Sodná soľ karboxymetylcelulózy je široko používaná v priemysle, farmácii a výrobe potravín. Táto zlúčenina je vyrobená z dreva a je biologicky inertným materiálom, to znamená, že sa nezúčastňuje fyziologických procesov. Vďaka špeciálnym vlastnostiam roztokov s touto zložkou je možné upraviť viskozitu látok a ďalšie technické parametre.
Popis
Sodná soľ karboxymetylcelulózy (CMC) je sodná soľ kyseliny glykolovej celulózy. Chemický názov zlúčeniny podľa nomenklatúry IUPAC je poly-1,4-P-0-karboxymetyl-D-pyranozyl-D-glykopyranóza sodná.
Empirický vzorec technickej sodnej soli karboxymetylcelulózy je: [C6H702(OH)3-x(OCH2COONa)x]n. V tomto výraze x je stupeň substitúcie za CH2-COOH skupiny a n je stupeň polymerizácie.
Štrukturálny vzorec je znázornený na obrázku nižšie.
Vlastnosti
Komerčná sodná soľ karboxymetylcelulózy je vzhľadom na vzhľad práškový, jemnozrnný alebo bez zápachu vláknitý materiál so sypnou hustotou 400 až 800 kg/m3.
Na-CMC má nasledujúce vlastnosti:
molekulová hmotnosť zlúčeniny - n;
rýchlo sa rozpúšťa v horúcej aj studenej vode, nerozpustný v minerálnych olejoch a organických kvapalinách;
vytvára filmy, ktoré sú odolné voči olejom, tukom a organickým rozpúšťadlám;
zvyšuje viskozitu roztokov a dáva im tixotropiu - so zvýšením mechanického nárazu dochádza k zníženiu odporu prúdenia;
dobre absorbuje vodnú paru zo vzduchu, preto sa látka musí skladovať v suchých miestnostiach (za normálnych podmienok obsahuje 9-11% vlhkosti);
zlúčenina je netoxická, nevýbušná, ale v prašnom stave sa môže vznietiť (teplota samovznietenia +212 °C);
v roztokoch vykazuje vlastnosti aniónového polyelektrolytu.
Pri zmene teploty sa laboratórna viskozita sodnej soli karboxymetylcelulózy v roztokoch veľmi líši. Toto je jedna z najdôležitejších vlastností tejto zlúčeniny, ktorá určuje rozsah jej použitia. Vysoký stupeň polymerizácie poskytuje vyššiu viskozitu a naopak. Pri 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.
Sodná soľ karboxymetylcelulózy má tiež chemickú kompatibilitu s mnohými ďalšími látkami (škrob, želatína, glycerín, živice rozpustné vo vode, latexy). Pri zahriatí na teploty nad 200 °C sa soľ rozkladá na uhličitan sodný.
Hlavným faktorom ovplyvňujúcim vlastnosti tejto zlúčeniny je stupeň polymerizácie. Rozpustnosť, stabilita, mechanické vlastnosti a hygroskopickosť závisia od molekulovej hmotnosti. Látka sa vyrába v siedmich stupňoch podľa stupňa polymerizácie a v dvoch stupňoch podľa obsahu hlavnej látky.
Potvrdenie
Sodná soľ karboxymetylcelulózy sa vyrába v priemyselnom meradle od roku 1946. Výroba CMC v súčasnosti predstavuje najmenej 47 % z celkového objemu éterov celulózy.
Hlavnou surovinou pre syntézu tejto zlúčeniny je drevná celulóza, najbežnejší organický polymér. Jeho výhodou je nízka cena, biologická odbúrateľnosť, netoxicita a jednoduchosť technológie spracovania.
Sodná soľ karboxymetylcelulózy sa vyrába reakciou alkalickej celulózy s C2H3C102 (kyselina monochlóroctová) alebo jej sodnou soľou. V posledných rokoch sa pracuje na hľadaní nových zdrojov na ťažbu surovín (ľan, slama, obilniny, juta, sisal a iné), keďže dopyt po tomto materiáli neustále rastie. Na zlepšenie kvality látky sa hotová soľ premyje od nečistôt, aktivuje sa celulóza, prípadne sa vystaví mikrovlnnému žiareniu.
Sodná soľ karboxymetylcelulózy: priemyselné aplikácie
Vďaka svojim špeciálnym vlastnostiam sa CMC používa na nasledujúce účely:
zahusťovanie rôznych kompozícií, želatinizácia;
viazanie jemných častíc v náterových filmoch (tvorba filmu);
použitie ako prostriedok na zadržiavanie vody;
stabilizácia fyzikálnych a chemických vlastností;
zvýšenie viskozity roztokov na zabezpečenie rovnomernej distribúcie ich zložiek;
modifikácia reologických charakteristík;
ochrana proti koagulácii (zlepovanie suspendovaných častíc).
Jedným z najväčších spotrebiteľov sodnej soli karboxymetylcelulózy je ropný a plynárenský priemysel, kde sa táto zlúčenina používa na zlepšenie výkonu vrtných kvapalín.
Látka sa používa aj pri výrobe týchto technických produktov:
čistiace prostriedky;
tlačiarenské výrobky;
riešenia pre stavebné dokončovacie práce;
lepidlá, glejovacie materiály;
suché stavebné zmesi, cement (na zabránenie vzniku trhlín);
farby a laky;
rezné kvapaliny;
médiá na vytvrdzovanie koľajníc;
povlakovanie zváracích elektród a iné.
Na stabilizáciu peny sa sodná soľ karboxymetylcelulózy používa pri hasení požiarov, v potravinárskom priemysle, pri výrobe parfumov a keramiky. Technici odhadujú, že táto zlúčenina sa používa vo viac ako 200 oblastiach techniky a medicíny.
Ochranné nátery
Jedným zo sľubných smerov je zavedenie nanočastíc syntetizovaných zo suspenzií CMC ako stabilizačných prísad v povlakoch odolných voči korózii. To umožňuje zvýšiť priľnavosť k základnému materiálu, zlepšiť fyzikálne a mechanické vlastnosti povlaku bez výrazného zvýšenia nákladov na kompozíciu. Nanočastice tvoria mikroklastre, čo umožňuje získať kompozity s cennými technickými vlastnosťami.
Výhodou tohto aditíva je aj to, že je šetrný k životnému prostrediu a biologicky odbúrateľný. Jeho výroba nevyžaduje použitie organických rozpúšťadiel, čím sa znižuje riziko znečistenia odpadových vôd a atmosféry, nie je potrebné používať špecializované zariadenia a vysoký teplotný rozsah.
Doplnok stravy
Sodná soľ karboxymetylcelulózy sa používa ako potravinárska prídavná látka (E-466) v koncentrácii nie vyššej ako 8 g/kg. Látka plní vo výrobkoch niekoľko funkcií:
zahusťovanie;
stabilizácia vlastností;
zadržiavanie vlhkosti;
predĺženie doby použiteľnosti;
zachovanie vlákniny po rozmrazení.
Najčastejšie sa táto zlúčenina pridáva do rýchleho občerstvenia, zmrzliny, cukroviniek, marmelády, želé, taveného syra, margarínu, jogurtu a rybích konzerv.
Medicína a kozmetológia
Vo farmaceutickom priemysle sa sodná soľ karboxymetylcelulózy používa v takých skupinách liekov, ako sú:
očné kvapky, injekčné roztoky - na predĺženie terapeutického účinku;
škrupiny tabliet - na reguláciu uvoľňovania účinnej látky;
emulzie, gély a masti - na stabilizáciu formujúcich látok;
antacidá - ako iónomeničové a komplexotvorné zložky.
Pri výrobe hygienických a kozmetických produktov sa táto zlúčenina používa v zubných pastách, šampónoch, géloch na holenie a sprchovanie a v krémoch. Hlavnou funkciou je stabilizácia vlastností a zlepšenie textúry.
