکی از جهت‌های امیدوارکننده، معرفی نانوذرات سنتز شده از سوسپانسیون‌های CMC به عنوان افزودنی‌های تثبیت‌کننده در پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی است. این به شما امکان می دهد چسبندگی به مواد پایه را افزایش دهید، خواص فیزیکی و مکانیکی پوشش را بدون افزایش قابل توجهی هزینه ترکیب بهبود بخشید. نانوذرات ریزخوشه‌ها را تشکیل می‌دهند و دستیابی به کامپوزیت‌هایی با خواص فنی ارزشمند را ممکن می‌سازند.
مزیت این افزودنی نیز سازگاری با محیط زیست و زیست تخریب پذیر بودن آن است. برای تولید آن نیازی به استفاده از حلال‌های آلی نیست، بنابراین خطر آلودگی فاضلاب و جو را کاهش می‌دهد و نیازی به استفاده از تجهیزات تخصصی و محدوده دمایی بالا نیست.
مکمل غذایی
سدیم کربوکسی متیل سلولز به عنوان یک افزودنی غذایی (E-466) در غلظت بیش از 8 گرم در کیلوگرم استفاده می شود. این ماده چندین عملکرد را در محصولات انجام می دهد:
غلیظ شدن؛
تثبیت خواص؛
حفظ رطوبت؛
افزایش عمر مفید؛
حفظ فیبر غذایی پس از یخ زدایی
اغلب این ترکیب به فست فود، بستنی، شیرینی، مارمالاد، ژله، پنیر فرآوری شده، مارگارین، ماست و کنسرو ماهی اضافه می شود.
پزشکی و زیبایی
در صنعت داروسازی، نمک سدیم کربوکسی متیل سلولز در گروه های دارویی مانند:
قطره های چشمی، محلول های تزریقی - برای طولانی شدن اثر درمانی؛
پوسته قرص - برای تنظیم انتشار ماده فعال؛
امولسیون ها، ژل ها و پمادها - برای تثبیت مواد تشکیل دهنده.
داروهای ضد اسید - به عنوان اجزای تبادل یونی و کمپلکس.
در تولید محصولات بهداشتی و آرایشی از این ترکیب در خمیردندان ها، شامپوها، ژل های اصلاح و دوش و کرم ها استفاده می شود. عملکرد اصلی تثبیت خواص و بهبود بافت است.
تاثیر بر بدن انسان و حیوان
سدیم کربوکسی متیل سلولز ضد حساسیت، بیولوژیکی غیر فعال، غیر سرطان زا است و عملکرد تولید مثل موجودات زنده را مختل نمی کند. استفاده به عنوان افزودنی های غذایی در غلظت های ایمن منجر به عواقب منفی نمی شود. گرد و غبار حاصل از این ترکیب در صورت تماس با چشم ها و دستگاه تنفسی فوقانی می تواند باعث تحریک شود (MPC آئروسل 10 میلی گرم بر متر مکعب است).
دانشگاه صنایع گیاهی ایالتی فن آوری سنت پترزبورگ
پلیمرها
گزارش در مورد شیوه های مهندسی
متیل سلولز و کربوکسی متیل سلولز: خواص محلول ها و فیلم ها
بررسی شده توسط: محقق ارشد، دکترای علوم شیمی
الکساندر میخائیلوویچ بوچک
تکمیل شده: هنر. گرم 144
تاتیشچوا والنتینا الکساندرونا
سنت پترزبورگ 2003
معرفی
متیل سلولز اولین عضو از سری همولوگ مشتقات 0-آلکیل سلولز (اترها) است. با توجه به درجه جایگزینی، متیل اترهای سلولز را می توان به کم جایگزین، محلول در محلول های آبی قلیایی قوی با غلظت معین، و بسیار جایگزین، محلول در آب و حلال های آلی تقسیم کرد. متیل اترهای سلولزی را می توان با واکنش سلولز با معرف های آلکیله کننده مختلف به دست آورد: دی متیل سولفات، متیل کلرید (یا متیل یدید و برومید)، دیازومتان، متیل استر بنزن سولفونیک اسید. در حال حاضر متیل سلولز (عمدتاً محلول در آب) یک محصول صنعتی است.
فرآورده های 0-کربوکسی متیل سلولز، بسته به درجه جایگزینی، و همچنین سایر مشتقات 0-آلکیل، می توانند به کم جایگزین و بسیار جایگزین تقسیم شوند. با این حال، آماده سازی آماده سازی CMC با درجه جایگزینی γ بیش از 100، به دلیل اثرات الکترواستاتیک دفع گروه های باردار مشابه (یون کلرواستات و گروه کربوکسی متیل) بسیار دشوار است. بنابراین، عملاً آماده‌سازی‌های CMC "بسیار جایگزین" محصولاتی هستند که درجه جایگزینی γ = 50-100 دارند و محلول در آب هستند.
به دست آوردن متیل سلولز
در صنعت، رایج ترین روش برای تولید متیل سلولز، آلکیلاسیون سلولز قلیایی با متیل کلرید است.
فرآیند آلکیلاسیون با آلکیل هالیدها در دمای 353-373 کلوین انجام می شود. از آنجایی که متیل کلرید دارای نقطه جوش 248 کلوین است، واکنش آلکیلاسیون در اتوکلاوها تحت فشار بالا انجام می شود.
در طی فرآیند آلکیلاسیون، واکنش های جانبی بین متیل کلرید و قلیایی برای تشکیل الکل و نمک و بین الکل و متیل کلرید برای تشکیل دی متیل اتر رخ می دهد:
NaOH + CH 3 Cl + CH 3 OH → CH 3 OCH 3 + NaCl + H 2 O
CH 3 Cl + NaOH → CH 3 OH + NaCl
بنابراین، استفاده از کلرید متیل اضافی و مقدار قابل توجهی قلیایی جامد ضروری است، زیرا با افزایش غلظت قلیایی، تجزیه متیل کلرید کاهش می یابد.
اتم ید راحت ترین تبادل است (متحرک ترین)، که به دلیل قطبش پذیری بیشتر آن است؛ با این حال، آلکیل یدیدها نسبتا گران هستند. کلریدها و برومیدها از نظر واکنش پذیری با یکدیگر تفاوت چندانی ندارند، بنابراین در سنتزهای صنعتی ترجیح می دهند از آلکیل کلریدهای قابل دسترس تر استفاده کنند.
سرعت واکنش در حالت گذار متناسب با غلظت هر واکنش دهنده است. باید فرض کرد که واکنش سلولز با متیل کلرید مطابق با طرح فوق اتفاق می افتد، یعنی این یک واکنش دو مولکولی جایگزینی هسته دوست -S N2 است.
تولید متیل سلولز به دلیل مصرف زیاد معرف ها، نیاز به کار تحت فشار و ... با مشکلات خاصی همراه است، بنابراین یافتن روش های جدید سنتز متیل سلولز از اهمیت عملی بالایی برخوردار است. از این منظر آثار جالب به نظر می رسند. نویسندگان از استرهای اسیدهای سولفونیک معطر به عنوان عوامل آلکیله کننده، یعنی استرهای p-toluenesulfonic اسید، تولوئن دی سولفونیک اسید، بنزن سولفونیک اسید و نفتالین سولفونیک اسید استفاده کردند.
آلکیلاسیون با این اترها طبق طرح زیر انجام می شود:
C 6 H 7 O 2 (OH) 3 + xRSO 2 OR "→ C 6 H 7 O 2 (OH) 3 (OR") x + xRSO 2 OH،
که در آن R= -C 6 H 5، -CH 3 C 6 H 4، -C 10 H 7. R"= -CH 3، -C 2 H 5، و غیره.
مشخص شد که با افزایش طول رادیکال آلکیله کننده، سرعت واکنش کاهش می یابد. بر اساس داده های تجربی، استرهای اسید سولفونیک را می توان با توجه به واکنش پذیری در سری های زیر مرتب کرد:
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.
