Carboximetilceluloza de sodiu este utilizată pe scară largă în industrie, produse farmaceutice și producția alimentară. Acest compus este fabricat din lemn și este un material biologic inert, adică nu participă la procesele fiziologice. Datorită proprietăților speciale ale soluțiilor cu această componentă, vâscozitatea substanțelor și alți parametri tehnici pot fi ajustate.
Descriere
Carboximetilceluloza de sodiu (CMC) este sarea de sodiu a acidului glicolic al celulozei. Denumirea chimică a compusului conform nomenclaturii IUPAC este poli-1,4-β-O-carboximetil-D-piranosil-D-glicopiranoză de sodiu.
Formula empirică a carboximetilcelulozei tehnice de sodiu este: [C6H7 O 2 (OH) 3- x (OCH 2 COONa) x ] n. În această expresie, x este gradul de substituție pentru grupările CH2-COOH și n este gradul de polimerizare.
Formula structurală este prezentată în figura de mai jos.
Proprietăți
În aparență, carboximetilceluloza de sodiu din comerț este un material fibros sub formă de pulbere, cu granulație fină sau inodor, cu o densitate în vrac de 400-800 kg/m3.
Na-CMC are următoarele caracteristici:
greutatea moleculară a compusului - n;
se dizolvă rapid atât în apă caldă, cât și în apă rece, insolubil în uleiuri minerale și lichide organice;
formează pelicule rezistente la uleiuri, grăsimi și solvenți organici;
crește vâscozitatea soluțiilor și le conferă tixotropie - la creșterea impactului mecanic, are loc o scădere a rezistenței la curgere;
absoarbe bine vaporii de apă din aer, astfel încât substanța trebuie depozitată în încăperi uscate (în condiții normale conține 9-11% umiditate);
compusul este netoxic, neexploziv, dar în stare de praf se poate aprinde (temperatura de autoaprindere +212 °C);
în soluții prezintă proprietățile unui polielectrolit anionic.
Când temperatura se schimbă, vâscozitatea de laborator a carboximetilcelulozei de sodiu în soluții variază foarte mult. Aceasta este una dintre cele mai importante caracteristici ale acestui compus, care determină domeniul de aplicare al acestuia. Un grad ridicat de polimerizare asigură o vâscozitate mai mare și invers. La 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.
Carboximetilceluloza de sodiu are și compatibilitate chimică cu multe alte substanțe (amidon, gelatină, glicerină, rășini solubile în apă, latexuri). Când este încălzită la temperaturi peste 200 °C, sarea se descompune în carbonat de sodiu.
Principalul factor care influențează caracteristicile acestui compus este gradul de polimerizare. Solubilitatea, stabilitatea, proprietățile mecanice și higroscopicitatea depind de greutatea moleculară. Substanța este produsă în șapte grade în funcție de gradul de polimerizare și două grade în funcție de conținutul substanței principale.
Chitanță
Carboximetilceluloza de sodiu este produsă la scară industrială din 1946. Producția de CMC reprezintă în prezent cel puțin 47% din volumul total de eteri de celuloză.
Principala materie primă pentru sinteza acestui compus este celuloza din lemn, cel mai comun polimer organic. Avantajele sale sunt prețul scăzut, biodegradabilitatea, lipsa de toxicitate și simplitatea tehnologiei de procesare.
Carboximetilceluloza de sodiu este produsă prin reacția celulozei alcaline cu C₂H₃ClO₂ (acid monocloroacetic) sau cu sarea sa de sodiu. În ultimii ani s-a lucrat pentru găsirea de noi surse de extracție a materiilor prime (in, paie, cereale, iută, sisal și altele), întrucât cererea pentru acest material este în continuă creștere. Pentru a îmbunătăți calitatea substanței, sarea finită este spălată de impurități, celuloza este activată sau este expusă la radiații cu microunde.
Carboximetilceluloza de sodiu: aplicații industriale
Datorită proprietăților sale speciale, CMC este utilizat în următoarele scopuri:
îngroșarea diferitelor compoziții, gelatinizare;
legarea particulelor fine în peliculele de vopsea (formarea peliculei);
utilizarea ca agent de reținere a apei;
stabilizarea proprietăților fizice și chimice;
creșterea vâscozității soluțiilor pentru a asigura distribuția uniformă a ingredientelor acestora;
modificarea caracteristicilor reologice;
protecție împotriva coagulării (lipirea între ele a particulelor în suspensie).
Unul dintre cei mai mari consumatori de carboximetilceluloză de sodiu este industria petrolului și gazelor, unde acest compus este utilizat pentru a îmbunătăți performanța fluidelor de foraj.
Substanța este, de asemenea, utilizată la fabricarea următoarelor produse tehnice:
detergenti;
produse de imprimare;
solutii pentru lucrari de finisare constructii;
adezivi, materiale de dimensionare;
amestecuri uscate de construcție, ciment (pentru a preveni formarea fisurilor);
vopsele și lacuri;
fluide de tăiere;
medii de întărire a șinei;
acoperirea electrozilor de sudare și altele.
Pentru stabilizarea spumei, carboximetilceluloza de sodiu este utilizată în stingerea incendiilor, în industria alimentară și în fabricarea parfumurilor și a ceramicii. Tehnicienii estimează că acest compus este utilizat în peste 200 de domenii ale tehnologiei și medicinei.
Acoperiri de protecție
Una dintre direcțiile promițătoare este introducerea nanoparticulelor sintetizate din suspensii CMC ca aditivi stabilizatori în acoperirile rezistente la coroziune. Acest lucru vă permite să creșteți aderența la materialul de bază, să îmbunătățiți proprietățile fizice și mecanice ale acoperirii fără a crește semnificativ costul compoziției. Nanoparticulele formează microclustere, făcând posibilă obținerea de compozite cu proprietăți tehnice valoroase.
Avantajul acestui aditiv este, de asemenea, că este ecologic și biodegradabil. Producția sa nu necesită utilizarea solvenților organici, reducând astfel riscul de poluare a apelor uzate și a atmosferei; nu este necesară utilizarea echipamentelor specializate și a unui interval de temperatură ridicat.
Supliment alimentar
Carboximetilceluloza de sodiu este utilizată ca aditiv alimentar (E-466) într-o concentrație de cel mult 8 g/kg. Substanța îndeplinește mai multe funcții în produse:
îngroşare;
stabilizarea proprietăților;
retenție de umiditate;
prelungirea duratei de valabilitate;
conservarea fibrelor alimentare după decongelare.
Cel mai adesea, acest compus este adăugat la fast-food, înghețată, cofetărie, marmeladă, jeleu, brânză procesată, margarină, iaurt și conserve de pește.
Medicină și cosmetologie
În industria farmaceutică, sarea de sodiu a carboximetilcelulozei este utilizată în astfel de grupuri de medicamente precum:
picături pentru ochi, soluții injectabile - pentru a prelungi efectul terapeutic;
învelișuri de tablete - pentru a regla eliberarea substanței active;
emulsii, geluri și unguente - pentru a stabiliza substanțele formatoare;
medicamente antiacide - ca componente schimbătoare de ioni și de complexare.
În producția de produse de igienă și cosmetice, acest compus este utilizat în paste de dinți, șampoane, geluri de bărbierit și de duș și creme. Funcția principală este de a stabiliza proprietățile și de a îmbunătăți textura.
Efect asupra corpului uman și animal
Carboximetilceluloza de sodiu este hipoalergenică, biologic inactivă, necancerigenă și nu afectează funcția de reproducere a organismelor vii. Utilizarea ca aditivi alimentari în concentrații sigure nu duce la consecințe negative. Praful din compus poate provoca iritații dacă intră în contact cu ochii și tractul respirator superior (MPC-ul aerosolului este de 10 mg/m3).