Vplyv na ľudské a zvieracie telo
Sodná soľ karboxymetylcelulózy je hypoalergénna, biologicky neaktívna, nekarcinogénna a nenarúša reprodukčnú funkciu živých organizmov. Použitie ako potravinárske prídavné látky v bezpečných koncentráciách nevedie k negatívnym dôsledkom. Prach zo zmesi môže pri kontakte s očami a hornými dýchacími cestami spôsobiť podráždenie (MPC aerosólu je 10 mg/m3).
ŠTÁTNA TECHNOLOGICKÁ UNIVERZITA RASTLINNÉHO PRIEMYSLU ST
POLYMÉRY
SPRÁVA O TECHNICKÝCH PRAXOCH
Metylcelulóza a karboxymetylcelulóza: vlastnosti roztokov a filmov
Kontroloval: vedúci vedecký pracovník, doktor chemických vied
Alexander Michajlovič Boček
Vyplnené: čl. gr. 144
Tatishcheva Valentina Aleksandrovna
SAINT PETERSBURG 2003
Úvod
Metylcelulóza je prvým členom homologickej série derivátov 0-alkylcelulózy (éterov). Podľa stupňa substitúcie možno metylétery celulózy rozdeliť na nízko substituované, rozpustné vo vodných roztokoch silných zásad určitej koncentrácie a vysoko substituované, rozpustné vo vode aj v organických rozpúšťadlách. Metylétery celulózy možno získať reakciou celulózy s rôznymi alkylačnými činidlami: dimetylsulfát, metylchlorid (alebo metyljodid a bromid), diazometán, metylester kyseliny benzénsulfónovej. V súčasnosti je metylcelulóza (hlavne rozpustná vo vode) priemyselným výrobkom.
Prípravky 0-karboxymetylcelulózy, v závislosti od stupňa substitúcie, ako aj ďalšie 0-alkylderiváty možno rozdeliť na nízko substituované a vysoko substituované. Príprava CMC prípravkov so stupňom substitúcie γ väčším ako 100 je však veľmi obtiažna kvôli elektrostatickým účinkom odpudzovania podobne nabitých skupín (chlóracetátový ión a karboxymetylová skupina). Preto sú prakticky „vysoko substituované“ prípravky CMC produkty, ktoré majú stupeň substitúcie γ = 50-100 a sú rozpustné vo vode.
Získanie metylcelulózy
V priemysle je najbežnejšie používaným spôsobom výroby metylcelulózy alkylácia alkalickej celulózy metylchloridom.
Alkylačný proces s alkylhalogenidmi prebieha pri teplotách 353-373 K. Pretože metylchlorid má teplotu varu 248 K, alkylačná reakcia sa uskutočňuje v autoklávoch pod vysokým tlakom.
Počas procesu alkylácie dochádza k vedľajším reakciám medzi metylchloridom a zásadou za vzniku alkoholu a soli a medzi alkoholom a metylchloridom za vzniku dimetyléteru:
NaOH+CH3Cl+CH3OH→CH3OCH3+NaCl+H20
CH3CI+NaOH ->CH3OH+NaCl
Preto je potrebné použiť nadbytok metylchloridu a značné množstvo pevnej alkálie, keďže so zvyšujúcou sa koncentráciou alkálií rozklad metylchloridu klesá.
Najľahšie sa vymieňa atóm jódu (najpohyblivejší), čo je spôsobené jeho väčšou polarizovateľnosťou, alkyljodidy sú však pomerne drahé. Chloridy a bromidy sa málo líšia v reaktivite, preto pri priemyselných syntézach uprednostňujú použitie dostupnejších alkylchloridov.
Rýchlosť reakcie cez prechodný stav je úmerná koncentrácii každého reaktantu. Treba predpokladať, že reakcia celulózy s metylchloridom prebieha podľa vyššie uvedenej schémy, t.j. ide o bimolekulárnu reakciu nukleofilnej substitúcie –S N2.
Výroba metylcelulózy je spojená s určitými ťažkosťami kvôli vysokej spotrebe činidiel, potrebe pracovať pod tlakom atď. Preto má hľadanie nových spôsobov syntézy metylcelulózy veľký praktický význam. Z tohto pohľadu sa diela javia ako zaujímavé. Ako alkylačné činidlá autori použili estery aromatických sulfónových kyselín, a to estery kyseliny p-toluénsulfónovej, kyseliny toluéndisulfónovej, kyseliny benzénsulfónovej a kyseliny naftalénsulfónovej.
Alkylácia týmito étermi prebieha podľa nasledujúcej schémy:
C6H702(OH)3 + xRS02OR"→ C6H702(OH)3(OR") x + xRS02OH,
kde R= -C6H5, -CH3C6H4, -CioH7; R"= -CH3, -C2H5, atď.
Zistilo sa, že so zvyšujúcou sa dĺžkou alkylačného radikálu klesá reakčná rýchlosť. Na základe experimentálnych údajov možno estery kyseliny sulfónovej zoradiť podľa reaktivity do nasledujúcich sérií:
C6H5S02OCH3 > C6H5S02OS2H5 > C6H5S02OS6H7.
Na alkyláciu celulózy v laboratórnych podmienkach sa najčastejšie používa dimetylsulfát (CH 3) 2 S0 4, ktorý má teplotu varu 461 K a umožňuje získať produkty pri normálnom tlaku. Ale napriek tomu je jeho použitie vo výrobe obmedzené kvôli jeho vysokej toxicite. Tvorbu éteru celulózy v prípade dimetylsulfátu možno vyjadriť vo všeobecnej forme nasledujúcou rovnicou:
C6H702(OH)3 + x(CH3)2S04 -> CbH702(OH)3-x(OCH3)x+xCH3OS03Na + xH20.
Súčasne s hlavnou alkylačnou reakciou celulózy prebieha aj vedľajšia reakcia rozkladu dimetylsulfátu podľa nasledujúcej schémy:
(CH3)2S04 + 2NaOH → Na2S04 + 2CH3OH.
Kyselina metylsírová vytvorená počas hlavnej reakcie môže reagovať s metylalkoholom za vzniku dimetyléteru a v prítomnosti nadbytku alkálie síranu sodného:
K metylačnej reakcii dochádza iba v alkalickom prostredí, čo je zrejme spôsobené prevládajúcou reakciou celulózy vo forme disociovanej alkalickej zlúčeniny.
Získanie plne substituovaných produktov metyláciou celulózy pomocou tejto metódy naráža na značné ťažkosti. Po 18 - 20 operáciách metylácie bavlny teda Denham a Woodhouse získali produkt obsahujúci 44,6 % OCH 3 (teoretická hodnota pre trimetylcelulózu 45,58 % OCH 3) a Irvine a Hirst - s obsahom 42 - 43 % OCH 3; Po 28-násobnej metylácii získali Berl a Schupp ester obsahujúci 44,9 % OCH3.
Existencia vyššie opísanej vedľajšej reakcie je jedným z dôvodov, prečo je ťažké získať vysoko substituovaný produkt. Rozklad dimetylsulfátu pri výrobe metylcelulózy vyžaduje použitie jeho veľkého nadbytku, čo zase vedie k potrebe použitia veľkého nadbytku alkálie, pretože reakcia média musí vždy zostať zásaditá.
Zistilo sa, že pri vyššej koncentrácii alkálií je možné získať vyšší stupeň substitúcie metylcelulózy. Táto skutočnosť je vysvetlená rôznymi dôvodmi. Po prvé, ukázalo sa, že stupeň rozkladu dimetylsulfátu klesá so zvyšujúcou sa koncentráciou alkálií. Po druhé, možno predpokladať, že so zvyšujúcou sa koncentráciou NaOH sa rovnováha v systéme posúva doprava
C6H702(OH)3 + Na + + OH - → C6H702 (OH)20 - + Na + + H20.
V niektorých prípadoch je však možné získať vysoko substituovanú metylcelulózu bez opakovaného opakovania metylácie.
Haworth a kol., ktorí predtým rozdrvili filtračný papier na jemný prášok a suspendovali ho v acetóne, získali po dvojnásobnej metylácii obsah metoxylu 45 %. Najjednoduchší spôsob získania vysokého obsahu metoxylových skupín je rozpustením recyklovaného acetátu celulózy v acetóne a postupným pridávaním dimetylsulfátu a vodnej zásady. Týmto spôsobom je možné v jednej operácii dosiahnuť obsah metoxylu v reakčnom produkte takmer 45 %.