اغلب از دی متیل سولفات (CH 3) 2 S0 4 برای آلکیلاسیون سلولز در شرایط آزمایشگاهی استفاده می شود که دارای نقطه جوش 461 کلوین است و به فرد امکان می دهد محصولات را در فشار معمولی بدست آورد. اما، با وجود این، استفاده از آن در تولید به دلیل سمیت بالا محدود است. تشکیل اتر سلولز در مورد دی متیل سولفات را می توان به صورت کلی با معادله زیر بیان کرد:
C 6 H 7 O 2 (OH) 3 + x(CH 3) 2 SO 4 → C b H 7 O 2 (OH) 3- x (OCH 3) x + xCH 3 OSO 3 Na + xH 2 O.
همزمان با واکنش اصلی آلکیلاسیون سلولز، یک واکنش جانبی تجزیه دی متیل سولفات نیز طبق طرح زیر رخ می دهد:
(CH 3) 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2CH 3 OH.
متیل سولفوریک اسید تشکیل شده در طی واکنش اصلی می تواند با متیل الکل واکنش داده و دی متیل اتر و در حضور قلیایی اضافی، سولفات سدیم ایجاد کند:
واکنش متیلاسیون فقط در یک محیط قلیایی رخ می دهد که بدیهی است که به دلیل واکنش غالب سلولز به شکل یک ترکیب قلیایی تفکیک شده است.
به دست آوردن محصولات کاملاً جایگزین شده با متیلاسیون سلولز با استفاده از این روش با مشکلات قابل توجهی روبرو می شود. بنابراین، پس از 18 - 20 عملیات متیلاسیون پنبه، Denham و Woodhouse محصولی حاوی 44.6% OCH 3 (مقدار نظری برای تری متیل سلولز 45.58% OCH 3) و Irvine and Hirst - با محتوای 42 - 43% OCH 3 به دست آوردند. پس از متیلاسیون 28 برابری، برل و شوپ استری حاوی 44.9٪ OCH 3 به دست آوردند.
وجود واکنش جانبی که در بالا توضیح داده شد یکی از دلایل دشواری بدست آوردن یک محصول بسیار جایگزین است. تجزیه دی متیل سولفات در طول تولید متیل سلولز مستلزم استفاده از مقدار زیادی از آن است که به نوبه خود نیاز به استفاده از مقدار زیادی قلیایی را به دنبال دارد، زیرا واکنش محیط باید همیشه قلیایی باقی بماند.
مشخص شد که در غلظت قلیایی بالاتر می توان درجه بالاتری از جایگزینی متیل سلولز را بدست آورد. این واقعیت با دلایل مختلفی توضیح داده می شود. اول، نشان داده شده است که درجه تجزیه دی متیل سولفات با افزایش غلظت قلیایی کاهش می یابد. ثانیاً، می توان فرض کرد که با افزایش غلظت NaOH، تعادل در سیستم به سمت راست تغییر می کند.
C 6 H 7 O 2 (OH) 3 + Na + + OH - → C 6 H 7 O 2 (OH) 2 O - + Na + + H 2 O.
با این حال، در برخی موارد می توان متیل سلولز بسیار جایگزین را بدون تکرار متیلاسیون به دست آورد.
بنابراین، هاورث و همکاران، که قبلاً کاغذ صافی را به صورت پودر ریز خرد کرده بودند و آن را در استون معلق کرده بودند، پس از متیلاسیون 2 برابر، محتوای متوکسیل 45 درصد را به دست آوردند. ساده ترین راه برای به دست آوردن محتوای متوکسیل بالا، حل کردن استات سلولز بازیافت شده در استون و افزودن تدریجی دی متیل سولفات و قلیایی آبی است. به این ترتیب، محتوای متوکسیل در محصول واکنش نزدیک به 45٪ را می توان در یک عملیات به دست آورد.
تهیه کربوکسی متیل سلولز
سدیم کربوکسی متیل سلولز با جایگزین کم با واکنش سلولز قلیایی با اسید مونوکلرواستیک تحت شرایط مختلف به دست آمد. با توجه به اینکه اسید کلرواستیک ماده ای جامد و کریستالی است و برای تولید محصولات کم جایگزین در مقایسه با سلولز به مقدار کمی نیاز است، توزیع یکنواخت اجزای واکنش دهنده مخلوط از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در یکی از روش‌ها، واکنش با تیمار سلولز خشک شده در هوا با محلول نمک سدیم اسید مونوکلرواستیک در محلول 17.5-18 درصد NaOH با مدول مایع 5 (نسبت مقدار مایع در) انجام شد. میلی لیتر به جرم سلولز بر حسب گرم). محلول نمک قبل از واکنش با حل کردن قسمت مناسب اسید مونوکلرواستیک در یک قلیایی با غلظتی که پس از خنثی سازی در مقدار مشخص شده باقی می ماند، تهیه شد.
میزان جایگزینی نمک سدیم کم جایگزین کربوکسی متیل سلولز با میزان سدیم آن تعیین می شود.میزان سدیم در کربوکسی متیل سلولز را می توان با روش وزن سنجی به شکل سولفات، با خاکستر کردن نمونه در بوته و تصفیه خاکستر تعیین کرد. با اسید سولفوریک و تکلیس در 973 کلوین، یا به روش حجمی با تیتر کردن مجدد قلیایی اسید سولفوریک اضافی در حضور بروموفنل بلو به عنوان یک شاخص (ناحیه انتقال باید در یک محیط اسیدی باشد تا قلیایی دوباره به قلیایی متصل نشود. گروه های کربوکسیل).
حلالیت، ویسکوزیته محلول ها و سایر خواص کربوکسی متیل سلولز تا حد زیادی به روش تهیه آن بستگی دارد.
چندین روش شناخته شده برای تولید Na-CMC بر اساس همین واکنش وجود دارد:
سلول(OH) n + 2mNaOH + mCH 2 C1COOH →
سلول(OH) n - m (OSH 2 COONa) m + mNaCl + 2mH20،
اما در اصلاحات مختلف ساخته شده است. بنابراین، مقایسه نمونه‌های Na-CMC به‌دست‌آمده از سلولز یکسان، اما با استفاده از روش‌های مختلف، جالب است.
روش های زیر برای به دست آوردن CMC استفاده شد.
1. سلولز مرسریزه شده با محلول 5/17 درصد NaOH به 3 برابر جرم آن فشار داده شد و در آسیاب نوع Werner و Pfleiderer با نمک سدیم خشک اسید مونوکلرواستیک (CH2C1COONa) در دمای 313 کلوین به مدت 30 دقیقه پردازش شد. سپس مخلوط واکنش در شرایط ثابت در دمای 295 کلوین به مدت 24 ساعت در ظرف دربسته نگهداری شد. در این مدت، تخریب اکسیداتیو-قلیایی سلولز رخ می دهد: درجه پلیمریزاسیون از 1200 به 300-400 کاهش می یابد و حلالیت نمونه های CMC در آب بهبود می یابد. بر اساس این روش، آلکیلاسیون در حداکثر غلظت توده های فعال (سلولز و اسید مونوکلرواستیک) اتفاق می افتد و در نتیجه درجه بالایی از آلکیلاسیون ایجاد می شود. با این حال، شرایط برای مخلوط کردن اجزای واکنش برای به دست آوردن نمونه های Na-CMC به طور یکنواخت آلکیله شده مساعد نیست.
P. سلولز خشک شده در هوا با محلول نمک سدیم اسید مونوکلرواستیک در محلول 18 درصد NaOH در یک ماژول مایع 5 و دمای 313 کلوین تیمار شد. تخریب اکسیداتیو - قلیایی در روش فوق شرح داده شده 1 پس از انجام شد. فشردن مخلوط واکنش به
3 برابر جرم نسبت به سلولز. این روش با نفوذ یکنواخت معرف آلکیله کننده - اسید مونوکلرواستیک - به الیاف سلولزی در حین تورم مشخص می شود، که امکان به دست آوردن محصولات جایگزین یکنواخت را فراهم می کند. با این حال، همانطور که نشان داده شد، بیشتر مقدار CH 2 ClCOOH به واکنش جانبی صابونی شدن آن می رود.
