Nkäytetään laajalti teollisuudessa, lääkkeissä ja elintarviketuotannossa. Tämä yhdiste on valmistettu puusta ja se on biologisesti inertti materiaali, eli se ei osallistu fysiologisiin prosesseihin. Tätä komponenttia sisältävien liuosten erityisominaisuuksien ansiosta aineiden viskositeettia ja muita teknisiä parametreja voidaan säätää.
Kuvaus
Natriumkarboksimetyyliselluloosa (CMC) on selluloosan glykolihapon natriumsuola. Yhdisteen kemiallinen nimi IUPAC-nimikkeistön mukaan on natriumpoly-1,4-β-O-karboksimetyyli-D-pyranosyyli-D-glykopyranoosi.
Teknisen nempiirinen kaava on: [C6H7 O 2 (OH) 3- x (OCH 2 COONa) x ] n. Tässä lausekkeessa x on CH2-COOH-ryhmien substituutioaste ja n on polymeroitumisaste.
Rakennekaava on esitetty alla olevassa kuvassa.
Ominaisuudet
Ulkonäöltään kaupallinen on jauhemainen, hienorakeinen tai hajuton kuitumateriaali, jonka irtotiheys on 400-800 kg/m3.
Na-CMC:llä on seuraavat ominaisuudet:
yhdisteen molekyylipaino - n;
liukenee nopeasti sekä kuumaan että kylmään veteen, liukenematon mineraaliöljyihin ja orgaanisiin nesteisiin;
muodostaa kalvoja, jotka kestävät öljyjä, rasvoja ja orgaanisia liuottimia;
lisää liuosten viskositeettia ja antaa niille tiksotropian - mekaanisen vaikutuksen lisääntyessä virtausvastus vähenee;
imee vesihöyryä ilmakaivosta, joten aine on säilytettävä kuivissa tiloissa (normaaliolosuhteissa se sisältää 9-11% kosteutta);
yhdiste on myrkytön, räjähdysherkkä, mutta pölyisessä tilassa se voi syttyä (itsesyttymislämpötila +212 °C);
liuoksissa omaa anionisen polyelektrolyytin ominaisuuksia.
Lämpötilan muuttuessa nlaboratorioviskositeetti liuoksissa vaihtelee suuresti. Tämä on yksi tämän yhdisteen tärkeimmistä ominaisuuksista, joka määrittää sen käyttöalueen. Korkea polymerisaatioaste tarjoaa suuremman viskositeetin ja päinvastoin. pH:ssa<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.
Naton myös kemiallinen yhteensopivuus monien muiden aineiden kanssa (tärkkelys, gelatiini, glyseriini, vesiliukoiset hartsit, lateksit). Kuumennettaessa yli 200 °C:n lämpötilaan suola hajoaa natriumkarbonaatiksi.
Päätekijä, joka vaikuttaa tämän yhdisteen ominaisuuksiin, on polymeroitumisaste. Liukoisuus, stabiilisuus, mekaaniset ominaisuudet ja hygroskooppisuus riippuvat molekyylipainosta. Ainetta valmistetaan seitsemässä laadussa polymeroitumisasteen mukaan ja kahdessa laadussa pääaineen pitoisuuden mukaan.
Kuitti
Non tuotettu teollisessa mittakaavassa vuodesta 1946. CMC-tuotannon osuus on tällä hetkellä vähintään 47 % selluloosaeettereiden kokonaismäärästä.
Tämän yhdisteen synteesin pääraaka-aine on puuselluloosa, yleisin orgaaninen polymeeri. Sen etuja ovat alhainen hinta, biohajoavuus, myrkyllisyyden puute ja käsittelytekniikan yksinkertaisuus.
Nvalmistetaan saattamalla alkaliselluloosa reagoimaan C2H3ClO2:n (monokloorietikkahapon) tai sen natriumsuolan kanssa. Viime vuosina on pyritty löytämään uusia lähteitä raaka-aineiden (pellava, olki, viljat, juutti, sisal ja muut) louhintaan, koska tämän materiaalin kysyntä kasvaa jatkuvasti. Aineen laadun parantamiseksi valmis suola pestään epäpuhtauksista, selluloosa aktivoidaan tai se altistetaan mikroaaltosäteilylle.
Natriumkarboksimetyyliselluloosa: teolliset sovellukset
Erityisominaisuuksiensa vuoksi CMC:tä käytetään seuraaviin tarkoituksiin:
erilaisten koostumusten paksuus, gelatinointi;
hienojen hiukkasten sitominen maalikalvoihin (kalvon muodostus);
käyttää vettä pidättävänä aineena;
fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien stabilointi;
liuosten viskositeetin lisääminen niiden ainesosien tasaisen jakautumisen varmistamiseksi;
reologisten ominaisuuksien muuttaminen;
suoja koagulaatiota vastaan (suspendoituneiden hiukkasten tarttuminen yhteen).
Yksi suurimmista nkäyttäjistä on öljy- ja kaasuteollisuus, jossa tätä yhdistettä käytetään parantamaan porausnesteiden suorituskykyä.
Ainetta käytetään myös seuraavien teknisten tuotteiden valmistukseen:
pesuaineet;
painatus tuotteet;
ratkaisut rakentamisen viimeistelytöihin;
liimat, mitoitus materiaalit;
kuivat rakennusseokset, sementti (halkeamien muodostumisen estämiseksi);
maalit ja lakat;
leikkausnesteet;
rautatie karkaisu media;
hitsauselektrodien ja muiden pinnoitus.
Vaahdon stabiloimiseksi nkäytetään palontorjunnassa, elintarviketeollisuudessa sekä hajuvesien ja keramiikan valmistuksessa. Teknikot arvioivat, että tätä yhdistettä käytetään yli 200 tekniikan ja lääketieteen alalla.
Suojaavat pinnoitteet
Yksi lupaavista suunnista on CMC-suspensioista syntetisoitujen nanopartikkelien käyttöönotto stabilointilisäaineina korroosionkestävissä pinnoitteissa. Tämän avulla voit lisätä tarttuvuutta perusmateriaaliin, parantaa pinnoitteen fysikaalisia ja mekaanisia ominaisuuksia ilman, että se lisää merkittävästi koostumuksen kustannuksia. Nanohiukkaset muodostavat mikroklustereita, joiden avulla on mahdollista saada arvokkaita teknisiä ominaisuuksia omaavia komposiitteja.
Tämän lisäaineen etuna on myös se, että se on ympäristöystävällinen ja biohajoava. Sen tuotanto ei vaadi orgaanisten liuottimien käyttöä, mikä vähentää jäteveden ja ilmakehän saastumisen riskiä; erikoislaitteita ja korkeaa lämpötila-aluetta ei tarvita.
Lisäravinne
Nkäytetään elintarvikelisäaineena (E-466), jonka pitoisuus on enintään 8 g/kg. Aine suorittaa tuotteissa useita tehtäviä:
paksuuntuminen;
ominaisuuksien stabilointi;
kosteuden säilyttäminen;
säilyvyysajan pidentäminen;
ravintokuitujen säilöntä sulatuksen jälkeen.
Useimmiten tätä yhdistettä lisätään pikaruokaan, jäätelöön, makeisiin, marmeladiin, hyytelöön, sulatejuustoon, margariiniin, jogurttiin ja kalasäilykkeisiin.
Lääketiede ja kosmetologia
Lääketeollisuudessa karboksimetyyliselluloosan natriumsuolaa käytetään sellaisissa lääkeryhmissä kuin:
silmätipat, injektioliuokset - terapeuttisen vaikutuksen pidentämiseksi;
tabletin kuoret - säätelemään aktiivisen aineen vapautumista;
emulsiot, geelit ja voiteet - muodostavien aineiden stabiloimiseksi;
antasidilääkkeet - ioninvaihto- ja kompleksointikomponentteina.
Hygienia- ja kosmetiikkatuotteiden valmistuksessa tätä yhdistettä käytetään hammastahnoissa, shampoissa, parranajo- ja suihkugeeleissä sekä voiteessa. Päätehtävänä on stabiloida ominaisuuksia ja parantaa rakennetta.
Vaikutus ihmisen ja eläimen kehoon
Natriumkarboksimetyyliselluloosa on hypoallergeeninen, biologisesti inaktiivinen, ei-karsinogeeninen eikä heikennä elävien organismien lisääntymistoimintoja. Käyttö elintarvikelisäaineina turvallisissa pitoisuuksissa ei johda negatiivisiin seurauksiin. Yhdisteen pöly voi aiheuttaa ärsytystä, jos sitä joutuu kosketuksiin silmien ja ylähengitysteiden kanssa (aerosolin MPC on 10 mg/m3).