UNIVERSITATEA TEHNOLOGICĂ DE STAT A INDUSTRILOR VEGETALE SAN PETERSBURG
POLIMERI
RAPORT PRIVIND PRACTICILE DE INGINERIE
Metilceluloză și carboximetilceluloză: proprietăți ale soluțiilor și filmelor
Verificat de: cercetător principal, doctor în științe chimice
Alexandru Mihailovici Bochek
Completat: art. gr. 144
Tatishcheva Valentina Aleksandrovna
SFÂNTUL PETERSBURG 2003
Introducere
Metilceluloza este primul membru al seriei omoloage de derivați de 0-alchil celuloză (eteri). În funcție de gradul de substituție, eteri metilici de celuloză pot fi împărțiți în slab substituiți, solubili în soluții apoase de alcaline puternice de o anumită concentrație și foarte substituiți, solubili atât în apă, cât și în solvenți organici. Eteri metilici de celuloză pot fi obținuți prin reacția celulozei cu diverși reactivi de alchilare: sulfat de dimetil, clorură de metil (sau iodură de metil și bromură), diazometan, ester metilic al acidului benzensulfonic. În prezent, metilceluloza (în principal solubilă în apă) este un produs industrial.
Preparatele de 0-carboximetilceluloză, în funcție de gradul de substituție, precum și alți derivați 0-alchil, pot fi împărțite în slab substituite și puternic substituite. Prepararea preparatelor CMC cu un grad de substituție γ mai mare de 100 este totuși foarte dificilă din cauza efectelor electrostatice de repulsie a grupărilor încărcate similar (ionul cloracetat și gruparea carboximetil). Prin urmare, preparatele CMC practic „înalt substituite” sunt produse care au un grad de substituție γ = 50-100 și sunt solubile în apă.
Obținerea metilcelulozei
În industrie, metoda cea mai frecvent utilizată pentru producerea metilcelulozei este alchilarea celulozei alcaline cu clorură de metil.
Procesul de alchilare cu halogenuri de alchil are loc la temperaturi de 353-373 K. Deoarece clorura de metil are un punct de fierbere de 248 K, reacția de alchilare se realizează în autoclave sub presiune ridicată.
În timpul procesului de alchilare, apar reacții secundare între clorura de metil și alcali pentru a forma alcool și sare și între alcool și clorura de metil pentru a forma dimetil eter:
NaOH+CH3Cl+CH3OH→CH3OCH3+NaCl+H2O
CH3CI+NaOH→CH3OH+NaCI
Prin urmare, este necesar să se folosească un exces de clorură de metil și o cantitate semnificativă de alcali solid, deoarece odată cu creșterea concentrației de alcali, descompunerea clorurii de metil scade.
Atomul de iod este cel mai ușor de schimbat (cel mai mobil), ceea ce se datorează polarizabilității sale mai mari; cu toate acestea, iodurile de alchil sunt relativ scumpe. Clorurile și bromurile diferă puțin în reactivitate, așa că în sintezele industriale preferă să folosească cloruri de alchil mai accesibile.
Viteza de reacție prin starea de tranziție este proporțională cu concentrația fiecărui reactant. Trebuie să presupunem că reacția celulozei cu clorura de metil are loc conform schemei de mai sus, adică este o reacție bimoleculară de substituție nucleofilă – S N 2.
Producția de metilceluloză este asociată cu anumite dificultăți din cauza consumului mare de reactivi, a necesității de a lucra sub presiune etc. De aceea, găsirea unor noi modalități de sintetizare a metilcelulozei are o importanță practică deosebită. Din acest punct de vedere, lucrările par interesante. Autorii au folosit esterii acizilor sulfonici aromatici ca agenți de alchilare, și anume esterii acidului p-toluensulfonic, acidului toluen disulfonic, acidului benzen sulfonic și acidului naftalen sulfonic.
Alchilarea cu acești eteri are loc conform următoarei scheme:
C 6 H 7 O 2 (OH) 3 + xRSO 2 SAU "→ C 6 H 7 O 2 (OH) 3 (OR") x + xRSO 2 OH,
unde R= -C6H5, -CH3C6H4, -C10H7; R"= -CH3, -C2H5, etc.
S-a descoperit că pe măsură ce lungimea radicalului de alchilare crește, viteza de reacție scade. Pe baza datelor experimentale, esterii acidului sulfonic pot fi aranjați în următoarele serii în funcție de reactivitate:
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.
Cel mai adesea, sulfatul de dimetil (CH 3) 2 S0 4 este utilizat pentru alchilarea celulozei în condiții de laborator, care are un punct de fierbere de 461 K și permite obținerea de produse la presiune normală. Dar, în ciuda acestui fapt, utilizarea sa în producție este limitată din cauza toxicității sale ridicate. Formarea eterului de celuloză în cazul sulfatului de dimetil poate fi exprimată în formă generală prin următoarea ecuație:
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.
Simultan cu reacția principală de alchilare a celulozei, are loc și o reacție secundară de descompunere a sulfatului de dimetil, conform următoarei scheme:
(CH3)2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2CH3OH.
Acidul metil sulfuric format în timpul reacției principale poate reacționa cu alcoolul metilic, dând dimetil eter și, în prezența excesului de alcali, sulfat de Na:
Reacția de metilare are loc numai într-un mediu alcalin, ceea ce se datorează în mod evident reacției predominante a celulozei sub formă de compus alcalin disociat.
Obținerea produselor complet substituite prin metilarea celulozei folosind această metodă întâmpină dificultăți semnificative. Astfel, după 18 - 20 de operații de metilare a bumbacului, Denham și Woodhouse au obținut un produs care conține 44,6% OCH 3 (valoare teoretică pentru trimetilceluloză 45,58% OCH 3), iar Irvine și Hirst - cu un conținut de 42 - 43% OCH 3; După metilare de 28 de ori, Berl şi Schupp au obţinut un ester care conţine 44,9% OCH3.
Existența reacției secundare descrise mai sus este unul dintre motivele pentru care este dificil să se obțină un produs puternic substituit. Descompunerea sulfatului de dimetil în timpul producției de metilceluloză necesită utilizarea unui exces mare din acesta, care, la rândul său, duce la necesitatea folosirii unui exces mare de alcali, deoarece reacția mediului trebuie să rămână întotdeauna alcalină.
S-a constatat că la o concentrație de alcali mai mare este posibil să se obțină un grad mai mare de substituție a metilcelulozei. Acest fapt se explică prin diverse motive. În primul rând, s-a demonstrat că gradul de descompunere a sulfatului de dimetil scade odată cu creșterea concentrației alcaline. În al doilea rând, se poate presupune că, odată cu creșterea concentrației de NaOH, echilibrul în sistem se deplasează spre dreapta.
C 6 H 7 O 2 (OH) 3 + Na + + OH − → C 6 H 7 O 2 (OH) 2 O − + Na + + H 2 O.
Cu toate acestea, în unele cazuri este posibil să se obțină metilceluloză puternic substituită fără repetări repetate de metilare.
Astfel, Haworth și colab., după ce au zdrobit hârtia de filtru în prealabil până la o pulbere fină și au suspendat-o în acetonă, au obținut un conținut de metoxil de 45% după metilare de două ori. Cel mai simplu mod de a obține un conținut ridicat de metoxil este prin dizolvarea acetatului de celuloză reciclat în acetonă și adăugarea treptată a sulfatului de dimetil și a alcalii apoase. În acest fel, un conținut de metoxil în produsul de reacție de aproape 45% poate fi atins într-o singură operație.