III. سلولز با محلول 18 درصد NaOH مرسریزه شد. سلولز قلیایی، فشرده شده تا 5 برابر جرم آن، روی قیف بوشنر با پروپانول (با تزریق) شسته شد تا نمک اضافی و آب حذف شود. پروپانول به مدول مورد نظر اضافه شد و خمیر در آسیاب قرار گرفت. پس از 10 دقیقه آسیاب کردن، نمک خشک CH 2 ClCOONa اضافه شد. واکنش در دمای ثابت انجام شد. با استفاده از این روش، اندازه واکنش جانبی صابونی شدن CH 2 ClCOONa به حداقل می رسد و در نتیجه کارایی استفاده از معرف آلکیله کننده افزایش می یابد. در تمام موارد، نمونه‌های CMC با اتانول داغ 70 درصد در دستگاه سوکسلت شسته شدند تا زمانی که واکنش منفی برای NaOH با فنل فتالئین و برای کلر با محلول AgNO 3 ایجاد شود.
همانطور که می بینید، بالاترین درجه جایگزینی با همان مقدار CH 2 C1COOH با استفاده از روش III - در محیط پروپانول به دست می آید. این بدیهی است که با کاهش مصرف CH 2 ClCOOH برای واکنش صابونی سازی جانبی توضیح داده می شود.
خواص محلول های متیل سلولز
حلالیت متیل سلولز کم جانشین در آب در دمای اتاق و پایین تر و ترکیب فراکسیون هایی که وارد محلول می شوند به درجه جانشینی، همگنی و درجه پلیمریزاسیون آن بستگی دارد.
روی میز جدول 1 داده هایی را در مورد تعیین انحلال پذیری انواع متیل سلولز در آب ارائه می دهد. هنگام تجزیه و تحلیل داده های جدول، اول از همه، شرایط زیر توجه را به خود جلب می کند: حلالیت متیل سلولز در آب، حتی با محتوای نسبتاً بالایی از متوکسیل ها (برای متیل سلولز با درجه پلیمریزاسیون بالا) بسیار کم است. متیل سلولزها که درجه پلیمریزاسیون کمتری دارند، محلول تر هستند.
روش تولید متیل سلولز عامل مهمی است که حدود حلالیت متیل سلولز را در یک حلال خاص تعیین می کند.
هنگام تولید متیل سلولز در محلول، ساختار کریستالی اصلی از بین می رود و شبکه جدید بلافاصله پس از بازسازی از محلول (در شرایط خاص) ساخته نمی شود، بنابراین محصول آمورف می شود و بنابراین، راحت تر قابل حل است. در دسترس بودن سلولز بسیار مهم است که به دلیل آن مخلوطی از محصولات واکنش به دست می آید که درجه جایگزینی آن متفاوت است. این ناهمگونی منجر به کاهش مقدار ماده محلول می شود.
یک اثر بسیار جالب، اثر انجماد است که خود را در افزایش قابل توجهی در حلالیت نشان می دهد.
میز 1.
حلالیت متیل سلولز در آب
شماره نمونه |
حلالیت، درصد نمونه کاملا خشک |
حلالیت، درصد نمونه اصلی |
محتوای OSSN3 در بخش حل نشده،٪ | محتوای OCH3 در قسمت محلول، % | |||
| قبل از انجماد | قبل از انجماد | پس از انجماد و ذوب | |||||
| 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 |
روی میز جدول 2 داده هایی را در مورد حلالیت متیل سلولز کم جایگزین در 6.5% NaOH ارائه می دهد. بر خلاف انحلال در آب، متیل سلولز در حال حاضر در درجه ای از جایگزینی حدود 5 پس از انجماد در محلول 6.5٪ NaOH 95٪ حل می شود. هنگام انجماد متیل سلولز با جایگزین کم، میانگین درجه پلیمریزاسیون (در مورد محصولات نسبتاً مولکولی بالا DP = 1100-1200) به تقریباً 1000 کاهش می یابد. محصولات به دست آمده از سلولز قبلا تجزیه شده (با تخریب اکسیداتیو- قلیایی) و دارای DP از حدود 400، پس از انجماد، تقریبا وزن مولکولی آن تغییر نمی کند.
محلول های متیل سلولز کم جانشین با غلظت 2-1 درصد مورد مطالعه قرار گرفت. که می توانند به عنوان محلول های غلیظ طبقه بندی شوند. لازم به ذکر است که مفهوم محلول های "غلیظ" مواد با مولکولی بالا به معنای غلظت، مشروط است و به طور قابل توجهی با مفهوم معمول محلول های غلیظ متفاوت است.
جدول 2
حلالیت متیل سلولز کم جایگزین در محلول 6.5 درصد NaOH
| شماره نمونه | درجه تعویض | محتوای OCH3 در متیل سلولز، % | حلالیت، درصد نمونه اصلی | |
| در 291 K | پس از انجماد و ذوب | |||
| 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 | تعریف نشده | 98,0 |
| 6 | 30,4 | 5,5 | تعریف نشده | 99,2 |
| 7 | 24,3 | 4,4 | 0,5 | 99,0 |
| 8 | 22,7 | 4,1 | تعریف نشده | 98,5 |
| 9 | 16,6 | 3,0 | تعریف نشده | 96,0 |
| 10 | 11,6 | 2,1 | تعریف نشده | 95,3 |
| 11 | 9,4 | 1,7 | تعریف نشده | 95,1 |
| 12 | 6,6 | 1,2 | تعریف نشده | 48,0 |
| 13 | 1,3 | 0,25 | تعریف نشده | 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 |
در شیمی ترکیبات با مولکولی بالا، محلول های غلیظ آنهایی هستند که در آنها برهمکنش بین ذرات منفرد یک ماده پراکنده وجود دارد. در نتیجه این فعل و انفعال، محلول های مواد با مولکولی بالا تعدادی انحراف از قوانین مشخصه مایعات معمولی را نشان می دهند. این انحرافات قبلاً در محلول های نسبتاً رقیق 0.3-0.5٪ رخ می دهد.
محلول های مورد مطالعه متیل سلولز کم جایگزین دارای غلظت قابل توجهی بالاتر از مقادیر مشخص شده و درجه پلیمریزاسیون نسبتاً بالایی مولکول های زنجیره ای بودند، بنابراین می توان آنها را به عنوان محلول های غلیظ طبقه بندی کرد.
به عنوان یک قاعده، محلول های غلیظ اترهای سلولز در طول زمان کاملاً پایدار هستند. این یا آن تغییر در ویسکوزیته چنین محلول هایی در طول زمان با تأثیر تعدادی از عوامل تعیین می شود، یعنی: تغییر در درجه استری شدن محصول محلول، تغییر در درجه حلالیت و امکان تشکیل. از سازه های سه بعدی
ما با جزئیات بیشتری خواص متیل سلولز محلول در آب را در نظر خواهیم گرفت.
خواص متیل سلولز محلول در آب
با افزایش درجه متیلاسیون به γ = 50، رطوبت استر حاصل افزایش می یابد. این با این واقعیت توضیح داده می شود که در ماکرومولکول های سلولز اشباع متقابل اکثر گروه های هیدروکسیل با تشکیل پیوندهای هیدروژنی وجود دارد.
هنگامی که به درجه بالاتری از جایگزینی در منطقه 26.5-32.5٪ از محتوای گروه های متوکسیل می رسد، متیل سلولز در آب حل می شود. با افزایش بیشتر گروه های متوکسیل به 38 درصد و بالاتر، حلالیت خود را در آب (در دمای اتاق و بالاتر) از دست می دهد. محصولات بسیار متیله نیز در حلال های آلی محلول هستند.
محلول های آبی متیل سلولز (γ = 160-200)، مانند متیل سلولزهای کم جانشین، پایدار نیستند.
هنگامی که محلول ها گرم می شوند، حلالیت بدتر می شود تا زمانی که پلیمر رسوب کند. حد بالایی پایداری دمایی محلول 313-333 کلوین برای چنین محصولی است (بسته به DP و غلظت). این پدیده با تشکیل یک "ترکیب هیدروکسونیوم" از گروه آلکوکسی با آب توضیح داده می شود که با افزایش دما از بین می رود و منجر به رسوب پلیمر می شود.