ST. PETERSBURG VALTION TEKNOLOGINEN KASVITEOLLISUUSYLIOPISTO
POLYMEERIT
RAPORTTI TEKNISET KÄYTÄNNÖT
Metyyliselluloosa ja karboksimetyyliselluloosa: liuosten ja kalvojen ominaisuudet
Tarkastaja: vanhempi tutkija, kemian tohtori
Aleksanteri Mihailovitš Bochek
Valmistunut: art. gr. 144
Tatishcheva Valentina Aleksandrovna
Pietari 2003
Johdanto
Metyyliselluloosa on 0-alkyyliselluloosajohdannaisten (eetterien) homologisen sarjan ensimmäinen jäsen. Substituutioasteen mukaan selluloosametyylieetterit voidaan jakaa vähän substituoituihin, tietyn pitoisuuden vahvojen alkalien vesiliuoksiin liukeneviin ja erittäin substituoituihin, liukeneviin sekä veteen että orgaanisiin liuottimiin. Selluloosametyylieettereitä voidaan saada saattamalla selluloosa reagoimaan erilaisten alkylointireagenssien kanssa: dimetyylisulfaatti, metyylikloridi (tai metyylijodidi ja -bromidi), diatsometaani, bentseenisulfonihapon metyyliesteri. Tällä hetkellä metyyliselluloosa (pääasiassa vesiliukoinen) on teollisuustuote.
O-karboksimetyyliselluloosan valmisteet voidaan substituutioasteesta riippuen jakaa sekä muut 0-alkyylijohdannaiset vähäsubstituoituihin ja erittäin substituoituihin. CMC-valmisteiden, joiden substituutioaste y on suurempi kuin 100, valmistaminen on kuitenkin hyvin vaikeaa johtuen samalla tavalla varautuneiden ryhmien (klooriasetaatti-ioni ja karboksimetyyliryhmä) repulsion sähköstaattisista vaikutuksista. Siksi käytännössä "korkeasti substituoidut" CMC-valmisteet ovat tuotteita, joiden substituutioaste γ = 50-100 ja jotka ovat vesiliukoisia.
Metyyliselluloosan saaminen
Teollisuudessa yleisimmin käytetty menetelmä metyyliselluloosan valmistamiseksi on alkaliselluloosan alkylointi metyylikloridilla.
Alkylointiprosessi alkyylihalogenideilla tapahtuu lämpötiloissa 353-373 K. Koska metyylikloridin kiehumispiste on 248 K, alkylointireaktio suoritetaan autoklaaveissa korkeassa paineessa.
Alkylointiprosessin aikana tapahtuu sivureaktioita metyylikloridin ja alkalin välillä, jolloin muodostuu alkoholia ja suolaa, sekä alkoholin ja metyylikloridin välillä dimetyylieetterin muodostamiseksi:
NaOH+CH3Cl+CH3OH→CH3OCH3+NaCl+H2O
CH3Cl+NaOH→CH3OH+NaCl
Siksi on tarpeen käyttää ylimäärä metyylikloridia ja merkittävä määrä kiinteää alkalia, koska alkalipitoisuuden kasvaessa metyylikloridin hajoaminen vähenee.
Jodiatomi on helpoimmin vaihdettava (liikkuvin), mikä johtuu sen paremmasta polarisoituvuudesta, mutta alkyylijodidit ovat suhteellisen kalliita. Kloridit ja bromidit eroavat vähän reaktiivisuudessa, joten teollisissa synteeseissä ne käyttävät mieluummin helposti saatavilla olevia alkyyliklorideja.
Reaktionopeus siirtymätilan läpi on verrannollinen kunkin reagoivan aineen pitoisuuteen. On oletettava, että selluloosan reaktio metyylikloridin kanssa tapahtuu yllä olevan kaavion mukaisesti, ts. se on nukleofiilisen substituution bimolekulaarinen reaktio –S N 2.
Metyyliselluloosan tuotantoon liittyy tiettyjä vaikeuksia, jotka johtuvat reagenssien suuresta kulutuksesta, paineen alaisen työskentelyn tarpeesta jne. Siksi uusien tapojen löytäminen metyyliselluloosan syntetisoimiseksi on erittäin käytännön tärkeää. Tältä kannalta teokset vaikuttavat mielenkiintoisilta. Kirjoittajat käyttivät alkylointiaineina aromaattisten sulfonihappojen estereitä, nimittäin p-tolueenisulfonihapon, tolueenidisulfonihapon, bentseenisulfonihapon ja naftaleenisulfonihapon estereitä.
Alkylointi näillä eettereillä tapahtuu seuraavan kaavion mukaisesti:
C 6 H 7 O 2 (OH) 3 + xRSO 2 TAI "→ C 6 H 7 O 2 (OH) 3 (OR") x + xRSO 2 OH,
jossa R = -C6H5, -CH3C6H4, -C10H7; R" = -CH3, -C2H5 jne.
Havaittiin, että kun alkyloivan radikaalin pituus kasvaa, reaktionopeus laskee. Kokeellisten tietojen perusteella sulfonihappoesterit voidaan järjestää seuraaviin sarjoihin reaktiivisuuden mukaan:
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.
Selluloosan alkylointiin laboratorio-olosuhteissa käytetään useimmiten dimetyylisulfaattia (CH 3) 2 S0 4, jonka kiehumispiste on 461 K ja jonka avulla voidaan saada tuotteita normaalipaineessa. Mutta tästä huolimatta sen käyttö tuotannossa on rajoitettu sen korkean myrkyllisyyden vuoksi. Selluloosaeetterin muodostuminen dimetyylisulfaatin tapauksessa voidaan ilmaista yleisessä muodossa seuraavalla yhtälöllä:
C6H7O2(OH)3 + x(CH3)2SO4 → CbH7O2(OH)3- x (OCH3)x + xCH3OSO3Na + xH2O.
Samanaikaisesti selluloosan pääalkylointireaktion kanssa tapahtuu myös dimetyylisulfaatin hajoamisen sivureaktio seuraavan kaavion mukaisesti:
(CH3)2SO4 + 2NaOH → Na2S04 + 2CH3OH.
Pääreaktion aikana muodostunut metyylirikkihappo voi reagoida metyylialkoholin kanssa, jolloin syntyy dimetyylieetteriä ja ylimääräisen alkalin läsnä ollessa Na-sulfaattia:
Metylaatioreaktio tapahtuu vain emäksisessä ympäristössä, mikä johtuu ilmeisesti selluloosan vallitsevasta reaktiosta dissosioituneen alkalisen yhdisteen muodossa.
Täysin substituoitujen tuotteiden saaminen metyloimalla selluloosaa tällä menetelmällä kohtaa merkittäviä vaikeuksia. Siten 18 - 20 puuvillan metylointitoimenpiteen jälkeen Denham ja Woodhouse saivat tuotteen, joka sisälsi 44,6 % OCH 3:a (teoreettinen arvo trimetyyliselluloosalle 45,58 % OCH 3 ), ja Irvine ja Hirst - pitoisuudella 42 - 43 % OCH 3:a; 28-kertaisen metyloinnin jälkeen Berl ja Schupp saivat esterin, joka sisälsi 44,9 % OCH3:a.
Yllä kuvatun sivureaktion olemassaolo on yksi niistä syistä, miksi on vaikea saada erittäin substituoitua tuotetta. Dimetyylisulfaatin hajoaminen metyyliselluloosan valmistuksen aikana vaatii sen suuren ylimäärän käyttöä, mikä puolestaan johtaa tarpeeseen käyttää suurta ylimäärää alkalia, koska väliaineen reaktion on aina pysyttävä emäksisenä.
Havaittiin, että korkeammalla alkalipitoisuudella on mahdollista saada suurempi metyyliselluloosan substituutioaste. Tämä tosiasia selittyy useilla syillä. Ensinnäkin on osoitettu, että dimetyylisulfaatin hajoamisaste laskee alkalipitoisuuden kasvaessa. Toiseksi voidaan olettaa, että NaOH-pitoisuuden kasvaessa järjestelmän tasapaino siirtyy oikealle
C 6 H 7 O 2 (OH) 3 + Na + + OH − → C 6 H 7 O 2 (OH) 2 O − + Na + + H 2 O.
Joissakin tapauksissa on kuitenkin mahdollista saada erittäin substituoitua metyyliselluloosaa ilman toistuvia metyloinnin toistoja.
Siten Haworth et ai., murskattuaan suodatinpaperin aiemmin hienoksi jauheeksi ja suspendoimalla sen asetoniin, saivat metoksyylipitoisuuden 45 % 2-kertaisen metyloinnin jälkeen. Yksinkertaisin tapa saada korkea metoksyylipitoisuus on liuottamalla kierrätettyä selluloosa-asetaattia asetoniin ja lisäämällä vähitellen dimetyylisulfaattia ja vesipitoista alkalia. Tällä tavalla reaktiotuotteen metoksyylipitoisuus voidaan saavuttaa lähes 45 % yhdellä toimenpiteellä.
