Karboksimetilceluloza natriumi përdoret gjerësisht në industri, farmaceutikë dhe në prodhimin e ushqimit. Ky përbërës është bërë nga druri dhe është një material biologjikisht inert, domethënë nuk merr pjesë në proceset fiziologjike. Për shkak të vetive të veçanta të solucioneve me këtë komponent, viskoziteti i substancave dhe parametrave të tjerë teknikë mund të rregullohen.
Përshkrim
Karboksimetilceluloza e natriumit (CMC) është kripa e natriumit e acidit glikolik të celulozës. Emri kimik i përbërjes sipas nomenklaturës IUPAC është natriumi poli-1,4-β-O-karboksimetil-D-piranosil-D-glikopiranozë.
Formula empirike e karboksimetilcelulozës teknike të natriumit është: [C6H7 O 2 (OH) 3- x (OCH 2 COONa) x ] n. Në këtë shprehje, x është shkalla e zëvendësimit të grupeve CH2-COOH dhe n është shkalla e polimerizimit.
Formula strukturore është paraqitur në figurën më poshtë.
Vetitë
Në pamje, karboksimetilceluloza natriumi komerciale është një material fijor pluhur, me kokrriza të imta ose pa erë, me një densitet të madh prej 400-800 kg/m3.
Na-CMC ka karakteristikat e mëposhtme:
pesha molekulare e përbërjes - n;
tretet shpejt në ujë të nxehtë dhe të ftohtë, i patretshëm në vajra minerale dhe lëngje organike;
formon filma që janë rezistente ndaj vajrave, yndyrave dhe tretësve organikë;
rrit viskozitetin e solucioneve dhe u jep atyre tiksotropi - me një rritje të ndikimit mekanik, ndodh një ulje e rezistencës së rrjedhës;
thith avujt e ujit nga ajri mirë, kështu që substanca duhet të ruhet në dhoma të thata (në kushte normale përmban 9-11% lagështi);
përbërja është jo toksike, jo shpërthyese, por në një gjendje pluhuri mund të ndizet (temperatura e vetëndezjes +212 °C);
në tretësira shfaq vetitë e një polielektroliti anionik.
Kur temperatura ndryshon, viskoziteti laboratorik i karboksimetilcelulozës natriumi në tretësirë ndryshon shumë. Kjo është një nga karakteristikat më të rëndësishme të kësaj përbërje, e cila përcakton shtrirjen e zbatimit të saj. Një shkallë e lartë polimerizimi siguron viskozitet më të madh dhe anasjelltas. Në 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.
Natriumi karboksimetilceluloza ka gjithashtu përputhshmëri kimike me shumë substanca të tjera (niseshte, xhelatinë, glicerinë, rrëshira të tretshme në ujë, lateks). Kur nxehet në temperatura mbi 200 ° C, kripa dekompozohet në karbonat natriumi.
Faktori kryesor që ndikon në karakteristikat e kësaj përbërjeje është shkalla e polimerizimit. Tretësira, stabiliteti, vetitë mekanike dhe higroskopiteti varen nga pesha molekulare. Substanca prodhohet në shtatë shkallë sipas shkallës së polimerizimit dhe dy shkallë sipas përmbajtjes së substancës kryesore.
Faturë
Karboksimetilceluloza natriumi është prodhuar në një shkallë industriale që nga viti 1946. Prodhimi i CMC aktualisht përbën të paktën 47% të vëllimit të përgjithshëm të etereve të celulozës.
Lënda e parë kryesore për sintezën e kësaj përbërjeje është celuloza e drurit, polimeri organik më i zakonshëm. Përparësitë e tij janë çmimi i ulët, biodegradueshmëria, mungesa e toksicitetit dhe thjeshtësia e teknologjisë së përpunimit.
Karboksimetilceluloza natriumi prodhohet duke reaguar celulozën alkaline me C2H3ClO2 (acid monokloroacetik) ose kripën e saj të natriumit. Vitet e fundit po punohet për gjetjen e burimeve të reja për nxjerrjen e lëndëve të para (liri, kashtë, drithëra, jute, sizal dhe të tjera), pasi kërkesa për këtë material është vazhdimisht në rritje. Për të përmirësuar cilësinë e substancës, kripa e përfunduar lahet nga papastërtitë, aktivizohet celuloza ose ekspozohet ndaj rrezatimit të mikrovalës.
Karboksimetilceluloza natriumi: aplikime industriale
Për shkak të vetive të tij të veçanta, CMC përdoret për qëllimet e mëposhtme:
trashje e përbërjeve të ndryshme, xhelatinizimi;
lidhja e grimcave të imëta në filmat e bojës (formimi i filmit);
përdoret si agjent për mbajtjen e ujit;
stabilizimi i vetive fizike dhe kimike;
rritja e viskozitetit të solucioneve për të siguruar shpërndarje uniforme të përbërësve të tyre;
modifikimi i karakteristikave reologjike;
mbrojtje kundër koagulimit (ngjitja së bashku e grimcave të pezulluara).
Një nga konsumatorët më të mëdhenj të karboksimetilcelulozës natriumi është industria e naftës dhe gazit, ku ky përbërës përdoret për të përmirësuar performancën e lëngjeve të shpimit.
Substanca përdoret gjithashtu në prodhimin e produkteve teknike të mëposhtme:
detergjente;
produkte printimi;
zgjidhje për punimet e përfundimit të ndërtimit;
ngjitëse, materiale për përmasa;
përzierje ndërtimi të thata, çimento (për të parandaluar formimin e çarjeve);
bojëra dhe llaqe;
lëngje prerëse;
media forcuese të hekurudhave;
veshja e elektrodave të saldimit dhe të tjera.
Për të stabilizuar shkumën, karboksimetilceluloza natriumi përdoret në shuarjen e zjarrit, industrinë ushqimore dhe në prodhimin e parfumeve dhe qeramikës. Teknikët vlerësojnë se ky përbërës përdoret në më shumë se 200 fusha të teknologjisë dhe mjekësisë.
Veshje mbrojtëse
Një nga drejtimet premtuese është futja e nanogrimcave të sintetizuara nga suspensionet CMC si aditivë stabilizues në veshjet rezistente ndaj korrozionit. Kjo ju lejon të rrisni ngjitjen me materialin bazë, të përmirësoni vetitë fizike dhe mekanike të veshjes pa rritur ndjeshëm koston e përbërjes. Nanogrimcat formojnë mikrogrupe, duke bërë të mundur marrjen e kompozitave me veti teknike të vlefshme.
Avantazhi i këtij aditiv është gjithashtu se është miqësor me mjedisin dhe i biodegradueshëm. Prodhimi i tij nuk kërkon përdorimin e tretësve organikë, duke reduktuar kështu rrezikun e ndotjes së ujërave të zeza dhe atmosferës; nuk ka nevojë të përdorni pajisje të specializuara dhe një gamë të lartë temperaturash.
Suplement ushqimor
Karboksimetilceluloza natriumi përdoret si aditiv ushqimor (E-466) në një përqendrim jo më shumë se 8 g/kg. Substanca kryen disa funksione në produkte:
trashje;
stabilizimi i vetive;
mbajtja e lagështisë;
shtrirja e jetës së raftit;
ruajtja e fibrave dietike pas shkrirjes.
Më shpesh, ky përbërës shtohet në ushqime të shpejta, akullore, ëmbëlsira, marmelatë, pelte, djathë të përpunuar, margarinë, kos dhe peshk të konservuar.
Mjekësia dhe Kozmetologjia
Në industrinë farmaceutike, kripa e natriumit të karboksimetilcelulozës përdoret në grupe të tilla barnash si:
pika për sy, solucione injeksioni - për të zgjatur efektin terapeutik;
predha tabletash - për të rregulluar lirimin e substancës aktive;
emulsione, xhel dhe pomada - për të stabilizuar substancat formuese;
barnat antacid - si komponentë të shkëmbimit të joneve dhe komplekseve.
Në prodhimin e produkteve higjienike dhe kozmetike, ky përbërës përdoret në pastat e dhëmbëve, shampo, xhel për rruajtje dhe dush dhe kremra. Funksioni kryesor është stabilizimi i vetive dhe përmirësimi i strukturës.
Efekti në trupin e njeriut dhe të kafshëve
Natriumi karboksimetilceluloza është hipoallergjike, biologjikisht joaktive, jo kancerogjene dhe nuk dëmton funksionin riprodhues të organizmave të gjallë. Përdorimi si aditivë ushqimor në përqendrime të sigurta nuk çon në pasoja negative. Pluhuri nga përbërësi mund të shkaktojë acarim nëse bie në kontakt me sytë dhe traktin e sipërm respirator (MPC e aerosolit është 10 mg/m3).
