Ефір целюлози (CE) — клас похідних, отриманих шляхом хімічної модифікації целюлози. Целюлоза є основним компонентом клітинних стінок рослин, а ефіри целюлози являють собою низку полімерів, утворених етерифікацією деяких гідроксильних груп (–OH) у целюлозі. Вони широко використовуються в багатьох галузях, таких як будівельні матеріали, медицина, продукти харчування, косметика тощо, і широко використовуються в різних галузях промисловості завдяки своїм унікальним фізичним і хімічним властивостям і універсальності.
1. Класифікація ефірів целюлози
Прості ефіри целюлози можна розділити на різні типи відповідно до типів заступників у хімічній структурі. Найпоширеніша класифікація заснована на різниці в заступниках. Загальні ефіри целюлози такі:
Метилцелюлоза (MC)
Метилцелюлоза утворюється шляхом заміни гідроксильної частини молекули целюлози на метил (–CH₃). Він має хороші властивості потовщення, плівкоутворення та зв’язування і зазвичай використовується в будівельних матеріалах, покриттях, фармацевтичній та харчовій промисловості.
Гідроксипропілметилцелюлоза (HPMC)
Гідроксипропілметилцелюлоза є звичайним ефіром целюлози, який широко використовується в будівельних матеріалах, медицині, щоденних хімікатах і харчових полях завдяки кращій розчинності у воді та хімічній стабільності. HPMC - це неіонний ефір целюлози з властивостями утримання води, згущення та стабільності.
Карбоксиметилцелюлоза (КМЦ)
Карбоксиметилцелюлоза — це аніонний ефір целюлози, який утворюється введенням карбоксиметильних (–CH₂COOH) груп у молекули целюлози. КМЦ має відмінну розчинність у воді і часто використовується як загусник, стабілізатор і суспендуючий агент. Він відіграє важливу роль у харчуванні, медицині та косметиці.
Етилцелюлоза (EC)
Етилцелюлозу отримують шляхом заміни гідроксильної групи целюлози на етил (–CH₂CH3). Він має хорошу гідрофобність і часто використовується як засіб для плівкового покриття та матеріал з контрольованим вивільненням у фармацевтичній промисловості.
2. Фізичні та хімічні властивості ефірів целюлози
Фізичні та хімічні властивості ефірів целюлози тісно пов'язані з такими факторами, як тип ефіру целюлози, тип замісника та ступінь заміщення. Його основні властивості включають наступне:
Розчинність у воді та розчинність
Більшість простих ефірів целюлози добре розчиняються у воді і можуть бути розчинені в холодній або гарячій воді з утворенням прозорого колоїдного розчину. Наприклад, HPMC, CMC тощо можна швидко розчинити у воді з утворенням високов’язкого розчину, який широко використовується в прикладних сценаріях із такими функціональними вимогами, як згущення, суспензія та утворення плівки.
Загущувальні та плівкоутворювальні властивості
Прості ефіри целюлози мають чудові властивості загущення і можуть ефективно підвищувати в'язкість водних розчинів. Наприклад, додавання ГПМЦ до будівельних матеріалів може покращити пластичність і оброблюваність будівельного розчину та покращити властивості проти просідання. У той же час ефіри целюлози мають хороші плівкоутворювальні властивості і можуть утворювати рівномірну захисну плівку на поверхні предметів, тому вони широко використовуються в покриттях і покриттях для лікарських засобів.
Утримання води та стабільність
Прості ефіри целюлози також мають хорошу здатність утримувати воду, особливо в галузі будівельних матеріалів. Прості ефіри целюлози часто використовуються для покращення водоутримання цементного розчину, зменшення появи тріщин усадки розчину та продовження терміну служби розчину. У харчовій промисловості CMC також використовується як зволожувач для затримки висихання їжі.
Хімічна стійкість
Прості ефіри целюлози демонструють хорошу хімічну стабільність у розчинах кислот, лугів та електролітів і можуть зберігати свою структуру та функції в різноманітних складних хімічних середовищах. Це дозволяє використовувати їх у різних галузях промисловості без впливу інших хімічних речовин.