Karboksimetyyliselluloosan valmistus
Matalasubstituoitua Na-karboksimetyyliselluloosaa saatiin saattamalla alkaliselluloosa reagoimaan monokloorietikkahapon kanssa erilaisissa olosuhteissa. Koska kloorietikkahappo on kiinteä, kiteinen aine ja vähän substituoitujen tuotteiden valmistuksessa sitä tarvitaan pieniä määriä selluloosaan verrattuna, seoksen reagoivien komponenttien tasainen jakautuminen on erityisen tärkeää. Yhdessä menetelmässä reaktio suoritettiin käsittelemällä ilmakuivattua selluloosaa liuoksella, jossa oli monokloorietikkahapon natriumsuolaa 17,5-18-prosenttisessa NaOH-liuoksessa nestemoduulilla 5 (nesteen määrän suhde ml selluloosan massaan grammoina). Suolaliuos valmistettiin ennen reaktiota liuottamalla sopiva määrä monokloorietikkahappoa alkaliin, jonka pitoisuus oli sellainen, että neutraloinnin jälkeen se pysyi määritellyn arvon sisällä.
Karboksimetyyliselluloosan vähän substituoidun Na-suolan substituutioaste määräytyy sen Na-pitoisuuden perusteella Karboksimetyyliselluloosan natriumpitoisuus voidaan määrittää gravimetrisellä menetelmällä sulfaatin muodossa tuhkattamalla näyte upokkaassa, käsittelemällä tuhka rikkihapolla ja kalsinointi 973 K:ssa tai tilavuusmenetelmällä titraamalla takaisin ylimääräinen rikkihappoemäs bromifenolisinisen läsnä ollessa indikaattorina (siirtymäalueen on oltava happamassa ympäristössä, jotta alkali ei sitoudu takaisin karboksyyliryhmät).
Karboksimetyyliselluloosan liukoisuus, viskositeetti ja muut ominaisuudet riippuvat suurelta osin sen valmistusmenetelmästä.
On olemassa useita tunnettuja menetelmiä Na-CMC:n valmistamiseksi, jotka perustuvat samaan reaktioon:
Solu(OH) n + 2mNaOH + mCH2C1COOH →
Solu (OH) n - m (OSH 2 COONa) m + mNaCl + 2mH20,
mutta tehty erilaisilla modifikaatioilla. Siksi on mielenkiintoista verrata Na-CMC-näytteitä, jotka on saatu samasta selluloosasta, mutta eri menetelmillä.
Seuraavia menetelmiä CMC:n saamiseksi käytettiin.
1. 17,5-prosenttisella NaOH-liuoksella merseroitu selluloosa puristettiin 3-kertaiseksi massaansa ja käsiteltiin Werner- ja Pfleiderer-tyyppisessä jauhimessa monokloorietikkahapon kuivalla natriumsuolalla (CH2C1COONa) 313 K:n lämpötilassa 30 minuuttia. Sitten reaktioseosta pidettiin paikallaan olevissa olosuhteissa 295 K:ssa 24 tuntia suljetussa astiassa. Tänä aikana tapahtuu selluloosan oksidatiiv-emäksistä tuhoamista: polymeroitumisaste laskee 1200:sta 300-400:aan ja CMC-näytteiden liukoisuus veteen paranee. Tämän menetelmän mukaan alkylointi tapahtuu aktiivisten massojen (selluloosa ja monokloorietikkahappo) maksimipitoisuuksilla, mikä johtaa korkeaan alkylointiasteeseen. Reaktiokomponenttien sekoitusolosuhteet eivät kuitenkaan ole suotuisat tasaisesti alkyloitujen Na-CMC-näytteiden saamiseksi.
P. Ilmakuivattu selluloosa käsiteltiin liuoksella, jossa oli monokloorietikkahapon natriumsuolaa 18-prosenttisessa NaOH-liuoksessa nestemoduulissa 5 °C ja lämpötilassa 313 K. Hapettava-emäksinen tuhoaminen suoritettiin edellä kuvatulla menetelmällä 1 sen jälkeen, kun puristamalla reaktioseosta
3 kertaa massa suhteessa selluloosaan. Tälle menetelmälle on tunnusomaista alkyloivan reagenssin - monokloorietikkahapon - tasainen tunkeutuminen selluloosakuituihin turvotuksen aikana, mikä mahdollistaa tasaisesti substituoitujen tuotteiden saamisen. Kuitenkin, kuten on osoitettu, suurin osa otetusta CH2ClCOOH-määrästä menee sen saippuoitumisen sivureaktioon.
III. Selluloosa merseroitiin 18-prosenttisella NaOH-liuoksella. Alkaliselluloosa, puristettu 5-kertaiseksi massaansa, pestiin Buchner-suppilolla propanolilla (infuusiolla) ylimääräisen NaOH:n ja veden poistamiseksi. Propanolia lisättiin haluttuun moduuliin ja massa laitettiin jauhimeen. 10 minuutin jauhamisen jälkeen kuivaa suolaa CH2ClCOONa lisättiin. Reaktio suoritettiin vakiolämpötilassa. Tätä menetelmää käyttämällä CH2ClCOONa:n saippuoitumisen sivureaktion koko pienennetään minimiin, mikä lisää alkyloivan reagenssin käytön tehokkuutta. Kaikissa tapauksissa CMC-näytteet pestiin kuumalla 70-prosenttisella etanolilla Soxhlett-laitteessa, kunnes saatiin negatiivinen reaktio NaOH:lle fenolftaleiinin kanssa ja Cl:lle - AgNO 3 -liuoksella.
Kuten näette, korkein substituutioaste samalla määrällä CH2C1COOH saavutetaan menetelmällä III - propanoliympäristössä. Tämä selittyy ilmeisesti CH2ClCOOH:n kulutuksen vähenemisellä sivusaippuointireaktiossa.
Metyyliselluloosaliuosten ominaisuudet
Vähän substituoidun metyyliselluloosan liukoisuus veteen huoneenlämpötilassa ja sen alapuolella sekä liukenevien fraktioiden koostumus riippuvat sen substituutioasteesta, homogeenisuudesta ja polymeroitumisasteesta.
Taulukossa Taulukossa 1 on tietoja erilaisten metyyliselluloosavalmisteiden vesiliukoisuuden määrittämisestä. Taulukon tietoja analysoitaessa kiinnittää huomion ennen kaikkea seuraava seikka: metyyliselluloosan liukoisuus veteen on erittäin alhainen, vaikka metoksyylipitoisuudet ovat suhteellisen korkeat (korkean polymeroitumisasteen omaaville metyyliselluloosille). Metyyliselluloosat, joilla on alhaisempi polymerointiaste, ovat liukenevia.
Metyyliselluloosan valmistusmenetelmä on merkittävä tekijä, joka määrittää metyyliselluloosan liukoisuusrajat tiettyyn liuottimeen.
Kun metyyliselluloosaa valmistetaan liuoksessa, alkuperäinen kiderakenne tuhoutuu, eikä uutta hilaa rakenneta heti liuoksesta regeneroituessa (erityisolosuhteissa), joten tuote osoittautuu amorfiseksi ja siten helpommin liukenevaksi. Erittäin tärkeä on selluloosan vaihteleva saatavuus, jonka ansiosta saadaan sekoitus reaktiotuotteita, joiden substituutioaste on erilainen. Tämä heterogeenisuus johtaa liukoisen aineen määrän vähenemiseen.
Erittäin mielenkiintoinen vaikutus on jäädytysvaikutus, joka ilmenee liukoisuuden merkittävänä lisääntymisenä.
Pöytä 1.
Metyyliselluloosan liukoisuus veteen
Näytenumero |
Liukoisuus, % absoluuttisen kuivasta näytteestä |
Liukoisuus, % alkuperäisestä näytteestä |
OSSN3-pitoisuus liukenemattomassa osassa, % | OCH3-pitoisuus liuenneessa osassa, % | |||
| Ennen jäätymistä | Ennen jäätymistä | Pakastamisen ja sulatuksen jälkeen | |||||
| 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 |
Taulukossa Taulukossa 2 esitetään tiedot vähän substituoidun metyyliselluloosan liukoisuudesta 6,5 % NaOH:iin. Toisin kuin liukeneminen veteen, metyyliselluloosa liukenee jo substituutioasteella noin 5 95 % jäädytettyään 6,5 % NaOH-liuokseen. Pakastettaessa vähän substituoitua metyyliselluloosaa, keskimääräinen polymeroitumisaste (suhteellisen suurimolekyylisten tuotteiden tapauksessa DP = 1100-1200) laskee noin 1000:een. Tuotteet, jotka on saatu aikaisemmin hajoavasta selluloosasta (hapettavalla emäksisellä tuhoamalla) ja joiden DP on noin 400, jäädyttämisen jälkeen lähes eivät muuta sen molekyylipainoa.