Príprava karboxymetylcelulózy
Nízko substituovaná Na-karboxymetylcelulóza sa získala reakciou alkalickej celulózy s kyselinou monochlóroctovou za rôznych podmienok. Vzhľadom na to, že kyselina chlóroctová je tuhá, kryštalická látka a na výrobu nízkosubstituovaných produktov je potrebná v porovnaní s celulózou v malých množstvách, je obzvlášť dôležité rovnomerné rozloženie reagujúcich zložiek zmesi. V jednom zo spôsobov sa reakcia uskutočnila tak, že sa na vzduchom vysušenú celulózu pôsobilo roztokom sodnej soli kyseliny monochlóroctovej v 17,5-18 % roztoku NaOH pri kvapalnom module 5 (pomer množstva kvapaliny v ml k hmotnosti celulózy v g). Soľný roztok bol pripravený pred reakciou rozpustením príslušného podielu kyseliny monochlóroctovej v alkálii s takou koncentráciou, že po neutralizácii zostala v rámci špecifikovanej hodnoty.
Stupeň substitúcie nízko substituovanej sodnej soli karboxymetylcelulózy je určený obsahom sodíka v karboxymetylcelulóze. kyselinou sírovou a kalcináciou pri 973 K, alebo volumetrickou metódou spätnou titráciou prebytočnej kyseliny sírovej alkáliou v prítomnosti brómfenolovej modrej ako indikátora (prechodová oblasť musí byť v kyslom prostredí, aby sa alkália neviazala späť na karboxylové skupiny).
Rozpustnosť, viskozita roztokov a ďalšie vlastnosti karboxymetylcelulózy do značnej miery závisia od spôsobu jej prípravy.
Existuje niekoľko známych spôsobov výroby Na-CMC založených na rovnakej reakcii:
Bunka (OH)n + 2 mNaOH + mCH2C1COOH →
bunka (OH) n - m (OSH2COONa) m + mNaCl + 2 mH20,
ale vyrobené v rôznych modifikáciách. Preto je zaujímavé porovnať vzorky Na-CMC získané z rovnakej celulózy, ale s použitím rôznych metód.
Na získanie CMC boli použité nasledujúce metódy.
1. Celulóza mercerizovaná 17,5 % roztokom NaOH bola vylisovaná na 3-násobok svojej hmotnosti a spracovaná v mlynčeku typu Werner a Pfleiderer so suchou sodnou soľou kyseliny monochlóroctovej (CH2C1COONa) pri teplote 313 K počas 30 minút. Potom sa reakčná zmes udržiavala za stacionárnych podmienok pri 295 K počas 24 hodín v uzavretej nádobe. Počas tejto doby dochádza k oxidačno-alkalickej deštrukcii celulózy: stupeň polymerizácie klesá z 1200 na 300-400 a zlepšuje sa rozpustnosť vzoriek CMC vo vode. Podľa tejto metódy dochádza k alkylácii pri maximálnych koncentráciách aktívnych hmôt (celulóza a kyselina monochlóroctová), čo vedie k vysokému stupňu alkylácie. Avšak podmienky na zmiešanie reakčných zložiek nie sú priaznivé na získanie rovnomerne alkylovaných vzoriek Na-CMC.
P. Vzduchom vysušená celulóza bola ošetrená roztokom sodnej soli kyseliny monochlóroctovej v 18 % roztoku NaOH pri kvapalnom module 5 a teplote 313 K. Oxidačno-alkalická deštrukcia bola uskutočnená vyššie opísaným spôsobom 1 po stlačenie reakčnej zmesi na
3-násobok hmotnosti v porovnaní s celulózou. Tento spôsob je charakterizovaný rovnomerným prenikaním alkylačného činidla - kyseliny monochlóroctovej - do celulózových vlákien počas napučiavania, čo umožňuje získať rovnomerne substituované produkty. Ako sa však ukázalo, väčšina odobratého množstva CH2CICOOH ide do vedľajšej reakcie jeho zmydelnenia.
III. Celulóza bola mercerizovaná 18% roztokom NaOH. Alkalicelulóza, vylisovaná na 5-násobok svojej hmotnosti, sa premyla na Buchnerovom lieviku propanolom (s infúziou), aby sa odstránil nadbytok NaOH a vody. Do požadovaného modulu sa pridal propanol a buničina sa umiestnila do drviča. Po 10 minútach mletia sa pridala suchá soľ CH2CICOONa. Reakcia prebiehala pri konštantnej teplote. Pomocou tejto metódy sa veľkosť vedľajšej reakcie zmydelnenia CH2C1COONa zníži na minimum, čím sa zvýši účinnosť použitia alkylačného činidla. Vo všetkých prípadoch boli vzorky CMC premývané horúcim 70% etanolom v Soxhlettovej aparatúre až do negatívnej reakcie pre NaOH s fenolftaleínom a pre Cl – s roztokom AgNO 3 .
Ako vidíte, najvyšší stupeň substitúcie pri rovnakom množstve CH 2 C1COOH sa dosiahne metódou III - v prostredí propanolu. To sa samozrejme vysvetľuje znížením spotreby CH2C1COOH na vedľajšiu zmydelňovaciu reakciu.
Vlastnosti roztokov metylcelulózy
Rozpustnosť nízko substituovanej metylcelulózy vo vode pri teplote miestnosti a nižšej a zloženie frakcií, ktoré prechádzajú do roztoku, závisia od jej stupňa substitúcie, homogenity a stupňa polymerizácie.
V tabuľke Tabuľka 1 uvádza údaje o stanovení rozpustnosti rôznych metylcelulózových prípravkov vo vode. Pri analýze údajov v tabuľke zaujme predovšetkým nasledujúca okolnosť: rozpustnosť metylcelulózy vo vode je veľmi nízka aj pri relatívne vysokom obsahu metoxylov (pre metylcelulózy s vysokým stupňom polymerizácie). Metylcelulózy, ktoré majú nižší stupeň polymerizácie, sú rozpustnejšie.
Spôsob výroby metylcelulózy je významným faktorom, ktorý určuje limity rozpustnosti metylcelulózy v konkrétnom rozpúšťadle.
Pri výrobe metylcelulózy v roztoku sa pôvodná kryštalická štruktúra zničí a pri regenerácii z roztoku (za špeciálnych podmienok) sa okamžite nevytvorí nová mriežka, takže produkt sa ukáže ako amorfný, a preto je ľahšie rozpustný. Veľký význam má rôzna dostupnosť celulózy, vďaka ktorej sa získa zmes reakčných produktov, ktorých stupeň substitúcie je rôzny. Táto heterogenita vedie k zníženiu množstva rozpustnej látky.
Veľmi zaujímavým efektom je mrazivý efekt, ktorý sa prejavuje výrazným zvýšením rozpustnosti.
Stôl 1.
Rozpustnosť metylcelulózy vo vode
Číslo vzorky |
Rozpustnosť, % absolútne suchej vzorky |
Rozpustnosť, % pôvodnej vzorky |
Obsah OSSN3 v nerozpustenej časti, % | Obsah OCH3 v rozpustenej časti, % | |||
| Pred zmrazením | Pred zmrazením | Po zmrazení a rozmrazení | |||||
| 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 |
V tabuľke Tabuľka 2 uvádza údaje o rozpustnosti nízko substituovanej metylcelulózy v 6,5 % NaOH. Na rozdiel od rozpustenia vo vode sa metylcelulóza už pri stupni substitúcie okolo 5 po zmrazení v 6,5 % roztoku NaOH rozpustí na 95 %. Pri zmrazení nízko substituovanej metylcelulózy sa priemerný stupeň polymerizácie (v prípade relatívne vysokomolekulárnych produktov DP = 1100-1200) zníži na približne 1000. Produkty získané z predtým degradovanej celulózy (oxidačno-alkalickou deštrukciou) a majúce DP približne 400, po zmrazení takmer nemení svoju molekulovú hmotnosť.