UNIVERSITETI SHTETEROR TEKNOLOGJIK I INDUSTRIVE BIMORE
POLIMERET
RAPORT MBI PRAKTIKAT INXHINJERIKE
Metilceluloza dhe karboksimetilceluloza: vetitë e solucioneve dhe filmave
Kontrolluar nga: studiues i lartë, doktor i shkencave kimike
Alexander Mikhailovich Bochek
Plotësuar: Art. gr. 144
Tatishcheva Valentina Aleksandrovna
SHËN PETERSBURG 2003
Prezantimi
Metilceluloza është anëtari i parë i serisë homologe të derivateve të celulozës 0-alkil (etere). Sipas shkallës së zëvendësimit, eteret metil të celulozës mund të ndahen në me zëvendësues të ulët, të tretshëm në solucione ujore të alkaleve të forta me një përqendrim të caktuar dhe shumë të zëvendësueshëm, të tretshëm si në ujë ashtu edhe në tretës organikë. Eteret metil të celulozës mund të përftohen duke reaguar celulozën me reagjentë të ndryshëm alkilues: dimetil sulfat, klorur metil (ose metil jodur dhe bromid), diazometan, metil ester të acidit benzensulfonik. Aktualisht, metilceluloza (kryesisht e tretshme në ujë) është një produkt industrial.
Përgatitjet e 0-karboksimetilcelulozës, në varësi të shkallës së zëvendësimit, si dhe derivateve të tjerë 0-alkil, mund të ndahen në me zëvendësues të ulët dhe shumë të zëvendësueshëm. Përgatitja e preparateve CMC me një shkallë zëvendësimi γ më të madhe se 100, megjithatë, është shumë e vështirë për shkak të efekteve elektrostatike të zmbrapsjes së grupeve të ngarkuara në mënyrë të ngjashme (joni kloroacetat dhe grupi karboksimetil). Prandaj, preparatet CMC praktikisht "shumë të zëvendësuara" janë produkte që kanë një shkallë zëvendësimi γ = 50-100 dhe janë të tretshëm në ujë.
Marrja e metilcelulozës
Në industri, metoda më e përdorur për prodhimin e metilcelulozës është alkilimi i celulozës alkaline me klorur metil.
Procesi i alkilimit me alkil halidet ndodh në temperaturat 353-373 K. Meqenëse kloruri i metilit ka një pikë vlimi prej 248 K, reaksioni i alkilimit kryhet në autoklava nën presion të lartë.
Gjatë procesit të alkilimit, ndodhin reaksione anësore midis klorurit metil dhe alkalit për të formuar alkool dhe kripë, dhe midis alkoolit dhe klorurit metil për të formuar dimetil eter:
NaOH + CH 3 Cl + CH 3 OH → CH 3 OCH 3 + NaCl + H 2 O
CH 3 Cl+NaOH→CH 3 OH+NaCl
Prandaj, është e nevojshme të përdoret një tepricë e klorurit metil dhe një sasi e konsiderueshme e alkalit të ngurtë, pasi me rritjen e përqendrimit të alkalit zvogëlohet dekompozimi i klorurit të metilit.
Atomi i jodit është më i lehtë për t'u shkëmbyer (më i lëvizshmi), gjë që është për shkak të polarizimit të tij më të madh; megjithatë, jodidet alkil janë relativisht të shtrenjta. Kloridet dhe bromidet ndryshojnë pak në reaktivitet, kështu që në sintezat industriale ata preferojnë të përdorin klorur alkil më të aksesueshëm.
Shpejtësia e reaksionit përmes gjendjes së tranzicionit është proporcionale me përqendrimin e secilit reaktant. Duhet të supozohet se reaksioni i celulozës me klorur metil ndodh sipas skemës së mësipërme, d.m.th., është një reaksion bimolekular i zëvendësimit nukleofilik - S N 2.
Prodhimi i metilcelulozës shoqërohet me vështirësi të caktuara për shkak të konsumit të lartë të reagentëve, nevojës për të punuar nën presion etj. Prandaj, gjetja e mënyrave të reja për sintetizimin e metilcelulozës ka një rëndësi të madhe praktike. Nga ky këndvështrim, punimet duken interesante. Autorët përdorën estere të acideve sulfonike aromatike si agjentë alkilues, përkatësisht estere të acidit p-toluensulfonik, acidit toluen disulfonik, acidit benzen sulfonik dhe acidit naftalen sulfonik.
Alkilimi me këto etere vazhdon sipas skemës së mëposhtme:
C 6 H 7 O 2 (OH) 3 + xRSO 2 OSE "→ C 6 H 7 O 2 (OH) 3 (OR") x + xRSO 2 OH,
ku R= -C6H5, -CH3C6H4, -C10H7; R"= -CH 3, -C 2 H 5, etj.
U zbulua se me rritjen e gjatësisë së radikalit alkilues, shpejtësia e reagimit zvogëlohet. Bazuar në të dhënat eksperimentale, esteret e acidit sulfonik mund të renditen në seritë e mëposhtme sipas reaktivitetit:
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.
Më shpesh, dimetil sulfati (CH 3) 2 S0 4 përdoret për alkilimin e celulozës në kushte laboratorike, i cili ka një pikë vlimi prej 461 K dhe lejon marrjen e produkteve në presion normal. Por, pavarësisht kësaj, përdorimi i tij në prodhim është i kufizuar për shkak të toksicitetit të lartë. Formimi i eterit të celulozës në rastin e sulfatit dimetil mund të shprehet në formë të përgjithshme me ekuacionin e mëposhtëm:
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.
Njëkohësisht me reaksionin kryesor të alkilimit të celulozës, ndodh gjithashtu një reagim anësor i dekompozimit të sulfatit dimetil sipas skemës së mëposhtme:
(CH 3) 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2CH 3 OH.
Acidi sulfurik metil i formuar gjatë reaksionit kryesor mund të reagojë me alkoolin metil, duke dhënë eter dimetil dhe, në prani të alkalit të tepërt, sulfat Na:
Reaksioni i metilimit ndodh vetëm në një mjedis alkalik, i cili është padyshim për shkak të reagimit mbizotërues të celulozës në formën e një përbërjeje alkaline të disociuar.
Marrja e produkteve plotësisht të zëvendësuara duke metiluar celulozën duke përdorur këtë metodë has në vështirësi të konsiderueshme. Kështu, pas 18 - 20 operacioneve të metilimit të pambukut, Denham dhe Woodhouse përftuan një produkt që përmban 44,6% OCH 3 (vlera teorike për trimetilcelulozën 45,58% OCH 3), dhe Irvine dhe Hirst - me një përmbajtje 42 - 43% OCH 3; Pas metilimit 28-fish, Berl dhe Schupp morën një ester që përmban 44.9% OCH3.
Ekzistenca e reaksionit anësor të përshkruar më sipër është një nga arsyet pse është e vështirë të merret një produkt shumë i zëvendësuar. Dekompozimi i dimetil sulfatit gjatë prodhimit të metilcelulozës kërkon përdorimin e një tepricë të madhe të tij, e cila, nga ana tjetër, çon në nevojën për të përdorur një tepricë të madhe të alkalit, sepse reagimi i mediumit duhet të mbetet gjithmonë alkalik.
U zbulua se në një përqendrim më të lartë të alkalit është e mundur të merret një shkallë më e lartë e zëvendësimit të metilcelulozës. Ky fakt shpjegohet me arsye të ndryshme. Së pari, është treguar se shkalla e dekompozimit të sulfatit dimetil zvogëlohet me rritjen e përqendrimit të alkalit. Së dyti, mund të supozohet se me rritjen e përqendrimit të NaOH, ekuilibri në sistem zhvendoset djathtas.
C 6 H 7 O 2 (OH) 3 + Na + + OH − → C 6 H 7 O 2 (OH) 2 O − + Na + + H 2 O.
Megjithatë, në disa raste është e mundur të merret metilcelulozë shumë e zëvendësuar pa përsëritje të përsëritura të metilimit.
Kështu, Haworth et al., pasi kishin grimcuar më parë letrën filtri në një pluhur të imët dhe e pezulluan atë në aceton, përftuan një përmbajtje metoksili prej 45% pas metilimit 2-fish. Mënyra më e thjeshtë për të marrë një përmbajtje të lartë metoksili është duke tretur acetatin e celulozës së ricikluar në aceton dhe duke shtuar gradualisht dimetil sulfat dhe alkalin ujor. Në këtë mënyrë, një përmbajtje metoksili në produktin e reaksionit prej afër 45% mund të arrihet me një veprim.