Tutkittiin vähän substituoidun metyyliselluloosan liuoksia, joiden pitoisuus oli 1-2 %. jotka voidaan luokitella tiivistetyiksi liuoksiksi. On huomattava, että korkeamolekyylisten aineiden "väkevöityjen" liuosten käsite konsentraation merkityksessä on ehdollinen ja eroaa merkittävästi tavanomaisesta konsentroitujen liuosten käsitteestä.
taulukko 2
Vähän substituoidun metyyliselluloosan liukoisuus 6,5 % NaOH-liuokseen
| Näytenumero | Korvausaste | OCH3-pitoisuus metyyliselluloosassa, % | Liukoisuus, % alkuperäisestä näytteestä | |
| 291 K | Pakastamisen ja sulatuksen jälkeen | |||
| 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 | Ei määritelty | 98,0 |
| 6 | 30,4 | 5,5 | Ei määritelty | 99,2 |
| 7 | 24,3 | 4,4 | 0,5 | 99,0 |
| 8 | 22,7 | 4,1 | Ei määritelty | 98,5 |
| 9 | 16,6 | 3,0 | Ei määritelty | 96,0 |
| 10 | 11,6 | 2,1 | Ei määritelty | 95,3 |
| 11 | 9,4 | 1,7 | Ei määritelty | 95,1 |
| 12 | 6,6 | 1,2 | Ei määritelty | 48,0 |
| 13 | 1,3 | 0,25 | Ei määritelty | 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 |
Suurimolekyylisten yhdisteiden kemiassa tiivistetyt liuokset ovat sellaisia, joissa dispergoituneen aineen yksittäisten hiukkasten välillä on vuorovaikutusta. Tämän vuorovaikutuksen seurauksena suurimolekyylisten aineiden liuokset osoittavat useita poikkeamia normaaleille nesteille ominaisista laeista. Näitä poikkeamia esiintyy jo suhteellisen laimennettuissa 0,3-0,5 % liuoksissa.
Tutkituilla vähäsubstituoidun metyyliselluloosan liuoksilla oli ilmoitettuja arvoja huomattavasti korkeampi pitoisuus ja melko korkea ketjumolekyylien polymeroitumisaste, joten ne voidaan luokitella tiivistetyiksi liuoksiksi.
Selluloosaeetterien tiivistetyt liuokset ovat yleensä melko stabiileja ajan myötä. Tämä tai toinen tällaisten liuosten viskositeetin muutos ajan myötä määräytyy useiden tekijöiden vaikutuksesta, nimittäin: liuenneen tuotteen esteröitymisasteen muutos, solvataatioasteen muutos ja muodostumismahdollisuus kolmiulotteisista rakenteista.
Tarkastellaan yksityiskohtaisemmin vesiliukoisen metyyliselluloosan ominaisuuksia.
Vesiliukoisen metyyliselluloosan ominaisuudet
Kun metylaatioaste kasvaa arvoon γ = 50, tuloksena olevan esterin hygroskooppisuus kasvaa. Tämä selittyy sillä, että selluloosan makromolekyyleissä useimmat hydroksyyliryhmät kyllästyvät vastavuoroisesti vetysidosten muodostumisen myötä.
Kun saavutetaan korkeampi substituutioaste, noin 26,5-32,5 % metoksyyliryhmien pitoisuudesta, metyyliselluloosa liukenee veteen. Kun metoksyyliryhmien määrä kasvaa edelleen 38 %:iin ja yli, se menettää vesiliukoisuutensa (huoneenlämpötilassa ja sitä korkeammassa). Erittäin metyloidut tuotteet liukenevat myös orgaanisiin liuottimiin.
Metyyliselluloosan vesiliuokset (γ = 160-200), kuten vähän substituoitujen metyyliselluloosien tapauksessa, eivät ole stabiileja.
Kun liuoksia kuumennetaan, liukoisuus heikkenee, kunnes polymeeri saostuu. Liuoksen lämpötilastabiilisuuden yläraja on 313-333 K tällaiselle tuotteelle (riippuen DP:stä ja pitoisuudesta). Tämä ilmiö selittyy alkoksiryhmän "hydroksoniumyhdisteen" muodostumisella veden kanssa, joka tuhoutuu lämpötilan noustessa, mikä johtaa polymeerin saostumiseen.
Mahdollisuus siirtää trisubstituoitu metyyliselluloosa liuokseen (vesipitoiseen) esitettiin (trimetyyliselluloosa saostettiin aiemmin petrolieetterillä kloroformiliuoksesta). Trimetyyliselluloosan vesiliuoksen lämpötilastabiilisuuden yläraja noin 2 %:n pitoisuudessa on 288 K. Tällaisilla liuoksilla on hyvät kalvonmuodostusominaisuudet. Kalvoilla, jotka on muodostettu eksikaattorissa P 2 0 5:n päällä alhaisessa lämpötilassa, on vetolujuus (5-7). 10 7 N/m 2.
Se, että trimetyyliselluloosa voidaan liuottaa veteen, osoittaa suoraan OCH3-ryhmien kyvyn hydratoitua. Trimetyyliselluloosan hävikki liuoksesta lämpötilan lievällä nousulla osoittaa hyvin pientä
näiden yhteyksien vahvuus. Kun hydroksyyliryhmien osuus eetterissä kasvaa, ts. y:n pienentyessä arvoon 160, liuoksen lämpötilastabiilisuuden yläraja nousee arvoon 313-333 K. Nämä johtopäätökset vahvistivat homologin tutkimukset. metyyliselluloosa - etyyliselluloosa. Erittäin substituoitu etyyliselluloosa (γ=200) käyttäytyy vesiliukoisuudeltaan samalla tavalla kuin trimetyyliselluloosa. Normaaleissa olosuhteissa se liukenee veteen vain vähän - 9%.
Uudelleensaostettu EC on käytännössä liukenematon huoneenlämpötilassa, mutta 273 K:ssa sen liukoisuus veteen on 50-60 %. Siten suoritettiin "suuristi substituoidun" EC:n fraktiointi, jonka tuloksena saatiin seuraavat fraktiot: uudelleen saostuneet, liukenevat ja veteen liukenemattomat. Veteen liuenneen EC:n osan karakterisoimiseksi ja syiden selittämiseksi, miksi vain osa aineesta muuttui vesiliuokseksi, kaikki fraktiot karakterisoitiin OC 2 H 5 -ryhmien pitoisuudella, rajaviskositeetin arvolla, kuten sekä IR-spektroskopiamenetelmillä. Tulokset on esitetty taulukossa. 3.
Taulukko 3
Etyyliselluloosafraktioiden ominaisuudet
EC:n vesiliuoksia, joiden γ = 220, voidaan saada pitoisuutena enintään 1,4 % Liuokset, joiden konsentraatio on enintään 0,8 %, ovat läpinäkyviä ja pysyviä ajan mittaan alhaisissa lämpötiloissa. 0,82-prosenttisen liuoksen sameus alkaa kasvaa äärimmäisen yli 279 K:n lämpötiloissa. Väkevämmän liuoksen tapauksessa sameus lisääntyy voimakkaasti alemmassa lämpötilassa.
Siten EC:lle on ominaista sama kuvio kuin MC:lle: substituutioasteen kasvaessa liuoksen lämpötilastabiilisuuden raja laskee (kuten tiedetään, tavallinen vesiliukoinen EC, jonka γ = 100, kuten MC, koaguloituu, kun lämmitetty 323-333 K) . Siksi on todennäköisimmin oletettu, että -OS 2 H 5 -ryhmät osallistuvat EC:n vuorovaikutukseen veden kanssa.
Vesiliuoksissa metyyliselluloosalla on ei-ionisten suurimolekyylisten aineiden ominaisuuksia. Näiden liuosten rajaviskositeetti liittyy molekyylipainoon Kuhn-Mark-suhteen avulla:
Määrittääkseen rajaviskositeetin muutoksen molekyylipainosta riippuen ja määrittääkseen tämän yhtälön vakiot Vink suoritti metyyliselluloosan tuhoamisen happohydrolyysillä.
Metyyliselluloosa puhdistettiin alustavasti saostamalla etanolin vesiliuoksesta eetterillä. Alkuperäisen selluloosan substituutioaste oli 1,74 ja polymeroitumisaste 2000.
Absoluuttisten molekyylipainoarvojen mittausten perusteella osmometriaa käyttäen ja pääteryhmien määrityksessä todettiin saatujen metyyliselluloosafraktioiden rajaviskositeetin riippuvuus sen molekyylipainosta (tai polymerointiasteesta Py):
Vincom havaitsi, että metyyliselluloosan ominaisviskositeetti ei riipu vieraan elektrolyytin - hapon - läsnäolosta liuoksessa.
On huomattava, että muut kirjoittajat (jotka määrittelivät absoluuttiset molekyylipainot käyttämällä sedimentaatiota ultrasentrifugissa ja valonsironnaa) saivat hieman erilaiset arvot eksponentille "a" metyyliselluloosan Kuhn-Markin yhtälössä. Siten työssä a = 0,63 ja a = 0,55. Kirjoittajat itse selittävät nämä erot metyyliselluloosan suurella kyvyllä aggregoitua vesiliuoksissa.