Prepararea carboximetilcelulozei
Na-carboximetilceluloza slab substituită a fost obţinută prin reacţia celulozei alcaline cu acid monocloroacetic în diferite condiţii. Datorită faptului că acidul cloracetic este o substanță solidă, cristalină și pentru producerea de produse slab substituite este necesar în cantități mici în comparație cu celuloza, distribuția uniformă a componentelor de reacție a amestecului este de o importanță deosebită. Într-una dintre metode, reacția a fost efectuată prin tratarea celulozei uscate la aer cu o soluție de sare de sodiu a acidului monocloroacetic într-o soluție de NaOH 17,5-18% la un modul lichid de 5 (raportul cantității de lichid din ml la masa celulozei în g). Soluția de sare a fost preparată înainte de reacție prin dizolvarea porțiunii corespunzătoare de acid monocloroacetic într-un alcali cu o astfel de concentrație încât după neutralizare să rămână în valoarea specificată.
Gradul de substituire a sării de Na slab substituită a carboximetilcelulozei este determinat de conținutul său de Na. Conținutul de sodiu din carboximetilceluloză poate fi determinat prin metoda gravimetrică sub formă de sulfat, prin cenusarea probei într-un creuzet, tratarea cenușii. cu acid sulfuric și calcinare la 973 K, sau prin metoda volumetrică prin retitrarea excesului de acid sulfuric alcalin în prezența albastrului de bromofenol ca indicator (regiunea de tranziție trebuie să fie într-un mediu acid, astfel încât alcaliul să nu se lege înapoi de grupări carboxil).
Solubilitatea, vâscozitatea soluțiilor și alte proprietăți ale carboximetilcelulozei depind în mare măsură de metoda de preparare a acesteia.
Există mai multe metode cunoscute pentru producerea Na-CMC, bazate pe aceeași reacție:
Celulă(OH) n + 2mNaOH + mCH2C1COOH →
Celulă (OH) n - m (OSH2COONa) m + mNaCl + 2mH20,
dar făcută în diverse modificări. Prin urmare, este interesant să se compare probele de Na-CMC obținute din aceeași celuloză, dar folosind metode diferite.
Au fost utilizate următoarele metode pentru obținerea CMC.
1. Celuloza mercerizată cu o soluție de NaOH 17,5% a fost presată până la de 3 ori masa sa și prelucrată într-o râșniță de tip Werner și Pfleiderer cu sare de sodiu uscată a acidului monocloroacetic (CH2C1COONa) la o temperatură de 313 K timp de 30 de minute. Apoi amestecul de reacţie a fost menţinut în condiţii staţionare la 295 K timp de 24 de ore într-un vas închis. În acest timp, are loc distrugerea oxidativ-alcalină a celulozei: gradul de polimerizare scade de la 1200 la 300-400 și solubilitatea probelor CMC în apă se îmbunătățește. Conform acestei metode, alchilarea are loc la concentrații maxime ale maselor active (celuloză și acid monocloroacetic), rezultând un grad ridicat de alchilare. Cu toate acestea, condițiile de amestecare a componentelor de reacție nu sunt favorabile pentru obținerea de probe Na-CMC alchilate uniform.
P. Celuloza uscată la aer a fost tratată cu o soluție de sare de sodiu a acidului monocloroacetic în soluție de NaOH 18% la un modul lichid de 5 și la o temperatură de 313 K. Distrugerea oxidativ-alcalină a fost efectuată în metoda descrisă mai sus 1 după stoarcerea amestecului de reacţie la
de 3 ori masa față de celuloză. Această metodă se caracterizează prin pătrunderea uniformă a reactivului de alchilare - acidul monocloroacetic - în fibrele celulozice în timpul umflării, ceea ce face posibilă obținerea unor produse substituite uniform. Totuși, așa cum s-a arătat, cea mai mare parte a cantității de CH2ClCOOH luată merge în reacția secundară a saponificării sale.
III. Celuloza a fost mercerizată cu o soluție de NaOH 18%. Alcaliceluloza, presată până la de 5 ori masa sa, a fost spălată pe o pâlnie Buchner cu propanol (cu infuzie) pentru a îndepărta excesul de NaOH și apă. S-a adăugat propanol la modulul dorit și pulpa a fost plasată în mașină de măcinat. După 10 minute de măcinare, s-a adăugat sare uscată CH2ClCOONa. Reacția a fost efectuată la temperatură constantă. Folosind această metodă, dimensiunea reacției secundare de saponificare a CH2ClCOONa este redusă la minimum, crescând astfel eficiența utilizării reactivului de alchilare. În toate cazurile, probele CMC au fost spălate cu etanol fierbinte 70% într-un aparat Soxhlett până la o reacție negativă pentru NaOH cu fenolftaleină și pentru Cl – cu soluție de AgNO3.
După cum puteți vedea, cel mai înalt grad de substituție cu aceeași cantitate de CH2C1COOH este obținut folosind metoda III - în mediu propanol. Acest lucru se explică în mod evident printr-o scădere a consumului de CH2ClCOOH pentru reacția de saponificare secundară.
Proprietățile soluțiilor de metilceluloză
Solubilitatea metilcelulozei slab substituite în apă la temperatura camerei și mai jos și compoziția fracțiilor care intră în soluție depind de gradul ei de substituție, omogenitate și gradul de polimerizare.
În tabel Tabelul 1 prezintă date privind determinarea solubilității diferitelor preparate de metilceluloză în apă. La analiza datelor din tabel, atrage atenția în primul rând următoarea împrejurare: solubilitatea metilcelulozei în apă este foarte scăzută, chiar și cu un conținut relativ ridicat de metoxil (pentru metilceluloze cu un grad ridicat de polimerizare). Metilcelulozele, care au un grad mai scăzut de polimerizare, sunt mai solubile.
Metoda de producere a metilcelulozei este un factor semnificativ care determină limitele de solubilitate ale metilcelulozei într-un anumit solvent.
Când se produce metilceluloză în soluție, structura cristalină inițială este distrusă, iar o nouă rețea nu este construită imediat atunci când este regenerată din soluție (în condiții speciale), astfel încât produsul se dovedește a fi amorf și, prin urmare, mai ușor solubil. De mare importanță este disponibilitatea variabilă a celulozei, datorită căreia se obține un amestec de produși de reacție, al cărui grad de substituție este diferit. Această eterogenitate duce la o scădere a cantității de substanță solubilă.
Un efect foarte interesant este efectul de îngheț, care se manifestă printr-o creștere semnificativă a solubilității.
Tabelul 1.
Solubilitatea metilcelulozei în apă
Numărul eșantionului |
Solubilitate, % din proba absolut uscată |
Solubilitate, % din proba originală |
Conținut OSSN3 în partea nedizolvată, % | Conținut de OCH3 în partea dizolvată, % | |||
| Înainte de congelare | Înainte de congelare | După congelare și decongelare | |||||
| 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 |
În tabel Tabelul 2 prezintă date despre solubilitatea metilcelulozei slab substituite în NaOH 6,5%. Spre deosebire de dizolvarea în apă, metilceluloza deja la un grad de substituție de aproximativ 5 se dizolvă cu 95% după congelare într-o soluție de NaOH 6,5%. La congelarea metilcelulozei slab substituite, gradul mediu de polimerizare (in cazul produselor cu moleculare relativ mare DP = 1100-1200) scade la aproximativ 1000. Produse obtinute din celuloza degradata anterior (prin distrugere oxidativ-alcalina) si avand un DP de aproximativ 400, după congelare, aproape că nu își schimbă greutatea moleculară.