Përgatitja e karboksimetilcelulozës
Na-karboksimetilceluloza me zëvendësim të ulët u përftua duke reaguar celulozën alkali me acid monokloroacetik në kushte të ndryshme. Për shkak të faktit se acidi kloroacetik është një substancë e ngurtë, kristalore dhe për prodhimin e produkteve me zëvendësim të ulët kërkohet në sasi të vogla në krahasim me celulozën, shpërndarja uniforme e përbërësve reagues të përzierjes është e një rëndësie të veçantë. Në një nga metodat, reagimi u krye duke trajtuar celulozën e tharë në ajër me një zgjidhje të kripës së natriumit të acidit monokloroacetik në një zgjidhje 17,5-18% NaOH në një modul të lëngshëm prej 5 (raporti i sasisë së lëngut në ml në masën e celulozës në g). Tretësira e kripës u përgatit përpara reaksionit duke tretur pjesën e duhur të acidit monokloroacetik në një alkali të një përqendrimi të tillë që pas neutralizimit të mbetej brenda vlerës së specifikuar.
Shkalla e zevendesimit te kripes Na me zevendesim te ulet te karboksimetilcelulozes percaktohet nga permbajtja e saj Na. Permbajtja e natriumit ne karboksimetilcelulozen mund te percaktohet me metoden gravimetrike ne forme sulfate, duke hedhur hi kampionin ne nje crucible, duke trajtuar hirin. me acid sulfurik dhe kalcinim në 973 K, ose me metodën volumetrike duke titruar përsëri alkalin e tepërt të acidit sulfurik në prani të bromofenol blu si tregues (rajoni i tranzicionit duhet të jetë në një mjedis acid në mënyrë që alkali të mos lidhet përsëri me grupet karboksil).
Tretshmëria, viskoziteti i tretësirave dhe vetitë e tjera të karboksimetilcelulozës varen kryesisht nga mënyra e përgatitjes së saj.
Ekzistojnë disa metoda të njohura për prodhimin e Na-CMC, bazuar në të njëjtin reagim:
Qelizë(OH) n + 2mNaOH + mCH 2 C1COOH →
Qeliza(OH) n - m (OSH 2 COONa) m + mNaCl + 2mH20,
por të bëra në modifikime të ndryshme. Prandaj, është me interes të krahasohen mostrat Na-CMC të marra nga e njëjta celulozë, por duke përdorur metoda të ndryshme.
Janë përdorur metodat e mëposhtme për marrjen e CMC.
1. Celuloza e mercerizuar me solucion NaOH 17,5% shtypet në masën 3 herë dhe përpunohet në një mulli të tipit Werner dhe Pfleiderer me kripë natriumi të thatë të acidit monokloroacetik (CH2C1COONa) në temperaturë 313 K për 30 minuta. Pastaj përzierja e reaksionit u mbajt në kushte stacionare në 295 K për 24 orë në një enë të mbyllur. Gjatë kësaj kohe, ndodh shkatërrimi oksidativ-alkalik i celulozës: shkalla e polimerizimit zvogëlohet nga 1200 në 300-400 dhe tretshmëria e mostrave të CMC në ujë përmirësohet. Sipas kësaj metode, alkilimi ndodh në përqendrime maksimale të masave aktive (celulozë dhe acid monokloroacetik), duke rezultuar në një shkallë të lartë alkilimi. Megjithatë, kushtet për përzierjen e përbërësve të reaksionit nuk janë të favorshme për marrjen e mostrave të Na-CMC të alkiluara në mënyrë uniforme.
P. Celuloza e tharë në ajër u trajtua me një tretësirë të kripës së natriumit të acidit monokloroacetik në një zgjidhje 18% NaOH në një modul të lëngshëm prej 5 dhe një temperaturë prej 313 K. Shkatërrimi oksidativ-alkalin u krye në metodën e përshkruar më sipër 1 pas duke shtrydhur përzierjen e reaksionit në
3 herë më shumë se masa e celulozës. Kjo metodë karakterizohet nga depërtimi uniform i reagentit alkilues - acidit monokloroacetik - në fibrat celuloze gjatë fryrjes, gjë që bën të mundur marrjen e produkteve të zëvendësuara në mënyrë uniforme. Megjithatë, siç është treguar, shumica e sasisë së marrë të CH 2 ClCOOH shkon në reagimin anësor të saponifikimit të tij.
III. Celuloza u mercerizua me një zgjidhje 18% NaOH. Alkaliceluloza, e shtypur në masën 5 herë të saj, u la në një hinkë Buchner me propanol (me infuzion) për të hequr NaOH dhe ujin e tepërt. Propanolit iu shtua moduli i dëshiruar dhe tuli vendosej në mulli. Pas 10 minutash bluarje, u shtua kripë e thatë CH 2 ClCOONa. Reagimi u krye në temperaturë konstante. Duke përdorur këtë metodë, madhësia e reaksionit anësor të saponifikimit të CH 2 ClCOONa reduktohet në minimum, duke rritur kështu efikasitetin e përdorimit të reagentit alkilues. Në të gjitha rastet, mostrat CMC u lanë me etanol të nxehtë 70% në një aparat Soxhlett deri në reaksion negativ për NaOH me fenolftaleinë dhe për Cl - me tretësirë AgNO 3.
Siç mund ta shihni, shkalla më e lartë e zëvendësimit me të njëjtën sasi të CH 2 C1COOH arrihet duke përdorur metodën III - në një mjedis propanol. Kjo shpjegohet qartë me një ulje të konsumit të CH 2 ClCOOH për reaksionin e saponifikimit anësor.
Vetitë e tretësirave të metilcelulozës
Tretshmëria e metilcelulozës me zëvendësim të ulët në ujë në temperaturën e dhomës dhe më poshtë dhe përbërja e fraksioneve që hyjnë në tretësirë varen nga shkalla e zëvendësimit të saj, homogjeniteti dhe shkalla e polimerizimit.
Në tabelë Tabela 1 paraqet të dhëna për përcaktimin e tretshmërisë së preparateve të ndryshme metilcelulozë në ujë. Kur analizohen të dhënat në tabelë, para së gjithash tërheq vëmendjen rrethanat e mëposhtme: tretshmëria e metilcelulozës në ujë është shumë e ulët, madje edhe me një përmbajtje relativisht të lartë të metoksileve (për metilcelulozat me shkallë të lartë polimerizimi). Metilcelulozat, të cilat kanë një shkallë më të ulët polimerizimi, janë më të tretshme.
Metoda e prodhimit të metilcelulozës është një faktor i rëndësishëm që përcakton kufijtë e tretshmërisë së metilcelulozës në një tretës të veçantë.
Kur prodhohet metilcelulozë në tretësirë, struktura origjinale kristalore shkatërrohet dhe një rrjetë e re nuk ndërtohet menjëherë kur rigjenerohet nga tretësira (në kushte të veçanta), kështu që produkti rezulton të jetë amorf dhe, për rrjedhojë, më lehtë i tretshëm. Me rëndësi të madhe është disponueshmëria e ndryshme e celulozës, për shkak të së cilës përftohet një përzierje e produkteve të reaksionit, shkalla e zëvendësimit të së cilës është e ndryshme. Ky heterogjenitet çon në një ulje të sasisë së substancës së tretshme.
Një efekt shumë interesant është efekti i ngrirjes, i cili manifestohet në një rritje të konsiderueshme të tretshmërisë.
Tabela 1.
Tretshmëria e metilcelulozës në ujë
Numri i mostrës |
Tretshmëria, % e mostrës absolutisht të thatë |
Tretshmëria, % e kampionit origjinal |
Përmbajtja e OSSN3 në pjesën e pazgjidhur,% | Përmbajtja e OCH3 në pjesën e tretur, % | |||
| Para ngrirjes | Para ngrirjes | Pas ngrirjes dhe shkrirjes | |||||
| 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 |
Në tabelë Tabela 2 paraqet të dhëna mbi tretshmërinë e metilcelulozës me zëvendësim të ulët në 6,5% NaOH. Në ndryshim nga shpërbërja në ujë, metilceluloza tashmë në një shkallë zëvendësimi prej rreth 5 tretet me 95% pas ngrirjes në një zgjidhje 6.5% NaOH. Kur ngrihet metilceluloza me zëvendësim të ulët, shkalla mesatare e polimerizimit (në rastin e produkteve relativisht të larta molekulare DP = 1100-1200) zvogëlohet në afërsisht 1000. Produktet e marra nga celuloza e degraduar më parë (nga shkatërrimi oksidativ-alkalik) dhe që kanë një DP prej rreth 400, pas ngrirjes, pothuajse nuk e ndryshojnë peshën e saj molekulare.