Kominaisuudet
Tiedot erilaisten karboliukoisuudesta osoittavat, että vähän substituoitu CMC liukenee jäätymisen jälkeen lähes täydellisesti jopa pienellä y-arvolla (noin 2).
Näin ollen hyvin pienen substituution ja alhaisten lämpötilojen vaikutus näiden selluloosajohdannaisten liukoisuuteen on täysin vahvistettu.
Vähän substituoitujen karboksimetyyliselluloosien liukoisuutta alkaliin ja natriummonoklooriasetaatin tehokkuutta voidaan lisätä kuivajauhamalla selluloosa ennen reaktiota. Vähän substituoitujen karboliukoisuutta voidaan lisätä myös alentamalla polymeroitumisastetta oksidatiivisella tuholla emäksisessä ympäristössä. Tässä tapauksessa reaktion päätyttyä, jota suoritetaan 4 tuntia 313 K:ssa, CMC puristetaan 2,6-2,8-kertaiseksi sen massaksi, murskataan ja "kypsytetään", eli hapettumis-emäksinen tuhoaminen. Tietyn ”kypsytysajan” jälkeen Na-CMC pestään vedellä neutraaliksi ja kuivataan. Tällä tavalla voidaan saada Na-CMC, jolla on täydellinen liukoisuus alkaliin γ = 10-12 ja joka antaa 6-8 % liuoksia.
Vähän substituoidun karboksimetyyliselluloosan liuosten stabiilisuutta laimennettuna tutkittiin.
CMC-liuokset, jotka oli valmistettu jäädyttämällä 4- ja 6-prosenttisessa kaustisessa soodassa, laimennettiin useita kertoja tislatulla vedellä, minkä jälkeen todettiin pienin alkalipitoisuus, joka vastasi sameuden ilmaantumista tai sakan vapautumista. Näistä kokeista saadut tiedot osoittivat, että vähän substituoidun Na-karboksimetyyliselluloosan liuokset käyttäytyvät melko stabiileina jopa laimennettuina erittäin alhaiseen alkalipitoisuuteen, jopa 0,5 %:iin. Tämä seikka on erittäin tärkeä valmistettaessa karboksimetyyliselluloosan Na-suolan liuoksia käytännön tarkoituksiin, esimerkiksi kankaan viimeistelyyn.
Työssä tutkittiin lämpötilan vaikutusta Na-CMC:n sekä metyyliselluloosan, hydroksietyyliselluloosan ja mvesiliuosten viskositeettiin.
Selluloosaeetterien vesiliuosten lämpötila-viskositeettisuhteilla on suuri käytännön merkitys, koska niiden käyttö riippuu monissa tapauksissa tästä.
Savage sai Na-CMC-liuoksille lineaarisen viskositeetin riippuvuuden lämpötilasta puolilogaritmisella koordinaattiasteikolla. Viskositeetin riippuvuus lämpötilasta tällaisten liuosten käänteisen jäähdytyksen aikana ilmaistaan suoralla viivalla, joka on hieman alempana kuin ensimmäinen. Nämä kokeet vahvistavat Na-CMC-liuosten viskositeetin muutosten hystereettisen luonteen lämpötilan vaikutuksesta.
Viskositeetin lasku on ilmeisesti seurausta erittäin alhaisesta relaksaationopeudesta sellaisissa suurimolekyylisissä systeemeissä, kuten Na-CMC:n vesiliuoksessa. Niiden tasapainon saavuttamiseen kuluva aika voi olla hyvin pitkä, jolloin järjestelmä ei pysty palaamaan alkuperäiseen tilaan mitatun ajanjakson aikana. Ei voida sulkea pois mahdollisuutta, että molekyylit hajoavat jonkin verran kuumennettaessa, minkä pitäisi tietysti johtaa peruuttamattomiin viskositeetin muutoksiin.
Nykyaikaiset käsitykset selluloosajohdannaisten liuoksista erilaisissa liuottimissa perustuvat siihen, että nämä aineet muodostavat todellisia liuoksia, joissa makromolekyylit ovat kineettisesti vapaita. Tämä ei kuitenkaan sulje pois sitä tosiasiaa, että jos selluloosan esteröinnin teollinen tuote on esteröitymisasteeltaan erittäin heterogeeninen, niin sen yksittäiset fraktiot ovat huonosti liukenevia. Tämän seurauksena liuos voi yhdessä suurimman osan molekyylidispergoituneesta aineesta sisältää myös alkuperäisen selluloosan rakenteen jäänteitä.
Karboksimetyyliselluloosan tiivistetyt liuokset, kuten monien muidenkin suurimolekyylisten yhdisteiden liuokset, eivät ole newtonilaisia nesteitä.
Na-CMC-liuoksilla on merkittävä viskositeettipoikkeama. Sen todellisille ratkaisuille on ominaista myös erilaisten ei-molekyylisten dispergoituneiden hiukkasten ja makromolekyyliaggregaattien läsnäolo, erityisesti moniarvoisten kationien läsnä ollessa. Siksi sekä polymerisaatioasteen (DP) viskometrisissä että osmometrisissa mittauksissa on otettava huomioon nämä ominaisuudet ja liuoksen todellinen koostumus ja ennen tällaisia mittauksia erotettava fraktiot, jotka häiritsevät oikeiden tulosten saamista.
Tutkittaessa Na-CMC:n vesiliuoksia, joiden pitoisuus on 0,0025 - 0,1 g/l, saatiin tietoa, joka osoittaa sen molekyylien merkittävää polaarisuutta. Yllä olevat tiedot luonnehtivat karboksimetyyliselluloosaa aineena, jolla on useita monille polyelektrolyyteille ominaisia ominaisuuksia. Näyttää siltä, että suuren sähköisen vääntömomentin läsnäolon pitäisi useissa tapauksissa määrittää sähköstaattisen adsorption ilmenemismahdollisuus. Kuitenkin, jos otamme huomioon CMC-molekyylien aggregoitumisen sen pitoisuuden kasvaessa liuoksessa ja sen varausten seulonnan, on huomattava, että sähköstaattinen adsorptio voi ilmetä pääasiassa laimeissa liuoksissa.
Liuoksista regeneroidun metyyliselluloosan (kalvojen) ominaisuudet
Veteen ja vesi-emäksisiin liuoksiin liuotettuna niistä voidaan regeneroida eri substituutioasteita omaavaa metyyliselluloosaa kalvojen muodossa. Alkaliin liukenevan, vähän substituoidun metyyliselluloosan kalvojen valmistus suoritetaan "märkä" menetelmällä - koaguloimalla erityisesti valituissa saostushauteissa. Tyydyttävät tulokset saatiin saostushauteilla, jotka koostuivat ammoniumsulfaatin (NH 4) 2SO 4 liuoksesta (100 g/l).
Ammoniumsulfaattisaostushauteen vaikutus voidaan ilmaista seuraavasti:
2NaOH + (NH4)2SO4 =Na 2SO 4 + 2NH3 + 2H20.
Liuottimen koostumuksen muutoksen ja liuenneen metyyliselluloosan osittaisen dehydraation vuoksi sen ketjut tulevat lähemmäksi toisiaan ja läpikäyvät lasisiirtymän, eli voimakkaasti turvonneen kalvon muodostumisen.
Kun kalvo muodostetaan kiinteälle alustalle, tietyn jännityksen (tartuntavoimien seurauksena) seurauksena siihen ilmestyy tasomainen rakenne. Samanaikaisesti vastamuodostetussa kalvossa sen voimakkaasti turvonneen tilan vuoksi ketjujen jonkinlainen liikkuvuus on mahdollista lämpöliikkeen vuoksi. Kaikki tämä sisältää relaksaatioprosesseja, eli kalvorakenteen palautumisen stabiilimpaan asentoon, joka vastaa isotrooppista tilaa. Edellä mainituista olosuhteista johtuen, kun sen alkalisesta liuoksesta muodostuu lasille metyyliselluloosakalvo, kalvon mitat pienenevät tasoa pitkin ja sen paksuus kasvaa.
Alkaliukoiset kalvot ovat mekaanisen lujuuden suhteen lähellä tavanomaisia pehmitettyjä sellofaanikalvoja, koska niissä on
vetolujuus pituussuunnassa (6,8-8,8). 10 7 N/m 2, murtovenymä noin 20 %.
