Натрій карбоксиметилцелюлоза знаходить широке застосування у промисловості, фармацевтиці та виробництві харчових продуктів. Ця сполука виготовляється на основі деревини і є біологічно інертним матеріалом, тобто не бере участі у фізіологічних процесах. Завдяки особливим властивостям розчинів із цим компонентом можна регулювати в'язкість речовин та інші технічні параметри.
Опис
Натрій карбоксиметилцелюлоза (КМЦ) – це натрієва сіль целюлозогліколевої кислоти. Хімічна назва сполуки за номенклатурою ІЮПАК: полі-1,4-β-О-карбоксиметил-Д-піранозіл-Д-глікопіраноза натрію.
Емпірична формула карбоксиметилцелюлози натрій технічної: [С6Н7 O 2 (OH) 3- x (OCH 2 COONa) x ] n . У цьому вся виразі x - це ступінь заміщення за групами CH 2 -COOH, а n - ступінь полімеризації.
Структурну формулу зображено на малюнку нижче.
Властивості
На вигляд технічна натрій карбоксиметилцелюлоза являє собою порошкоподібний, дрібнозернистий або волокнистий матеріал без запаху з насипною щільністю 400-800 кг/м 3 .
Na-КМЦ має такі характеристики:
молекулярна маса сполуки - n;
швидко розчиняється як у гарячій, так і в холодній воді, не розчинна в мінеральних оліях та органічних рідинах;
формує плівки, стійкі до дії мастил, мастил та органічних розчинників;
збільшує в'язкість розчинів і надає їм тиксотропності - при зростанні механічного впливу відбувається зниження опору потоку;
добре поглинає водяну пару з повітря, тому речовину необхідно зберігати в сухих приміщеннях (у звичайних умовах містить 9-11% вологи);
з'єднання нетоксичне, не вибухонебезпечне, але в пилоподібному стані здатне спалахувати (температура самозаймання +212 °C);
у розчинах виявляє властивості аніонного поліелектроліту.
При зміні температури лабораторна в'язкість карбоксиметилцелюлози натрій в розчинах сильно варіює. Це є однією з найважливіших характеристик даної сполуки, яка визначає сферу її застосування. Високий ступінь полімеризації забезпечує більшу в'язкість і навпаки. При 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.
Натрій карбоксиметилцелюлоза також має хімічну сумісність з багатьма іншими речовинами (крохмаль, желатин, гліцерин, водорозчинні смоли, латекси). При нагріванні до температури понад 200 °C відбувається розкладання солі до карбонату натрію.
Основним фактором, що впливає на характеристики цієї сполуки, є ступінь полімеризації. Від молекулярної ваги залежать розчинність, стабільність, механічні властивості та гігроскопічність. Речовину випускають семи марок за ступенем полімеризації та двох сортів за вмістом основної речовини.
Отримання
У промислових масштабах натрій карбоксиметилцелюлоза виготовляється з 1946 р. Виробництво КМЦ нині становить щонайменше 47 % загального обсягу ефірів целюлози.
Основною сировиною для синтезу цієї сполуки є деревна целюлоза - найпоширеніший органічний полімер. Його перевагами є невисока ціна, біологічна розкладність, відсутність токсичності та простота технологічного процесу переробки.
Натрій карбоксиметилцелюлозу одержують при реакції лужної целюлози з C₂H₃ClO₂ (монохлороцтова кислота) або її натрієвою сіллю. Останніми роками ведуться роботи з пошуку нових джерел видобутку сировини (льон, солома, злаки, джут, сизаль та інші), оскільки потреби у цьому матеріалі постійно зростають. Для поліпшення якості речовини застосовують відмивання готової солі від домішки, активують целюлози або впливають на неї мікрохвильовим випромінюванням.
Натрій карбоксиметилцелюлоза: застосування в промисловості
Завдяки своїм особливим властивостям КМЦ застосовується у таких цілях:
загущення різних складів, желатинування;
зв'язування дрібнодисперсних частинок у лакофарбових плівках (плівкоутворення);
використання як водоутримуючого агента;
стабілізація фізичних та хімічних властивостей;
збільшення в'язкості розчинів для рівномірного розподілу їх інгредієнтів;
модифікація реологічних характеристик;
запобігання коагуляції (злипання зважених частинок).
Одним з найбільших споживачів карбоксиметилцелюлози натрій є нафтогазовидобувна промисловість, в якій ця сполука використовується для поліпшення характеристик бурових розчинів.
Речовина також застосовується при виготовленні таких технічних продуктів:
миючі засоби;
поліграфічна продукція;
розчини для будівельних оздоблювальних робіт;
клейові склади, шліхтувальні матеріали;
сухі будівельні суміші, цемент (для запобігання утворенню тріщин);
лакофарбові матеріали;
мастильно-охолодні рідини;
середовища для загартування рейок;
обмазування зварювальних електродів та інші.
Для стабілізації піни натрій карбоксиметилцелюлоза застосовується у пожежогасінні, харчовій промисловості, при виготовленні парфумерних засобів та керамічних виробів. За оцінками технічних фахівців, це з'єднання використовується більш ніж у 200 галузях техніки та медицини.
Захисні покриття
Одним з перспективних напрямів є введення наночастинок, синтезованих із суспензій КМЦ, як добавки-стабілізатори в корозійностійкі покриття. Це дозволяє змінити підвищення адгезії з основним матеріалом, поліпшити фізико-механічні властивості покриття без істотного подорожчання складу. Наночастки формують мікрокластери, дозволяючи отримати композити з цінними технічними властивостями.
Перевагою такої добавки також є те, що вона екологічно нешкідлива та біорозкладна. Для її виробництва не потрібно застосування органічних розчинників, тому зменшується ризик забруднення стічних вод та атмосфери, не потрібно використовувати спеціалізоване обладнання та високий діапазон температур.
Харчова добавка
Натрій карбоксиметилцелюлоза застосовується як харчова добавка (E-466) в концентрації не більше 8 г/кг. Речовина виконує у продуктах кілька функцій:
загущення;
стабілізація властивостей;
утримання вологи;
продовження терміну зберігання;
збереження харчових волокон після розморожування.
Найчастіше цю сполуку додають у фастфуд, морозиво, кондитерські вироби, мармелад, желе, плавлені сири, маргарин, йогурти, рибні консерви.
Медицина та косметологія
У фармацевтичній промисловості натрієву сіль карбоксиметилцелюлози використовують у таких групах препаратів, як:
очні краплі, розчини для ін'єкцій – для пролонгування терапевтичної дії;
оболонки таблеток – для регулювання вивільнення активної речовини;
емульсії, гелі та мазі - для стабілізації формоутворюючих речовин;
антацидні препарати - як іоннообмінні та комплексоутворюючі компоненти.
У виробництві гігієнічних та косметичних засобів цю сполуку застосовують у складі зубних паст, шампунів, гелів для гоління та душу, кремів. Основна функція - стабілізація властивостей та покращення текстури.