Au fost studiate soluții de metilceluloză slab substituită cu o concentrație de 1-2%. care pot fi clasificate ca soluţii concentrate. Trebuie remarcat faptul că conceptul de soluții „concentrate” de substanțe cu moleculare înaltă în sensul concentrației este condiționat și diferă semnificativ de conceptul obișnuit de soluții concentrate.
masa 2
Solubilitatea metilcelulozei slab substituite în soluție de NaOH 6,5%.
| Numărul eșantionului | Gradul de substituire | Conținut de OCH3 în metilceluloză, % | Solubilitate, % din proba originală | |
| La 291 K | După congelare și decongelare | |||
| 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 | Nedefinit | 98,0 |
| 6 | 30,4 | 5,5 | Nedefinit | 99,2 |
| 7 | 24,3 | 4,4 | 0,5 | 99,0 |
| 8 | 22,7 | 4,1 | Nedefinit | 98,5 |
| 9 | 16,6 | 3,0 | Nedefinit | 96,0 |
| 10 | 11,6 | 2,1 | Nedefinit | 95,3 |
| 11 | 9,4 | 1,7 | Nedefinit | 95,1 |
| 12 | 6,6 | 1,2 | Nedefinit | 48,0 |
| 13 | 1,3 | 0,25 | Nedefinit | 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 |
În chimia compușilor cu molecule înalte, soluțiile concentrate sunt acelea în care există interacțiune între particulele individuale ale unei substanțe dispersate. Ca urmare a acestei interacțiuni, soluțiile de substanțe cu molecul mare prezintă o serie de abateri de la legile caracteristice lichidelor normale. Aceste abateri apar deja în soluții relativ diluate 0,3-0,5%.
Soluțiile studiate de metilceluloză slab substituită au avut o concentrație semnificativ mai mare decât valorile indicate și un grad destul de ridicat de polimerizare a moleculelor de lanț, astfel încât acestea pot fi clasificate ca soluții concentrate.
De regulă, soluțiile concentrate de eteri de celuloză sunt destul de stabile în timp. Aceasta sau aceea modificare a vâscozității unor astfel de soluții în timp este determinată de influența unui număr de factori, și anume: o modificare a gradului de esterificare a produsului dizolvat, o modificare a gradului de solvatare și posibilitatea formării. a structurilor tridimensionale.
Vom lua în considerare mai detaliat proprietățile metilcelulozei solubile în apă.
Proprietățile metilcelulozei solubile în apă
Odată cu creșterea gradului de metilare la γ = 50, higroscopicitatea esterului rezultat crește. Acest lucru se explică prin faptul că în macromoleculele de celuloză există o saturație reciprocă a majorității grupărilor hidroxil cu formarea de legături de hidrogen.
Când se atinge un grad mai mare de substituție în regiunea de 26,5-32,5% din conținutul de grupări metoxil, metilceluloza se dizolvă în apă. Odată cu o creștere suplimentară a grupărilor metoxil la 38% și mai mult, își pierde solubilitatea în apă (la temperatura camerei și mai sus). Produsele foarte metilate sunt, de asemenea, solubile în solvenți organici.
Soluțiile apoase de metilceluloză (γ = 160-200), ca și în cazul metilcelulozelor slab substituite, nu sunt stabile.
Când soluțiile sunt încălzite, solubilitatea se deteriorează până când polimerul precipită. Limita superioară a stabilității temperaturii soluției este de 313-333 K pentru un astfel de produs (în funcție de DP și concentrație). Acest fenomen se explică prin formarea unui „compus hidroxoniu” al grupării alcoxi cu apă, care este distrus când temperatura crește, ducând la precipitarea polimerului.
S-a arătat posibilitatea de a transfera metilceluloza trisubstituită într-o soluție (apoasă) (trimetilceluloza a fost anterior reprecipitată cu eter de petrol dintr-o soluție în cloroform). Limita superioară a stabilității temperaturii unei soluții de trimetilceluloză în apă la o concentrație de aproximativ 2% este de 288 K. Astfel de soluții au proprietăți bune de formare a peliculei. Filmele formate într-un desicator peste P 2 0 5 la temperatură scăzută au rezistență la tracțiune (5-7). 107 N/m2.
Faptul că trimetilceluloza poate fi dizolvată în apă indică direct capacitatea grupărilor OCH 3 de a se hidrata. Pierderea de trimetilceluloză din soluție cu o ușoară creștere a temperaturii indică un nivel foarte scăzut
puterea acestor legături. Odată cu creșterea proporției de grupări hidroxil în eter, adică cu o scădere a γ la 160, limita superioară a stabilității temperaturii soluției crește la 313-333 K. Aceste concluzii au fost confirmate de studiile omologului de metilceluloză - etilceluloză. Etilceluloza puternic substituită (γ=200) se comportă similar cu trimetilceluloza în ceea ce privește solubilitatea în apă. În condiții normale, se dizolvă în apă doar puțin - cu 9%.
CE re-precipitată este practic insolubilă la temperatura camerei, dar la 273 K solubilitatea sa în apă este de 50-60%. Astfel, s-a realizat fracţionarea EC „înalt substituită”, în urma căreia s-au obţinut următoarele fracţii: reprecipitată, solubilă şi insolubilă în apă. Pentru a caracteriza partea de EC dizolvată în apă și pentru a explica motivele tranziției doar unei părți a substanței într-o soluție apoasă, toate fracțiile au fost caracterizate prin conținutul de grupe OC 2 H 5, prin valoarea vâscozității intrinseci, ca precum şi prin metode de spectroscopie IR. Rezultatele sunt prezentate în tabel. 3.
Tabelul 3
Caracteristicile fracțiilor de etilceluloză
Soluțiile apoase de EC cu γ = 220 pot fi obținute la o concentrație de cel mult 1,4% Soluțiile cu o concentrație de cel mult 0,8% sunt transparente și stabile în timp la temperaturi scăzute. Turbiditatea unei soluții de 0,82% începe să crească extrem de la temperaturi peste 279 K. În cazul unei soluții mai concentrate, o creștere bruscă a turbidității are loc la o temperatură mai scăzută.
Astfel, EC se caracterizează prin același model ca MC: odată cu creșterea gradului de substituție, limita de stabilitate a temperaturii soluției scade (după cum se știe, EC obișnuit solubil în apă cu γ = 100, ca MC, se coagulează atunci când încălzit la 323-333 K). Prin urmare, este cel mai probabil să presupunem că grupările -OS2H5 iau parte la interacțiunea EC cu apa.
În soluții apoase, metilceluloza prezintă proprietățile substanțelor neionice cu moleculare înaltă. Vâscozitatea intrinsecă în aceste soluții este legată de greutatea moleculară prin relația Kuhn-Mark:
Pentru a determina modificarea vâscozității intrinseci în funcție de greutatea moleculară și pentru a determina constantele acestei ecuații, Vink a efectuat distrugerea metilcelulozei prin hidroliză acidă.
Metilceluloza a fost purificată preliminar prin precipitare dintr-o soluţie apoasă de etanol cu eter. Gradul de substituție al celulozei originale a fost 1,74 și gradul de polimerizare a fost 2000.
Pe baza măsurătorilor valorilor absolute ale greutății moleculare folosind osmometria și determinarea grupurilor terminale, s-a stabilit dependența vâscozității intrinseci a fracțiilor de metilceluloză rezultate de greutatea sa moleculară (sau gradul de polimerizare Py):
Vincom a constatat că vâscozitatea caracteristică a metilcelulozei nu depinde de prezența unui electrolit străin - acid - în soluție.