U studiuan tretësirat e metilcelulozës me zëvendësim të ulët me një përqendrim 1-2%. të cilat mund të klasifikohen si tretësira të koncentruara. Duhet të theksohet se koncepti i tretësirave "të koncentruara" të substancave me molekulare të lartë në kuptimin e përqendrimit është i kushtëzuar dhe ndryshon dukshëm nga koncepti i zakonshëm i tretësirave të përqendruara.
tabela 2
Tretshmëria e metilcelulozës me zëvendësim të ulët në tretësirë 6,5% NaOH
| Numri i mostrës | Shkalla e zëvendësimit | Përmbajtja e OCH3 në metilcelulozë, % | Tretshmëria, % e kampionit origjinal | |
| Në 291 K | Pas ngrirjes dhe shkrirjes | |||
| 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 | E pa përcaktuar | 98,0 |
| 6 | 30,4 | 5,5 | E pa përcaktuar | 99,2 |
| 7 | 24,3 | 4,4 | 0,5 | 99,0 |
| 8 | 22,7 | 4,1 | E pa përcaktuar | 98,5 |
| 9 | 16,6 | 3,0 | E pa përcaktuar | 96,0 |
| 10 | 11,6 | 2,1 | E pa përcaktuar | 95,3 |
| 11 | 9,4 | 1,7 | E pa përcaktuar | 95,1 |
| 12 | 6,6 | 1,2 | E pa përcaktuar | 48,0 |
| 13 | 1,3 | 0,25 | E pa përcaktuar | 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 |
Në kiminë e përbërjeve me molekulare të lartë, tretësirat e përqendruara janë ato në të cilat ka ndërveprim midis grimcave individuale të një substance të shpërndarë. Si rezultat i këtij ndërveprimi, tretësirat e substancave me molekulare të lartë tregojnë një numër devijimesh nga ligjet karakteristike të lëngjeve normale. Këto devijime ndodhin tashmë në solucione relativisht të holluara 0,3-0,5%.
Tretësirat e studiuara të metilcelulozës me zëvendësim të ulët kishin një përqendrim dukshëm më të lartë se vlerat e treguara dhe një shkallë mjaft të lartë të polimerizimit të molekulave të zinxhirit, kështu që ato mund të klasifikohen si zgjidhje të përqendruara.
Si rregull, tretësirat e koncentruara të etereve të celulozës janë mjaft të qëndrueshme me kalimin e kohës. Ky apo ai ndryshim në viskozitetin e zgjidhjeve të tilla me kalimin e kohës përcaktohet nga ndikimi i një numri faktorësh, përkatësisht: një ndryshim në shkallën e esterifikimit të produktit të tretur, një ndryshim në shkallën e tretjes dhe mundësia e formimit të strukturave tre-dimensionale.
Ne do të shqyrtojmë më në detaje vetitë e metilcelulozës së tretshme në ujë.
Vetitë e metilcelulozës së tretshme në ujë
Me një rritje të shkallës së metilimit në γ = 50, higroskopia e esterit që rezulton rritet. Kjo shpjegohet me faktin se në makromolekulat e celulozës ka ngopje të ndërsjellë të shumicës së grupeve hidroksil me formimin e lidhjeve hidrogjenore.
Kur arrihet një shkallë më e lartë e zëvendësimit në rajonin prej 26,5-32,5% të përmbajtjes së grupeve metoksile, metilceluloza shpërndahet në ujë. Me një rritje të mëtejshme të grupeve metoksile në 38% e lart, ai humbet tretshmërinë e tij në ujë (në temperaturën e dhomës dhe më lart). Produktet shumë të metiluara janë gjithashtu të tretshëm në tretës organikë.
Tretësirat ujore të metilcelulozës (γ = 160-200), si në rastin e metilcelulozës me zëvendësim të ulët, nuk janë të qëndrueshme.
Kur tretësirat nxehen, tretshmëria përkeqësohet derisa polimeri precipiton. Kufiri i sipërm i qëndrueshmërisë së temperaturës së tretësirës është 313-333 K për një produkt të tillë (në varësi të DP dhe përqendrimit). Ky fenomen shpjegohet me formimin e një "komponimi hidroksoni" të grupit alkoksi me ujë, i cili shkatërrohet kur temperatura rritet, duke çuar në reshjet e polimerit.
Mundësia e transferimit të metilcelulozës së tri-zëvendësuar në një tretësirë (ujore) u tregua (trimetilceluloza më parë ishte reprecipituar me eter nafte nga një zgjidhje në kloroform). Kufiri i sipërm i qëndrueshmërisë së temperaturës së një tretësire të trimetilcelulozës në ujë në një përqendrim prej rreth 2% është 288 K. Tretësira të tilla kanë veti të mira filmformuese. Filmat e formuar në një tharëse mbi P 2 0 5 në temperaturë të ulët kanë qëndrueshmëri në tërheqje (5-7). 10 7 N/m 2.
Fakti që trimetilceluloza mund të tretet në ujë tregon drejtpërdrejt aftësinë e grupeve OCH 3 për të hidratuar. Humbja e trimetilcelulozës nga tretësira me një rritje të lehtë të temperaturës tregon një shumë të ulët
forca e këtyre lidhjeve. Me një rritje të proporcionit të grupeve hidroksil në eter, d.m.th., me një ulje të γ në 160, kufiri i sipërm i qëndrueshmërisë së temperaturës së tretësirës rritet në 313-333 K. Këto përfundime u konfirmuan nga studimet e homologut të metilcelulozë - etilcelulozë. Etilceluloza shumë e zëvendësuar (γ=200) sillet në mënyrë të ngjashme me trimetilcelulozën për sa i përket tretshmërisë në ujë. Në kushte normale, ajo tretet në ujë vetëm pak - me 9%.
EC i ri-precipituar është praktikisht i pazgjidhshëm në temperaturën e dhomës, por në 273 K tretshmëria e tij në ujë është 50-60%. Kështu, u krye fraksionimi i EC "shumë të zëvendësuar", si rezultat i të cilit u përftuan fraksionet e mëposhtme: të reprecipituara, të tretshme dhe të patretshme në ujë. Për të karakterizuar pjesën e EC të tretur në ujë dhe për të shpjeguar arsyet e kalimit të vetëm një pjese të substancës në një tretësirë ujore, të gjitha fraksionet u karakterizuan nga përmbajtja e grupeve OC 2 H 5, nga vlera e viskozitetit të brendshëm, si. si dhe me metodat e spektroskopisë IR. Rezultatet janë paraqitur në tabelë. 3.
Tabela 3
Karakteristikat e fraksioneve të etilcelulozës
Tretësirat ujore të EC me γ = 220 mund të përftohen në një përqendrim jo më shumë se 1,4%.Tretësirat me përqendrim jo më të lartë se 0,8% janë transparente dhe të qëndrueshme me kalimin e kohës në temperatura të ulëta. Turbullira e një tretësire 0.82% fillon të rritet jashtëzakonisht në temperatura mbi 279 K. Në rastin e një tretësire më të koncentruar, një rritje e mprehtë e turbulltisë ndodh në një temperaturë më të ulët.
Kështu, EC karakterizohet nga i njëjti model si MC: me një rritje të shkallës së zëvendësimit, kufiri i qëndrueshmërisë së temperaturës së tretësirës zvogëlohet (siç dihet, EC i zakonshëm i tretshëm në ujë me γ = 100, si MC, mpikset kur nxehet në 323-333 K) . Prandaj, ka shumë të ngjarë të supozojmë se grupet -OS 2 H 5 marrin pjesë në bashkëveprimin e KE me ujë.
Në zgjidhjet ujore, metilceluloza shfaq vetitë e substancave të larta molekulare jonionike. Viskoziteti i brendshëm në këto zgjidhje ka të bëjë me peshën molekulare nga marrëdhënia Kuhn-Mark:
Për të përcaktuar ndryshimin në viskozitetin e brendshëm në varësi të peshës molekulare dhe për të përcaktuar konstantet e këtij ekuacioni, Vink kreu shkatërrimin e metilcelulozës nga hidroliza acidike.
Metilceluloza u pastrua paraprakisht nga reshjet nga një zgjidhje ujore-etanol me eter. Shkalla e zëvendësimit të celulozës origjinale ishte 1.74 dhe shkalla e polimerizimit ishte 2000.
Bazuar në matjet e vlerave të peshës molekulare absolute duke përdorur osmometrinë dhe përcaktimin e grupeve fundore, u vendos varësia e viskozitetit të brendshëm të fraksioneve të metilcelulozës që rezultojnë nga pesha e saj molekulare (ose shkalla e polimerizimit Py):
Vincom zbuloi se viskoziteti karakteristik i metilcelulozës nuk varet nga prania e një elektroliti të huaj - acidi - në tretësirë.
Duhet të theksohet se autorë të tjerë (të cilët përcaktuan peshat molekulare absolute duke përdorur sedimentimin në një ultracentrifugë dhe shpërndarjen e dritës) morën vlera paksa të ndryshme për eksponentin "a" në ekuacionin Kuhn-Mark për metilcelulozën. Kështu, në veprën a = O.63 dhe në a = 0.55.. Vetë autorët i shpjegojnë këto mospërputhje me aftësinë e lartë të metilcelulozës për t'u grumbulluar në tretësirat ujore.