Вплив на організм людини та тварин
Натрій карбоксиметилцелюлоза гіпоалергенна, біологічно неактивна, не має канцерогенної дії і не погіршує репродуктивну функцію живих організмів. Вживання як харчові добавки в безпечній концентрації не призводить до негативних наслідків. Пил з'єднання може спричинити подразнення при попаданні в очі та верхні дихальні шляхи (ГДК аерозолю становить 10 мг/м 3 ).
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РОСЛИННИХ
ПОЛІМЕРІВ
ЗВІТ З ІНЖЕНЕРНОЇ ПРАКТИКИ
Метилцелюлозаікарбоксиметилцелюлоза: властивості розчинів плівок
Перевірив: в.н.с., д.г.н.
Олександр Михайлович Бочок
Виконала: ст. гр. 144
Татіщева Валентина Олександрівна
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2003
Вступ
Метилцелюлоза є першим членом гомологічного ряду 0-алкільних похідних целюлози (простих ефірів). За ступенем заміщення метилові ефіри целюлози можна розділити на низькозаміщені, розчинні у водних розчинах сильних лугів певної концентрації, та високозаміщені, розчинні як у воді, так і в органічних розчинниках. Метилові ефіри целюлози можуть бути отримані при реакції целюлози з різними алкілуючі реагентами: диметилсульфатом, хлористим (або йодистим і бромистим) метилом, діазометаном, метиловим ефіром бензолсульфонової кислоти. В даний час метилцелюлоза (переважно водорозчинна) є промисловим продуктом.
Препарати 0-карбоксиметилцелюлози в залежності від ступеня заміщення, так само як і інших 0-алкільних похідних, можна розділити на низькозаміщені та високозаміщені. Одержання препаратів КМЦ зі ступенем заміщення γ більше 100, проте, дуже утруднене через електростатичні ефекти відштовхування заряджених однойменно груп (хлорацетатного іона та карбоксиметильної групи). Тому практично «високозаміщені» препарати КМЦ є продукти, що мають ступінь заміщення γ=50-100 і є водорозчинними.
Отримання метилцелюлози
У промисловості для отримання метилцелюлози найчастіше застосовують метод, заснований на алкілуванні лужної целюлози хлористим метилом.
Процес алкілування алкілгалогенід відбувається при температурах 353-373 К. Так як хлористий метил має точку кипіння 248К, реакція алкілування проводиться в автоклавах під високим тиском.
У процесі алкілування відбуваються побічні реакції між хлористим метилом та лугом з утворенням спирту та солі та між спиртом та хлористим метилом з утворенням диметилового ефіру:
NaOH+CH 3 Cl+CH 3 OH→CH 3 OCH 3 +NaCl+H 2 O
CH 3 Cl+NaOH→CH 3 OH+NaCl
Тому необхідно застосовувати надлишок хлористого метилу та значну кількість твердого лугу, оскільки зі збільшенням концентрації лугу розкладання хлористого метилу зменшується.
Найлегше піддається обміну (найбільш рухливий) атом йоду, що пов'язано з його більшою поляризацією, проте алкіліодиди щодо дороги. Хлориди і броміди мало різняться по реакційної здатності, у промислових синтезах воліють використовувати більш доступні хлористі алкіли.
Швидкість реакції, що протікає через перехідний стан, пропорційна концентрації кожного реагентів. Слід вважати, що і реакція целюлози з хлористим метилом відбувається за вказаною схемою, тобто є бимолекулярною реакцією нуклеофільного заміщення -S N 2.
Отримання метилцелюлози пов'язане з певними труднощами через великі витрати реагентів, необхідність роботи під тиском тощо. Тому пошук нових шляхів синтезу метилцелюлози має велике практичне значення. З цієї точки зору видаються цікавими роботи. Авторами були застосовані як алкілуючі агенти ефіри ароматичних сульфокислот, а саме ефіри п-толуолсульфокислоти, толуолдісульфокислоти, бензолсульфокислоти і нафталінсульфокислоти.
Алкілювання цими ефірами йде за схемою:
З 6 Н 7 О 2 (ВІН) 3 +xRSО 2 OR"→С 6 Н 7 О 2 (ВІН) 3-х (ОR") x + xRSО 2 ВІН,
де R = -З 6 Н 5 -СН 3 С 6 Н 4 -С 10 Н 7 ; R"=-СН 3, -З 2 Н 5 і т. п.
Було встановлено, що зі зростанням довжини алкілуючого радикалу швидкість реакції зменшується. Грунтуючись на експериментальних даних, можна розмістити ефіри сульфокислот у наступний ряд за реакційною здатністю:
З 6 Н 5 SО 2 ОСН 3 > З 6 Н 5 SО 2 ОС 2 Н 5 > З 6 Н 5 SО 2 ОС 6 Н 7 .
Найбільш часто для алкілування целюлози в лабораторних умовах застосовують диметилсульфат (СН 3) 2 S0 4 який має температуру кипіння 461К і дозволяє отримувати продукти при нормальному тиску. Але, незважаючи на це, застосування його у виробництві обмежене через високу токсичність. Утворення простого ефіру целюлози у разі дії диметилсульфату може бути виражене у загальному вигляді наступним рівнянням:
З 6 Н 7 О 2 (ВІН) 3 + x(СН 3) 2 SО 4 → С б Н 7 O 2 (ВІН) 3- x (ОСH 3) x + xСН 3 ОСО 3 Na + xН 2 О.
Одночасно з основною реакцією алкілування целюлози протікає побічна реакція розкладання диметилсульфату за схемою:
(СН 3) 2 SО 4 + 2NаОН → Nа 2 SО 4 + 2СН 3 ВІН.
Утворена при головній реакції метилсерна кислота може реагувати з метиловим спиртом, даючи диметиловий ефір і при надлишку лугу сульфат Nа:
Реакція метилювання протікає тільки в лужному середовищі, що, очевидно, пов'язане з переважним реагуванням целюлози у вигляді дисоційованої лужної сполуки.
Одержання повністю заміщених продуктів при метилюванні целюлози з цього методу зустрічає значних труднощів. Так, після 18 - 20 операцій метилювання бавовни Денхам і Вудхоуз отримали продукт із вмістом 44.6% ОСН 3 (теоретична величина для триметилцелюлози 45.58% ОСН 3), а Ірвайн і Хірст - - з вмістом 42 - 43% ОСН 3; Берль і Шупп після 28-кратного метилювання отримали ефір із вмістом 44.9% ОСН 3 .
Існування вищеописаної побічної реакції є однією з причин, що зумовлюють труднощі отримання високозаміщеного продукту. Розкладання диметилсульфату під час отримання метилцелюлози вимагає застосування його великого надлишку, що, у свою чергу, призводить до необхідності використовувати і великий надлишок лугу, тому що реакція середовища завжди повинна залишатися лужною.
Було встановлено, що при більш високій концентрації лугу вдається отримати більш високий ступінь заміщення метилцелюлози. Цей факт пояснюють різними причинами. По-перше, було показано, що ступінь розкладання диметилсульфату зменшується зі збільшенням концентрації лугу. По-друге, можна припустити, що при підвищенні концентрації NаОН зсувається праворуч рівновага в системі
З 6 Н 7 О 2 (ВІН) 3 + Na + + ВІН − → З 6 Н 7 О 2 (ВІН) 2 О − + Nа + + Н 2 О.