Trebuie remarcat faptul că alți autori (care au determinat greutățile moleculare absolute folosind sedimentarea într-o ultracentrifugă și împrăștierea luminii) au obținut valori ușor diferite pentru exponentul „a” în ecuația Kuhn-Mark pentru metilceluloză. Astfel, în lucrarea a = O.63 și în a = 0.55.. Autorii înșiși explică aceste discrepanțe prin capacitatea mare a metilcelulozei de a agrega în soluții apoase.
Proprietățile soluțiilor de carboximetilceluloză
Datele privind solubilitatea diferitelor preparate de carboximetilceluloză arată că CMC slab substituit după congelare se dizolvă aproape complet chiar și la o valoare γ scăzută (aproximativ 2).
Astfel, efectul substituției foarte mici și al temperaturilor scăzute asupra solubilității acestor derivați de celuloză este pe deplin confirmat.
Solubilitatea carboximetilcelulozelor slab substituite în alcalii și eficiența monocloracetatului de sodiu pot fi crescute prin măcinarea uscată a celulozei înainte de reacție. Solubilitatea preparatelor de carboximetilceluloză slab substituită poate fi crescută și prin reducerea gradului de polimerizare prin distrugere oxidativă într-un mediu alcalin. În acest caz, după terminarea reacției, care se desfășoară timp de 4 ore la 313 K, CMC este stoarsă până la 2,6-2,8 ori masa sa, zdrobită și supusă „maturării”, adică distrugerii oxidative-alcaline. După un anumit timp de „maturare”, Na-CMC se spală cu apă până la neutru și se usucă. În acest fel se poate obține Na-CMC, care are solubilitate completă în alcali la γ = 10-12 și dă soluții de 6-8%.
S-a investigat stabilitatea soluțiilor de carboximetilceluloză slab substituită la diluare.
Soluțiile CMC preparate prin congelare în sodă caustică 4 și 6% au fost diluate de mai multe ori cu apă distilată, după care s-a notat concentrația minimă de alcali, corespunzătoare apariției turbidității sau eliberării unui precipitat. Datele din aceste experimente au arătat că soluțiile de Na-carboximetilceluloză slab substituită se comportă destul de stabil chiar și atunci când sunt diluate la o concentrație de alcali foarte scăzută, până la 0,5%. Această circumstanță este foarte importantă atunci când se prepară soluții de sare Na de carboximetilceluloză în scopuri practice, de exemplu, pentru finisarea țesăturii.
Lucrarea a investigat efectul temperaturii asupra vâscozității soluțiilor apoase de Na-CMC, precum și a metilcelulozei, hidroxietilcelulozei și metilcarboximetilcelulozei.
Relațiile temperatură-vâscozitate pentru soluțiile apoase de eteri de celuloză sunt de mare importanță practică, deoarece utilizarea lor în multe cazuri depinde de aceasta.
Savage a obținut o dependență liniară a vâscozității de temperatură pentru soluțiile Na-CMC pe o scară de coordonate semilogaritmică. Dependența vâscozității de temperatură în timpul răcirii inverse a unor astfel de soluții este exprimată printr-o linie dreaptă puțin mai mică decât prima. Aceste experimente confirmă natura histeretică a modificărilor vâscozității soluțiilor de Na-CMC sub influența temperaturii.
Scăderea vâscozității este în mod evident o consecință a vitezei de relaxare foarte scăzute în astfel de sisteme cu moleculare înaltă precum o soluție apoasă de Na-CMC. Timpul necesar pentru a stabili echilibrul în ele poate fi foarte lung, astfel încât în perioada măsurată sistemul nu are timp să revină la starea inițială. Nu poate fi exclusă posibilitatea unei anumite degradări a moleculelor la încălzire, ceea ce ar trebui, desigur, să conducă la modificări ireversibile ale vâscozității.
Ideile moderne despre soluțiile derivaților de celuloză în diverși solvenți se bazează pe faptul că aceste substanțe formează soluții adevărate în care macromoleculele sunt libere cinetic. Cu toate acestea, acest lucru nu exclude faptul că, dacă produsul industrial de esterificare a celulozei este extrem de eterogen în gradul de esterificare, atunci fracțiunile sale individuale vor fi slab solubile. Ca rezultat, soluția, împreună cu cea mai mare parte a substanței dispersate molecular, poate conține, de asemenea, resturi ale structurii celulozei originale.
Soluțiile concentrate de carboximetilceluloză, ca și soluțiile multor alți compuși cu molecul mare, nu sunt lichide newtoniene.
Soluțiile Na-CMC au o anomalie semnificativă de viscozitate. O trăsătură caracteristică a soluțiilor sale reale este, de asemenea, prezența diferitelor particule dispersate nemoleculare și agregate de macromolecule, în special în prezența cationilor multivalenți. Prin urmare, atât în măsurătorile vâscometrice, cât și în cele osmometrice ale gradului de polimerizare (DP), este necesar să se țină cont de aceste caracteristici și de compoziția reală a soluției și, înainte de astfel de măsurători, să se separe fracțiile care interferează cu obținerea rezultatelor corecte.
La studierea soluțiilor apoase de Na-CMC cu o concentrație de la 0,0025 la 0,1 g/l, munca a obținut date care indică o polaritate semnificativă a moleculelor sale. Datele de mai sus caracterizează carboximetilceluloza ca o substanță care are o serie de proprietăți inerente multor polielectroliți. Prezența unui cuplu electric mare, s-ar părea, ar trebui să determine într-un număr de cazuri posibilitatea manifestării adsorbției electrostatice. Totuși, dacă luăm în considerare agregarea moleculelor CMC odată cu creșterea concentrației sale în soluție și screening-ul sarcinilor sale, trebuie remarcat că adsorbția electrostatică se poate manifesta în principal în soluții diluate.
Proprietățile metilcelulozei (filme) regenerate din soluții
Dizolvată în apă și în soluții apos-alcaline, metilceluloza cu diferite grade de substituție poate fi regenerată din acestea sub formă de pelicule. Producerea filmelor de metilceluloză slab substituită, solubilă în alcali, se realizează prin metoda „umedă” - prin coagulare în băi de precipitare special selectate. S-au obţinut rezultate satisfăcătoare cu băi de precipitare formate dintr-o soluţie de sulfat de amoniu (NH4)2S04 (100 g/l).
Efectul băii de precipitare cu sulfat de amoniu poate fi exprimat după cum urmează:
2NaOH + (NH4)2S04 =Na2S04 + 2NH3 + 2H20.
Datorită modificării compoziției solventului și deshidratării parțiale a metilcelulozei dizolvate, lanțurile sale se apropie și suferă tranziție sticloasă, adică formarea unui film foarte umflat.
Atunci când o peliculă se formează pe un substrat solid, din cauza unei anumite tensiuni (ca urmare a forțelor adezive), în ea apare o structură orientată în plan. În același timp, într-o peliculă proaspăt formată, datorită stării sale foarte umflate, este posibilă o anumită mobilitate a lanțurilor datorită mișcării termice. Toate acestea implică procese de relaxare, adică întoarcerea structurii filmului în poziția cea mai stabilă, corespunzătoare stării izotrope. Datorită circumstanțelor de mai sus, atunci când pe sticlă se formează o peliculă de metilceluloză din soluția sa alcalină, dimensiunile filmului scad de-a lungul planului și grosimea acestuia crește.
În ceea ce privește rezistența mecanică, filmele solubile în alcali sunt apropiate de filmele convenționale din celofan plastifiat, deoarece au
rezistența la tracțiune pe direcția longitudinală (6,8-8,8). 107 N/m2, alungire la rupere aproximativ 20%.