Vetitë e tretësirave të karboksimetilcelulozës
Të dhënat mbi tretshmërinë e preparateve të ndryshme karboksimetilcelulozë tregojnë se CMC me zëvendësim të ulët pas ngrirjes shpërndahet pothuajse plotësisht edhe në një vlerë të ulët γ (rreth 2).
Kështu, efekti i zëvendësimit shumë të vogël dhe temperaturave të ulëta në tretshmërinë e këtyre derivateve të celulozës konfirmohet plotësisht.
Tretshmëria e karboksimetilcelulozave me zëvendësim të ulët në alkali dhe efikasiteti i monokloroacetatit të natriumit mund të rritet duke bluar thatë celulozën përpara reagimit. Tretshmëria e preparateve karboksimetilcelulozë me zëvendësim të ulët mund të rritet gjithashtu duke ulur shkallën e polimerizimit nga shkatërrimi oksidativ në një mjedis alkalik. Në këtë rast, pas përfundimit të reaksionit, i cili kryhet për 4 orë në 313 K, CMC shtrydhet në masën 2,6-2,8 herë, grimcohet dhe i nënshtrohet "pjekjes", d.m.th., shkatërrimit oksidativ-alkalik. Pas një kohe të caktuar "pjekjeje", Na-CMC lahet me ujë derisa të neutralizohet dhe të thahet. Në këtë mënyrë fitohet Na-CMC i cili ka tretshmëri të plotë në alkali në γ = 10-12 dhe jep tretësirë 6-8%.
U hetua qëndrueshmëria e tretësirave të karboksimetilcelulozës me zëvendësim të ulët pas hollimit.
Tretësirat CMC të përgatitura me ngrirje në sodë kaustike 4 dhe 6% u holluan disa herë me ujë të distiluar, pas së cilës u vu re përqendrimi minimal i alkalit, që korrespondon me shfaqjen e turbullirës ose lëshimit të një precipitati. Të dhënat nga këto eksperimente treguan se tretësirat e Na-karboksimetilcelulozës me zëvendësim të ulët sillen mjaft të qëndrueshme edhe kur hollohen në një përqendrim shumë të ulët të alkalit, deri në 0.5%. Kjo rrethanë është shumë e rëndësishme kur përgatitni solucione të kripës Na të karboksimetilcelulozës për qëllime praktike, për shembull, për përfundimin e pëlhurës.
Puna hetoi efektin e temperaturës në viskozitetin e tretësirave ujore të Na-CMC, si dhe metilcelulozës, hidroksietilcelulozës dhe metilkarboksimetilcelulozës.
Marrëdhëniet temperaturë-viskozitet për tretësirat ujore të etereve të celulozës kanë një rëndësi të madhe praktike, pasi përdorimi i tyre në shumë raste varet nga kjo.
Savage mori një varësi lineare të viskozitetit nga temperatura për zgjidhjet Na-CMC në një shkallë koordinative gjysmë logaritmike. Varësia e viskozitetit nga temperatura gjatë ftohjes së kundërt të zgjidhjeve të tilla shprehet me një vijë të drejtë që shtrihet pak më e ulët se e para. Këto eksperimente konfirmojnë natyrën histeretike të ndryshimeve në viskozitetin e tretësirave Na-CMC nën ndikimin e temperaturës.
Ulja e viskozitetit është padyshim pasojë e shkallës shumë të ulët të relaksimit në sisteme të tilla me molekulare të lartë si një zgjidhje ujore e Na-CMC. Koha që duhet për të vendosur ekuilibrin në to mund të jetë shumë e gjatë, në mënyrë që gjatë periudhës së matur kohore sistemi të mos ketë kohë të kthehet në gjendjen e tij origjinale. Nuk mund të përjashtohet mundësia e disa degradimit të molekulave gjatë ngrohjes, gjë që, natyrisht, duhet të çojë në ndryshime të pakthyeshme në viskozitet.
Idetë moderne për zgjidhjet e derivateve të celulozës në tretës të ndryshëm bazohen në faktin se këto substanca formojnë zgjidhje të vërteta në të cilat makromolekulat janë kinetikisht të lira. Sidoqoftë, kjo nuk përjashton faktin që nëse produkti industrial i esterifikimit të celulozës është jashtëzakonisht heterogjen në shkallën e esterifikimit, atëherë fraksionet e tij individuale do të jenë dobët të tretshme. Si rezultat, tretësira, së bashku me shumicën e substancës së shpërndarë molekularisht, mund të përmbajë gjithashtu mbetje të strukturës së celulozës origjinale.
Tretësirat e përqendruara të karboksimetilcelulozës, si tretësirat e shumë përbërjeve të tjera me molekulare të lartë, nuk janë lëngje njutoniane.
Tretësirat Na-CMC kanë një anomali të konsiderueshme të viskozitetit. Një tipar karakteristik i tretësirave të tij reale është edhe prania e grimcave të ndryshme jo-molekulare të shpërndara dhe agregateve të makromolekulave, veçanërisht në prani të kationeve shumëvalente. Prandaj, si në matjet viskometrike ashtu edhe osmometrike të shkallës së polimerizimit (DP), është e nevojshme të merren parasysh këto veçori dhe përbërja aktuale e tretësirës dhe, para matjeve të tilla, të veçohen fraksionet që ndërhyjnë në marrjen e rezultateve të sakta.
Gjatë studimit të solucioneve ujore të Na-CMC me një përqendrim nga 0,0025 në 0,1 g / l, puna mori të dhëna që tregojnë një polaritet të konsiderueshëm të molekulave të tij. Të dhënat e mësipërme karakterizojnë karboksimetilcelulozën si një substancë që ka një numër të vetive të natyrshme në shumë polielektrolite. Prania e një çift rrotullues të madh elektrik, siç duket, duhet të përcaktojë në një numër rastesh mundësinë e shfaqjes së adsorbimit elektrostatik. Sidoqoftë, nëse marrim parasysh grumbullimin e molekulave CMC me rritjen e përqendrimit të tij në tretësirë dhe shqyrtimin e ngarkesave të tij, duhet të theksohet se adsorbimi elektrostatik mund të shfaqet kryesisht në tretësira të holluara.
Vetitë e metilcelulozës (filmave) të rigjeneruar nga tretësirat
E tretur në ujë dhe në solucione ujore-alkaline, metilceluloza me shkallë të ndryshme zëvendësimi mund të rigjenerohet prej tyre në formën e filmave. Prodhimi i filmave të metilcelulozës me zëvendësim të ulët, të tretshëm në alkali, kryhet me metodën "e lagësht" - me koagulim në banjat e reshjeve të zgjedhura posaçërisht. Rezultate të kënaqshme janë marrë me banjot e reshjeve të përbëra nga një tretësirë e sulfatit të amonit (NH 4) 2 SO 4 (100 g/l).
Efekti i banjës së reshjeve të sulfatit të amonit mund të shprehet si më poshtë:
2NaOH + (NH 4) 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2NH 3 + 2H 2 0.
Për shkak të një ndryshimi në përbërjen e tretësit dhe dehidrimit të pjesshëm të metilcelulozës së tretur, zinxhirët e saj afrohen më shumë dhe i nënshtrohen tranzicionit të qelqit, d.m.th., formimit të një filmi shumë të fryrë.
Kur një film formohet në një substrat të ngurtë, për shkak të një tensioni të caktuar (si rezultat i forcave ngjitëse), shfaqet një strukturë e orientuar nga aeroplanët. Në të njëjtën kohë, në një film të formuar fllad, për shkak të gjendjes së tij shumë të fryrë, disa lëvizshmëri të zinxhirëve është e mundur për shkak të lëvizjes termike. E gjithë kjo përfshin procese relaksimi, d.m.th., kthimi i strukturës së filmit në pozicionin më të qëndrueshëm, që korrespondon me gjendjen izotropike. Për shkak të rrethanave të mësipërme, kur një film metilcelulozë formohet në xhami nga zgjidhja e tij alkaline, dimensionet e filmit zvogëlohen përgjatë planit dhe trashësia e tij rritet.
Për sa i përket forcës mekanike, filmat e tretshëm alkali janë afër filmave konvencionale të plastifikuar të celofanit, pasi ato kanë
Forca elastike në drejtimin gjatësor (6.8-8.8). 10 7 N/m 2, zgjatim në thyerje rreth 20%.
Të dhënat mbi higroskopicitetin dhe thithjen e ujit të filmave të metilcelulozës së zëvendësuar me pak, të paraqitura në tabelë. 4 tregojnë se
Tabela 4
Higroskopiciteti dhe thithja e ujit të filmave metilcelulozë
higroskopia dhe thithja e ujit e filmave metilcelulozë arrijnë vlera të mëdha, të cilat varen kryesisht nga shkalla e esterifikimit të metilcelulozës origjinale; Një rritje në përmbajtjen e grupeve OCH 3 në produktin fillestar sjell një rritje të higroskopisë dhe vetive të fryrjes së filmave metilcelulozë në ujë.