Однак у ряді випадків вдається отримати високозаміщену метилцелюлозу без багаторазових повторень метилювання.
Так, Хеуорз та ін, попередньо подрібнивши фільтрувальний папір до стану тонкого порошку і суспендувавши його в ацетоні, отримали вміст метоксилів 45% вже після 2-кратного метилювання. Найбільш просто високий вміст метоксилів може бути отримано при розчиненні вторинної ацетилцелюлози в ацетоні та поступовому додаванні диметилсульфату та водного лугу. Таким шляхом в одну операцію може бути досягнутий вміст метоксилів у продукті реакції, близький до 45%.
Одержання карбоксиметилцелюлози
Низькозаміщену Nа-карбоксиметилцелюлозу отримували при взаємодії лужної целюлози з монохлороцтовою кислотою у різних умовах. У зв'язку з тим, що хлороцтова кислота є твердою, кристалічною речовиною і для отримання низькозаміщених продуктів вона потрібна в невеликій кількості порівняно з целюлозою, особливе значення має рівномірний розподіл компонентів суміші, що реагують. В одному зі способів реакція була здійснена шляхом обробки повітряно-сухої целюлози розчином натрієвої солі монохлороцтової кислоти в 17.5- 18%-ному розчині NaOН при рідинному модулі, що дорівнює 5 (відношення кількості рідини в мл до маси целюлози в г). Розчин солі готувався перед реакцією шляхом розчинення відповідної навішування монохлороцтової кислоти в лузі такої концентрації, щоб після нейтралізації вона залишалася в межах зазначеної величини.
Ступінь заміщення низькозаміщеної Nа-солі карбоксиметилцелюлози визначають за вмістом у ній Na. Зміст натрію в карбоксиметилцелюлозі можна визначити ваговим методом у вигляді сульфату, шляхом озоління навішування в тиглі, обробки золи сірчаною кислотою і прожарювання при 973 До або об'ємним методом лугом у присутності бромфенолсинего як індикатор (область переходу повинна бути в кислому середовищі, щоб не відбувалося зворотного зв'язування лугу карбоксильними групами).
Розчинність, в'язкість розчинів та інші властивості карбоксиметилцелюлози значною мірою залежать від способу її отримання.
Відомо кілька способів отримання Nа-КМЦ, заснованих на одній і тій же реакції:
Цел(ОН) n + 2mNaОН + mСН 2 С1СООН →
Цел(ОН) n - m (ОСН 2 СОONa) m + mNаСl + 2mН20,
але виконаних у різних модифікаціях. Тому цікавить порівняльне зіставлення зразків Nа-КМЦ, отриманих з однієї і тієї ж целюлози, але різними методами.
Застосовувалися такі способи отримання КМЦ.
1.Мерсеризована 17.5%-ним розчином NаОН целюлоза віджимається до 3-кратної маси і оброблялася в подрібнювачі типу Вернера і Пфлейдерера сухою натрієвою сіллю монохлороцтової кислоти (СН 2 С1СООNа) при температурі 313 К протягом 3 Потім реакційна суміш витримувалася в стаціонарних умовах при 295 К і протягом 24 годин у закритій посудині. За цей час відбувається окислювально-лужна деструкція целюлози: ступінь полімеризації знижується з 1200 до 300-400 та розчинність зразків КМЦ у воді покращується. За цим способом алкілування протікає при максимальних концентраціях мас (целюлози і монохлороцтової кислоти), що діють, в результаті чого досягається високий ступінь алкілування. Однак умови змішування компонентів реакції не сприяють отриманню рівномірно алкілованих зразків Nа-КМЦ.
П. Повітряно-суху целюлозу обробляли розчином натрієвої солі монохлороцтової кислоти в 18%-ному розчині NаОН при рідинному модулі 5 і температурі 313 К. Окислювально-лужну деструкцію проводили вищеописаним способом 1 після віджиму реакційної суміші до
3-кратної маси по відношенню до целюлози. Цей метод характеризується рівномірним проникненням алкілуючого реагенту - монохлороцтової кислоти - всередину целюлозних волокон при набуханні, що дозволяє одержувати однорідно заміщені продукти. Однак, як було показано, більша частина взятої кількості СH 2 СlСООН йде на побічну реакцію її омилення.
ІІІ. Целюлозу мерсеризували 18%-ним розчином NaаОН. Віджату до 5-кратної маси алкаліцелюлозу промивали на вирві Бюхнера пропанолом (з наполяганням) від надлишку NаОН та води. Додавали пропанол до бажаного модуля та поміщали целюлозну масу в подрібнювач. Після 10 хв подрібнення додавали суху сіль CH 2 ClCOONa. Реакцію вели за постійної температури. За цим способом розміри побічної реакції омилення СН 2 ClCOONa зведені до мінімуму, тим самим ефективність використання алкілуючого реагенту підвищується. Промивання зразків КМЦ у всіх випадках проводилося гарячим 70%-ним етанолом в апараті Сокслетта до негативної реакції на NаОН по фенолфталеїну та на Cl - з розчином AgNO 3 .
Як видно, найбільший ступінь заміщення при однаковій кількості СН 2 С1СООН досягається за способом III - в середовищі пропанолу. Це, очевидно, зменшенням витрати СH 2 ClСООН на побічну реакцію омилення.
Властивості розчинів метилцелюлози
Розчинність низькозаміщеної метилцелюлози у воді при кімнатній температурі і нижче та склад фракцій, що переходять в розчин, залежать від її ступеня заміщення, однорідності та ступеня полімеризації.
У табл. 1 представлені дані щодо визначення розчинності різних препаратів метилцелюлози у воді. При аналізі даних таблиці насамперед звертає на себе увагу така обставина: розчинність метилцелюлози у воді дуже незначна навіть за порівняно високого вмісту метоксилів (для метилцелюлоз з великим ступенем полімеризації). Метилцелюлози, що мають нижчий ступінь полімеризації, розчинні більшою мірою.
Спосіб отримання метилцелюлози є істотним фактором, що визначає межі розчинності метилцелюлози в тому чи іншому розчиннику.
При отриманні метилцелюлози в розчині вихідна кристалічна структура руйнується, а нові грати при регенерації з розчину будується не відразу (у спеціальних умовах), тому продукт виходить аморфним і, отже, легше розчинним. Велике значення має різна доступність целюлози, завдяки чому виходить суміш продуктів реакції, ступінь заміщення яких є різним. Така неоднорідність призводить до зменшення кількості розчинної речовини.
Дуже цікавим є ефект заморожування, який проявляється у значному збільшенні розчинності.
Таблиця 1.
Розчинність метилцелюлози у воді
Номер зразка |
Розчинність, % від абсолютно сухої навішування |
Розчинність, % від вихідної навішування |
Зміст ОСНз у нерозчинній частині, % | Зміст ОСНз у розчиненій частині, % | |||
| До заморожування | До заморожування | Після заморожування та відтавання | |||||
| 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 |
У табл. 2 представлені дані щодо розчинності низькозаміщеної метилцелюлози в 6.5%-ном NаОН. На відміну від розчинення у воді метилцелюлоза вже при ступені заміщення близько 5 розчиняється на 95% після заморожування в 6.5% розчині NaОН. При заморожуванні низькозаміщеної метилцелюлози середній ступінь її полімеризації (у випадку відносно високомолекулярних продуктів СП=1100-1200) зменшується приблизно до 1000. своєї молекулярної маси.