Date privind higroscopicitatea și absorbția de apă a filmelor de metilceluloză slab substituită, prezentate în tabel. 4 arată că
Tabelul 4
Higroscopicitatea și absorbția de apă a filmelor de metilceluloză
higroscopicitatea și absorbția de apă a filmelor de metilceluloză ating valori mari, care depind în mare măsură de gradul de esterificare a metilcelulozei originale; O creștere a conținutului de grupe OCH 3 din produsul inițial implică o creștere a proprietăților de higroscopicitate și de umflare ale filmelor de metilceluloză din apă.
În lucrare a fost studiată structura metilcelulozei regenerate și relația acesteia cu proprietățile fizice și mecanice ale filmelor. În scopuri de comparație, au fost studiate filme de metilceluloză cu substituție scăzută și metilceluloză cu substituție ridicată, până la 3. Filme din aceeași metilceluloză cu substituție ridicată au fost obținute din soluții atât de dramatic diferite precum apă și solvenți organici. Această comparație prezintă un interes deosebit, deoarece ne permite să tragem o concluzie despre structura rețelei de metilceluloză în timpul regenerării din soluție, în funcție nu numai de gradul de substituție, ci și de solvent. În acest scop s-a obţinut metilceluloză cu un grad ridicat de substituţie (aproape de 3), capabilă să se dizolve atât în apă cât şi în solventul organic cloroform. Filmele din soluții apoase și soluții în cloroform au fost obținute prin turnare pe sticlă și evaporarea solventului.
Filmele dintr-o soluție apoasă de metilceluloză (γ = 180), obținute prin evaporarea lentă a solventului la temperatura camerei, au o structură amorfă. Cu toate acestea, cu un grad atât de mare de substituție în anumite condiții, este destul de probabilă posibilitatea de a ordona structura metilcelulozei în filmele finite. Astfel de condiții s-au dovedit a fi încălzirea filmelor într-un mediu care provoacă umflare. Astfel, fierberea filmului în apă (metilceluloza este insolubilă în apă fierbinte) timp de 30 de minute determină o creștere vizibilă a comenzii. Încălzirea filmului în glicerol la o temperatură de 473 K determină o ordonare și mai mare.
Un interes deosebit este formarea de filme din soluții apoase de metilceluloză la temperaturi ridicate. Când un film este fiert în apă, pe lângă comandă, structura este compactată și diferite defecte interne sunt distruse, ceea ce aparent explică creșterea
puterea filmului.
Formarea peliculelor la 343 K duce la o creștere semnificativă a elasticității, care poate fi explicată printr-o configurație mai pliată a macromoleculelor, deoarece apa fierbinte nu este un solvent pentru metilceluloză.
Trecând la o analiză a structurii filmelor de trimetilceluloză, ar trebui să remarcăm o caracteristică interesantă a acestui eter. Trimetilceluloza este capabilă să se dizolve nu numai în solvenți organici, ci și în apă rece (T = 273 K). Structura filmelor de trimetilceluloză ca polimer stereoregulat este caracterizată de o cristalinitate ridicată. Apa este un v-solvent pentru trimetilceluloză, astfel încât peliculele formate dintr-o soluție apoasă sunt mai puțin cristaline.
Examinarea microscopică electronică a suprafeței filmelor MC și a suprafeței așchiilor obținute ca urmare a ruperii filmului de-a lungul axei de desen la temperatura azotului lichid a făcut posibilă stabilirea detaliilor la scară mai mică ale structurii filmului. La rapoarte de tragere λ≤2,0, suprafața filmelor orientate rămâne destul de netedă și uniformă. Structura fibrilară, vizibilă într-un microscop optic, nu este detectată de microscopia electronică. La λ≈2,2-2,5, pe suprafața filmelor apare un relief, format din șanțuri destul de regulate și prelungite de 0,2-0,4 µm lățime, îndreptate perpendicular pe axa de desen. La scanarea perpendiculară pe axa capotei (Fig. 1), sunt vizibile pliuri transversale cu lățimea de 0,3-0,5 µm, iar în unele zone se constată delaminații sub formă de microfisuri cu o lățime de 0,1-0,2 µm și o lungime de 1,0-1,5. µm, îndreptată paralel cu axa capotei. La scanarea paralelă cu axa de întindere, pe lângă structura pliată, devin vizibile neregulile cu o orientare predominantă de-a lungul axei de întindere. Examinarea suprafeței ciobite relevă prezența unei structuri poroase; dimensiunea porilor variază de la 0,1 la 1,0 µm.
Proprietățile regenerate din soluție alcalină N / A -KMC (în forma filme)
Datorită posibilității de a obține soluții vâscoase de carboximetilceluloză slab substituită cu un grad suficient de ridicat de polimerizare, s-au preparat filme și s-au studiat proprietățile acestora.
Formarea peliculei a fost realizată conform tehnicii utilizate pentru soluțiile de metilceluloză. În tabel Figura 5 prezintă date despre rezistența mecanică a filmelor. Filmele realizate din carboximetilceluloză slab substituită au avut o rezistență mecanică bună, dar elasticitate scăzută; alungirea la rupere a acestor filme a fost de numai 5-6%.
Tabelul 5
Rezistența la tracțiune a filmelor de carboximetilceluloză slab substituită
| Numărul eșantionului | Gradul de substituție γ | Concentrația soluției, % | Rezistența la tracțiune σ. 10 -7, |
Tensiune la pauză % |
| 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_ | - |
Datele privind higroscopicitatea și absorbția de apă a filmelor fabricate din carboximetilceluloză slab substituită sunt prezentate în Tabelul 6. Higroscopicitatea a fost determinată prin păstrarea filmelor într-o atmosferă cu o umiditate relativă de 80%; absorbția de apă a fost măsurată prin înmuierea filmelor în apă distilată timp de două zile la 293 K.
Tabelul 6
Higroscopicitatea și absorbția de apă a filmelor fabricate din slab substituit
carboximetilceluloză
După cum se vede din tabel. 6, higroscopicitatea și absorbția de apă a filmelor de carboximetilceluloză slab substituită cresc rapid pe măsură ce
cresterea gradului de substituire a produsului. Influența gradului de substituție asupra absorbției de apă a peliculelor este deosebit de remarcabilă.
Efectul de creștere a proprietăților hidrofile ale celulozei cu introducerea în ea a unei cantități mici de radicali voluminosi este explicat, așa cum sa menționat deja, prin faptul că în stadiul inițial de esterificare are loc o redistribuire a puterii legăturilor de hidrogen în structura transversală a fibrei, caracterizată prin acumularea de legături mai slabe.
Aplicații ale metilcelulozei
Preparatele de metilceluloză solubilă în apă foarte substituite (γ = 150-200) au primit cea mai mare importanță. Aceste produse au un complex de proprietăți tehnice valoroase și sunt produse industrial sub formă de granule mici sau pulbere albă sau ușor gălbuie. Ele sunt practic inodore și fără gust. La o temperatură de 433 K se colorează și se descompun. Soluțiile apoase de metilceluloză dau o reacție neutră.
În cele mai multe cazuri, metilceluloza este utilizată pentru a îngroșa mediul apos. Eficacitatea îngroșării depinde de vâscozitate (adică, gradul de polimerizare). Metilceluloza permite ca substanțele insolubile în apă să fie transformate într-o stare stabilă fin dispersată într-un mediu apos, deoarece formează straturi de protecție monomoleculare hidrofile în jurul particulelor individuale.
Proprietățile valoroase ale metilcelulozei sunt efectul său mare de legare pentru pigmenți, aderența ridicată la uscat și capacitatea de a forma pelicule. Aceste proprietăți interesante sunt folosite la prepararea vopselelor și adezivilor pe bază de apă. Metilcelulozele cu vâscozitate scăzută sunt potrivite în special în acest scop, deoarece pot fi aplicate pe o mare varietate de substraturi.