Študovali sa roztoky nízko substituovanej metylcelulózy s koncentráciou 1-2 %. ktoré možno klasifikovať ako koncentrované roztoky. Je potrebné poznamenať, že koncept „koncentrovaných“ roztokov vysokomolekulárnych látok v zmysle koncentrácie je podmienený a výrazne sa líši od bežného konceptu koncentrovaných roztokov.
tabuľka 2
Rozpustnosť nízko substituovanej metylcelulózy v 6,5 % roztoku NaOH
| Číslo vzorky | Stupeň substitúcie | Obsah OCH3 v metylcelulóze, % | Rozpustnosť, % pôvodnej vzorky | |
| Pri 291 K | Po zmrazení a rozmrazení | |||
| 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 | Neurčené | 98,0 |
| 6 | 30,4 | 5,5 | Neurčené | 99,2 |
| 7 | 24,3 | 4,4 | 0,5 | 99,0 |
| 8 | 22,7 | 4,1 | Neurčené | 98,5 |
| 9 | 16,6 | 3,0 | Neurčené | 96,0 |
| 10 | 11,6 | 2,1 | Neurčené | 95,3 |
| 11 | 9,4 | 1,7 | Neurčené | 95,1 |
| 12 | 6,6 | 1,2 | Neurčené | 48,0 |
| 13 | 1,3 | 0,25 | Neurčené | 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 |
V chémii vysokomolekulových zlúčenín sú koncentrované roztoky také, v ktorých dochádza k interakcii medzi jednotlivými časticami dispergovanej látky. V dôsledku tejto interakcie roztoky vysokomolekulárnych látok vykazujú množstvo odchýlok od zákonov charakteristických pre normálne kvapaliny. Tieto odchýlky sa vyskytujú už v relatívne zriedených 0,3-0,5% roztokoch.
Študované roztoky nízko substituovanej metylcelulózy mali koncentráciu výrazne vyššiu ako uvedené hodnoty a pomerne vysoký stupeň polymerizácie reťazcových molekúl, takže ich možno klasifikovať ako koncentrované roztoky.
Koncentrované roztoky éterov celulózy sú spravidla pomerne stabilné v priebehu času. Táto alebo tá zmena viskozity takýchto roztokov v priebehu času je určená vplyvom mnohých faktorov, a to: zmena stupňa esterifikácie rozpusteného produktu, zmena stupňa solvatácie a možnosť tvorby trojrozmerných štruktúr.
Podrobnejšie zvážime vlastnosti vo vode rozpustnej metylcelulózy.
Vlastnosti vo vode rozpustnej metylcelulózy
So zvýšením stupňa metylácie na γ = 50 sa zvyšuje hygroskopickosť výsledného esteru. Vysvetľuje to skutočnosť, že v makromolekulách celulózy dochádza k vzájomnej saturácii väčšiny hydroxylových skupín s tvorbou vodíkových väzieb.
Pri dosiahnutí vyššieho stupňa substitúcie v oblasti 26,5-32,5 % obsahu metoxylových skupín sa metylcelulóza rozpúšťa vo vode. S ďalším zvýšením metoxylových skupín na 38 % a viac stráca rozpustnosť vo vode (pri teplote miestnosti a vyššej). Vysoko metylované produkty sú tiež rozpustné v organických rozpúšťadlách.
Vodné roztoky metylcelulózy (γ = 160-200), ako v prípade nízkosubstituovaných metylcelulóz, nie sú stabilné.
Keď sa roztoky zahrievajú, rozpustnosť sa zhoršuje, kým sa polymér nevyzráža. Horná hranica teplotnej stability roztoku je pre takýto produkt 313-333 K (v závislosti od DP a koncentrácie). Tento jav sa vysvetľuje tvorbou „hydroxóniovej zlúčeniny“ alkoxyskupiny s vodou, ktorá sa pri zvýšení teploty rozloží, čo vedie k vyzrážaniu polyméru.
Ukázala sa možnosť prenosu trisubstituovanej metylcelulózy do roztoku (vodného) (trimetylcelulóza sa predtým znovu vyzrážala petroléterom z roztoku v chloroforme). Horná hranica teplotnej stability roztoku trimetylcelulózy vo vode pri koncentrácii okolo 2 % je 288 K. Takéto roztoky majú dobré filmotvorné vlastnosti. Filmy vytvorené v exsikátore nad P 2 0 5 pri nízkej teplote majú pevnosť v ťahu (5-7). 107 N/m2.
Skutočnosť, že trimetylcelulóza môže byť rozpustená vo vode, priamo naznačuje schopnosť OCH3 skupín hydratovať. Strata trimetylcelulózy z roztoku pri miernom zvýšení teploty naznačuje veľmi nízku
silu týchto spojení. So zvýšením podielu hydroxylových skupín v éteri, t.j. s poklesom γ na 160, sa horná hranica teplotnej stability roztoku zvyšuje na 313-333 K. Tieto závery potvrdili štúdie homológu tzv. metylcelulóza - etylcelulóza. Vysoko substituovaná etylcelulóza (γ=200) sa z hľadiska rozpustnosti vo vode správa podobne ako trimetylcelulóza. Za normálnych podmienok sa vo vode rozpúšťa len nepatrne – o 9 %.
Znovu vyzrážaný EC je prakticky nerozpustný pri teplote miestnosti, ale pri 273 K je jeho rozpustnosť vo vode 50-60 %. Uskutočnila sa tak frakcionácia „vysoko substituovaného“ EC, výsledkom čoho boli nasledujúce frakcie: prezrážané, rozpustné a nerozpustné vo vode. Pre charakterizáciu časti EC rozpustenej vo vode a vysvetlenie dôvodov prechodu len časti látky do vodného roztoku boli všetky frakcie charakterizované obsahom skupín OC 2 H 5, hodnotou vnútornej viskozity, ako napr. ako aj metódami IR spektroskopie. Výsledky sú uvedené v tabuľke. 3.
Tabuľka 3
Charakteristika frakcií etylcelulózy
Vodné roztoky EC s γ = 220 možno získať v koncentrácii nie vyššej ako 1,4 %. Roztoky s koncentráciou nie vyššou ako 0,8 % sú transparentné a stabilné v priebehu času pri nízkych teplotách. Zákal 0,82 % roztoku sa začína extrémne zvyšovať pri teplotách nad 279 K. V prípade koncentrovanejšieho roztoku dochádza k prudkému nárastu zákalu pri nižšej teplote.
EC sa teda vyznačuje rovnakým vzorom ako MC: so zvyšovaním stupňa substitúcie klesá hranica teplotnej stability roztoku (ako je známe, obyčajný vo vode rozpustný EC s γ = 100, podobne ako MC, koaguluje, keď zahriaty na 323-333 K). Preto je najpravdepodobnejšie predpokladať, že skupiny -OS2H5 sa zúčastňujú interakcie EC s vodou.
Vo vodných roztokoch vykazuje metylcelulóza vlastnosti neiónových vysokomolekulárnych látok. Vnútorná viskozita v týchto roztokoch súvisí s molekulovou hmotnosťou podľa Kuhn-Markovho vzťahu:
Aby sa určila zmena vnútornej viskozity v závislosti od molekulovej hmotnosti a určili sa konštanty tejto rovnice, Vink vykonal deštrukciu metylcelulózy kyslou hydrolýzou.
Metylcelulóza sa predbežne prečistila vyzrážaním z vodno-etanolového roztoku éterom. Stupeň substitúcie pôvodnej celulózy bol 1,74 a stupeň polymerizácie bol 2000.
Na základe meraní absolútnych hodnôt molekulovej hmotnosti pomocou osmometrie a určenia koncových skupín bola stanovená závislosť vnútornej viskozity výsledných metylcelulózových frakcií od ich molekulovej hmotnosti (alebo stupňa polymerizácie Py):
Vincom zistil, že charakteristická viskozita metylcelulózy nezávisí od prítomnosti cudzieho elektrolytu – kyseliny – v roztoku.