امکان انتقال متیل سلولز سه جایگزین شده به یک محلول (آبی) نشان داده شد (تری متیل سلولز قبلاً با اتر نفتی از محلولی در کلروفرم رسوب داده شده بود). حد بالایی پایداری دمایی محلول تری متیل سلولز در آب با غلظت حدود 2% کلوین 288 است. چنین محلول هایی خاصیت تشکیل فیلم خوبی دارند. فیلم های تشکیل شده در یک خشک کن روی P 2 0 5 در دمای پایین، دارای استحکام کششی (5-7) هستند. 10 7 N/M 2.
این واقعیت که تری متیل سلولز را می توان در آب حل کرد به طور مستقیم نشان دهنده توانایی گروه های OCH 3 برای هیدراته شدن است. از دست دادن تری متیل سلولز از محلول با افزایش جزئی دما نشان دهنده بسیار کم است
قدرت این ارتباطات با افزایش نسبت گروه های هیدروکسیل در اتر، یعنی با کاهش γ تا 160، حد بالایی پایداری دمایی محلول به 313-333 کلوین افزایش می یابد. این نتایج با مطالعات همولوگ تایید شد. متیل سلولز - اتیل سلولز. اتیل سلولز بسیار جایگزین شده (γ=200) از نظر حلالیت در آب مشابه تری متیل سلولز رفتار می کند. در شرایط عادی، آن را فقط در آب حل می کند - 9٪.
EC رسوب مجدد عملاً در دمای اتاق نامحلول است، اما در دمای 273 K حلالیت آن در آب 50-60٪ است. بنابراین، شکنش EC "بسیار جایگزین" انجام شد، در نتیجه بخش های زیر به دست آمد: رسوب، محلول و نامحلول در آب. برای توصیف بخشی از EC محلول در آب و توضیح دلایل انتقال تنها بخشی از ماده به محلول آبی، همه فراکسیون ها با محتوای گروه های OC 2 H 5، با مقدار ویسکوزیته ذاتی مشخص شدند. و همچنین با روش های طیف سنجی IR. نتایج در جدول نشان داده شده است. 3.
جدول 3
ویژگی های فراکسیون های اتیل سلولز
محلول های آبی EC با γ = 220 را می توان در غلظت بیش از 1.4 درصد به دست آورد. کدورت محلول 0.82% در دماهای بالاتر از 279 کلوین به شدت شروع به افزایش می کند. در مورد محلول غلیظ تر، افزایش شدید کدورت در دمای پایین تر اتفاق می افتد.
بنابراین، EC با همان الگوی MC مشخص می شود: با افزایش درجه جایگزینی، حد پایداری دمای محلول کاهش می یابد (همانطور که شناخته شده است، EC معمولی محلول در آب با γ = 100، مانند MC، زمانی که منعقد می شود. تا دمای 323-333 کلوین گرم می شود. بنابراین، به احتمال زیاد فرض می شود که گروه های -OS 2 H 5 در تعامل EC با آب شرکت می کنند.
در محلول های آبی، متیل سلولز خواص مواد غیریونی با مولکولی بالا را نشان می دهد. ویسکوزیته ذاتی در این محلول ها با رابطه کوهن مارک به وزن مولکولی مربوط می شود:
وینک برای تعیین تغییر ویسکوزیته ذاتی بسته به وزن مولکولی و تعیین ثابت های این معادله، تخریب متیل سلولز را با هیدرولیز اسیدی انجام داد.
متیل سلولز ابتدا با رسوب از محلول آبی اتانول با اتر خالص شد. درجه جایگزینی سلولز اصلی 1.74 و درجه پلیمریزاسیون 2000 بود.
بر اساس اندازه گیری مقادیر وزن مولکولی مطلق با استفاده از اسمومتری و تعیین گروه های انتهایی، وابستگی ویسکوزیته ذاتی فراکسیون متیل سلولز حاصل به وزن مولکولی آن (یا درجه پلیمریزاسیون Py) مشخص شد:
Vincom دریافت که ویسکوزیته مشخصه متیل سلولز به وجود یک الکترولیت خارجی - اسید - در محلول بستگی ندارد.
لازم به ذکر است که سایر نویسندگان (که وزن‌های مولکولی مطلق را با استفاده از ته نشینی در یک اولتراسانتریفیوژ و پراکندگی نور تعیین کردند) مقادیر کمی متفاوت برای توان "a" در معادله کوهن مارک برای متیل سلولز به دست آوردند. بنابراین، در کار a = O.63 و در a = 0.55.. نویسندگان خود این اختلافات را با توانایی بالای متیل سلولز برای تجمع در محلول های آبی توضیح می دهند.
خواص محلول های کربوکسی متیل سلولز
داده های مربوط به حلالیت آماده سازی های مختلف کربوکسی متیل سلولز نشان می دهد که CMC کم جایگزین پس از انجماد تقریباً به طور کامل حتی در مقدار γ پایین (حدود 2) حل می شود.
بنابراین، اثر جانشینی بسیار کوچک و دماهای پایین بر حلالیت این مشتقات سلولزی کاملاً تأیید می شود.
حلالیت کربوکسی متیل سلولزهای کم جانشین در قلیایی و کارایی مونوکلورواستات سدیم را می توان با آسیاب خشک سلولز قبل از واکنش افزایش داد. انحلال پذیری فرآورده های کربوکسی متیل سلولز کم جانشین را نیز می توان با کاهش درجه پلیمریزاسیون توسط تخریب اکسیداتیو در یک محیط قلیایی افزایش داد. در این مورد، پس از پایان واکنش، که به مدت 4 ساعت در دمای 313 کلوین انجام می شود، CMC به اندازه 2.6-2.8 برابر جرم خود فشرده می شود، خرد شده و در معرض "رسیدن"، یعنی تخریب اکسیداتیو-قلیایی قرار می گیرد. پس از یک زمان "بلوغ" معین، Na-CMC با آب شسته می شود تا خنثی و خشک شود. به این ترتیب Na-CMC بدست می آید که در 10-12 = γ حلالیت کامل در قلیایی دارد و 6-8 درصد محلول می دهد.
پایداری محلول‌های کربوکسی متیل سلولز کم جایگزین پس از رقیق‌سازی مورد بررسی قرار گرفت.
محلول های CMC تهیه شده با انجماد در سود سوزآور 4 و 6 درصد چندین بار با آب مقطر رقیق شدند، پس از آن حداقل غلظت قلیایی که مربوط به ظاهر کدورت یا انتشار رسوب است، مشخص شد. داده‌های حاصل از این آزمایش‌ها نشان داد که محلول‌های کم جایگزین Na-کربوکسی متیل سلولز حتی زمانی که تا غلظت قلیایی بسیار کم، تا 0.5٪ رقیق شوند، کاملاً پایدار عمل می‌کنند. این شرایط هنگام تهیه محلول های نمک سدیم کربوکسی متیل سلولز برای اهداف عملی، به عنوان مثال، برای تکمیل پارچه بسیار مهم است.
این کار تأثیر دما را بر ویسکوزیته محلول های آبی Na-CMC و همچنین متیل سلولز، هیدروکسی اتیل سلولز و متیل کربوکسی متیل سلولز بررسی کرد.
روابط دما و ویسکوزیته برای محلول های آبی اترهای سلولز از اهمیت عملی زیادی برخوردار است، زیرا استفاده از آنها در بسیاری از موارد به این بستگی دارد.
Savage یک وابستگی خطی ویسکوزیته به دما را برای محلول های Na-CMC در مقیاس مختصات نیمه لگاریتمی به دست آورد. وابستگی ویسکوزیته به دما در هنگام خنک سازی معکوس چنین محلول هایی با یک خط مستقیم که کمی پایین تر از خط اول قرار دارد بیان می شود. این آزمایشات ماهیت هیستریک تغییرات در ویسکوزیته محلول های NA-CMC تحت تأثیر دما را تأیید می کند.