Në punim u studiua struktura e metilcelulozës së rigjeneruar dhe lidhja e saj me vetitë fizike dhe mekanike të filmave. Për qëllime krahasimi, u studiuan filmat e metilcelulozës me zëvendësim të ulët dhe metilcelulozës me zëvendësim të lartë, deri në 3. Filmat e të njëjtës metilcelulozë me zëvendësim të lartë u morën nga zgjidhje të tilla dramatike të ndryshme si uji dhe tretësit organikë. Ky krahasim është me interes të veçantë, sepse na lejon të nxjerrim një përfundim në lidhje me strukturën e rrjetës së metilcelulozës gjatë rigjenerimit nga tretësira, në varësi jo vetëm nga shkalla e zëvendësimit, por edhe nga tretësi. Për këtë qëllim, u përftua metilcelulozë me një shkallë të lartë zëvendësimi (afër 3), e aftë për t'u tretur si në ujë ashtu edhe në kloroformin organik të tretësit. Filmat nga solucionet ujore dhe tretësirat në kloroform janë marrë duke hedhur në xhami dhe duke avulluar tretësin.
Filmat nga një zgjidhje ujore e metilcelulozës (γ = 180), të marra nga avullimi i ngadaltë i tretësit në temperaturën e dhomës, kanë një strukturë amorfe. Sidoqoftë, me një shkallë kaq të lartë zëvendësimi në kushte të caktuara, mundësia e renditjes së strukturës së metilcelulozës në filmat e përfunduar është mjaft e mundshme. Të tilla kushte rezultuan të ishin ngrohja e filmave në një ambient që shkakton ënjtje. Kështu, tashmë zierja e filmit në ujë (metilceluloza është e pazgjidhshme në ujë të nxehtë) për 30 minuta shkakton një rritje të dukshme të rendit. Ngrohja e filmit në glicerinë në një temperaturë prej 473 K shkakton renditje edhe më të madhe.
Me interes të veçantë është formimi i filmave nga solucionet ujore të metilcelulozës në temperatura të ngritura. Kur një film zihet në ujë, përveç porosisë, struktura ngjesh dhe shkatërrohen defekte të ndryshme të brendshme, gjë që me sa duket shpjegon rritjen.
forca e filmit.
Formimi i filmave në 343 K çon në një rritje të konsiderueshme të elasticitetit, gjë që mund të shpjegohet me një konfigurim më të palosur të makromolekulave, pasi uji i nxehtë nuk është një tretës për metilcelulozën.
Duke kaluar në shqyrtimin e strukturës së filmave trimetilcelulozë, duhet të vërejmë një veçori interesante të këtij eteri. Trimetilceluloza është në gjendje të shpërndahet jo vetëm në tretës organikë, por edhe në ujë të ftohtë (T = 273 K). Struktura e filmave trimetilcelulozë si një polimer stereorregullt karakterizohet nga kristalinitet i lartë. Uji është një tretës v për trimetilcelulozën, kështu që filmat e formuar nga një tretësirë ujore janë më pak kristalore.
Ekzaminimi mikroskopik elektronik i sipërfaqes së filmave MC dhe i sipërfaqes së patate të skuqura të marra si rezultat i thyerjes së filmit përgjatë boshtit të vizatimit në temperaturën e azotit të lëngshëm bëri të mundur vendosjen e detajeve në shkallë më të vogël të strukturës së filmit. Në raportet e tërheqjes λ≤2.0, sipërfaqja e filmave të orientuar mbetet mjaft e lëmuar dhe e barabartë. Struktura fibrilare, e dukshme në një mikroskop optik, nuk zbulohet nga mikroskopi elektronik. Në λ≈2,2-2,5, në sipërfaqen e filmave shfaqet një reliev, i formuar nga brazda mjaft të rregullta dhe të zgjatura 0,2-0,4 µm të gjera, të drejtuara pingul me boshtin e vizatimit. Kur skanoni pingul me boshtin e kapakut (Fig. 1), palosjet tërthore me gjerësi 0,3-0,5 µm janë të dukshme dhe në disa zona gjenden delaminime në formën e mikroçarjeve me gjerësi 0,1-0,2 µm dhe gjatësi 1,0-1,5 µm, i drejtuar paralelisht me boshtin e kapuçit. Gjatë skanimit paralel me boshtin e shtrirjes, përveç strukturës së palosur, bëhen të dukshme edhe parregullsitë me orientim mbizotërues përgjatë boshtit të shtrirjes. Ekzaminimi i sipërfaqes së copëtuar zbulon praninë e një strukture poroze; madhësia e poreve varion nga 0,1 në 1,0 μm.
Vetitë e rigjeneruara nga tretësira alkaline Na -KMC (në formë filma)
Për shkak të mundësisë së marrjes së zgjidhjeve viskoze të karboksimetilcelulozës me zëvendësim të ulët me një shkallë mjaft të lartë polimerizimi, u përgatitën filma dhe u studiuan vetitë e tyre.
Formimi i filmit u krye sipas teknikës së përdorur për tretësirat e metilcelulozës. Në tabelë Figura 5 tregon të dhënat mbi forcën mekanike të filmave. Filmat e bërë nga karboksimetilcelulozë me zëvendësim të ulët kishin forcë të mirë mekanike, por elasticitet të ulët; Zgjatja në thyerje e këtyre filmave ishte vetëm 5-6%.
Tabela 5
Rezistenca në tërheqje e filmave karboksimetilcelulozë me zëvendësim të ulët
| Numri i mostrës | Shkalla e zëvendësimit γ | Përqendrimi i tretësirës, % | Rezistenca në tërheqje σ. 10 -7, |
Tension në pushim % |
| 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_ | - |
Të dhënat mbi higroskopinë dhe thithjen e ujit të filmave të bërë nga karboksimetilcelulozë me zëvendësim të ulët janë paraqitur në Tabelën 6. Higroskopia u përcaktua duke mbajtur filmat në një atmosferë me një lagështi relative prej 80%; thithja e ujit u mat duke njomur filmat në ujë të distiluar për dy ditë në 293 K.
Tabela 6
Higroskopia dhe thithja e ujit të filmave të bërë nga zëvendësues të ulët
karboksimetilcelulozë
Siç mund të shihet nga tabela. 6, higroskopia dhe thithja e ujit të filmave karboksimetilcelulozë me zëvendësim të ulët rritet me shpejtësi pasi
duke rritur shkallën e zëvendësimit të produktit. Ndikimi i shkallës së zëvendësimit në thithjen e ujit të filmave është veçanërisht i dukshëm.
Efekti i rritjes së vetive hidrofile të celulozës me futjen e një sasie të vogël të radikalëve të rëndë në të shpjegohet, siç u përmend tashmë, me faktin se në fazën fillestare të esterifikimit ka një rishpërndarje të forcës së lidhjeve hidrogjenore në struktura tërthore e fibrës, e karakterizuar nga grumbullimi i lidhjeve më të dobëta.
Aplikimet e metilcelulozës
Përgatitjet metilcelulozë të tretshme në ujë (γ = 150-200) morën rëndësinë më të madhe. Këto produkte kanë një kompleks të vetive teknike të vlefshme dhe prodhohen industrialisht në formën e kokrrizave të vogla ose pluhurit të bardhë ose pak të verdhë. Ata janë praktikisht pa erë dhe pa shije. Në temperaturën 433 K ato ngjyrosen dhe dekompozohen. Tretësirat ujore të metilcelulozës japin një reaksion neutral.
Në shumicën e rasteve, metilceluloza përdoret për të trashur mjedisin ujor. Efektiviteti i trashjes varet nga viskoziteti (d.m.th., shkalla e polimerizimit). Metilceluloza lejon që substancat e patretshme në ujë të shndërrohen në një gjendje të qëndrueshme të shpërndarë imët në një mjedis ujor, pasi formon shtresa mbrojtëse monomolekulare hidrofile rreth grimcave individuale.
Vetitë e vlefshme të metilcelulozës janë efekti i saj i lartë lidhës për pigmentet, ngjitja e lartë e thatë dhe aftësia për të formuar filma. Këto veti interesante përdoren në përgatitjen e bojrave dhe ngjitësve me bazë uji. Metilcelulozat me viskozitet të ulët janë veçanërisht të përshtatshme për këtë qëllim, pasi ato mund të aplikohen në një shumëllojshmëri të gjerë të nënshtresave.
Në industrinë e tekstilit, metilceluloza përdoret si një agjent për përmasat për deformimet e leshit dhe për përfundimin e butë të pëlhurave për të arritur një ndjesi elegante dhe shkëlqim.