3. Процес виробництва ефіру целюлози
Виробництво ефіру целюлози в основному готується реакцією етерифікації природної целюлози. Основні стадії процесу включають алкалізацію целюлози, реакцію етерифікації, очищення тощо.
Алкалізаційне лікування
По-перше, природна целюлоза (наприклад, бавовна, деревина тощо) підлужнюється для перетворення гідроксильної частини целюлози на високоактивні спиртові солі.
Реакція етерифікації
Целюлоза після підлужнення реагує з етерифікуючим агентом (таким як метилхлорид, пропіленоксид тощо), щоб утворити ефір целюлози. Залежно від умов реакції можна отримати різні типи ефірів целюлози.
Очищення і сушіння
Ефір целюлози, що утворюється в результаті реакції, очищають, промивають і сушать для отримання порошку або гранульованого продукту. Чистоту і фізичні властивості кінцевого продукту можна контролювати за допомогою подальшої технології обробки.
4. Галузі застосування ефіру целюлози
Завдяки унікальним фізико-хімічним властивостям ефірів целюлози вони широко використовуються в багатьох галузях промисловості. Основні сфери застосування:
Будівельні матеріали
У галузі будівельних матеріалів ефіри целюлози в основному використовуються як загусники та водоутримуючі агенти для цементного розчину та продуктів на основі гіпсу. Прості ефіри целюлози, такі як HPMC і MC, можуть покращити будівельні характеристики будівельного розчину, зменшити втрату води і, таким чином, підвищити адгезію та стійкість до розтріскування.
Ліки
У фармацевтичній промисловості прості ефіри целюлози широко використовуються як агенти покриття для ліків, адгезиви для таблеток і матеріали з контрольованим вивільненням. Наприклад, HPMC часто використовується для виготовлення плівкових покриттів для ліків і має хороший ефект контрольованого вивільнення.
харчування
КМЦ часто використовується як загусник, емульгатор і стабілізатор у харчовій промисловості. Він широко використовується в напоях, молочних продуктах і хлібобулочних виробах і може покращити смак і зволожуючі властивості їжі.
Косметика та щоденна хімія
Прості ефіри целюлози використовуються як загусники, емульгатори та стабілізатори в косметиці та щоденних хімічних засобах, які можуть забезпечити хорошу консистенцію та текстуру. Наприклад, HPMC часто використовується в таких продуктах, як зубна паста та шампунь, щоб надати їм відчуття в’язкості та стабільного ефекту суспензії.
Покриття
У промисловості покриттів прості ефіри целюлози використовуються як загусники, плівкоутворювачі та суспендуючі агенти, які можуть підвищити конструктивні характеристики покриттів, покращити вирівнювання та забезпечити гарну якість плівки фарби.
5. Майбутній розвиток ефірів целюлози
Зі зростанням попиту на захист навколишнього середовища ефір целюлози, як похідна природних відновлюваних ресурсів, має широкі перспективи розвитку. Його здатність до біологічного розкладання, відновлюваність і універсальність роблять його більш широким використанням у сферах екологічних матеріалів, матеріалів, що розкладаються, і розумних матеріалів у майбутньому. Крім того, целюлозний ефір також має потенціал для подальших досліджень і розробок у сферах з високою доданою вартістю, таких як біомедична інженерія та сучасні матеріали.
Як важливий хімічний продукт ефір целюлози має широкий діапазон застосування. Завдяки чудовому згущенню, водоутримуванню, плівкоутворенню та гарній хімічній стабільності він відіграє незамінну роль у багатьох галузях, таких як будівництво, медицина та їжа. У майбутньому, з безперервним удосконаленням технологій та просуванням концепцій захисту навколишнього середовища, перспективи застосування ефіру целюлози будуть ширшими та зроблять більший внесок у сприяння сталому розвитку різних галузей промисловості.
Час публікації: 24 вересня 2024 р