کاهش ویسکوزیته بدیهی است که نتیجه نرخ آرام سازی بسیار پایین در چنین سیستم های مولکولی بالا به عنوان محلول آبی Na-CMC است. زمان لازم برای برقراری تعادل در آنها می تواند بسیار طولانی باشد، به طوری که در طول مدت زمان اندازه گیری شده سیستم زمانی برای بازگشت به حالت اولیه خود نداشته باشد. امکان تخریب مولکول ها در اثر حرارت را نمی توان رد کرد، که البته باید منجر به تغییرات برگشت ناپذیر ویسکوزیته شود.
ایده های مدرن در مورد محلول های مشتقات سلولز در حلال های مختلف بر این واقعیت استوار است که این مواد محلول های واقعی را تشکیل می دهند که در آن ماکرومولکول ها از نظر جنبشی آزاد هستند. با این حال، این واقعیت را رد نمی کند که اگر محصول صنعتی استری شدن سلولز در درجه استری شدن بسیار ناهمگن باشد، بخش های منفرد آن ضعیف محلول خواهند بود. در نتیجه، محلول، همراه با بیشتر ماده پراکنده مولکولی، ممکن است حاوی بقایای ساختار سلولز اصلی نیز باشد.
محلول های متمرکز کربوکسی متیل سلولز ، مانند محلول های بسیاری از ترکیبات مولکولی بالا ، مایعات نیوتنی نیستند.
راه حل های NA-CMC ناهنجاری ویسکوزیته قابل توجهی دارند. یکی از ویژگی های محلول های واقعی آن نیز وجود ذرات مختلف غیر مولکولی پراکنده و توده های ماکرومولکول ها، به ویژه در حضور کاتیون های چند ظرفیتی است. بنابراین، هم در اندازه‌گیری‌های ویسکومتری و هم در اندازه‌گیری اسمومتری درجه پلیمریزاسیون (DP)، لازم است این ویژگی‌ها و ترکیب واقعی محلول در نظر گرفته شود و قبل از چنین اندازه‌گیری‌هایی، کسری که در به دست آوردن نتایج صحیح اختلال ایجاد می‌کند، جدا شود.
هنگام مطالعه محلول های آبی Na-CMC با غلظت 0.0025 تا 0.1 گرم در لیتر، کار داده هایی به دست آورد که نشان دهنده قطبیت قابل توجهی از مولکول های آن است. داده های فوق ، کربوکسی متیل سلولز را به عنوان ماده ای که دارای تعدادی از خواص ذاتی در بسیاری از پلی الکترولیت ها است ، توصیف می کنند. به نظر می رسد وجود یک گشتاور الکتریکی زیاد باید در تعدادی از موارد امکان تجلی جذب الکترواستاتیک را تعیین کند. با این حال، اگر تجمع مولکول‌های CMC را با افزایش غلظت آن در محلول و غربال بارهای آن در نظر بگیریم، باید توجه داشت که جذب الکترواستاتیکی می‌تواند خود را عمدتاً در محلول‌های رقیق نشان دهد.
خواص متیل سلولز (فیلم) از راه حل ها بازسازی شده است
متیل سلولز با درجات جایگزینی متفاوت در آب و محلول های قلیایی-آبی حل شده می تواند از آنها به شکل فیلم بازسازی شود. تولید فیلم های متیل سلولز کم جایگزین، محلول در قلیایی، به روش "مرطوب" انجام می شود - با انعقاد در حمام های بارش مخصوص انتخاب شده. نتایج رضایت بخش با حمام های بارش متشکل از محلول سولفات آمونیوم (NH 4) 2 SO 4 (100 گرم در لیتر) بدست آمد.
تأثیر حمام بارش سولفات آمونیوم را می توان به شرح زیر بیان کرد:
2NAOH + (NH 4) 2 SO 4 = NA 2 SO 4 + 2NH 3 + 2H 2 0.
به دلیل تغییر در ترکیب حلال و کم آبی نسبی متیل سلولز محلول، زنجیره های آن به هم نزدیک می شوند و تحت انتقال شیشه ای قرار می گیرند، به عنوان مثال، یک فیلم بسیار متورم تشکیل می شود.
هنگامی که یک فیلم بر روی یک بستر جامد تشکیل می شود، به دلیل کشش خاص (در نتیجه نیروهای چسب)، یک ساختار صفحه گرا در آن ظاهر می شود. در عین حال، در یک فیلم تازه تشکیل شده، به دلیل حالت بسیار متورم آن، برخی از تحرک زنجیره ها به دلیل حرکت حرارتی امکان پذیر است. همه اینها مستلزم فرآیندهای آرامش است، به عنوان مثال، بازگشت ساختار فیلم به پایدارترین موقعیت، مطابق با حالت همسانگرد. با توجه به شرایط فوق، وقتی از محلول قلیایی آن یک فیلم متیل سلولز روی شیشه تشکیل می شود، ابعاد فیلم در طول صفحه کاهش می یابد و ضخامت آن افزایش می یابد.
از نظر استحکام مکانیکی، فیلم‌های محلول در قلیایی نزدیک به فیلم‌های سلفون پلاستیکی معمولی هستند، زیرا دارای
استحکام کششی در جهت طولی (6.8-8.8). 10 7 N/m 2، ازدیاد طول در شکست حدود 20%.
اطلاعات مربوط به رطوبت سنجی و جذب آب لایه های متیل سلولز کم جانشین شده در جدول ارائه شده است. 4 این را نشان می دهد
جدول 4
رطوبت سنجی و جذب آب فیلم های متیل سلولز
رطوبت و جذب آب لایه های متیل سلولز به مقادیر زیادی می رسد که تا حد زیادی به درجه استری شدن متیل سلولز اصلی بستگی دارد. افزایش محتوای گروه‌های OCH 3 در محصول اولیه مستلزم افزایش خاصیت رطوبت‌بینی و تورم لایه‌های متیل سلولز در آب است.
ساختار متیل سلولز بازسازی شده و رابطه آن با خواص فیزیکی و مکانیکی فیلم ها در این کار مورد بررسی قرار گرفت. برای مقاصد مقایسه، فیلم‌های متیل سلولز با جایگزینی کم و متیل سلولز با جایگزینی بالا، تا 3 مورد مطالعه قرار گرفت. این مقایسه از جذابیت خاصی برخوردار است، زیرا به ما امکان می دهد تا در مورد ساختار شبکه متیل سلولز در حین بازسازی از محلول، نه تنها به درجه جایگزینی، بلکه همچنین به حلال، نتیجه گیری کنیم. برای این منظور متیل سلولز با درجه جایگزینی بالا (نزدیک به 3) به دست آمد که هم در آب و هم در حلال آلی کلروفرم حل می شود. فیلم هایی از محلول های آبی و محلول های موجود در کلروفرم با ریخته گری روی شیشه و تبخیر حلال به دست آمد.
فیلم‌های حاصل از محلول آبی متیل سلولز (γ = 180)، که با تبخیر آهسته حلال در دمای اتاق به دست می‌آیند، ساختاری آمورف دارند. با این حال، با چنین درجه بالایی از جایگزینی تحت شرایط خاص، امکان سفارش ساختار متیل سلولز در فیلم های نهایی کاملاً محتمل است. چنین شرایطی مانند گرم کردن فیلم ها در محیطی است که باعث تورم می شود. بنابراین، جوشاندن فیلم در آب (متیل سلولز در آب داغ نامحلول است) به مدت 30 دقیقه باعث افزایش قابل توجهی در سفارش می شود. گرم کردن فیلم در گلیسرول در دمای 473 کلوین باعث نظم بیشتر می شود.
شکل گیری لایه هایی از محلول های آبی متیل سلولز در دماهای بالا مورد توجه خاص است. هنگامی که یک فیلم در آب جوشانده می شود، علاوه بر سفارش، ساختار فشرده می شود و عیوب داخلی مختلف از بین می رود که ظاهراً افزایش را توضیح می دهد.
قدرت فیلم.