Treba poznamenať, že iní autori (ktorí určili absolútne molekulové hmotnosti pomocou sedimentácie v ultracentrifúge a rozptylu svetla) získali mierne odlišné hodnoty pre exponent „a“ v Kuhn-Markovej rovnici pre metylcelulózu. Teda v práci a = 0,63 a v a = 0,55.. Autori sami vysvetľujú tieto nezrovnalosti vysokou schopnosťou metylcelulózy agregovať vo vodných roztokoch.
Vlastnosti roztokov karboxymetylcelulózy
Údaje o rozpustnosti rôznych karboxymetylcelulózových prípravkov ukazujú, že nízkosubstituované CMC sa po zmrazení takmer úplne rozpustia aj pri nízkej hodnote γ (asi 2).
Vplyv veľmi malej substitúcie a nízkych teplôt na rozpustnosť týchto derivátov celulózy je teda plne potvrdený.
Rozpustnosť nízkosubstituovaných karboxymetylcelulóz v alkáliách a účinnosť monochlóracetátu sodného možno zvýšiť suchým mletím celulózy pred reakciou. Rozpustnosť nízkosubstituovaných karboxymetylcelulózových prípravkov je možné zvýšiť aj znížením stupňa polymerizácie oxidačnou deštrukciou v alkalickom prostredí. V tomto prípade sa po ukončení reakcie, ktorá prebieha 4 hodiny pri 313 K, CMC vytlačí na 2,6-2,8-násobok svojej hmotnosti, rozdrví a podrobí „dozrievaniu“, t.j. oxidačno-alkalickej deštrukcii. Po určitom čase „dozrievania“ sa Na-CMC premyje vodou do neutrálnej reakcie a vysuší. Týmto spôsobom možno získať Na-CMC, ktorá má úplnú rozpustnosť v alkáliách pri γ = 10-12 a poskytuje 6-8 % roztoky.
Skúmala sa stabilita roztokov nízko substituovanej karboxymetylcelulózy po zriedení.
Roztoky CMC pripravené zmrazením v 4 a 6% hydroxide sodnom sa niekoľkokrát zriedili destilovanou vodou, potom sa zaznamenala minimálna koncentrácia alkálií zodpovedajúca výskytu zákalu alebo uvoľneniu zrazeniny. Údaje z týchto experimentov ukázali, že roztoky nízko substituovanej Na-karboxymetylcelulózy sa správajú celkom stabilne, aj keď sú zriedené na veľmi nízku koncentráciu alkálií, až do 0,5 %. Táto okolnosť je veľmi dôležitá pri príprave roztokov sodnej soli karboxymetylcelulózy na praktické účely, napríklad na konečnú úpravu tkanín.
Práca skúmala vplyv teploty na viskozitu vodných roztokov Na-CMC, ako aj metylcelulózy, hydroxyetylcelulózy a metylkarboxymetylcelulózy.
Vzťahy medzi teplotou a viskozitou pre vodné roztoky éterov celulózy majú veľký praktický význam, pretože od toho v mnohých prípadoch závisí ich použitie.
Savage získal lineárnu závislosť viskozity od teploty pre roztoky Na-CMC na semilogaritmickej súradnicovej stupnici. Závislosť viskozity od teploty pri spätnom chladení takýchto roztokov je vyjadrená priamkou ležiacou o niečo nižšie ako prvá. Tieto experimenty potvrdzujú hysteretickú povahu zmien viskozity roztokov Na-CMC pod vplyvom teploty.
Pokles viskozity je zrejme dôsledkom veľmi nízkej relaxačnej rýchlosti v takých vysokomolekulárnych systémoch, ako je vodný roztok Na-CMC. Čas potrebný na nastolenie rovnováhy v nich môže byť veľmi dlhý, takže počas meraného časového úseku sa systém nestihne vrátiť do pôvodného stavu. Nedá sa vylúčiť možnosť určitej degradácie molekúl pri zahrievaní, čo by samozrejme malo viesť k nezvratným zmenám viskozity.
Moderné predstavy o roztokoch derivátov celulózy v rôznych rozpúšťadlách sú založené na skutočnosti, že tieto látky tvoria skutočné roztoky, v ktorých sú makromolekuly kineticky voľné. To však nevylučuje skutočnosť, že ak je priemyselný produkt esterifikácie celulózy extrémne heterogénny v stupni esterifikácie, potom budú jeho jednotlivé frakcie zle rozpustné. V dôsledku toho môže roztok spolu s väčšinou molekulárne dispergovanej látky obsahovať aj zvyšky štruktúry pôvodnej celulózy.
Koncentrované roztoky karboxymetylcelulózy, podobne ako roztoky mnohých iných vysokomolekulárnych zlúčenín, nie sú newtonovské kvapaliny.
Roztoky Na-CMC majú významnú anomáliu viskozity. Charakteristickým znakom jeho reálnych roztokov je aj prítomnosť rôznych nemolekulárnych dispergovaných častíc a agregátov makromolekúl, najmä v prítomnosti viacmocných katiónov. Preto je pri viskozimetrických aj osmometrických meraniach stupňa polymerizácie (DP) potrebné brať do úvahy tieto vlastnosti a skutočné zloženie roztoku a pred takýmito meraniami oddeliť frakcie, ktoré bránia získaniu správnych výsledkov.
Pri štúdiu vodných roztokov Na-CMC s koncentráciou od 0,0025 do 0,1 g/l práca získala údaje naznačujúce významnú polaritu jeho molekúl. Vyššie uvedené údaje charakterizujú karboxymetylcelulózu ako látku, ktorá má množstvo vlastností, ktoré sú vlastné mnohým polyelektrolytom. Zdá sa, že prítomnosť veľkého elektrického krútiaceho momentu by mala v mnohých prípadoch určiť možnosť prejavu elektrostatickej adsorpcie. Ak však vezmeme do úvahy agregáciu molekúl CMC so zvyšovaním jej koncentrácie v roztoku a skríning jej nábojov, treba si uvedomiť, že elektrostatická adsorpcia sa môže prejaviť najmä v zriedených roztokoch.
Vlastnosti metylcelulózy (filmov) regenerovaných z roztokov
Vo vode a vo vodno-alkalických roztokoch sa z nich dá regenerovať metylcelulóza rôzneho stupňa substitúcie vo forme filmov. Výroba fólií z nízko substituovanej metylcelulózy rozpustnej v zásadách sa uskutočňuje „mokrou“ metódou - koaguláciou v špeciálne vybraných zrážacích kúpeľoch. Uspokojivé výsledky sa dosiahli so zrážacími kúpeľmi, ktoré pozostávali z roztoku síranu amónneho (NH 4) 2 SO 4 (100 g/l).
Účinok zrážacieho kúpeľa síranu amónneho možno vyjadriť takto:
2NaOH + (NH4)2S04 =Na2S04 + 2NH3 + 2H20.
V dôsledku zmeny zloženia rozpúšťadla a čiastočnej dehydratácie rozpustenej metylcelulózy sa jej reťazce zbližujú a podliehajú sklenému prechodu, t. j. tvorbe silne napučaného filmu.
Keď sa film vytvorí na pevnom substráte, v dôsledku určitého napätia (v dôsledku adhéznych síl) sa v ňom objaví rovinne orientovaná štruktúra. Súčasne je v čerstvo vytvorenom filme vďaka jeho silne napučanému stavu možná určitá pohyblivosť reťazí v dôsledku tepelného pohybu. To všetko so sebou prináša relaxačné procesy, t.j. návrat filmovej štruktúry do najstabilnejšej polohy, zodpovedajúcej izotropnému stavu. V dôsledku vyššie uvedených okolností, keď sa na skle vytvorí metylcelulózový film z jeho alkalického roztoku, rozmery filmu sa pozdĺž roviny zmenšia a jeho hrúbka sa zväčší.
Pokiaľ ide o mechanickú pevnosť, fólie rozpustné v alkáliách sú blízke bežným fóliám z plastifikovaného celofánu, pretože majú
pevnosť v ťahu v pozdĺžnom smere (6,8-8,8). 107 N/m2, predĺženie pri pretrhnutí asi 20 %.