Дослідженню піддавалися розчини низькозаміщеної метилцелюлози з концентрацією 1-2%. які можна віднести до концентрованих розчинів. Необхідно відзначити, що поняття про «концентровані» розчини високомолекулярних речовин у сенсі концентрації умовно і значно відрізняється від звичайного уявлення про концентровані розчини.
Таблиця 2
Розчинність низькозаміщеної метилцелюлози в 6,5%-ному розчині NаОН
| Номер зразка | Ступінь заміщення у | Зміст ОСНз у метилцелюлозі, % | Розчинність, % від вихідної навішування | |
| При 291 К | Після заморожування та відтавання | |||
| 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 | Чи не визна. | 98,0 |
| 6 | 30,4 | 5,5 | Чи не визна. | 99,2 |
| 7 | 24,3 | 4,4 | 0,5 | 99,0 |
| 8 | 22,7 | 4,1 | Чи не визна. | 98,5 |
| 9 | 16,6 | 3,0 | Чи не визна. | 96,0 |
| 10 | 11,6 | 2,1 | Чи не визна. | 95,3 |
| 11 | 9,4 | 1,7 | Чи не визна. | 95,1 |
| 12 | 6,6 | 1,2 | Чи не визна. | 48,0 |
| 13 | 1,3 | 0,25 | Чи не визна. | 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 |
Концентрованими розчинами в хімії високомолекулярних сполук називають такі, в яких має місце взаємодія між окремими частинками диспергованої речовини. В результаті такої взаємодії розчини високомолекулярних речовин показують цілу низку відхилень від законів, характерних для нормальних рідин. Ці відхилення мають місце вже порівняно розведених 0.3-0.5%-них розчинах.
Досліджувані розчини низькозаміщеної метилцелюлози мали концентрацію значно більшу, ніж зазначені величини, і досить високий рівень полімеризації ланцюгових молекул, тому їх можна віднести до концентрованих розчинів.
Як правило, концентровані розчини целюлози ефірів є досить стійкими в часі. Та чи інша зміна в'язкості таких розчинів у часі обумовлюється впливом низки факторів, а саме: зміною ступеня етерифікації розчиненого продукту, зміною ступеня сольватації та можливістю утворення тривимірних структур.
Найбільш детально ми розглянемо властивості водорозчинної метилцелюлози.
Властивості водорозчинної метилцелюлози
З підвищенням ступеня метилювання до γ=50 гігроскопічність одержуваного ефіру збільшується. Це тим, що у макромолекулах целюлози має місце взаємонасичення більшості гідроксильних груп з утворенням водневих зв'язків.
При досягненні вищого ступеня заміщення в ділянці 26,5-32,5% вмісту метоксильних груп метилцелюлоза розчиняється у воді. При подальшому збільшенні метоксильних груп до 38% і вище вона втрачає розчинність у воді (при кімнатній температурі і вище). Високометильовані продукти розчиняються також в органічних розчинниках.
Водні розчини метилцелюлози (γ=160-200), як і у разі низькозаміщених метилцелюлоз, не стабільні.
При нагріванні розчинів відбувається погіршення розчинності до осадження полімеру. Верхня межа температурної стійкості розчину становить для такого продукту 313-333 К (залежно від СП та концентрації). Пояснюється це явище утворенням «гідроксонієвої сполуки» алкоксильної групи з водою, яке при підвищенні температури руйнується, призводячи до осадження полімеру.
Була показана можливість переведення в розчин (водний) тризаміщеної метилцелюлози (триметилцелюлоза попередньо переосаждалась петролейним ефіром з розчину в хлороформі). Верхня межа температурної стійкості розчину триметилцелюлози у воді при концентрації близько 2 % становить 288 К. Такі розчини мають хороші плівкоутворюючі властивості. Плівки, сформовані в ексикаторі над Р205 при низькій температурі, мають міцність на розрив (5-7) . 10 7 Н/м 2 .
Той факт, що триметилцелюлоза може бути розчинена у воді, свідчить безпосередньо про здатність ОСН 3 -груп гідратуватися. Випадання ж триметилцелюлози з розчину при незначному підвищенні температури свідчить про дуже малу
міцності цих зв'язків. При збільшенні частки гідроксильних груп в ефірі, тобто при зниженні до 160, верхня межа температурної стійкості розчину збільшується до 313-333 К. Ці висновки були підтверджені дослідженнями гомолога метилцелюлози - етилцелюлози. Високозаміщена етилцелюлоза (γ=200) щодо розчинності у воді поводиться аналогічно триметилцелюлозі. За звичайних умов вона розчиняється у воді лише незначно – на 9%.
Переосаджена ЕЦ за кімнатної температури практично не розчиняється, але при 273 К розчинність у воді становить 50-60 %. Таким чином, здійснено фракціонування «високозаміщеної» ЕЦ, в результаті якого були отримані наступні фракції: переосаджена, розчинна та нерозчинна у воді. Для характеристики частини ЕЦ, що розчинилася у воді, і для пояснення причин переходу у водний розчин лише частини речовини всі фракції були охарактеризовані за змістом ОС 2 Н 5 -груп, за величиною характеристичної в'язкості, а також за методами ІЧ спектроскопії. Результати наведено у табл. 3.
Таблиця 3
Характеристика фракцій етилцелюлози
Водні розчини ЕЦ з γ=220 можуть бути отримані при концентрації не більше 1.4%. Мутність 0.82%-ного розчину екстремально починає зростати при температурі вище 279 К. У разі концентрованішого розчину різке підвищення каламутності настає при більш низькій температурі.
Таким чином, для ЕЦ характерна та ж закономірність, що і для МЦ: з підвищенням ступеня заміщення знижується межа температурної стійкості розчину (як відомо, звичайна водорозчинна ЕЦ з γ=100, як і МЦ, коагулює при нагріванні до 323-333 К) . Тому найімовірніше припустити, що групи -ОС 2 Н 5 беруть участь у взаємодії ЕЦ з водою.
У водних розчинах метилцелюлоза виявляє властивості неіоногенних високомолекулярних речовин. Характеристична в'язкість у цих розчинах пов'язана з молекулярною масою залежністю Куна-Марку:
Вінк для визначення зміни характеристичної в'язкості залежно від молекулярної маси та визначення констант цього рівняння проводив деструкцію метилцелюлози кислим гідролізом.
Метилцелюлоза попередньо очищалася шляхом осадження водно-етанольного розчину ефіром. Ступінь заміщення вихідної целюлози дорівнювала 1.74 і ступінь полімеризації 2000.
На основі вимірювань абсолютних значень молекулярної маси за допомогою осмометрії та визначення кінцевих груп була встановлена залежність характеристичної в'язкості одержаних фракцій метилцелюлози від її молекулярної маси (або ступеня полімеризації Р у):
Вінком було встановлено, що характеристична в'язкість метилцелюлози залежить від присутності у розчині стороннього електроліту - кислоти.