Metilceluloza përdoret me sukses në industrinë e sapunit. Në praktikën farmaceutike përdoret si bazë pa yndyrë për të ashtuquajturat pomada mukoze dhe emulsioni vaj/ujë, të cilat shërbejnë për mbrojtjen e lëkurës nga djegiet e lehta dhe për trajtimin e plagëve. Përveç kësaj, metilceluloza shërben si një ilaç i pavarur.
Në kozmetikë, eteret e celulozës të tretshme në ujë përdoren për të prodhuar pasta dhe eliksire, emulsione mbrojtëse dhe kremra për lëkurën me pak yndyrë.
Në të gjitha llojet e emulsioneve, metilceluloza përdoret si emulsifikues dhe stabilizues për vajrat bimore.
Përdoret shumë gjerësisht edhe në industrinë ushqimore.
Kështu, në prodhimin e akullores, përdorimi i saj siguron gëzofin, qëndrueshmërinë dhe shijen e nevojshme. Metilceluloza përdoret në emulsione aromatike, lëngje frutash, ushqime të konservuara etj.
Një aplikim interesant në industrinë ushqimore është aftësia e solucioneve metilcelulozë për t'u xhelatinuar kur nxehen. Për shembull, shtimi i metilcelulozës në mbushjet e byrekut me fruta ose mbushjet me reçel të ëmbël parandalon rrjedhjen e këtyre përbërësve gjatë pjekjes, gjë që përmirëson ndjeshëm pamjen dhe ruan shijen e produkteve.
Në fabrikat e lapsave, metilceluloza përdoret në vend të tragakanthit të çamçakëzit për plumbat e ngjyrave dhe kopjimit, për plumbat pastel, shkumësat dhe bojërat e shkollave, etj.
Kështu, aplikimet e metilcelulozës së tretshme në ujë, megjithëse në shkallë më të vogël se CMC, janë jashtëzakonisht të ndryshme.
Sa i përket celulozës metil me zëvendësim të ulët (të tretshme në alkali), ajo ende nuk është përdorur në mënyrë domethënëse.
Aplikimet e karboksimetilcelulozës
Filmat që përbëhen nga 100% H-CMC janë të tretshëm duke filluar vetëm nga pH=11. Filmat e përbërjes së specifikuar mund të përdoren në rastet kur është e dëshirueshme të kufizohet tretshmëria e tyre brenda intervaleve të vogla të pH, për shembull, në veshjet farmaceutike. Një guaskë e tillë nuk duhet të shpërndahet, për shembull, në mjedisin pak acid të lëngut gastrik, por shpërndahet mirë në mjedisin pak alkalik të zorrëve.
Kripa natriumi e karboksimetilcelulozës me një shkallë zëvendësimi nga 0,5 në 1-1,2 prodhohet nga industria në sasi të mëdha, pasi përdoret gjerësisht në teknologjitë e naftës, tekstilit, ushqimit, farmaceutikës, në prodhimin e detergjenteve, etj. si stabilizues, lëndë trashëse, ngjitëse, agjent formues filmi etj. Kjo kripë është shumë e tretshme në ujë.
Një numër studimesh të kryera duke testuar Na-CMC si një shtesë për detergjentët kanë treguar se ky produkt përmirëson ndjeshëm vetitë e tyre të pastrimit.
Letërsia
1.Prokofieva M.V., Rodionov N.A., Kozlov M.P.//Kimia dhe teknologjia
derivatet e celulozës. Vladimir, 1968.S. 118.
2. Nesmeyanov A.N., Nesmeyanov N.A. Fillimet e kimisë organike. M., 1969.T.1.
663.
3. Plisko E.A.//ZHOKH.1958. T. 28, nr. 12. S, 3214.
4. Plisko E.A.//ZHOKH.1961. T. 31, nr. 2. F. 474
5. Heuser E. Kimia e Celulozës. Nju Jork, 1944. 660 f.
6. Gluzman M.X., Levitskaya I.B. //ZHPH. 1960. T. 33, N 5. F. 1172
7. Petropavlovsky G.A., Vasilyeva G.G., Volkova L.A. // Qeliza. Kimik.
Teknol. 1967. Vëll. 1, N2. F. 211.
8. Nikitin N.I., Petropavlovsky G.A. //ZHPH. 1956. T. 29. F. 1540
9. Petropavlovsky G.A., Nikitin N.I. //Tr. Instituti i Pyjeve të Akademisë së Shkencave të BRSS. 1958. T.45.
F. 140.
10. Vasilyeva G.G. Vetitë e karboksimethylcelulozës alkali të tretshme dhe
Mundësia e përdorimit të tij në industrinë e letrës: Dis. Ph.D.
teknologjisë. Shkencë. L. 1960.
11. VinkH. //Macromolecular Chemie. 1966. Bd. 94. S. 1.
12. Vole K., Meyerhoff G. // Macromoleculare Chemie. 1961. Bd. 47. S. 168.
13. NeelyW.B.//J. Organ. Kimik. 1961. Vëll. 26. F. 3015.
14. E egër A.B. //Ind. Ing. Kimik. 1957. Vëll. 49. F. 99.
15. Allgen L. //J. Polymer Sci. 1954. Vëll. 14, N 75.P. 281.
16. Podgorodetsky E.K. Teknologji për prodhimin e filmave nga
komponimet me peshë të lartë molekulare. M: Art, 1953. 77 f.
Faqja e hyrjes 2
Marrja e metilcelulozës faqe 2
Përgatitja e karboksimetilcelulozës faqe 4
Vetitë e tretësirave të metilcelulozës pp. 6
Vetitë e metilcelulozës së tretshme në ujë f. 8
Vetitë e tretësirave të karboksimetilcelulozës pp. njëmbëdhjetë
Vetitë e metilcelulozës së rigjeneruar nga tretësirat
(filma)fq. 12
Vetitë e Na-CMC të rigjeneruara nga një zgjidhje alkaline
(në formë filmash) fq. 15
Aplikimi i metilcelulozës 16
Aplikimi i karboksimetilcelulosepit. 18
Për shumë vite, letër-muri ka qenë një nga materialet më të zakonshme për dekorimin e brendshëm. Dhe mjeti më i njohur për instalimin e tyre mbetet zam CMC. Ai jo vetëm që e ngjit në mënyrë të qëndrueshme dhe të përhershme kanavacën në sipërfaqen e murit, por gjithashtu ka një cilësi të rëndësishme: hollohet në ujë të pothuajse çdo temperature, gjë që nuk është tipike për kompozime të tjera të ngjashme. Vlen të përmendet se në këtë rast nuk krijohen gunga, mpiksje dhe sediment në lëngun ngjitës. Kjo është e paracaktuar nga karakteristikat e tij teknike, të performancës dhe karakteristikat e strukturës kimike.
Kompleksi
Emri i ngjitësit vjen nga përbërja e tij kimike. Baza është një substancë e quajtur karboksimetilcelulozë. Për lehtësinë e shqiptimit dhe shkurtimit të emrit, prodhuesit krijuan një shkurtim nga shkronjat e para të secilit prej tre përbërësve të fjalës - KMC. Nga jashtë, ngjitësi është një pluhur i bardhë, grimcat e të cilit janë kokrriza të vogla.
Kohët e fundit, ngjitësi i letër-muri CMC me veti ndihmëse antiseptike ka fituar popullaritet. Kjo pronë ishte e pajisur me aditivë të veçantë. Tani shtresa ngjitëse parandalon në mënyrë aktive formimin dhe rritjen e mykut.
Pra, ka ardhur koha të shqyrtojmë më në detaje të gjitha karakteristikat teknike të përbërjes ngjitëse CMC:
- sasia e lëndës së thatë në strukturë është nga 57%;
- vëllimi i përgjithshëm i lëndës së thatë përmban të paktën 69% të elementit aktiv;
- përmbajtja e klorurit të natriumit në lëndën e thatë është 21%;
- lagështia e produktit - 12%;
- periudha e fryrjes së plotë të grimcave derisa të formohet një përzierje homogjene nuk është më shumë se dy orë;
- vetitë e punës së tretësirës së përfunduar ruhen për 7 ditë.
Është e rëndësishme që përbërja e ngjitësit të letër-muri CMC të përfshijë aditivë të veçantë që i japin asaj veti insekticide dhe gjithashtu parandalojnë kalbjen e tij. Sidoqoftë, ngjitësi është absolutisht i padëmshëm për shëndetin tonë, pasi përbërësit e tij nuk janë toksikë.
Shpesh i shtohet përzierjes për vendosjen e pllakave, si dhe stukove të çimentos dhe shkumës, gjë që rrit ndjeshëm cilësitë dhe forcën e tyre ngjitëse.
Llojet, si të zgjidhni
Ngjyra e një produkti është një karakteristikë e rëndësishme, duhet t'i kushtoni vëmendje kur zgjidhni një produkt në një dyqan. Pluhuri i ngjitësit, i prodhuar në përputhje me standardet GOST, është i bardhë i pastër. Ky produkt karakterizohet nga cilësi e shkëlqyer, kur kombinohet me ujë, formon një përzierje homogjene pa sedimente dhe gunga.