Údaje o hygroskopickosti a absorpcii vody filmov nízko substituovanej metylcelulózy uvedené v tabuľke. 4 to ukazujú
Tabuľka 4
Hygroskopickosť a absorpcia vody metylcelulózových filmov
hygroskopickosť a absorpcia vody metylcelulózových filmov dosahujú veľké hodnoty, ktoré do značnej miery závisia od stupňa esterifikácie pôvodnej metylcelulózy; Zvýšenie obsahu skupín OCH3 vo východiskovom produkte má za následok zvýšenie hygroskopickosti a napučiavacích vlastností metylcelulózových filmov vo vode.
V práci bola študovaná štruktúra regenerovanej metylcelulózy a jej vzťah s fyzikálnymi a mechanickými vlastnosťami filmov. Na účely porovnania boli študované filmy z nízko substituovanej metylcelulózy a vysoko substituovanej metylcelulózy, až 3. Filmy rovnakej vysoko substituovanej metylcelulózy sa získali z tak dramaticky odlišných roztokov, ako je voda a organické rozpúšťadlá. Toto porovnanie je obzvlášť zaujímavé, pretože nám umožňuje vyvodiť záver o štruktúre metylcelulózovej mriežky počas regenerácie z roztoku v závislosti nielen od stupňa substitúcie, ale aj od rozpúšťadla. Na tento účel sa získala metylcelulóza s vysokým stupňom substitúcie (blízko 3), ktorá je schopná rozpúšťať sa vo vode aj v organickom rozpúšťadle chloroforme. Filmy z vodných roztokov a roztokov v chloroforme sa získali odliatím na sklo a odparením rozpúšťadla.
Filmy z vodného roztoku metylcelulózy (γ = 180), získané pomalým odparovaním rozpúšťadla pri teplote miestnosti, majú amorfnú štruktúru. Pri takomto vysokom stupni substitúcie za určitých podmienok je však možnosť usporiadania štruktúry metylcelulózy v hotových fóliách dosť pravdepodobná. Takýmito podmienkami bolo zahrievanie filmov v prostredí, ktoré spôsobuje opuch. Už 30 minútové varenie fólie vo vode (metylcelulóza je v horúcej vode nerozpustná) spôsobuje citeľný nárast objednávky. Zahrievanie fólie v glycerole pri teplote 473 K spôsobuje ešte väčšie usporiadanie.
Zvlášť zaujímavá je tvorba filmov z vodných roztokov metylcelulózy pri zvýšených teplotách. Keď sa fólia varí vo vode, okrem objednania sa štruktúra zhutní a zničia sa rôzne vnútorné chyby, čo zjavne vysvetľuje nárast
pevnosť filmu.
Vytváranie filmov pri 343 K vedie k výraznému zvýšeniu elasticity, čo možno vysvetliť viac zloženou konfiguráciou makromolekúl, pretože horúca voda nie je rozpúšťadlom pre metylcelulózu.
Keď prejdeme k úvahe o štruktúre trimetylcelulózových filmov, mali by sme si všimnúť zaujímavú vlastnosť tohto éteru. Trimetylcelulóza je schopná rozpúšťať sa nielen v organických rozpúšťadlách, ale aj v studenej vode (T = 273 K). Štruktúra trimetylcelulózových filmov ako stereoregulárneho polyméru sa vyznačuje vysokou kryštalinitou. Voda je v-rozpúšťadlo pre trimetylcelulózu, takže filmy vytvorené z vodného roztoku sú menej kryštalické.
Elektrónové mikroskopické skúmanie povrchu MC filmov a povrchu čipov získaných v dôsledku lomu filmu pozdĺž osi ťahania pri teplote kvapalného dusíka umožnilo stanoviť menšie detaily štruktúry filmu. Pri pomeroch ťahania λ≤2,0 zostáva povrch orientovaných filmov celkom hladký a rovný. Fibrilárna štruktúra, viditeľná v optickom mikroskope, nie je detekovaná elektrónovou mikroskopiou. Pri λ≈2,2-2,5 sa na povrchu filmov objaví reliéf, tvorený pomerne pravidelnými a rozšírenými drážkami širokými 0,2-0,4 µm, smerujúcimi kolmo na os kreslenia. Pri skenovaní kolmo na os krytu (obr. 1) sú viditeľné priečne záhyby široké 0,3-0,5 µm a v niektorých oblastiach sa nachádzajú delaminácie vo forme mikrotrhlín so šírkou 0,1-0,2 µm a dĺžkou 1,0-1,5 µm, nasmerované rovnobežne s osou krytu. Pri skenovaní paralelne s osou natiahnutia sa okrem zloženej štruktúry stanú viditeľnými aj nepravidelnosti s prevládajúcou orientáciou pozdĺž osi natiahnutia. Preskúmanie štiepaného povrchu odhalí prítomnosť poréznej štruktúry, veľkosť pórov sa pohybuje od 0,1 do 1,0 um.
Vlastnosti regenerovaného z alkalického roztoku Na -KMC (vo forme filmy)
Vzhľadom na možnosť získania viskóznych roztokov nízko substituovanej karboxymetylcelulózy s dostatočne vysokým stupňom polymerizácie boli pripravené filmy a študované ich vlastnosti.
Tvorba filmu sa uskutočnila podľa techniky použitej pre roztoky metylcelulózy. V tabuľke Obrázok 5 ukazuje údaje o mechanickej pevnosti filmov. Filmy vyrobené z nízko substituovanej karboxymetylcelulózy mali dobrú mechanickú pevnosť, ale nízku elasticitu; Predĺženie pri pretrhnutí týchto filmov bolo len 5-6%.
Tabuľka 5
Pevnosť v ťahu nízkosubstituovaných karboxymetylcelulózových filmov
| Číslo vzorky | Stupeň substitúcie γ | Koncentrácia roztoku, % | Pevnosť v ťahu σ. 10-7, |
Napätie pri prestávke % |
| 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_ | - |
Údaje o hygroskopickosti a absorpcii vody filmov vyrobených z nízko substituovanej karboxymetylcelulózy sú uvedené v tabuľke 6. Hygroskopickosť bola stanovená udržiavaním filmov v atmosfére s relatívnou vlhkosťou 80 %; absorpcia vody sa merala namáčaním filmov v destilovanej vode počas dvoch dní pri 293 K.
Tabuľka 6
Hygroskopickosť a absorpcia vody filmov vyrobených z nízkosubstituovaných
karboxymetylcelulóza
Ako je možné vidieť z tabuľky. 6, hygroskopickosť a absorpcia vody nízko substituovaných karboxymetylcelulózových filmov sa rýchlo zvyšuje
zvýšenie stupňa substitúcie produktu. Pozoruhodný je najmä vplyv stupňa substitúcie na nasiakavosť fólií.
Vplyv zvýšenia hydrofilných vlastností celulózy so zavedením malého množstva objemných radikálov do nej sa vysvetľuje, ako už bolo spomenuté, tým, že v počiatočnom štádiu esterifikácie dochádza k redistribúcii sily vodíkových väzieb v celulóze. priečna štruktúra vlákna, charakterizovaná nahromadením slabších väzieb.
Aplikácie metylcelulózy
Najväčší význam mali vysoko substituované vo vode rozpustné metylcelulózové prípravky (γ = 150-200). Tieto produkty majú komplex cenných technických vlastností a vyrábajú sa priemyselne vo forme malých granúl alebo bieleho alebo slabo žltkastého prášku. Sú prakticky bez zápachu a chuti. Pri teplote 433 K sa sfarbujú a rozkladajú sa. Vodné roztoky metylcelulózy poskytujú neutrálnu reakciu.
Vo väčšine prípadov sa na zahustenie vodného média používa metylcelulóza. Účinnosť zahusťovania závisí od viskozity (t.j. od stupňa polymerizácie). Metylcelulóza umožňuje vo vodnom prostredí premeniť vo vode nerozpustné látky do stabilného jemne dispergovaného stavu, pretože okolo jednotlivých častíc vytvára hydrofilné monomolekulové ochranné vrstvy.