Необхідно відзначити, що іншими авторами (які визначали абсолютні молекулярні маси за допомогою седиментації на ультрацентрифузі та світлорозсіювання) були отримані для метилцелюлози дещо інші значення показника ступеня «а» в рівнянні Куна-Марку. Так, у роботі а = О.63 і в а = 0.55. Ці розбіжності самі автори пояснюють великою здатністю метилцелюлози до агрегації у водних розчинах.
Властивості розчинів карбоксиметилцелюлози
Дані про розчинність різних препаратів карбоксиметилцелюлози показують, що низькозаміщені КМЦ після заморожування майже повністю розчиняються вже за низького значення γ (близько 2).
Таким чином, повністю підтверджується вплив дуже невеликого заміщення та низьких температур на розчинність і цих похідних целюлози.
Розчинність низькозаміщених карбоксиметилцелюлоз у лугу та ефективність використання монохлорацетату натрію можуть бути збільшені шляхом сухого розмелювання целюлози перед реакцією. Розчинність препаратів низькозаміщеної карбоксиметилцелюлози може бути збільшена також при зниженні рівня полімеризації шляхом окисної деструкції в лужному середовищі. У цьому випадку після закінчення реакції, яку ведуть протягом 4 год при 313 К, КМЦ віджимають до 2.6-2.8-кратної маси, подрібнюють і піддають «дозрівання», тобто окислювально-лужної деструкції. Після певного часу «дозрівання» Nа-КМЦ промивають водою до нейтральної реакції і сушать. Таким шляхом може бути отримана Nа-КМЦ, що має повну розчинність у лугу при γ=10-12 і дає 6-8% розчини.
Досліджено стійкість розчинів низькозаміщеної карбоксиметилцелюлози при розведенні.
Приготовлені шляхом заморожування в 4 - і 6%-ном їдкому натрі розчини КМЦ розбавлялися дистильованою водою в кілька разів, після чого відзначалася мінімальна концентрація лугу, що відповідає появі каламуті або виділення осаду. Дані цих дослідів показали, що розчини низькозаміщеної N-карбоксиметилцелюлози поводяться досить стійко навіть при розведенні до дуже малої концентрації по лугу, до 0.5%. Зазначена обставина є дуже важливою при приготуванні розчинів Na-солі карбоксиметилцелюлози для практичних цілей, наприклад, для апретування тканини.
В роботі було досліджено вплив температури на в'язкість водних розчинів Nа-КМЦ, а також метилцелюлози, оксіетилцелюлози та метилкарбоксиметилцелюлози.
Температурно-в'язкі співвідношення для водних розчинів ефірів целюлози мають велике практичне значення, так як від цього в багатьох випадках залежить їх використання.
Севедж отримав у напівлогарифмічній шкалі координат прямолінійну залежність в'язкості від температури для розчинів Nа-КМЦ. Залежність в'язкості від температури при зворотному охолодженні таких розчинів виражається прямою лінією, що лежить трохи нижче першої. Ці досліди підтверджують гістерезисний характер змін в'язкості розчинів Nа-КМЦ під дією температури.
Зменшення в'язкості є, очевидно, наслідком дуже низької швидкості релаксації таких високомолекулярних системах, як водний розчин Nа-КМЦ. Час встановлення рівноваги в них може бути дуже велике, так що за проміжок часу, що вимірюється, система не встигає повернутися у вихідний стан. Не виключена можливість і деградації молекул при нагріванні, що повинно вести, звичайно, до незворотних змін в'язкості.
Сучасні уявлення про похідні розчини целюлози в різних розчинниках засновані на тому, що ці речовини утворюють справжні розчини, в яких макромолекули є, кінетично вільними. Однак це не виключає того факту, що якщо промисловий продукт етерифікації целюлози є вкрай неоднорідним за ступенем етерифікації, окремі його фракції будуть погано розчинні. В результаті цього в розчині поряд з більшою частиною молекулярно-диспергованої речовини можуть бути залишки структури вихідної целюлози.
Концентровані розчини карбоксиметилцелюлози, як і розчини багатьох інших високомолекулярних сполук, є не ньютонівськими рідинами.
Розчини Nа-КМЦ мають значну аномалію в'язкості. Характерною особливістю її реальних розчинів є наявність різних немолекулярно-дисперсних частинок і агрегатів макромолекул, особливо в присутності багатовалентних катіонів. Тому як при віскозиметричних, так і осмометричних вимірах ступеня полімеризації (СП) необхідно враховувати ці особливості та реальний склад розчину і до проведення таких вимірювань відокремити фракції, що заважають одержанню правильних результатів.
При дослідженні водних розчинів Nа-КМЦ з концентрацією від 0.0025 до 0.1 г/л у роботі отримано дані, що свідчать про значну полярність молекул. Наведені вище дані характеризують карбоксиметилцелюлозу як речовину, що має ряд властивостей, властивих багатьом поліелектролітів. Наявність великого електричного моменту, здавалося, мало б обумовлювати у деяких випадках можливість прояву електростатичної адсорбції. Однак якщо взяти до уваги агрегацію молекул КМЦ при підвищенні її концентрації в розчині та екранування її зарядів, необхідно зазначити, що електростатична адсорбція може виявлятися головним чином у розведених розчинах.
Властивості регенерованої розчинів метилцелюлози (плівок)
Розчинена у воді та водно-лужних розчинах метилцелюлоза різного ступеня заміщення може бути регенерована з них у вигляді плівок. Отримання плівок низькозаміщеної метилцелюлози, розчинної в лугу, здійснюється «мокрим» способом – шляхом коагуляції у спеціально підібраних осадових ваннах. Задовільні результати отримані з осаджуючими ваннами, що складаються з розчину сірчанокислого амонію (NH 4) 2 SO 4 (100 г/л).
Дія осаджувальної ванни з сульфатаммонію може бути виражена таким чином:
2NаОН + (NН 4) 2 SО 4 =Nа 2 SO 4 + 2NН 3 + 2Н 2 0.
Внаслідок зміни складу розчинника та часткової дегідратації розчиненої метилцелюлози відбувається зближення її ланцюгів і склування, тобто утворення сильно набряклої плівки.
p align="justify"> При формуванні плівки на твердій підкладці внаслідок відомого натягу (в результаті сил зчеплення) в ній виникає площинно-орієнтована структура. У той же час у свіжосформованій плівці завдяки її сильно набряклому стану можлива деяка рухливість ланцюгів, обумовлена тепловим рухом. Усе це тягне у себе релаксаційні процеси, т. е. повернення структури плівки на найбільш стійке становище, відповідне ізотропному стану. З огляду на викладені обставини при формуванні метилцелюлозної плівки на склі з її лужного розчину відбувається скорочення розмірів плівки по площині та збільшення її товщини.
За механічною міцністю лужнорозчинні плівки близькі до звичайних пластифікованих целофанових плівок, тому що мають
міцність на розрив у поздовжньому напрямку (6.8-8.8). 10 7 Н/м 2 подовження при розриві близько 20 %.