تشکیل لایه‌ها در دمای 343 کلوین منجر به افزایش قابل توجه خاصیت ارتجاعی می‌شود که می‌توان آن را با پیکربندی تا شده‌تر ماکرومولکول‌ها توضیح داد، زیرا آب داغ حلال متیل سلولز نیست.
با توجه به ساختار لایه های تری متیل سلولز، باید به ویژگی جالب این اتر اشاره کنیم. تری متیل سلولز می تواند نه تنها در حلال های آلی، بلکه در آب سرد نیز حل شود (T = 273 K). ساختار لایه های تری متیل سلولز به عنوان یک پلیمر منظم با کریستالی بالا مشخص می شود. آب یک حلال V برای تری متیل سلولز است، بنابراین فیلم های تشکیل شده از یک محلول آبی کمتر کریستالی هستند.
بررسی میکروسکوپی الکترونی سطح فیلم‌های MC و سطح تراشه‌های به‌دست‌آمده در نتیجه شکستگی فیلم در امتداد محور کشش در دمای نیتروژن مایع، ایجاد جزئیات در مقیاس کوچکتر از ساختار فیلم را ممکن کرد. در نسبت کشش λ≤2.0، سطح فیلم های جهت دار کاملا صاف و یکنواخت باقی می ماند. ساختار فیبریلار که در میکروسکوپ نوری قابل مشاهده است، توسط میکروسکوپ الکترونی تشخیص داده نمی شود. در λ≈2.2-2.5، یک برجستگی روی سطح فیلم ها ظاهر می شود که توسط شیارهای نسبتاً منظم و کشیده به عرض 0.2-0.4 میکرومتر، عمود بر محور ترسیم تشکیل شده است. هنگام اسکن عمود بر محور هود (شکل 1)، چین‌های عرضی به عرض 0.3-0.5 میکرومتر قابل مشاهده است و در برخی مناطق لایه‌برداری به شکل ریزترک‌هایی با عرض 0.1-0.2 میکرومتر و طول 1.0-1.5 مشاهده می‌شود. میکرومتر، به موازات محور هود هدایت می شود. هنگام اسکن موازی با محور کشش، علاوه بر ساختار تا شده، بی نظمی هایی با جهت غالب در امتداد محور کشش قابل مشاهده است. بررسی سطح خرد شده وجود یک ساختار متخلخل را نشان می دهد؛ اندازه منافذ از 0.1 تا 1.0 میکرومتر متغیر است.
خواص بازسازی شده از محلول قلیایی Na -KMC (در فرم فیلم های)
با توجه به امکان به دست آوردن محلول های ویسکوز کربوکسی متیل سلولز کم جانشین با درجه پلیمریزاسیون به اندازه کافی، فیلم هایی تهیه و خواص آنها مورد مطالعه قرار گرفت.
تشکیل فیلم با توجه به تکنیک مورد استفاده برای محلول های متیل سلولز انجام شد. روی میز شکل 5 داده های مربوط به مقاومت مکانیکی فیلم ها را نشان می دهد. فیلم های ساخته شده از کربوکسی متیل سلولز با جایگزینی کم استحکام مکانیکی خوبی داشتند، اما خاصیت ارتجاعی کمی داشتند. کشیدگی در هنگام شکست این فیلم ها تنها 5-6٪ بود.
جدول 5
استحکام کششی لایه‌های کربوکسی متیل سلولز با جایگزین کم
| شماره نمونه | درجه جانشینی γ | غلظت محلول، % | مقاومت کششی σ. 10 -7 |
تنش در زمان استراحت % |
| 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_ | - |
داده های مربوط به رطوبت سنجی و جذب آب فیلم های ساخته شده از کربوکسی متیل سلولز کم جانشین در جدول 6 ارائه شده است. رطوبت سنجی با نگه داشتن فیلم ها در فضایی با رطوبت نسبی 80 درصد تعیین شد. جذب آب با خیساندن فیلم ها در آب مقطر به مدت دو روز در دمای 293 کلوین اندازه گیری شد.
جدول 6
رطوبت سنجی و جذب آب فیلم های ساخته شده از کم جایگزین
کربوکسی متیل سلولز
همانطور که از جدول مشخص است. 6، رطوبت و جذب آب لایه های کربوکسی متیل سلولز با جایگزینی کم به سرعت افزایش می یابد.
افزایش درجه جایگزینی محصول تأثیر درجه جایگزینی بر جذب آب فیلم ها به ویژه قابل توجه است.
اثر افزایش خواص آب دوست سلولز با وارد کردن مقدار کمی از رادیکال های حجیم به داخل آن، همانطور که قبلا ذکر شد، با این واقعیت توضیح داده می شود که در مرحله اولیه استری شدن، استحکام پیوندهای هیدروژنی مجدداً توزیع می شود. ساختار عرضی فیبر که با تجمع پیوندهای ضعیف‌تر مشخص می‌شود.
کاربردهای متیل سلولز
آماده سازی متیل سلولز محلول در آب بسیار جایگزین شده (γ = 150-200) بیشترین اهمیت را دریافت کرد. این محصولات دارای مجموعه ای از خواص فنی ارزشمند بوده و به صورت گرانول های ریز یا پودر سفید یا کمی مایل به زرد به صورت صنعتی تولید می شوند. آنها عملا بی بو و بی مزه هستند. در دمای 433 کلوین رنگی می شوند و تجزیه می شوند. محلول های آبی متیل سلولز یک واکنش خنثی ایجاد می کند.
در بیشتر موارد از متیل سلولز برای غلیظ کردن محیط آبی استفاده می شود. اثر ضخیم شدن به ویسکوزیته (یعنی درجه پلیمریزاسیون) بستگی دارد. متیل سلولز اجازه می دهد تا مواد نامحلول در آب در یک محیط آبی به حالت پراکنده پایدار تبدیل شوند، زیرا لایه های محافظ تک مولکولی آبدوست را در اطراف ذرات جداگانه تشکیل می دهد.
از خواص ارزشمند متیل سلولز می توان به اثر اتصالی بالای آن برای رنگدانه ها، چسبندگی خشک بالا و قابلیت تشکیل لایه ها اشاره کرد. از این خواص جالب در تهیه رنگ ها و چسب های پایه آب استفاده می شود. متیل سلولزهای با ویسکوزیته کم مخصوصاً برای این منظور مناسب هستند، زیرا می توانند برای طیف گسترده ای از بسترها اعمال شوند.
در صنعت نساجی، متیل سلولز به عنوان یک عامل اندازه‌گیری برای تارهای پشمی و برای تکمیل نرم پارچه‌ها برای دستیابی به حس ظریف و براق استفاده می‌شود.
متیل سلولز با موفقیت در صنعت صابون سازی استفاده می شود. در عمل دارویی، از آن به عنوان یک پایه بدون چربی برای به اصطلاح پمادهای موکوسی و امولسیون روغن/آب استفاده می شود که برای محافظت از پوست در برابر سوختگی های سبک و برای درمان زخم ها استفاده می شود. علاوه بر این، متیل سلولز به عنوان یک داروی مستقل عمل می کند.
در لوازم آرایشی از اترهای سلولز محلول در آب برای تولید خمیردندان و اکسیر، امولسیون های محافظ و کرم های پوستی کم چرب استفاده می شود.
در انواع امولسیون ها از متیل سلولز به عنوان امولسیفایر و تثبیت کننده روغن های گیاهی استفاده می شود.
همچنین در صنایع غذایی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.
بدین ترتیب در تولید بستنی، استفاده از آن، نرمی، ثبات و طعم لازم را فراهم می کند. متیل سلولز در امولسیون های طعم دهنده، آب میوه ها، کنسروها و غیره استفاده می شود.
یک کاربرد جالب در صنایع غذایی، توانایی محلول های متیل سلولز برای ژلاتینه شدن در هنگام گرم شدن است. به عنوان مثال افزودن متیل سلولز به فیلینگ های پای میوه یا فیلینگ های مربای شیرین از نشت این اجزا در حین پخت جلوگیری می کند که باعث بهبود چشمگیر ظاهر و حفظ طعم محصولات می شود.