Cennými vlastnosťami metylcelulózy je jej vysoký väzbový účinok na pigmenty, vysoká priľnavosť za sucha a schopnosť vytvárať filmy. Tieto zaujímavé vlastnosti sa využívajú pri príprave vodou riediteľných farieb a lepidiel. Na tento účel sú obzvlášť vhodné metylcelulózy s nízkou viskozitou, pretože sa dajú aplikovať na širokú škálu substrátov.
V textilnom priemysle sa metylcelulóza používa ako šlichtovacie činidlo na vlnené osnovy a na jemnú konečnú úpravu tkanín, aby sa dosiahol elegantný pocit a lesk.
Metylcelulóza sa úspešne používa v mydlovom priemysle. Vo farmaceutickej praxi sa používa ako beztukový základ pre takzvané slizové a olejovo-vodné emulzné masti, ktoré slúžia na ochranu kože pred ľahkými popáleninami a na ošetrovanie rán. Okrem toho metylcelulóza slúži ako nezávislé liečivo.
V kozmetike sa vo vode rozpustné étery celulózy používajú na výrobu zubných pást a elixírov, ochranných emulzií a nízkotučných pleťových krémov.
Vo všetkých druhoch emulzií sa metylcelulóza používa ako emulgátory a stabilizátory pre rastlinné oleje.
Je tiež veľmi široko používaný v potravinárskom priemysle.
Pri výrobe zmrzliny teda jej použitie poskytuje potrebnú nadýchanosť, stabilitu a chuť. Metylcelulóza sa používa v chuťových emulziách, omáčkach, ovocných šťavách, konzervách atď.
Zaujímavou aplikáciou v potravinárskom priemysle je schopnosť roztokov metylcelulózy pri zahrievaní želatinovať. Napríklad pridaním metylcelulózy do plniek ovocných koláčov alebo sladkých džemových plniek sa zabráni vytekaniu týchto zložiek pri pečení, čím sa výrazne zlepší vzhľad a zachová sa chuť výrobkov.
V továrňach na ceruzky sa metylcelulóza používa namiesto gumy tragant na farebné a kopírovacie tuhy, na pastelové tuhy, školské pastelky a farby atď.
Aplikácie vo vode rozpustnej metylcelulózy, aj keď sú v menšom rozsahu ako CMC, sú teda mimoriadne rozmanité.
Pokiaľ ide o nízko substituovanú (v alkáliách rozpustnú) metylcelulózu, tá zatiaľ nenašla významné využitie.
Aplikácia karboxymetylcelulózy
Filmy pozostávajúce zo 100 % H-CMC sú rozpustné až od pH = 11. Filmy so špecifikovaným zložením sa môžu použiť v prípadoch, keď je žiaduce obmedziť ich rozpustnosť v malých rozsahoch pH, napríklad vo farmaceutických poťahoch. Takáto škrupina by sa nemala rozpúšťať napríklad v mierne kyslom prostredí žalúdočnej šťavy, ale dobre sa rozpúšťa v mierne zásaditom prostredí čreva.
Sodná soľ karboxymetylcelulózy so stupňom substitúcie od 0,5 do 1 −1,2 je priemyselne vyrábaná vo veľkých množstvách, nakoľko je široko používaná v ropných, textilných, potravinárskych, farmaceutických technológiách, pri výrobe detergentov a pod. zahusťovadlo, lepidlo, filmotvorný prostriedok atď. Táto soľ je vysoko rozpustná vo vode.
Množstvo štúdií vykonaných testovaním Na-CMC ako prísady do detergentov ukázalo, že tento produkt výrazne zlepšuje ich čistiace vlastnosti.
Literatúra
1.Prokofieva M.V., Rodionov N.A., Kozlov M.P.//Chémia a technológia
deriváty celulózy. Vladimír, 1968.S. 118.
2. Nesmeyanov A.N., Nesmeyanov N.A. Začiatky organickej chémie. M., 1969.T.1.
663.
3. Plisko E.A.//ZHOKH.1958. T. 28, č. 12. S, 3214.
4. Plisko E.A.//ZHOKH.1961. T. 31, č. 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. P. 1172
7. Petropavlovsky G.A., Vasilyeva G.G., Volkova L.A. // Cell. Chem.
Technol. 1967. Vol. 1, N2. S. 211.
8. Nikitin N.I., Petropavlovsky G.A. //ZHPH. 1956. T. 29. S. 1540
9. Petropavlovsky G.A., Nikitin N.I. //Tr. Ústav lesov Akadémie vied ZSSR. 1958. T.45.
S. 140.
10. Vasilyeva G.G. Vlastnosti alkalicky rozpustnej karboxymetylcelulózy a
Možnosť jeho využitia v papierenskom priemysle: Dis. Ph.D.
tech. Sci. L. 1960.
11. VinkH. //Macromoleculare Chemie. 1966. Bd. 94. S. 1.
12. Vole K., Meyerhoff G. // Macromoleculare Chemie. 1961. Bd. 47. S. 168.
13. NeelyW.B.//J. Organ. Chem. 1961. Zv. 26. S. 3015.
14. Savage A.B. //Ind. Ing. Chem. 1957. Zv. 49. S. 99.
15. Allgen L. //J. Polymer Sci. 1954. Zv. 14, N 75,P. 281.
16. Podgorodetsky E.K. Technológia výroby filmov z
zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou. M: Umenie, 1953. 77 s.
Úvodp. 2
Získanie metylcelulózy strana 2
Príprava karboxymetylcelulózy strana 4
Vlastnosti roztokov metylcelulózy pp. 6
Vlastnosti vo vode rozpustnej metylcelulózy str. 8
Vlastnosti roztokov karboxymetylcelulózy pp. jedenásť
Vlastnosti metylcelulózy regenerovanej z roztokov
(filmy)s. 12
Vlastnosti Na-CMC regenerovaného z alkalického roztoku
(vo forme filmov) s. 15
Aplikácia metylcelulózy 16
Aplikácia karboxymetylcelulózy. 18
Po mnoho rokov sú tapety jedným z najbežnejších materiálov na dekoráciu interiéru. A najobľúbenejším prostriedkom na ich inštaláciu zostáva lepidlo CMC. Nielenže pevne a trvalo pripevňuje plátno k povrchu steny, ale má aj jednu dôležitú kvalitu: riedi sa vo vode takmer akejkoľvek teploty, čo nie je typické pre iné podobné kompozície. Je pozoruhodné, že v tomto prípade sa v lepiacej kvapaline nevytvárajú hrudky, zrazeniny a sediment. To je predurčené jeho technickými, výkonnostnými charakteristikami a vlastnosťami chemickej štruktúry.
Zlúčenina
Názov lepidla pochádza z jeho chemického zloženia. Základom je látka zvaná karboxymetylcelulóza. Pre uľahčenie výslovnosti a skrátenia názvu výrobcovia vytvorili skratku z prvých písmen každej z troch zložiek slova - KMC. Vonkajšie je lepidlo biely prášok, ktorého častice sú malé granule.
V poslednej dobe si získalo popularitu lepidlo na tapety CMC s pomocnými antiseptickými vlastnosťami. Táto vlastnosť bola vybavená špeciálnymi prísadami. Teraz lepiaca vrstva aktívne zabraňuje tvorbe a rastu plesní.
Nastal teda čas podrobnejšie zvážiť všetky technické vlastnosti lepiacej kompozície CMC:
- množstvo sušiny v štruktúre je od 57 %;
- celkový objem sušiny obsahuje najmenej 69 % aktívneho prvku;
- obsah chloridu sodného v sušine je 21 %;
- vlhkosť produktu - 12%;
- doba dôkladného napučiavania častíc, kým sa nevytvorí homogénna zmes, nie je dlhšia ako dve hodiny;
- pracovné vlastnosti hotového roztoku sa zachovajú 7 dní.
Je dôležité, aby zloženie lepidla na tapety CMC obsahovalo špeciálne prísady, ktoré mu dodávajú insekticídne vlastnosti a tiež zabraňujú jeho hnilobe. Lepidlo je však pre naše zdravie absolútne neškodné, pretože jeho zložky sú netoxické.