Дані про гігроскопічність та водопоглинання плівок низькозаміщеної метилцелюлози, представлені в табл. 4 показують, що
Таблиця 4
Гігроскопічність та водопоглинання метилцелюлозних плівок
гігроскопічність та водопоглинання метилцелюлозних плівок досягають великих величин, які значною мірою залежать від ступеня етерифікації вихідної метилцелюлози; збільшення вмісту ОСН 3 -груп у вихідному продукті тягне за собою збільшення гігроскопічності та набухання у воді метилцелюлозних плівок.
Структура регенерованої метилцелюлози та її зв'язок із фізико-механічними властивостями плівок вивчені в роботі. З метою порівняння досліджувалися плівки низькозаміщеної метилцелюлози та метилцелюлози високого ступеня заміщення, аж до 3. Плівки однієї і тієї ж метилцелюлози високого ступеня заміщення отримані з таких різко різних розчинів, як вода та органічні розчинники. Таке порівняння представляє особливий інтерес, бо воно дозволяє зробити висновок про побудову решітки метилцелюлози при регенерації розчину в залежності не тільки від ступеня заміщення, але і від розчинника. Для цього отримана метилцелюлоза високого ступеня заміщення (близька до 3), здатна розчинятися як у воді, так і в органічному розчиннику -хлороформі. Плівки з водних розчинів та розчинів у хлороформі отримані шляхом відливу на склі та випаровування розчинника.
Плівки з водного розчину метилцелюлози (γ=180), отримані повільним випаром розчинника за кімнатної температури, мають аморфну структуру. Однак за такого високого ступеня заміщення у певних умовах цілком імовірна можливість упорядкування структури метилцелюлози у готових плівках. Такими умовами виявилися прогрівання плівок у середовищі, що викликає набухання. Так, кип'ятіння плівки у воді (метилцелюлоза в гарячій воді нерозчинна) протягом 30 хв викликає помітне збільшення порядку. Прогрівання плівки в гліцерині при температурі 473 К викликає ще більше впорядкування.
Особливий інтерес представляє формування плівок із водних розчинів метилцелюлози при підвищених температурах. При кип'ятінні плівки у воді крім упорядкування відбувається ущільнення структури, знищення різних внутрішніх дефектів, чим пояснюється, мабуть, збільшення
міцності плівки.
Формування плівок при 343 До призводить до значного збільшення еластичності, що може пояснюватися згорнутою конфігурацією макромолекул, оскільки гаряча вода не є розчинником для метилцелюлози.
Переходячи далі до розгляду структури плівок триметилцелюлози, слід відзначити цікаву особливість цього ефіру. Триметилцелюлоза здатна розчинятися у органічних розчинниках, а й у холодній воді (Т==273 До). Структура плівок триметилцелюлози як стереорегулярного полімеру відрізняється високою кристалічністю. Вода для триметилцелюлози є v-розчинником, тому плівки, сформовані з водного розчину, відрізняються меншою кристалічністю.
Електронно-мікроскопічне дослідження поверхні плівок МЦ та поверхні сколів, отриманих в результаті зламу плівки, вздовж осі витяжки при температурі рідкого азоту дозволило встановити більш дрібномасштабні деталі будови плівок. При ступенях витяжки λ≤2.0 поверхня орієнтованих плівок залишається досить гладкою та рівною. Фібрилярна структура, видима оптичний мікроскоп, електронно-мікроскопічним способом не виявляється. При λ2.2-2.5 на поверхні плівок з'являється рельєф, утворений досить регулярними і протяжними борознами шириною 0.2-0.4 мкм, спрямованими перпендикулярно осі витяжки. При скануванні перпендикулярно осі витяжки (рис.1) видно поперечні складки шириною 0.3-0.5 мкм, а на деяких ділянках виявляються розшарування у вигляді мікротріщин розміром по ширині 0.1-0.2 мкм і довжині 1.0-1.5 мкм, спрямованих паралельно осі витяжки. При скануванні паралельно осі витяжки, крім складчастої структури, стають видимими нерівності з переважною орієнтацією вздовж осі витяжки. Вивчення поверхні сколів виявляє наявність пористої структури, розмір часу коливається від 0.1 до 1.0 мкм.
Властивості регенерованої із лужного розчину Na -КМЦ (у вигляді плівок)
У зв'язку з можливістю отримання в'язких розчинів низькозаміщеної карбоксиметилцелюлози з досить високим ступенем полімеризації були підготовлені плівки та вивчені їх властивості.
Формування плівок проводили за методикою, яка застосовувалася і для метилцелюлозних розчинів. У табл. 5 наведено дані механічної міцності плівок. Плівки з низькозаміщеної карбоксиметилцелюлози мали хорошу механічну міцність, але малу еластичність; подовження при розриві цих плівок становило лише 5-6%.
Таблиця 5
Міцність на розрив плівок із низькозаміщеної карбоксиметилцелюлози
| Номер зразка | Ступінь заміщення γ | Концентрація розчину, % | Міцність на розрив σ. 10 -7 , |
Розтягування при розриві, % |
| 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_ | - |
Дані про гігроскопічність та водопоглинання плівок з низькозаміщеної карбоксиметилцелюлози представлені в табл.6. Гігроскопічність визначали при витримуванні плівок в атмосфері з відносною вологістю 80%; водопоглинання вимірювали при замочуванні плівок у дистильованій воді протягом двох діб при 293 К.
Таблиця 6
Гігроскопічність та водопоглинання плівок із низькозаміщеної
карбоксиметилцелюлози
Як очевидно з табл. 6, гігроскопічність і водопоглинання плівок з низькозаміщеної карбоксиметилцелюлози швидко збільшуються по мірі
підвищення ступеня заміщення продукту. Особливо помітно вплив ступеня заміщення водопоглинання плівок.
Ефект зростання гідрофільних властивостей целюлози при введенні в неї невеликої кількості об'ємистих радикалів пояснюється, як уже говорилося, тим, що в початковій стадії етерифікації відбувається перерозподіл міцності водневих зв'язків у поперечній структурі волокна, що характеризується накопиченням слабкіших зв'язків.
Застосування метилцелюлози
Найбільшого значення набули високозаміщені розчинні у воді препарати метилцелюлози (γ=150-200). Ці продукти мають комплекс цінних технічних властивостей і випускаються промисловістю у вигляді дрібних гранул або порошку білого або злегка жовтуватого кольору. Практично не мають запаху та смаку. При температурі 433 К забарвлюються та розкладаються. Водні розчини метилцелюлози дають нейтральну реакцію.
У більшості випадків метилцелюлозу застосовують для загущення водного середовища. Ефективність загущення залежить від в'язкості (тобто від рівня полімеризації). Метилцелюлоза дозволяє водонерозчинні речовини переводити у водному середовищі у стійкий тонкодисперсний стан, оскільки вона утворює гідрофільні мономолекулярні захисні шари навколо окремих частинок.
Цінними властивостями метилцелюлози є її висока сполучна дія для пігментів, висока адгезія в сухому стані та здатність утворювати плівки. Ці цікаві властивості використовуються при приготуванні водних малярських фарб та клеючих речовин. Особливо придатні для цього метилцелюлози з низькою величиною в'язкості, так як їх можна наносити на різні підкладки.