Taulukossa esitetyt tiedot vähän substituoitua metyyliselluloosaa sisältävien kalvojen hygroskooppisuudesta ja veden absorptiosta. 4 osoittavat sen
Taulukko 4
Metyyliselluloosakalvojen hygroskooppisuus ja veden imeytyminen
metyyliselluloosakalvojen hygroskooppisuus ja veden absorptio saavuttavat suuria arvoja, jotka riippuvat suurelta osin alkuperäisen metyyliselluloosan esteröitymisasteesta; OCH3-ryhmien pitoisuuden kasvu alkuperäisessä tuotteessa lisää metyyliselluloosakalvojen hygroskooppisuutta ja turpoamisominaisuuksia vedessä.
Työssä tutkittiin regeneroidun metyyliselluloosan rakennetta ja sen suhdetta kalvojen fysikaalisiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Vertailun vuoksi tutkittiin kalvoja, joissa oli vähän substituoitua metyyliselluloosaa ja korkeasubstituutioista metyyliselluloosaa, jopa 3. Saman korkean substituution metyyliselluloosan kalvoja saatiin sellaisista dramaattisesti erilaisista liuoksista, kuten vedestä ja orgaanisista liuottimista. Tämä vertailu on erityisen kiinnostava, koska sen avulla voimme tehdä johtopäätöksen metyyliselluloosahilan rakenteesta regeneroinnin aikana liuoksesta riippuen substituutioasteen lisäksi myös liuottimesta. Tätä tarkoitusta varten saatiin metyyliselluloosaa, jolla oli korkea substituutioaste (lähes 3), joka pystyi liukenemaan sekä veteen että orgaaniseen liuottimeen kloroformiin. Kalvot vesiliuoksista ja kloroformiliuoksista saatiin valamalla lasin päälle ja haihduttamalla liuotin.
Kalvoilla metyyliselluloosan vesiliuoksesta (γ = 180), jotka on saatu haihduttamalla liuotinta hitaasti huoneenlämpötilassa, on amorfinen rakenne. Kuitenkin niin korkealla substituutioasteella tietyissä olosuhteissa mahdollisuus metyyliselluloosan rakenteen järjestäytymiseen valmiissa kalvoissa on melko todennäköinen. Sellaiset olosuhteet osoittautuivat kalvojen kuumenemiseksi ympäristössä, joka aiheuttaa turvotusta. Siten jo kalvon keittäminen vedessä (metyyliselluloosa ei liukene kuumaan veteen) 30 minuuttia lisää järjestystä huomattavasti. Kalvon kuumentaminen glyserolissa 473 K:n lämpötilassa saa aikaan entistä suuremman järjestyksen.
Erityisen kiinnostavaa on kalvojen muodostaminen metyyliselluloosan vesiliuoksista korotetuissa lämpötiloissa. Kun kalvoa keitetään vedessä, tilauksen lisäksi rakenne tiivistyy ja erilaisia sisäisiä vikoja tuhotaan, mikä ilmeisesti selittää kasvun
kalvon vahvuus.
Kalvojen muodostaminen 343 K:n lämpötilassa johtaa merkittävään elastisuuden kasvuun, mikä voidaan selittää makromolekyylien laskostuneemmalla konfiguraatiolla, koska kuuma vesi ei ole metyyliselluloosan liuotin.
Siirryttäessä tarkastelemaan trimetyyliselluloosakalvojen rakennetta, meidän tulisi huomata tämän eetterin mielenkiintoinen piirre. Trimetyyliselluloosa pystyy liukenemaan paitsi orgaanisiin liuottimiin myös kylmään veteen (T = 273 K). Trimetyyliselluloosakalvojen rakenteelle stereosäännöllisenä polymeerinä on ominaista korkea kiteisyys. Vesi on trimetyyliselluloosan v-liuotin, joten vesiliuoksesta muodostuneet kalvot ovat vähemmän kiteisiä.
MC-kalvojen pinnan ja kalvon murtumisen seurauksena saatujen lastujen pinnan elektronimikroskooppinen tutkiminen vetoakselia pitkin nestemäisen typen lämpötilassa mahdollisti pienemmän mittakaavan yksityiskohtien selvittämisen kalvon rakenteesta. Vetosuhteilla λ≤2,0 orientoitujen kalvojen pinta pysyy melko tasaisena ja tasaisena. Optisessa mikroskoopissa näkyvää fibrillaarista rakennetta ei havaita elektronimikroskopialla. Kohdassa λ≈2,2-2,5 kalvojen pinnalle ilmestyy kohokuvio, joka muodostuu melko säännöllisistä ja pidennetyistä 0,2-0,4 µm leveistä urista, jotka on suunnattu kohtisuoraan vetoakseliin nähden. Kun skannataan kohtisuorassa kuvun akseliin nähden (kuva 1), näkyy poikittaisia 0,3-0,5 µm leveitä taitoksia ja joillakin alueilla delaminaatioita löytyy mikrohalkeamien muodossa, joiden leveys on 0,1-0,2 µm ja pituus 1,0-1,5 µm, suunnattu yhdensuuntaisesti konepellin akselin kanssa. Kun skannataan yhdensuuntaisesti venytysakselin kanssa, tulee näkyviin taitetun rakenteen lisäksi epäsäännöllisyyksiä, joiden suuntaus on vallitseva venytysakselilla. Sirpaloituneen pinnan tarkastelu paljastaa huokoisen rakenteen, jonka huokoskoko vaihtelee välillä 0,1-1,0 µm.
Alkalisesta liuoksesta regeneroidun ominaisuudet Na -KMC (muodossa elokuvat)
Koska oli mahdollista saada viskooseja liuoksia vähän substituoitua karboksimetyyliselluloosaa, jolla on riittävän korkea polymerointiaste, valmistettiin kalvoja ja tutkittiin niiden ominaisuuksia.
Kalvon muodostus suoritettiin metyyliselluloosaliuoksissa käytetyn tekniikan mukaisesti. Taulukossa Kuvassa 5 on tietoja kalvojen mekaanisesta lujuudesta. Vähän substituoidusta karboksimetyyliselluloosasta valmistetuilla kalvoilla oli hyvä mekaaninen lujuus, mutta alhainen elastisuus; Näiden kalvojen murtovenymä oli vain 5-6 %.
Taulukko 5
Vähän substituoitujen kvetolujuus
| Näytenumero | Substituutioaste γ | Liuospitoisuus, % | Vetolujuus σ. 10-7, |
Jännitys tauolla % |
| 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_ | - |
Tiedot vähäsubstituoidusta karboksimetyyliselluloosasta valmistettujen kalvojen hygroskooppisuudesta ja veden imeytymisestä on esitetty taulukossa 6. Hygroskooppisuus määritettiin pitämällä kalvot ilmakehässä, jonka suhteellinen kosteus oli 80 %; veden imeytyminen mitattiin liottamalla kalvoja tislatussa vedessä kaksi päivää 293 K:n lämpötilassa.
Taulukko 6
Vähän substituoiduista kalvoista valmistettujen kalvojen hygroskooppisuus ja veden imeytyminen
karboksimetyyliselluloosa
Kuten taulukosta näkyy. 6, vähän substituoitujen khygroskooppisuus ja veden imeytyminen kasvavat nopeasti
tuotteiden korvaavuuden lisääminen. Substituutioasteen vaikutus kalvojen veden imeytymiseen on erityisen havaittavissa.
Selluloosan hydrofiilisten ominaisuuksien lisäämisen vaikutus siihen tuomalla pieni määrä tilaa vieviä radikaaleja selittyy, kuten jo mainittiin, sillä, että esteröinnin alkuvaiheessa vetysidosten lujuus jakautuu uudelleen. kuidun poikittaisrakenne, jolle on ominaista heikompien sidosten kerääntyminen.
Metyyliselluloosan sovellukset
Hyvin substituoidut vesiliukoiset metyyliselluloosavalmisteet (γ = 150-200) saivat suurimman merkityksen. Näillä tuotteilla on arvokkaita teknisiä ominaisuuksia, ja niitä valmistetaan teollisesti pienten rakeiden tai valkoisen tai hieman kellertävän jauheen muodossa. Ne ovat käytännössä hajuttomia ja mauttomia. 433 K:n lämpötilassa ne värjäytyvät ja hajoavat. Metyyliselluloosan vesiliuokset saavat aikaan neutraalin reaktion.
Useimmissa tapauksissa metyyliselluloosaa käytetään vesipitoisen väliaineen sakeuttamiseen. Sakeutuksen tehokkuus riippuu viskositeetista (eli polymeroitumisasteesta). Metyyliselluloosa mahdollistaa veteen liukenemattomien aineiden muuttamisen stabiiliin hienojakoiseen tilaan vesipitoisessa ympäristössä, koska se muodostaa hydrofiilisiä monomolekyylisiä suojakerroksia yksittäisten hiukkasten ympärille.
Metyyliselluloosan arvokkaita ominaisuuksia ovat sen voimakas pigmenttejä sitova vaikutus, korkea kuivatarttuvuus ja kyky muodostaa kalvoja. Näitä mielenkiintoisia ominaisuuksia käytetään vesiohenteisten maalien ja liimojen valmistuksessa. Matalaviskositeettiset metyyliselluloosat sopivat erityisen hyvin tähän tarkoitukseen, koska niitä voidaan levittää monenlaisille alustoille.