در کارخانجات مدادسازی از متیل سلولز به جای صمغ کتیرا برای سرب های رنگی و کپی، برای سرب های پاستلی، مداد رنگی و رنگ مدرسه و غیره استفاده می شود.
بنابراین، کاربردهای متیل سلولز محلول در آب، اگرچه در مقیاس کوچکتر از CMC است، اما بسیار متنوع است.
در مورد متیل سلولز کم جایگزین (محلول در قلیایی) ، هنوز استفاده قابل توجهی دریافت نکرده است.
کاربردهای کربوکسی متیل سلولز
فیلم های متشکل از 100 ٪ H-CMC فقط از pH = 11 محلول هستند. فیلم های ترکیب مشخص شده را می توان در مواردی که مطلوب است برای محدود کردن حلالیت آنها در محدوده pH کوچک، به عنوان مثال، در پوشش های دارویی استفاده شود. چنین پوسته ای نباید مثلاً در محیط کمی اسیدی شیره معده حل شود، اما در محیط کمی قلیایی روده به خوبی حل می شود.
نمک سدیم کربوکسی متیل سلولز با درجه جایگزینی از 0.5 تا 1-1.2 توسط صنعت در مقادیر زیادی تولید می شود، زیرا به طور گسترده در نفت، نساجی، مواد غذایی، فناوری های دارویی، در تولید مواد شوینده و غیره به عنوان تثبیت کننده استفاده می شود. ضخیم شدن ، چسب ، ماده تشکیل دهنده فیلم و غیره ماده. این نمک در آب بسیار محلول است.
تعدادی از مطالعات انجام شده با آزمایش Na-CMC به عنوان یک افزودنی به مواد شوینده نشان داده است که این محصول به طور قابل توجهی خواص پاک کنندگی آنها را بهبود می بخشد.
ادبیات
1.Prokofieva M.V. ، Rodionov N.A. ، Kozlov M.P.//chemistry and Technology
مشتقات سلولز ولادیمیر، 1968.S. 118.
2. Nesmeyanov A.N., Nesmeyanov N.A. آغاز شیمی آلی. م.، 1969.ت.1.
سال 663
3. Plisko E.A.//ZHOKH.1958. T. 28, No. 12. S, 3214.
4. Plisko E.A.//ZHOKH.1961. T. 31، شماره 2. ص 474
5. هوسر E. شیمی سلولز. نیویورک، 1944. 660 ص.
6. Gluzman M.X., Levitskaya I.B. //ZHPH. 1960. T. 33, N 5. P. 1172
7. Petropavlovsky G.A. ، Vasilyeva G.G. ، Volkova L.A. // Cell. شیمی.
تکنولوژی 1967. جلد. 1، N2. ص 211.
8. نیکیتین N.I.، Petropavlovsky G.A. //ZHPH. 1956. T. 29. P. 1540
9. Petropavlovsky G.A.، Nikitin N.I. //Tr. موسسه جنگل های آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی. 1958. T.45.
ص 140.
10. واسیلیوا G.G. خواص کربوکسی متیل سلولز محلول در قلیایی و
امکان استفاده از آن در صنعت کاغذ: دیس. Ph.D.
فن آوری علمی L. 1960.
11. Vinkh. // شیمی ماکرومولکولی. 1966. Bd. 94. S. 1.
12. Vole K.، Meyerhoff G. // Macromoleculare Chemie. 1961. Bd. 47. S. 168.
13. Neelyw.b.//j. عضو. شیمی. 1961. جلد. 26. ص 3015.
14. Savage A.B. // ind. مهندس شیمی. 1957. جلد. 49. ص 99.
15. Allgen L. // J. علم پلیمر 1954. جلد. 14 ، n 75.p. 281.
16. فناوری Podgorodetsky E.K. برای تولید فیلم از
ترکیبات با وزن مولکولی بالا م: هنر ، 1953. 77 ص.
مقدمه 2
دریافت متیل سلولز صفحه 2
تهیه کربوکسی متیل سلولز صفحه 4
خواص محلول های متیل سلولز pp. 6
خواص متیل سلولز محلول در آب ص. 8
خواص محلول های کربوکسی متیل سلولز pp. یازده
خواص متیل سلولز بازسازی شده از محلول ها
(فیلم) ص. 12
خواص Na-CMC بازسازی شده از محلول قلیایی
(در قالب فیلم) ص. 15
کاربرد متیل سلولز 16
کاربرد کربوکسی متیل سلولزپ. 18
سال هاست که کاغذ دیواری یکی از رایج ترین مواد برای دکوراسیون داخلی بوده است. و محبوب ترین وسیله برای نصب آنها چسب CMC است. این نه تنها بوم را به طور محکم و دائمی به سطح دیوار می چسباند، بلکه یک کیفیت مهم نیز دارد: تقریباً در آب با هر دمایی رقیق می شود که برای سایر ترکیبات مشابه معمول نیست. قابل ذکر است که در این حالت توده، لخته و رسوب در مایع چسب ایجاد نمی شود. این توسط ویژگی های فنی، عملکرد و ویژگی های ساختار شیمیایی آن از پیش تعیین شده است.
ترکیب
نام چسب از ترکیب شیمیایی آن گرفته شده است. اساس ماده ای به نام کربوکسی متیل سلولز است. به منظور سهولت تلفظ و مخفف نام، تولید کنندگان یک مخفف از حروف اول هر یک از سه جزء کلمه - KMC ایجاد کردند. چسب از نظر خارجی پودری سفید رنگ است که ذرات آن دانه های کوچکی هستند.
اخیراً چسب کاغذ دیواری CMC با خواص ضد عفونی کمکی محبوبیت پیدا کرده است. این ملک دارای افزودنی های ویژه ای بود. اکنون لایه چسب به طور فعال از تشکیل و رشد کپک جلوگیری می کند.
بنابراین، زمان آن فرا رسیده است که تمام مشخصات فنی ترکیب چسب CMC را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم:
- مقدار ماده خشک در ساختار از 57٪ است.
- حجم کل ماده خشک شامل حداقل 69 ٪ از عنصر فعال است.
- محتوای کلرید سدیم در ماده خشک 21٪ است.
- رطوبت محصول - 12٪؛
- دوره تورم کامل ذرات تا زمان تشکیل مخلوط همگن بیش از دو ساعت نیست.
- خصوصیات کار محلول تمام شده به مدت 7 روز حفظ می شود.
مهم است که ترکیب چسب کاغذ دیواری CMC حاوی افزودنی های خاصی باشد که به آن خاصیت حشره کشی می دهد و همچنین از پوسیدگی آن جلوگیری می کند. با این حال ، چسب برای سلامتی ما کاملاً بی ضرر است ، زیرا اجزای آن غیر سمی هستند.
اغلب به مخلوط برای نصب کاشی ها و همچنین به بتونه های سیمانی و گچ اضافه می شود که به طور قابل توجهی کیفیت چسبندگی و استحکام آنها را افزایش می دهد.
انواع، نحوه انتخاب
رنگ یک محصول یک ویژگی مهم است ؛ شما باید هنگام انتخاب یک محصول در یک فروشگاه به آن توجه کنید. پودر چسب ، مطابق با استانداردهای GOST تولید می شود ، سفید خالص است. این محصول با کیفیت عالی مشخص می شود ؛ هنگامی که با آب ترکیب می شود ، مخلوط همگن را بدون رسوب یا توده تشکیل می دهد.
رنگ زرد قابل قبول نیست. او معمولاً می گوید که این چسب توسط تولید کنندگان بی پروا به صورت خانگی ساخته می شود. چنین محصولی همان کیفیت را دارد. آنها معمولاً استانداردهای کار چسب را رعایت نمی کنند ، بنابراین نتیجه می تواند بسیار ناامید کننده باشد. به عنوان مثال پس از خشک شدن، لکه های زرد ناخوشایندی روی کاغذ دیواری کاغذی ظاهر می شود که دیگر قابل پاک شدن نیست و باید تمام کارهای چسباندن کاغذ دیواری را تکرار کنید.