Často sa pridáva do zmesi na inštaláciu dlaždíc, ako aj do cementových a kriedových tmelov, čo výrazne zvyšuje ich lepiace vlastnosti a pevnosť.
Typy, ako si vybrať
Farba produktu je dôležitou vlastnosťou, ktorú by ste mali venovať pozornosť pri výbere produktu v obchode. Práškové lepidlo, vyrobené v súlade s normami GOST, je čisto biele. Tento produkt sa vyznačuje vynikajúcou kvalitou v spojení s vodou vytvára homogénnu zmes bez usadenín a hrudiek.
Žltý odtieň nie je prijateľný. Zvyčajne hovorí, že lepidlo je vyrobené domácim spôsobom bezohľadnými výrobcami. Takýto produkt má rovnakú kvalitu. Zvyčajne nespĺňajú normy lepiacej práce, takže výsledok môže byť veľmi sklamaním. Napríklad na papierovej tapete sa po zaschnutí objavia nepríjemné žlté fľaky, ktoré sa už nedajú odstrániť a všetku prácu s lepením tapety budete musieť opakovať.
Poradte! Napriek veľkému výberu tohto lepidla v železiarstvach si pred nákupom produkt dôkladne preštudujte. Venujte zvláštnu pozornosť jeho farbe.
Ak pristúpime k popisu CMC lepidla z hľadiska jeho účelu, potom je rozdelené do troch hlavných skupín:
- na inštaláciu svetlých tenkých tapiet;
- pre tapety strednej hmotnosti;
- pre hrubé, ťažké tapety.
Hrúbka a lepivosť zmesi a v dôsledku toho schopnosť pevne pripevniť ťažké pásy priamo závisí od množstva hlavnej látky v prášku - karboxymetylcelulózy. Ak je toho veľa, potom je riešenie viskóznejšie a dokonca aj ťažké vinylové tapety zostanú bezpečne na stene.
Výhody a hlavní výrobcovia CMC
Lepidlo na tapety CMC má okrem už spomínaných výhod (všestrannosť, extrémna jednoduchosť riedenia prášku, spoľahlivosť, ochrana pred mikróbmi a plesňami) tieto výhody:
- vzhľad škvŕn a škvŕn na povrchu tapety je vylúčený;
- odpudivý zápach úplne chýba;
- lepidlo sa veľmi ľahko pripravuje a používa;
- produkt je úspešne kombinovaný s inými chemickými zlúčeninami.
Výrobky tohto druhu, domáce aj zahraničné, sú široko zastúpené na trhu stavebných materiálov. Ruské lepidlo CMC má charakteristické vlastnosti, ako je prijateľná cena a uspokojivé vlastnosti. Zároveň sa zvyčajne napučiava za 2 hodiny, čo je prijateľné z hľadiska normy GOST.
Náklady na zahraničné výrobky sú oveľa vyššie. Súčasne je roztok pripravený rýchlejšie po 15 minútach po zriedení, môže byť už použitý na tapetovanie.
Jedným z najobľúbenejších výrobcov lepidiel na tapety KMC v Rusku je nepochybne Vympel Trade Center LLC, pôsobiaca v regióne Moskva. Všetky jej produkty sú vybavené potrebnými certifikátmi.
Vlastnosti použitia lepidla CMC
Pozrime sa, čo potrebujete vedieť o príprave lepiacej zmesi. Skúsenosti už overili, že v tomto postupe nie je nič zložité a každý je schopný vykonávať všetky akcie vlastnými rukami.
- Najprv si musíte pripraviť smaltovanú nádobu: vedro, umývadlo alebo niečo podobné. Vezmite pribalené lepidlo a pozrite sa na obal, kde nájdete návod na prípravu.
- Každé balenie obsahuje špeciálne informácie o množstve suchého lepidla a vody, ktoré je potrebné odobrať na správnu prípravu roztoku lepidla. Pri práci s tenkou tapetou sa zvyčajne odoberie 8 litrov vody na 500 g prášku. Ak chcete nalepiť hrubé plátna na rovnaké množstvo suchého lepidla, musíte si vziať 7 litrov vody.
- Voda by mala mať izbovú teplotu.
- Keď sme sa pozreli na pomer uvedený v pokynoch, začneme postupne nalievať lepidlo do vody, pričom tekutinu neustále intenzívne miešame.
- Nechajte roztok v pokoji po dobu uvedenú v pokynoch, počkajte, kým nebude úplne pripravený.
Poradte! Informácie o spotrebe hotovej lepiacej kompozície uvádza výrobca v príslušnom letáku na obale.
Balenie s hmotnosťou 500 g spravidla stačí na pokrytie plochy približne 50 metrov štvorcových.
Ako sme už povedali, mali by ste zvoliť typ CMC lepidla s takými technickými vlastnosťami, ktoré sú optimálne vhodné pre typ tapety, ktorú plánujete nalepiť.
Kde sa ešte používa lepidlo CMC?
Okrem vykonávania renovačných prác v domácnostiach je táto kompozícia vhodná na dokončovanie kancelárií, priemyselných priestorov, ako aj na výrobné účely:
- zlievareň;
- stavebníctvo, výroba dokončovacích a stavebných materiálov;
- chemický priemysel;
- banícky priemysel.
Obľúbenosť lepidla na tapety KMC z roka na rok neklesá, ak poznáte špecifiká práce s ním, ste vopred chránení pred možnými chybami a nedostatkami pri vykonávaní renovácií v byte.
Sodná soľ karboxymetylcelulózy (CMC) je najuniverzálnejšie chemické činidlo zo skupiny vo vode rozpustných koloidov. CMC je sodná soľ kyseliny celulózy a glykolovej získaná reakciou alkalickej celulózy s monochlóracetátom sodným.
Hotový CMC je jemnozrnný, vláknitý alebo práškový materiál, ktorý je bielej alebo krémovej farby. Technický NaCMC nemá toxické ani dráždivé účinky.
CMC má nasledujúce vlastnosti:
Zadržiavanie vody
Zvýšenie viskozity
Môže byť použitý ako spojivo
Modifikácia reologických vlastností
Suspenzia a stabilizácia disperzných roztokov
Povrchová absorpčná kapacita minerálov a iných častíc
Oblasti použitia:
Ako umelá náhrada prírodných vo vode rozpustných koloidov (napr. škrob) sa NaCMC používa v mnohých priemyselných odvetviach. Táto prevalencia je spôsobená jeho takmer jedinečnou vlastnosťou tvorby viskóznych homogénnych roztokov v studenom aj horúcom vodnom prostredí.
Najväčšie objemy CMC sa spotrebujú v nasledujúcich činnostiach:
- Výroba syntetických detergentov
Malý prídavok CMC do pracieho prášku alebo pracej pasty zabraňuje vracaniu čiastočiek nečistôt na povrch tkaniny počas prania a poskytuje vysoký stupeň čistoty (zvyšuje resorpčné vlastnosti).
- Ropný a plynárenský priemysel
V tomto odvetví sa CMC používa ako ochranný koloidný stabilizátor vo vysoko mineralizovaných ílových suspenziách počas vŕtania.
- Ťažobný a spracovateľský priemysel
CMC sa používa pri flotačnej koncentrácii medenoniklových a sylvinitových rúd.
- Textilný priemysel
Pomocou CMC sa dimenzuje základ látky. Nite ošetrené roztokom CMC sú menej náchylné na pretrhnutie počas procesu tkania, čo následne znižuje počet prestávok a zvyšuje efektivitu výroby tkania.
- Stavebný priemysel
CMC sa používa ako lepiaci materiál pri výrobe rôznych lepiacich roztokov, tmelov a pri výrobe vápennopieskových tehál ako suspenzný a spojivový prostriedok.
- Priemysel farieb
CMC sa používa ako zahusťovadlo
- V papierenskom priemysle
V tejto oblasti sa CMC používa ako lepiaci základ pre tapety na tapety, pri výrobe náterov na papier a ako prísada do papieroviny na zvýšenie pevnosti papiera.
- V zlievarni
CMC sa používa ako spojovací prvok na tyč.
- Pre biologický výskum
CMC sa používa ako voľná kyselina ako sorbitolový iónomenič.