У текстильній промисловості метилцелюлоза використовується як шліхта для вовняної основи та для м'якого апретування тканин з метою отримання елегантного грифу та глянцю.
Метилцелюлоза з успіхом застосовується в миловарній промисловості. У фармацевтичній практиці вона використовується як знежирена основа для так званих слизових та емульсійних мазей типу масло/вода, які служать для захисту шкіри від світлових опіків та для обробки ран. Крім того, метилцелюлоза є самостійним лікарським препаратом.
У косметиці водорозчинні прості ефіри целюлози використовують для отримання зубних паст та елексирів, захисних емульсій та знежирених кремів для шкіри.
У всіляких емульсіях метилцелюлозу застосовують як емульгатори та стабілізатори для рослинних олій.
Дуже широко використовується вона також у харчовій промисловості.
Так, у виробництві морозива її застосування забезпечує необхідну пишність, стабільність та смак. Метилцелюлоза використовується в ароматичних емульсіях, підливах, фруктових соків, консервів і т.д.
Цікаве застосування харчової промисловості знаходить здатність розчинів метилцелюлози желатинізуватися при нагріванні. Так, наприклад, додавання метилцелюлози до фруктових начинок пирогів або солодкої начинки з варення перешкоджає витіканню цих компонентів при випіканні, що значно покращує зовнішній вигляд і зберігає смак виробів.
На олівцевих фабриках метилцелюлоза використовується замість гумітрагаканта для кольорових і копіювальних стрижнів, для пастельних стрижнів, шкільних крейд і фарб тощо.
Таким чином, застосування водорозчинної метилцелюлози, хоч і є меншим за масштабом, ніж КМЦ, надзвичайно різноманітне.
Що ж до низькозаміщеної (лужнорозчинної) метил-целюлози, то вона не отримала поки значного застосування.
Застосування карбоксиметилцелюлози
Плівки, що складаються зі 100 % Н-КМЦ, розчиняються починаючи тільки з рН=11. Плівки зазначеного складу можуть бути використані у тих випадках, коли бажано обмежити їх розчинність у невеликих межах значень рН, наприклад, в оболонках фармацевтичних препаратів. Така оболонка не повинна розчинятися, наприклад, у слабокислому середовищі шлункового соку, але добре розчиняється у слаболужному середовищі кишечника.
Натрієва сіль карбоксиметилцелюлози зі ступенем заміщення від 0.5 до 1 −1.2 виробляється промисловістю у великих кількостях, так як вона знаходить широке застосування в нафтовій, текстильній, харчовій, фармацевтичній технологіях, у виробництві детергентів і т. д. як стабілізуюче, і т. п. речовина. Ця сіль добре розчиняється у воді.
Ряд досліджень, проведених при випробуванні Nа-КМЦ як добавка до миючих засобів, показав, що цей продукт значно покращує їх миючі властивості.
Література
1.Прокоф'єва М.В., Родіонов Н.А., Козлов М.П.// Хімія та технологія
похідні целюлози. Володимир, 1968.С. 118.
2. Несміянов А.М., Несміянов Н.А. Початки органічної хімії. М., 1969.Т.1.
663с.
3. Пліско Є.А.// ЖОХ.1958. Т. 28 № 12. С, 3214.
4. Пліско Є.А.// ЖОХ.1961. Т. 31 №2. С. 474
5. Heuser E. The Chemistry of Cellulose. New York, 1944. 660 p.
6. Глузман MX., Левитська І.Б. //ЖПГ. 1960. Т. 33, N 5. С. 1172
7. Петропавлівський Г.А., Васильєва Г.Г., Волкова Л. А. // Cell. Chem.
Technol. 1967. Vol. 1, N2. P. 211.
8. Нікітін Н.І., Петропавлівський Г.А. //ЖПГ. 1956. Т. 29. С. 1540
9. Петропавлівський Г.А., Нікітін Н.І. //Тр. Ін-та лісу АН СРСР. 1958. Т.45.
З. 140.
10. Васильєва Г.Г. Властивості лужнорозчинної карбоксиметилцелюлози та
можливості її використання у паперовій промисловості: Дис. канд.
техн. наук. Л. 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. Vol. 26. P. 3015.
14. Savage A.B. //Ind. Eng. Chem. 1957. Vol. 49. P. 99.
15. Allgen L. // J. Polymer Sci. 1954. Vol. 14, N 75.P. 281.
16. Подгородецький Є. К. Технологія виробництва плівок з
високомолекулярних сполук. М: Мистецтво, 1953. 77 с.
Введеннястор. 2
Отримання метилцелюлози стор.
Одержання карбоксиметилцелюлози стор.
Властивості розчинів метилцелюлозистр. 6
Властивості водорозчинної метилцелюлозистр. 8
Властивості розчинів карбоксиметилцелюлозистр. 11
Властивості регенерованої розчинів метилцелюлози
(плівок) стор. 12
Властивості регенерованої із лужного розчину Na-КМЦ
(У вигляді плівок) стор. 15
Застосування метилцелюлозистр. 16
Застосування карбоксиметилцелюлозистр. 18
Вже довгі роки одним із найпоширеніших матеріалів для оздоблення приміщення виступають шпалери. А найпопулярнішим засобом їхнього монтажу залишається клей КМЦ. Він не тільки міцно і надовго зміцнює полотно до стінової поверхні, але й відрізняється однією важливою якістю: розлучається у воді практично будь-якої температури, що не характерно для інших аналогічних складів. Примітно, що при цьому в рідині, що клеїть, не утворюються грудки, згустки і осад. Це зумовлено його технічними, робочими характеристиками та особливостями хімічної будови.
склад
Назва клею походить від його хімічного складу. Основою виступає речовина, що називається карбоксиметилцелюлозою. З метою простоти вимови та скорочення назви виробники створили абревіатуру з перших літер кожної із трьох складових слова – КМЦ. Зовні клей є білим порошком, частинками якого є маленькі гранули.
Останнім часом набув популярності клей для шпалер КМЦ із допоміжними антисептичними якостями. Такою властивістю наділили його спеціальні добавки. Тепер клейовий прошарок активно перешкоджає виникненню та зростанню пліснявого грибка.
Отже, настав час детальніше розглянути всі технічні характеристики клейового складу КМЦ:
- кількість сухої речовини у структурі становить від 57 %;
- у повному обсязі сухої речовини міститься не менше ніж 69 % активного елемента;
- вміст хлориду натрію в сухій речовині становить 21%;
- вологість продукту – 12 %;
- період ґрунтовного набухання частинок до утворення однорідної суміші – не більше двох годин;
- робочі властивості готового розчину зберігаються протягом 7 днів.
Важливо, що до складу шпалерного клею КМЦ включені спеціальні добавки, що надають йому інсектицидні властивості, а також запобігають його загниванню. Тим не менш, клей абсолютно нешкідливий для нашого здоров'я, оскільки його складові не токсичні.
Найчастіше його додають у суміш для монтажу плитки, а також у цементні та крейдяні шпаклівки, що значно збільшує їх клеючі якості та міцність.