În industria textilă, metilceluloza este folosită ca agent de dimensionare pentru urzele de lână și pentru finisarea moale a țesăturilor pentru a obține o senzație elegantă și luciu.
Metilceluloza este utilizată cu succes în industria săpunului. În practica farmaceutică, este folosit ca bază fără grăsimi pentru așa-numitele unguente mucoase și emulsie ulei/apă, care servesc la protejarea pielii de arsurile ușoare și pentru tratarea rănilor. În plus, metilceluloza servește ca un medicament independent.
În cosmetică, eterii de celuloză solubili în apă sunt utilizați pentru a produce paste de dinți și elixiruri, emulsii protectoare și creme pentru piele cu conținut scăzut de grăsimi.
În toate tipurile de emulsii, metilceluloza este folosită ca emulgatori și stabilizatori pentru uleiurile vegetale.
De asemenea, este foarte utilizat în industria alimentară.
Astfel, în producția de înghețată, utilizarea acesteia oferă pufitatea, stabilitatea și gustul necesare. Metilceluloza este utilizată în emulsii de arome, sosuri, sucuri de fructe, conserve etc.
O aplicație interesantă în industria alimentară este capacitatea soluțiilor de metilceluloză de a se gelatiniza atunci când sunt încălzite. De exemplu, adăugarea de metilceluloză la umpluturile de plăcintă cu fructe sau la umpluturile de dulceață dulci împiedică scurgerea acestor componente în timpul coacerii, ceea ce îmbunătățește semnificativ aspectul și păstrează gustul produselor.
În fabricile de creioane se folosește metilceluloza în locul gumei de tragacant pentru mine de culoare și copiere, pentru mine pastelate, creioane și vopsele școlare etc.
Astfel, aplicațiile metilcelulozei solubile în apă, deși mai mici ca scară decât CMC, sunt extrem de diverse.
În ceea ce privește metilceluloza slab substituită (solubilă în alcali), aceasta nu a primit încă o utilizare semnificativă.
Aplicații ale carboximetilcelulozei
Filmele constând din 100% H-CMC sunt solubile începând doar de la pH=11. Filmele cu compoziţia specificată pot fi utilizate în cazurile în care este de dorit să se limiteze solubilitatea lor în intervale mici de pH, de exemplu, în acoperirile farmaceutice. O astfel de coajă nu ar trebui să se dizolve, de exemplu, în mediul ușor acid al sucului gastric, ci se dizolvă bine în mediul ușor alcalin al intestinului.
Sarea de sodiu a carboximetilcelulozei cu un grad de substituție de la 0,5 la 1 −1,2 este produsă de industrie în cantități mari, deoarece este utilizată pe scară largă în tehnologiile petroliere, textile, alimentare, farmaceutice, în producția de detergenți etc. ca stabilizator, substanță de îngroșare, adeziv, agent filmogen etc. Această sare este foarte solubilă în apă.
O serie de studii efectuate care testează Na-CMC ca aditiv la detergenți au arătat că acest produs își îmbunătățește semnificativ proprietățile de curățare.
Literatură
1.Prokofieva M.V., Rodionov N.A., Kozlov M.P.//Chimie și tehnologie
derivați de celuloză. Vladimir, 1968.S. 118.
2. Nesmeyanov A.N., Nesmeyanov N.A. Începuturile chimiei organice. M., 1969.T.1.
663s.
3. Plisko E.A.//ZHOKH.1958. T. 28, nr. 12. S, 3214.
4. Plisko E.A.//ZHOKH.1961. T. 31, nr. 2. p. 474
5. Heuser E. Chimia celulozei. New York, 1944. 660 p.
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. Chim.
Tehnol. 1967. Vol. 1, N2. p. 211.
8. Nikitin N.I., Petropavlovsky G.A. //ZHPH. 1956. T. 29. P. 1540
9. Petropavlovsky G.A., Nikitin N.I. //Tr. Institutul Pădurilor al Academiei de Științe a URSS. 1958. T.45.
p. 140.
10. Vasilyeva G.G. Proprietățile carboximetilcelulozei solubile în alcali și
Posibilitatea utilizării acestuia în industria hârtiei: Dis. Ph.D.
tehnologie. Sci. L. 1960.
11. VinkH. //Chimie macromoleculară. 1966. Bd. 94. S. 1.
12. Vole K., Meyerhoff G. // Macromoleculare Chemie. 1961. Bd. 47. S. 168.
13. NeelyW.B.//J. Organ. Chim. 1961. Vol. 26. P. 3015.
14. Sălbatic A.B. //Ind. ing. Chim. 1957. Vol. 49. P. 99.
15. Allgen L. //J. Polimer Sci. 1954. Vol. 14, N 75.P. 281.
16. Podgorodetsky E.K. Tehnologie pentru producția de filme din
compuși cu greutate moleculară mare. M: Art, 1953. 77 p.
Pagina de introducere 2
Obținerea metilcelulozei pagina 2
Prepararea carboximetilcelulozei pagina 4
Proprietățile soluțiilor de metilceluloză pp. 6
Proprietățile metilcelulozei solubile în apă p. 8
Proprietățile soluțiilor de carboximetilceluloză pp. unsprezece
Proprietățile metilcelulozei regenerate din soluții
(filme)p. 12
Proprietățile Na-CMC regenerate dintr-o soluție alcalină
(sub formă de filme) p. 15
Aplicarea metilcelulozei 16
Aplicarea carboximetilcelulosep. 18
De mulți ani, tapetul este unul dintre cele mai comune materiale pentru decorarea interioară. Și cel mai popular mijloc de instalare a acestora rămâne lipiciul CMC. Nu numai că fixează ferm și permanent pânza de suprafața peretelui, dar are și o calitate importantă: este diluată în apă la aproape orice temperatură, ceea ce nu este tipic pentru alte compoziții similare. Este de remarcat faptul că în acest caz bulgări, cheaguri și sedimente nu se formează în lichidul adeziv. Acest lucru este predeterminat de caracteristicile sale tehnice, de performanță și de caracteristicile structurii chimice.
Compus
Numele adezivului provine de la compoziția sa chimică. Baza este o substanță numită carboximetilceluloză. În scopul ușurării pronunției și a prescurtării numelui, producătorii au creat o abreviere din primele litere ale fiecăreia dintre cele trei componente ale cuvântului - KMC. În exterior, adezivul este o pulbere albă, ale cărei particule sunt granule mici.
Recent, adeziv pentru tapet CMC cu proprietăți antiseptice auxiliare a câștigat popularitate. Aditivi speciali l-au înzestrat cu această proprietate. Acum stratul adeziv previne activ formarea și creșterea mucegaiului.
Deci, a sosit momentul să luăm în considerare mai detaliat toate caracteristicile tehnice ale compoziției adezivelor CMC:
- cantitatea de substanță uscată din structură este de la 57%;
- volumul total de substanță uscată conține cel puțin 69% din elementul activ;
- conținutul de clorură de sodiu în substanța uscată este de 21%;
- umiditatea produsului - 12%;
- perioada de umflare completă a particulelor până când se formează un amestec omogen nu este mai mare de două ore;
- proprietățile de lucru ale soluției finite sunt menținute timp de 7 zile.
Este important ca compoziția adezivului pentru tapet CMC să includă aditivi speciali care îi conferă proprietăți insecticide și, de asemenea, îl împiedică să putrezească. Cu toate acestea, adezivul este absolut inofensiv pentru sănătatea noastră, deoarece componentele sale sunt netoxice.
Este adesea adăugat la amestecul pentru instalarea plăcilor, precum și la chiturile de ciment și cretă, ceea ce le crește semnificativ calitățile adezive și rezistența.