نصیحت! با وجود انتخاب زیاد این چسب در فروشگاه های سخت افزاری ، حتماً قبل از خرید محصول را با دقت مطالعه کنید. به رنگ آن توجه ویژه ای داشته باشید.
اگر از نقطه نظر هدف آن به توصیف چسب CMC نزدیک شویم، به سه گروه اصلی تقسیم می شود:
- برای نصب کاغذ دیواری نازک سبک؛
- برای کاغذ دیواری با وزن متوسط؛
- برای کاغذ دیواری ضخیم و سنگین
ضخامت و چسبندگی مخلوط و در نتیجه توانایی چسباندن محکم تارهای سنگین به طور مستقیم به مقدار ماده اصلی پودر - کربوکسی متیل سلولز بستگی دارد. اگر مقدار زیادی از آن وجود داشته باشد، محلول چسبناک تر است و حتی کاغذ دیواری وینیل سنگین به طور ایمن روی دیوار می ماند.
مزایا و سازندگان اصلی CMC
چسب کاغذ دیواری CMC علاوه بر مزایای ذکر شده (تطبیق پذیری، سادگی فوق العاده در رقیق کردن پودر، قابلیت اطمینان، محافظت در برابر میکروب ها و کپک ها)، دارای مزایای زیر است:
- ظاهر لکه ها و لکه ها روی سطح کاغذ دیواری مستثنی است.
- بوی دفع کننده به طور کامل وجود ندارد.
- تهیه و استفاده از چسب بسیار آسان است.
- این محصول با موفقیت با سایر ترکیبات شیمیایی ترکیب شده است.
محصولاتی از این دست، اعم از داخلی و خارجی، به طور گسترده در بازار مصالح ساختمانی حضور دارند. چسب CMC روسی دارای ویژگی های متمایزی مانند قیمت مقرون به صرفه و ویژگی های رضایت بخش است. در عین حال معمولاً در 2 ساعت متورم می شود که از نظر استاندارد GOST قابل قبول است.
قیمت تمام شده محصولات خارجی بسیار بالاتر است. در همان زمان، محلول سریعتر آماده می شود؛ پس از 15 دقیقه پس از رقیق شدن، می توان از آن برای کاغذ دیواری استفاده کرد.
بدون شک یکی از محبوب ترین تولید کنندگان چسب کاغذ دیواری KMC در روسیه Vympel Trade Center LLC است که در منطقه مسکو فعالیت می کند. تمامی محصولات این شرکت دارای گواهینامه های لازم می باشد.
ویژگی های استفاده از چسب CMC
بیایید آنچه را که باید در مورد تهیه مخلوط چسب بدانید را بررسی کنیم. قبلاً با تجربه تأیید شده است که هیچ چیز مشکلی در این روش وجود ندارد و همه می توانند تمام اقدامات را با دستان خود انجام دهند.
- اول از همه، شما باید یک ظرف لعابی آماده کنید: یک سطل، حوضچه یا چیزی مشابه. چسب بسته بندی شده را بردارید و دستورالعمل های آماده سازی را روی لفاف نگاه کنید.
- هر بسته حاوی اطلاعات ویژه ای در مورد مقدار چسب خشک و آبی است که برای تهیه مناسب محلول چسب باید مصرف شود. به طور معمول، هنگام کار با کاغذ دیواری نازک، 8 لیتر آب در هر 500 گرم پودر مصرف می شود. برای چسباندن بوم های ضخیم به همان مقدار چسب خشک، باید 7 لیتر آب مصرف کنید.
- آب باید در دمای اتاق باشد.
- با توجه به نسبت مندرج در دستورالعمل ها، شروع به ریختن پودر چسب به تدریج در آب می کنیم و مایع را به طور مداوم به هم می زنیم.
- محلول را برای مدت زمان مشخص شده در دستورالعمل به حال خود رها کنید، صبر کنید تا کاملا آماده شود.
نصیحت! اطلاعات مربوط به مصرف ترکیب چسب نهایی توسط سازنده در بروشور مربوطه روی بسته بندی نشان داده شده است.
به عنوان یک قاعده، یک بسته با وزن 500 گرم برای پوشش یک سطح تقریبا 50 متر مربع کافی است.
همانطور که قبلاً گفتیم، باید نوع چسب CMC را با چنین مشخصات فنی انتخاب کنید که به طور مطلوب با نوع کاغذ دیواری ای که قصد چسباندن آن را دارید، مناسب باشد.
چسب CMC کجا دیگر استفاده می شود؟
این ترکیب علاوه بر انجام کارهای نوسازی در خانه ها، برای تکمیل دفاتر، اماکن صنعتی و همچنین برای اهداف تولید مناسب است:
- ریخته گری;
- ساخت و ساز، تولید مصالح تکمیلی و ساختمانی؛
- صنایع شیمیایی؛
- صنعت معدن.
محبوبیت چسب کاغذ دیواری KMC سال به سال کاهش نمی یابد؛ با دانستن ویژگی های کار با آن، هنگام انجام بازسازی در آپارتمان، از قبل از خطاها و کاستی های احتمالی محافظت می کنید.
سدیم کربوکسی متیل سلولز (CMC) همه کاره ترین معرف شیمیایی از گروه کلوئیدهای محلول در آب است. CMC نمک سدیم سلولز گلیکولیک اسید است که از واکنش سلولز قلیایی با مونوکلرواستات سدیم به دست می آید.
CMC تمام شده یک ماده ریز دانه، فیبری یا پودری است که به رنگ سفید یا کرم است. NaCMC فنی اثر سمی یا تحریک کننده ندارد.
CMC دارای ویژگی های زیر است:
احتباس آب
افزایش ویسکوزیته
می تواند به عنوان یک عامل اتصال استفاده شود
اصلاح خواص رئولوژیکی
تعلیق و تثبیت محلول های پراکندگی
ظرفیت جذب سطحی مواد معدنی و سایر ذرات
زمینه های استفاده:
به عنوان یک جایگزین مصنوعی برای کلوئیدهای طبیعی محلول در آب (به عنوان مثال نشاسته)، NaCMC در بسیاری از صنایع استفاده می شود. این شیوع به دلیل خاصیت تقریبا منحصر به فرد آن در تشکیل محلول های همگن ویسکوز در محیط های آبی سرد و گرم است.
بیشترین حجم CMC در فعالیت های زیر مصرف می شود:
- تولید مواد شوینده مصنوعی
افزودن کمی CMC به پودر لباسشویی یا خمیر لباسشویی از بازگشت ذرات کثیفی به سطح پارچه در حین شستشو جلوگیری می کند و درجه تمیزی بالایی ایجاد می کند (خواص جذب را افزایش می دهد).
- صنعت نفت و گاز
در این صنعت، CMC به عنوان یک تثبیت کننده کلوئیدی محافظ در سوسپانسیون های رسی بسیار معدنی در حین حفاری استفاده می شود.
- صنعت معدن و فرآوری
CMC در غلظت فلوتاسیون کانه های مس نیکل و سیلوینیت استفاده می شود.
- صنعت نساجی
با استفاده از CMC، پایه پارچه سایز می شود. نخ هایی که با محلول CMC درمان شده اند کمتر در معرض شکستگی در طول فرآیند بافندگی هستند که به نوبه خود باعث کاهش تعداد توقف ها و افزایش راندمان تولید بافت می شود.
- صنعت ساخت و ساز
CMC به عنوان ماده چسبنده در تولید محلول های چسبنده مختلف، بتونه ها و در تولید آجرهای شنی آهکی به عنوان عامل تعلیق و اتصال استفاده می شود.
- صنعت رنگ
CMC به عنوان ضخیم کننده استفاده می شود
- در صنعت کاغذ
در این قسمت از CMC به عنوان پایه چسب برای خمیرهای کاغذ دیواری، در ساخت پوشش روی کاغذ و به عنوان افزودنی به خمیر کاغذ برای افزایش استحکام کاغذ استفاده می شود.
- در ریخته گری
از CMC به عنوان بست میله ای استفاده می شود.
- برای تحقیقات بیولوژیکی
CMC به شکل اسید آزاد به عنوان مبدل یونی سوربیتول استفاده می شود.