Види, як вибрати
Колір продукту - важлива характеристика, нього слід звернути увагу, вибираючи товар у магазині. Клейовий порошок, виготовлений відповідно до норм ГОСТ, чисто-білого кольору. Такий продукт характеризується чудовою якістю, при з'єднанні з водою утворює однорідну суміш без осаду та грудочок.
Жовтий відтінок неприпустимий. Він зазвичай говорить про те, що клей виконаний кустарним способом недобросовісними виробниками. У подібного товару та якості відповідні. Вони, як правило, не відповідають стандартам клейових робіт, тому результат може дуже засмутити. Наприклад, на паперових шпалерах після висихання проступлять неприємні жовті розлучення, яких вже не можна буде позбутися, і вам доведеться повторити всю роботу з наклейки шпалер.
Порада! Незважаючи на великий вибір даного клею у господарських магазинах, обов'язково ретельно вивчіть товар перед покупкою. Особливу увагу зверніть на колір.
Якщо підійти до опису клею КМЦ з погляду його призначення, він ділиться на три основні групи:
- для монтажу легких тонких шпалер;
- для шпалер середньої ваги;
- для важких товстих шпалер.
Густота і липкість суміші і, як результат, здатність міцно приєднувати важкі полотна безпосередньо залежить від кількості в складі порошку основної речовини - карбоксиметилцелюлози. Якщо її багато, то розчин в'язкіший, і навіть важкі вінілові шпалери надійно втримаються на стіні.
Переваги та основні виробники КМЦ
Крім вже згаданих переваг (універсальність, гранична простота в розведенні порошку, надійність, захист від мікробів та плісняви), клей для шпалер КМЦ має такі переваги:
- поява плям та розлучень на поверхні шпалер виключена;
- відштовхуючий запах повністю відсутня;
- клей дуже простий у підготовці та використанні;
- засіб успішно поєднується з іншими хімічними сполуками.
На ринку будівельних матеріалів широко представлена продукція такого роду, як вітчизняного, так і іноземного виробництва. Російський клей КМЦ має відмінні риси, такі як доступна ціна та задовільні характеристики. Разом з тим, він набухає зазвичай за 2 години, що є прийнятним з погляду стандарту ГОСТ.
Вартість продукції іноземного виробництва набагато вища. Поряд з цим, розчин готується швидше, через 15 хвилин після розведення його вже можна використовувати для наклейки шпалер.
Безперечно, одним із найпопулярніших у Росії виробників клею для шпалер КМЦ є ТОВ «ТЦ „Вимпел“», що працює в Московській області. Вся його продукція забезпечена сертифікатами.
Особливості застосування клею КМЦ
Розглянемо, що треба знати про приготування клейової суміші. Вже перевірено на досвіді, що в цій процедурі немає нічого хитромудрого, і кожен здатний виконати всі дії власноруч.
- Насамперед, необхідно підготувати емальовану ємність: цебро, таз чи щось подібне. Візьміть упакований клей і знайдіть на обгортці рекомендації щодо приготування.
- На кожну упаковку нанесені спеціальні відомості про кількість сухого клею та води, яку потрібно взяти, щоб правильно підготувати розчин, що клеїть. Зазвичай під час роботи з тонкими шпалерами на 500 г порошку береться 8 л води. Для приклеювання щільних полотен на таку кількість сухого клею треба взяти 7 л води.
- Вода має бути кімнатної температури.
- Подивившись співвідношення, що міститься в інструкції, починаємо помаленьку сипати клейовий порошок у воду, безперервно інтенсивно помішуючи рідину.
- Залишаємо розчин у спокої на вказаний в інструкції час, очікуємо до повної готовності.
Порада! Інформація про витрату готового клею вказана виробником у відповідній пам'ятці на упаковці.
Як правило, упаковки вагою 500 г достатньо для обклеювання поверхні площею приблизно 50 квадратних метрів.
Як ми вже говорили раніше, слід підбирати вид клею КМЦ із такими технічними характеристиками, які оптимально підходять під тип шпалер, які ви плануєте наклеювати.
Де ще застосовується клей КМЦ
Крім проведення ремонтних робіт у житлі, такий склад підходить для оздоблення офісів, промислових приміщень, а також у виробничих цілях:
- ливарне підприємство;
- будівництво, виготовлення оздоблювально-будівельних матеріалів;
- хімічна промисловість;
- гірничодобувна галузь.
Популярність шпалерного клею КМЦ рік у рік не зменшується, знаючи особливості роботи з ним, ви заздалегідь захищені від можливих помилок та недоліків при виконанні ремонту в квартирі.
Натрій - карбоксиметил целюлоза (КМЦ) є найбільш універсальним хімреагентом із групи водорозчинних колоїдів. КМЦ являє собою сіль натрієву целюлозогліколевої кислоти, одержувану при взаємодії лужної целюлози з монохлорацетатом натрію.
Готова КМЦ є дрібнозернистим, волокнистим або порошкоподібним матеріалом білого або кремового кольору. NaКМЦ технічна не має токсичної та дратівливої дії.
КМЦ має такі властивості:
Водоутримання
Підвищення в'язкості
Можливість використання як сполучного агента
Модифікація реологічних властивостей
Суспендування та стабілізація дисперсійних розчинів
Здатність абсорбування на поверхні мінералів та інших частинок
Області застосування:
Як штучний замінник природних водорозчинних колоїдів (напр. крохмалю) NaКМЦ застосовується у багатьох галузях промисловості. Така поширеність обумовлюється її практично унікальною властивістю утворювати в'язкі однорідні розчини, як у холодному, так і гарячому водному середовищі.
У найбільших обсягах КМЦ споживається у таких видах діяльності:
- Виробництво синтетичних миючих засобів
Невелика добавка КМЦ у пральний порошок або миючу пасту не дозволяє частинкам бруду повертатися на поверхню тканини під час прання, забезпечуючи високий ступінь чистоти (збільшує ресорбційні властивості).
- нафтогазовидобувна промисловість
У цій галузі КМЦ застосовується як захисний колоїд-стабілізатор у високомінералізованих глинистих суспензіях при бурінні.
- Гірничо-збагачувальна промисловість
КМЦ застосовується при флотаційному збагаченні мідно-нікелевих та сильвінітових руд.
- Текстильна промисловість
З допомогою КМЦ відбувається шліхтування основи тканини. Нитки, оброблені розчином КМЦ, менше схильні до обривів у процесі ткацтва, що, у свою чергу, скорочує кількість зупинок, підвищуючи ефективність ткацького виробництва.
- Будівельна промисловість
КМЦ використовується як клейкий матеріал при виробництві різних клеючих розчинів, шпаклівки, при виробництві силікатної цегли як суспендуючого і зв'язуючого агента.
- Лакофарбова промисловість
КМЦ застосовується як загусник
- У паперовій промисловості
У цій галузі КМЦ застосовується як клеюча основа паст для шпалер, при виготовленні покриттів на папері, як добавка до паперової маси для підвищення міцності паперу.
- У ливарному виробництві
КМЦ використовується як стрижневий кріпитель.
- При біологічних дослідженнях
КМЦ використовується у вигляді вільної кислоти як іонообмінник сорбітів.