Tipuri, cum să alegi
Culoarea unui produs este o caracteristică importantă; ar trebui să îi acordați atenție atunci când alegeți un produs într-un magazin. Pulberea de lipici, produsă în conformitate cu standardele GOST, este alb pur. Acest produs se caracterizează printr-o calitate excelentă; atunci când este combinat cu apă, formează un amestec omogen fără sedimente sau bulgări.
O nuanță galbenă nu este acceptabilă. De obicei spune că lipiciul este făcut în mod casă de producători fără scrupule. Un astfel de produs are aceeași calitate. De obicei, nu îndeplinesc standardele de lucru cu adeziv, astfel încât rezultatul poate fi foarte dezamăgitor. De exemplu, după uscare, pe tapetul din hârtie vor apărea pete galbene neplăcute, care nu mai pot fi îndepărtate și va trebui să repetați toată munca de lipire a tapetului.
Sfat! În ciuda selecției mari a acestui adeziv în magazinele de hardware, asigurați-vă că studiați cu atenție produsul înainte de a cumpăra. Acordați o atenție deosebită culorii sale.
Dacă abordăm descrierea adezivului CMC din punctul de vedere al scopului său, atunci acesta este împărțit în trei grupuri principale:
- pentru instalarea tapetului ușor subțire;
- pentru tapet cu greutate medie;
- pentru tapet gros, greu.
Grosimea și lipiciitatea amestecului și, ca urmare, capacitatea de a atașa ferm rețele grele, depind direct de cantitatea de substanță principală din pulbere - carboximetilceluloză. Dacă există o mulțime, atunci soluția este mai vâscoasă și chiar și tapetul greu de vinil va rămâne în siguranță pe perete.
Avantaje și principalii producători de CMC
Pe lângă avantajele deja menționate (versatilitate, simplitate extremă în diluarea pulberii, fiabilitate, protecție împotriva microbilor și mucegaiului), adezivul pentru tapet CMC are următoarele avantaje:
- apariția petelor și a petelor pe suprafața tapetului este exclusă;
- mirosul respingător este complet absent;
- adezivul este foarte ușor de preparat și utilizat;
- produsul este combinat cu succes cu alți compuși chimici.
Produsele de acest fel, atat interne cat si straine, sunt larg reprezentate pe piata materialelor de constructii. Adezivul rusesc CMC are caracteristici distinctive, cum ar fi un preț accesibil și caracteristici satisfăcătoare. În același timp, de obicei se umflă în 2 ore, ceea ce este acceptabil din punctul de vedere al standardului GOST.
Costul produselor străine este mult mai mare. În același timp, soluția se prepară mai rapid; după 15 minute după diluare, poate fi deja folosită pentru tapet.
Fără îndoială, unul dintre cei mai populari producători de adeziv pentru tapet KMC din Rusia este Vympel Trade Center LLC, care operează în regiunea Moscova. Toate produsele sale sunt prevăzute cu certificatele necesare.
Caracteristici ale utilizării adezivului CMC
Să ne uităm la ce trebuie să știți despre prepararea amestecului adeziv. S-a verificat deja prin experiență că nu este nimic dificil în această procedură și toată lumea este capabilă să efectueze toate acțiunile cu propriile mâini.
- În primul rând, trebuie să pregătiți un recipient emailat: o găleată, lighean sau ceva similar. Luați lipiciul ambalat și uitați-vă pe ambalaj pentru instrucțiuni de pregătire.
- Fiecare pachet conține informații speciale despre cantitatea de lipici uscat și apă care trebuie luată pentru a pregăti corect soluția de adeziv. De obicei, când se lucrează cu tapet subțire, se iau 8 litri de apă la 500 g de pulbere. Pentru a lipi pânze groase la aceeași cantitate de lipici uscat, trebuie să luați 7 litri de apă.
- Apa trebuie să fie la temperatura camerei.
- După ce ne uităm la raportul conținut în instrucțiuni, începem să turnăm treptat pulberea adezivă în apă, amestecând continuu lichidul intens.
- Lăsați soluția în pace pentru timpul specificat în instrucțiuni, așteptați până când este complet gata.
Sfat! Informațiile despre consumul compoziției adezive finite sunt indicate de producător în prospectul corespunzător de pe ambalaj.
De regulă, un pachet cu o greutate de 500 g este suficient pentru a acoperi o suprafață de aproximativ 50 de metri pătrați.
După cum am spus mai devreme, ar trebui să selectați tipul de adeziv CMC cu astfel de caracteristici tehnice care se potrivesc în mod optim tipului de tapet pe care intenționați să îl lipiți.
Unde se mai folosește lipiciul CMC?
Pe lângă efectuarea lucrărilor de renovare în case, această compoziție este potrivită pentru finisarea birourilor, spațiilor industriale, precum și în scopuri de producție:
- turnătorie;
- constructii, productie de finisaje si materiale de constructii;
- industria chimica;
- industria minieră.
Popularitatea adezivului pentru tapet KMC nu scade de la an la an; cunoscând specificul lucrului cu acesta, sunteți protejat în avans de posibile erori și deficiențe atunci când efectuați renovări într-un apartament.
Carboximetil celuloza de sodiu (CMC) este cel mai versatil reactiv chimic din grupul de coloizi solubili în apă. CMC este sarea de sodiu a acidului celulozo-glicolic, obținută prin reacția celulozei alcaline cu monocloracetat de sodiu.
CMC finit este un material cu granulație fină, fibros sau pulverulent, de culoare albă sau crem. NaCMC tehnic nu are un efect toxic sau iritant.
CMC are următoarele proprietăți:
Retentie de apa
Creșterea vâscozității
Poate fi folosit ca agent de legare
Modificarea proprietăților reologice
Suspendarea și stabilizarea soluțiilor de dispersie
Capacitatea de absorbție la suprafață a mineralelor și a altor particule
Domenii de utilizare:
Ca înlocuitor artificial pentru coloizi naturali solubili în apă (de exemplu amidon), NaCMC este utilizat în multe industrii. Această prevalență se datorează proprietății sale aproape unice de a forma soluții vâscoase omogene atât în medii apoase reci, cât și calde.
Cele mai mari volume de CMC sunt consumate în următoarele activități:
- Producția de detergenți sintetici
Un mic adaos de CMC la praful de spălat sau la pasta de spălat împiedică particulele de murdărie să revină la suprafața țesăturii în timpul spălării, oferind un grad ridicat de curățenie (mărește proprietățile de resorbție).
- Industria petrolului și gazelor
În această industrie, CMC este utilizat ca un coloid-stabilizator protector în suspensiile de argilă foarte mineralizate în timpul forajului.
- Industria minieră și de prelucrare
CMC este utilizat în concentrația de flotație a minereurilor de cupru-nichel și silvinit.
- Industria textila
Folosind CMC, baza țesăturii este dimensionată. Firele tratate cu soluție CMC sunt mai puțin predispuse la rupere în timpul procesului de țesut, ceea ce la rândul său reduce numărul de opriri, crescând eficiența producției de țesere.
- Industrie de contructie
CMC este utilizat ca material adeziv în producția de diverse soluții adezive, chituri și în producția de cărămizi nisip-var ca agent de suspendare și liant.
- Industria vopselei
CMC este folosit ca agent de îngroșare
- În industria hârtiei
În acest domeniu, CMC este utilizat ca bază adezivă pentru pastele de tapet, în fabricarea de acoperiri pe hârtie și ca aditiv la pasta de hârtie pentru a crește rezistența hârtiei.
- În turnătorie
CMC este folosit ca dispozitiv de fixare a tijei.
- Pentru cercetare biologică
CMC este utilizat în forma sa de acid liber ca schimbător de ioni de sorbitol.