Një nuancë e verdhë nuk është e pranueshme. Ai zakonisht thotë se ngjitësi është bërë në mënyrë shtëpiake nga prodhues të paskrupullt. Një produkt i tillë ka të njëjtën cilësi. Zakonisht ato nuk i plotësojnë standardet e punës me ngjitës, kështu që rezultati mund të jetë shumë zhgënjyes. Për shembull, pas tharjes, në letër-muri letre do të shfaqen njolla të verdha të pakëndshme, të cilat nuk mund të hiqen më dhe do t'ju duhet të përsërisni të gjithë punën e ngjitjes së letër-muri.
Këshilla! Megjithë përzgjedhjen e madhe të këtij zam në dyqanet e pajisjeve, sigurohuni që të studioni me kujdes produktin përpara se të blini. Kushtojini vëmendje të veçantë ngjyrës së saj.
Nëse i qasemi përshkrimit të zamit CMC nga pikëpamja e qëllimit të tij, atëherë ai ndahet në tre grupe kryesore:
- për instalimin e letër-muri të hollë të lehtë;
- për letër-muri me peshë të mesme;
- për letër-muri të trashë dhe të rëndë.
Trashësia dhe ngjitshmëria e përzierjes dhe, si rezultat, aftësia për të ngjitur fort rrjetat e rënda, varet drejtpërdrejt nga sasia e substancës kryesore në pluhur - karboksimetilceluloza. Nëse ka shumë, atëherë zgjidhja është më viskoze, madje edhe letër-muri i rëndë vinyl do të qëndrojë i sigurt në mur.
Avantazhet dhe prodhuesit kryesorë të CMC
Përveç avantazheve të përmendura tashmë (zhdërvjelltësia, thjeshtësia ekstreme në hollimin e pluhurit, besueshmëria, mbrojtja nga mikrobet dhe myku), ngjitësi i letër-muri CMC ka avantazhet e mëposhtme:
- shfaqja e njollave dhe njollave në sipërfaqen e letër-muri është e përjashtuar;
- era e neveritshme mungon plotësisht;
- ngjitësi është shumë i lehtë për t'u përgatitur dhe përdorur;
- produkti kombinohet me sukses me komponime të tjera kimike.
Produktet e këtij lloji, vendas dhe të huaj, janë të përfaqësuar gjerësisht në tregun e materialeve të ndërtimit. Ngjitësja ruse CMC ka karakteristika dalluese, të tilla si çmimi i përballueshëm dhe karakteristikat e kënaqshme. Në të njëjtën kohë, zakonisht bymehet në 2 orë, gjë që është e pranueshme nga pikëpamja e standardit GOST.
Kostoja e produkteve të huaja është shumë më e lartë. Në të njëjtën kohë, zgjidhja përgatitet më shpejt; pas 15 minutash pas hollimit, ajo tashmë mund të përdoret për veshjen e letër-muri.
Pa dyshim, një nga prodhuesit më të njohur të ngjitësit të letër-muri KMC në Rusi është Vympel Trade Center LLC, që operon në rajonin e Moskës. Të gjitha produktet e saj janë të pajisura me certifikatat e nevojshme.
Karakteristikat e përdorimit të ngjitësit CMC
Le të shohim se çfarë duhet të dini për përgatitjen e përzierjes ngjitëse. Tashmë është vërtetuar nga përvoja se nuk ka asgjë të ndërlikuar në këtë procedurë, dhe të gjithë janë në gjendje të kryejnë të gjitha veprimet me duart e tyre.
- Para së gjithash, ju duhet të përgatisni një enë smalti: një kovë, legen ose diçka të ngjashme. Merrni ngjitësin e paketuar dhe shikoni në mbështjellës për udhëzime për përgatitjen.
- Çdo paketë përmban informacion të veçantë për sasinë e ngjitësit të thatë dhe ujit që duhet të merret për të përgatitur siç duhet tretësirën ngjitëse. Në mënyrë tipike, kur punoni me letër-muri të hollë, merren 8 litra ujë për 500 g pluhur. Për të ngjitur kanavacat e trasha në të njëjtën sasi zam të thatë, duhet të merrni 7 litra ujë.
- Uji duhet të jetë në temperaturën e dhomës.
- Duke parë raportin që përmbahet në udhëzimet, fillojmë të derdhim gradualisht pluhurin ngjitës në ujë, duke e trazuar vazhdimisht lëngun intensivisht.
- Lëreni zgjidhjen vetëm për kohën e specifikuar në udhëzime, prisni derisa të jetë plotësisht gati.
Këshilla! Informacioni mbi konsumin e përbërjes së përfunduar ngjitëse tregohet nga prodhuesi në fletëpalosjen përkatëse në paketim.
Si rregull, një paketë me peshë 500 g është e mjaftueshme për të mbuluar një sipërfaqe prej përafërsisht 50 metra katrorë.
Siç thamë më herët, duhet të zgjidhni llojin e zamit CMC me karakteristika të tilla teknike që janë të përshtatshme në mënyrë optimale për llojin e letër-muri që planifikoni të ngjitni.
Ku tjetër përdoret ngjitësi CMC?
Përveç kryerjes së punimeve të rinovimit në shtëpi, kjo përbërje është e përshtatshme për përfundimin e zyrave, ambienteve industriale, si dhe për qëllime prodhimi:
- shkritore;
- ndërtimi, prodhimi i materialeve përfunduese dhe ndërtimore;
- industria kimike;
- industria minerare.
Popullariteti i ngjitësit të letër-muri KMC nuk zvogëlohet nga viti në vit; duke ditur specifikat e punës me të, ju mbroni paraprakisht nga gabimet dhe mangësitë e mundshme kur kryeni rinovime në një apartament.
Natriumi karboksimetil celuloza (CMC) është reagjenti kimik më i gjithanshëm nga grupi i koloideve të tretshëm në ujë. CMC është kripë natriumi e acidit celulozë-glikolik, e përftuar nga reaksioni i celulozës alkali me monokloroacetat natriumi.
CMC i përfunduar është një material me kokrriza të imta, fibroze ose pluhur, me ngjyrë të bardhë ose kremoze. NaCMC teknike nuk ka një efekt toksik ose irritues.
CMC ka karakteristikat e mëposhtme:
Mbajtjen e ujit
Rritja e viskozitetit
Mund të përdoret si një agjent lidhës
Modifikimi i vetive reologjike
Pezullimi dhe stabilizimi i solucioneve dispersioni
Kapaciteti absorbues sipërfaqësor i mineraleve dhe grimcave të tjera
Fushat e përdorimit:
Si një zëvendësues artificial për koloidet natyrale të tretshme në ujë (p.sh. niseshte), NaCMC përdoret në shumë industri. Kjo prevalencë është për shkak të vetive të saj pothuajse unike për të formuar tretësira homogjene viskoze si në mjedise ujore të ftohta ashtu edhe në ato të nxehta.
Vëllimet më të mëdha të CMC konsumohen në aktivitetet e mëposhtme:
- Prodhimi i detergjenteve sintetike
Një shtim i vogël i CMC në pluhur larës ose paste larës parandalon kthimin e grimcave të papastërtive në sipërfaqen e pëlhurës gjatë larjes, duke siguruar një shkallë të lartë pastërtie (rrit vetitë resorbuese).
- Industria e naftës dhe gazit
Në këtë industri, CMC përdoret si një koloid-stabilizues mbrojtës në suspensionet e argjilës shumë të mineralizuar gjatë shpimit.
- Industria minerare dhe përpunuese
CMC përdoret në përqendrimin e flotacionit të xeheve bakër-nikel dhe silvinit.
- Industria e tekstilit
Duke përdorur CMC, baza e pëlhurës është e madhësisë. Fijet e trajtuara me tretësirë CMC janë më pak të prirura për t'u thyer gjatë procesit të thurjes, gjë që redukton numrin e ndërprerjeve, duke rritur efikasitetin e prodhimit të thurjes.
- Industria e ndërtimit
CMC përdoret si material ngjitës në prodhimin e solucioneve të ndryshme ngjitëse, stukove, si dhe në prodhimin e tullave rërë-gëlqere si suspendues dhe lidhës.
- Industria e bojrave
CMC përdoret si trashës
- Në industrinë e letrës
Në këtë zonë, CMC përdoret si bazë ngjitëse për pastat e letër-muri, në prodhimin e veshjeve në letër dhe si një shtesë për tulin e letrës për të rritur forcën e letrës.
- Në shkritore
CMC përdoret si lidhës shufrash.
- Për kërkime biologjike
CMC përdoret në formën e tij të acidit të lirë si një shkëmbyes jonesh sorbitol.