Tekstiiliteollisuudessa metyyliselluloosaa käytetään villaloimien liimausaineena ja kankaiden pehmeässä viimeistelyssä elegantin tuntuman ja kiillon saavuttamiseksi.
Metyyliselluloosaa käytetään menestyksekkäästi saippuateollisuudessa. Farmaseuttisessa käytännössä sitä käytetään rasvattomana pohjana ns. lima- ja öljy/vesi-emulsiovoiteissa, jotka suojaavat ihoa kevyiltä palovammoilta sekä haavojen hoitoon. Lisäksi metyyliselluloosa toimii itsenäisenä lääkkeenä.
Kosmetiikassa vesiliukoisia selluloosaeettereitä käytetään hammastahnojen ja eliksiirien, suojaavien emulsioiden ja vähärasvaisten ihovoiteiden valmistukseen.
Kaikenlaisissa emulsioissa metyyliselluloosaa käytetään kasviöljyjen emulgointi- ja stabilointiaineina.
Sitä käytetään myös erittäin laajasti elintarviketeollisuudessa.
Siten jäätelön valmistuksessa sen käyttö antaa tarvittavan pörröisyyden, stabiilisuuden ja maun. Metyyliselluloosaa käytetään makuemulsioissa, kastikkeissa, hedelmämehuissa, säilykkeissä jne.
Mielenkiintoinen sovellus elintarviketeollisuudessa on metyyliselluloosaliuosten kyky gelatinoitua kuumennettaessa. Esimerkiksi metyyliselluloosan lisääminen hedelmäpiirakkatäytteisiin tai makeisiin hillotäytteisiin estää näitä komponentteja vuotamasta ulos paistamisen aikana, mikä parantaa merkittävästi tuotteiden ulkonäköä ja säilyttää makunsa.
Lyijykynätehtaissa metyyliselluloosaa käytetään traganttikumin sijaan väri- ja kopiointijohtoihin, pastellijohtoihin, koulun värikyniin ja maaleihin jne.
Näin ollen vesiliukoisen metyyliselluloosan sovellukset ovat äärimmäisen erilaisia, vaikka ne ovatkin pienempiä kuin CMC.
Mitä tulee vähän substituoituun (alkaliliukoiseen) metyyliselluloosaan, se ei ole vielä saanut merkittävää käyttöä.
Karboksimetyyliselluloosan sovellukset
Kalvot, jotka koostuvat 100 % H-CMC:stä, ovat liukoisia alkaen vain pH-arvosta 11. Määritellyn koostumuksen kalvoja voidaan käyttää tapauksissa, joissa on toivottavaa rajoittaa niiden liukoisuutta pienillä pH-alueilla, esimerkiksi farmaseuttisissa päällysteissä. Sellaisen kuoren ei pitäisi liueta esimerkiksi mahanesteen lievästi happamaan ympäristöön, mutta liukenee hyvin suolen lievästi emäksiseen ympäristöön.
Teollisuus tuottaa suuria määriä karboksimetyyliselluloosan natriumsuolaa, jonka substituutioaste on 0,5 - 1 -1,2, koska sitä käytetään laajalti öljy-, tekstiili-, elintarvike-, lääketeknologioissa, pesuaineiden valmistuksessa jne. stabilointiaineena, sakeuttamis-, liima-, kalvonmuodostusaine jne. aine. Tämä suola liukenee hyvin veteen.
Useat tutkimukset, joissa testattiin Na-CMC:tä pesuaineiden lisäaineena, ovat osoittaneet, että tämä tuote parantaa merkittävästi niiden puhdistusominaisuuksia.
Kirjallisuus
1.Prokofieva M.V., Rodionov N.A., Kozlov M.P.//Kemia ja tekniikka
selluloosajohdannaiset. Vladimir, 1968.S. 118.
2. Nesmeyanov A.N., Nesmeyanov N.A. Orgaanisen kemian alku. M., 1969.T.1.
663s.
3. Plisko E.A.//ZHOKH.1958. T. 28, nro 12. S, 3214.
4. Plisko E.A.//ZHOKH.1961. T. 31, nro 2. s. 474
5. Heuser E. The Chemistry of Cellulose. New York, 1944. 660 s.
6. Gluzman M.X., Levitskaya I.B. //ZHPH. 1960. T. 33, N 5. s. 1172
7. Petropavlovsky G.A., Vasilyeva G.G., Volkova L.A. // Cell. Chem.
Technol. 1967. Voi. 1, N2. s. 211.
8. Nikitin N.I., Petropavlovsky G.A. //ZHPH. 1956. T. 29. P. 1540
9. Petropavlovsky G.A., Nikitin N.I. //Tr. Neuvostoliiton tiedeakatemian metsäinstituutti. 1958. T.45.
s. 140.
10. Vasilyeva G.G. Alkaliliukoisen karboksimetyyliselluloosan ominaisuudet ja
Sen käyttömahdollisuus paperiteollisuudessa: Dis. Ph.D.
tekniikka. Sci. L. 1960.
11. VinkH. //Macromolecular Chemie. 1966. Bd. 94. S. 1.
12. Vole K., Meyerhoff G. // Macromoleculare Chemie. 1961. Bd. 47. S. 168.
13. NeelyW.B.//J. Urut. Chem. 1961. Voi. 26. s. 3015.
14. Savage A.B. //Ind. Eng. Chem. 1957. Voi. 49. s. 99.
15. Allgen L. //J. Polymer Sei. 1954. Voi. 14, N 75.P. 281.
16. Podgorodetsky E.K. Teknologia elokuvien tuotantoon
korkean molekyylipainon yhdisteet. M: Taide, 1953. 77 s.
Esittelysivu 2
Metyyliselluloosan saaminen sivu 2
Karboksimetyyliselluloosan valmistus sivu 4
Metyyliselluloosaliuosten ominaisuudet pp. 6
Vesiliukoisen metyyliselluloosan ominaisuudet p. 8
Kominaisuudet pp. yksitoista
Liuoksista regeneroidun metyyliselluloosan ominaisuudet
(elokuvat) s. 12
Alkalisesta liuoksesta regeneroidun Na-CMC:n ominaisuudet
(elokuvien muodossa) s. 15
Metyyliselluloosan käyttö 16
Karboksimetyyliselluloosan käyttö. 18
Tapetti on ollut useiden vuosien ajan yksi yleisimmistä sisustuksen materiaaleista. Ja suosituin tapa niiden asentamiseen on edelleen CMC-liima. Se ei vain kiinnitä kangasta tiukasti ja pysyvästi seinän pintaan, vaan sillä on myös yksi tärkeä ominaisuus: se laimennetaan lähes minkä tahansa lämpötilan veteen, mikä ei ole tyypillistä muille vastaaville koostumuksille. On huomionarvoista, että tässä tapauksessa liima-ainenesteeseen ei muodostu kokkareita, hyytymiä ja sedimenttiä. Tämän määräävät ennalta sen tekniset, suorituskykyominaisuudet ja kemialliset rakenteen ominaisuudet.
Yhdiste
Liiman nimi tulee sen kemiallisesta koostumuksesta. Pohja on karboksimetyyliselluloosaksi kutsuttu aine. Nimen ääntämisen ja lyhenteen helpottamiseksi valmistajat loivat lyhenteen sanan kunkin kolmen komponentin ensimmäisistä kirjaimista - KMC. Ulkoisesti liima on valkoista jauhetta, jonka hiukkaset ovat pieniä rakeita.
Viime aikoina CMC-tapettiliima, jolla on ylimääräisiä antiseptisiä ominaisuuksia, on saavuttanut suosiota. Erityiset lisäaineet antoivat sille tämän ominaisuuden. Nyt liimakerros estää aktiivisesti homeen muodostumista ja kasvua.
Joten on tullut aika tarkastella yksityiskohtaisemmin kaikkia CMC-liimakoostumuksen teknisiä ominaisuuksia:
- kuiva-aineen määrä rakenteessa on alkaen 57 %;
- kuiva-aineen kokonaistilavuus sisältää vähintään 69 % aktiivista alkuainetta;
- natriumkloridipitoisuus kuiva-aineessa on 21 %;
- tuotteen kosteus - 12%;
- hiukkasten perusteellinen turpoaminen, kunnes homogeeninen seos muodostuu, on enintään kaksi tuntia;
- valmiin liuoksen käyttöominaisuudet säilyvät 7 päivää.
On tärkeää, että CMC-tapettiliiman koostumus sisältää erityisiä lisäaineita, jotka antavat sille hyönteismyrkkyjä ja myös estävät sitä mätänemästä. Liima on kuitenkin täysin vaaraton terveydellemme, koska sen komponentit ovat myrkyttomia.
Sitä lisätään usein seokseen laattojen asentamista varten sekä sementti- ja liitukitteihin, mikä lisää merkittävästi niiden tartuntaominaisuuksia ja lujuutta.
Tyypit, miten valita
Tuotteen väri on tärkeä ominaisuus, johon kannattaa kiinnittää huomiota valittaessa tuotetta myymälästä. GOST-standardien mukaisesti valmistettu liimajauhe on puhtaan valkoista. Tälle tuotteelle on ominaista erinomainen laatu, veteen yhdistettynä se muodostaa homogeenisen seoksen ilman sedimenttiä tai kokkareita.
Keltainen sävy ei ole hyväksyttävää. Hän sanoo yleensä, että liima on tehty kotitekoisella tavalla häikäilemättömien valmistajien toimesta. Tällaisella tuotteella on sama laatu. Ne eivät yleensä täytä liimatyön vaatimuksia, joten tulos voi olla suuri pettymys. Esimerkiksi kuivumisen jälkeen paperitapetille ilmestyy epämiellyttäviä keltaisia tahroja, joita ei voi enää poistaa, ja sinun on toistettava kaikki tapetin liimaustyöt.
Neuvoja! Huolimatta tämän liiman suuresta valikoimasta rautakaupoissa, muista tutkia tuote huolellisesti ennen ostamista. Kiinnitä erityistä huomiota sen väriin.
Jos lähestymme CMC-liiman kuvausta sen tarkoituksen kannalta, se jaetaan kolmeen pääryhmään:
- kevyen ohuen tapetin asentamiseen;
- keskipainoisille tapeteille;
- paksulle, raskaalle tapetille.
Seoksen paksuus ja tahmeus ja sen seurauksena kyky kiinnittää tiukasti raskaita rainoja riippuu suoraan jauheen pääaineen - karboksimetyyliselluloosan - määrästä. Jos sitä on paljon, niin liuos on viskoosimpi ja painavakin vinyylitapetti pysyy tukevasti seinällä.
CMC:n edut ja tärkeimmät valmistajat
Jo mainittujen etujen (monikäyttöisyys, äärimmäinen yksinkertaisuus jauheen laimentamisessa, luotettavuus, suoja mikrobeja ja hometta vastaan) lisäksi CMC-tapettiliimalla on seuraavat edut:
- tahrojen ja tahrojen esiintyminen taustakuvan pinnalla on suljettu pois;
- vastenmielinen haju puuttuu kokonaan;
- liima on erittäin helppo valmistaa ja käyttää;
- tuote yhdistetään onnistuneesti muiden kemiallisten yhdisteiden kanssa.
Tämän tyyppiset tuotteet, sekä kotimaiset että ulkomaiset, ovat laajasti edustettuina rakennusmateriaalimarkkinoilla. Venäläisellä CMC-liimalla on erityispiirteitä, kuten edullinen hinta ja tyydyttävät ominaisuudet. Samaan aikaan se turpoaa yleensä 2 tunnissa, mikä on hyväksyttävää GOST-standardin kannalta.
Ulkomaisten tuotteiden kustannukset ovat paljon korkeammat. Samalla liuos valmistetaan nopeammin, 15 minuutin kuluttua laimentamisesta sitä voidaan jo käyttää tapetointiin.
Epäilemättä yksi Venäjän suosituimmista KMC-tapettiliiman valmistajista on Moskovan alueella toimiva Vympel Trade Center LLC. Kaikilla sen tuotteilla on tarvittavat sertifikaatit.
CMC-liiman käytön ominaisuudet
Katsotaanpa, mitä sinun on tiedettävä liimaseoksen valmistamisesta. Kokemus on jo vahvistanut, että tässä menettelyssä ei ole mitään hankalaa, ja jokainen pystyy suorittamaan kaikki toiminnot omin käsin.
- Ensinnäkin sinun on valmistettava emalisäiliö: ämpäri, allas tai jotain vastaavaa. Ota pakattu liima ja katso kääreestä valmistusohjeet.
- Jokainen pakkaus sisältää erityistä tietoa kuivan liiman ja veden määrästä, joka on otettava liimaliuoksen asianmukaiseen valmistukseen. Yleensä ohuen tapetin kanssa työskennellessä otetaan 8 litraa vettä 500 grammaa jauhetta kohden. Paksujen kankaiden liimaamiseksi samaan määrään kuivaa liimaa sinun on otettava 7 litraa vettä.
- Veden tulee olla huoneenlämpöistä.
- Tarkastellessaan ohjeiden sisältämää suhdetta alamme vähitellen kaataa liimajauhetta veteen sekoittaen nestettä jatkuvasti voimakkaasti.
- Jätä liuos rauhaan ohjeissa määritetyn ajan, odota, kunnes se on täysin valmis.
Neuvoja! Valmistaja ilmoittaa tiedot valmiin liimakoostumuksen kulutuksesta vastaavassa pakkausselosteessa.
Pääsääntöisesti 500 g:n pakkaus riittää kattamaan noin 50 neliömetrin pinta-alan.
Kuten aiemmin totesimme, sinun tulee valita CMC-liiman tyyppi, jolla on sellaiset tekniset ominaisuudet, jotka sopivat optimaalisesti liitettävän taustakuvan tyyppiin.
Missä muualla CMC-liimaa käytetään?
Kotien remonttitöiden lisäksi tämä koostumus soveltuu toimistojen, teollisuustilojen viimeistelyyn sekä tuotantotarkoituksiin:
- valimo;
- rakentaminen, viimeistely- ja rakennusmateriaalien tuotanto;
- kemianteollisuus;
- kaivosteollisuus.
KMC-tapettiliiman suosio ei vähene vuosi vuodelta, sillä tiedät sen kanssa työskentelyn erityispiirteet, olet etukäteen suojattu mahdollisilta virheiltä ja puutteilta asunnon remonttia tehdessäsi.
Natriumkarboksimetyyliselluloosa (CMC) on vesiliukoisten kolloidien joukosta monipuolisin kemiallinen reagenssi. CMC on selluloosa-glykolihapon natriumsuola, joka saadaan saattamalla alkaliselluloosa reagoimaan natriummonoklooriasetaatin kanssa.
Valmis CMC on hienorakeinen, kuitumainen tai jauhemainen materiaali, joka on väriltään valkoinen tai kermanvärinen. Teknisellä NaCMC:llä ei ole myrkyllistä tai ärsyttävää vaikutusta.
CMC:llä on seuraavat ominaisuudet:
Vedenpidätys
Viskositeetti lisääntyy
Voidaan käyttää sideaineena
Reologisten ominaisuuksien muuttaminen
Dispersioliuosten suspendointi ja stabilointi
Mineraalien ja muiden hiukkasten pinta-absorptiokyky
Käyttöalueet:
NaCMC:tä käytetään monilla teollisuudenaloilla keinotekoisena korvikkeena luonnollisille vesiliukoisille kolloideille (esim. tärkkelys). Tämä yleisyys johtuu sen lähes ainutlaatuisesta ominaisuudesta muodostaa viskoosia homogeenista liuosta sekä kylmässä että kuumassa vesipitoisessa ympäristössä.
Suurimmat CMC-määrät kulutetaan seuraavissa toiminnoissa:
- Synteettisten pesuaineiden valmistus
Pieni CMC-lisäys pesujauheeseen tai pesutahnaan estää likahiukkasten palaamisen kankaan pinnalle pesun aikana, mikä takaa korkean puhtausasteen (lisää resorptio-ominaisuuksia).
- Öljy- ja kaasuteollisuus
Tällä alalla CMC:tä käytetään suojaavana kolloidistabilaattorina erittäin mineralisoituneissa savisuspensioissa porauksen aikana.
- Kaivos- ja jalostusteollisuus
CMC:tä käytetään kupari-nikkeli- ja sylviniittimalmien vaahdotuspitoisuudessa.
- Tekstiiliteollisuus
Kankaan pohja on mitoitettu CMC:n avulla. CMC-liuoksella käsitellyt langat ovat vähemmän alttiita katkeamaan kudontaprosessin aikana, mikä puolestaan vähentää seisokkien määrää ja lisää kudontatuotannon tehokkuutta.
- Rakennusteollisuus
CMC:tä käytetään liima-aineena erilaisten liimaliuosten, kittien valmistuksessa sekä kalkkihiekkatiilien valmistuksessa suspendointi- ja sideaineena.
- Maaliteollisuus
CMC:tä käytetään sakeuttamisaineena
- Paperiteollisuudessa
Tällä alueella CMC:tä käytetään tapettipastan liimapohjana, paperin pinnoitteiden valmistuksessa sekä paperimassan lisäaineena paperin lujuuden lisäämiseksi.
- Valimossa
CMC:tä käytetään tangon kiinnittimenä.
- Biologista tutkimusta varten
CMC:tä käytetään sen vapaassa happomuodossa sorbitoli-ioninvaihtajana.