بررسی اجمالی
سلولز یک پلیمر طبیعی است که از واحدهای بتا گلوکز بی آب تشکیل شده است و دارای سه گروه هیدروکسیل در هر حلقه پایه است.با اصلاح شیمیایی سلولز می توان انواع مشتقات سلولز را تولید کرد که یکی از آنها اتر سلولز است.سلولز اتر یک ترکیب پلیمری با ساختار اتری است که از سلولز مشتق شده است، شامل متیل سلولز، اتیل سلولز، هیدروکسی اتیل سلولز، هیدروکسی پروپیل سلولز، کربوکسی متیل سلولز و غیره.این مشتقات معمولاً از واکنش سلولز قلیایی با مونوکلروآلکان، اتیلن اکسید، پروپیلن اکسید یا اسید مونوکلرواستیک تولید می شوند.اتر سلولز به دست آمده دارای حلالیت عالی در آب، توانایی ضخیم شدن و خواص تشکیل فیلم است و به طور گسترده در صنایعی مانند ساختمان سازی، داروسازی، مواد غذایی و آرایشی استفاده می شود.اتر سلولزی یک ماده تجدید پذیر، زیست تخریب پذیر و غیر سمی است که آن را به یک جایگزین محبوب برای پلیمرهای مصنوعی تبدیل می کند.
عملکرد و ویژگی ها
1. ویژگی های ظاهری
سلولز اتر پودری سفید، بی بو و فیبری است که به راحتی رطوبت را جذب می کند و هنگامی که در آب حل می شود، کلوئیدی پایدار، چسبناک و شفاف را تشکیل می دهد.
2. تشکیل فیلم و چسبندگی
اصلاح شیمیایی سلولز برای تولید اتر سلولز به طور قابل توجهی بر خواص آن از جمله حلالیت، توانایی تشکیل فیلم، استحکام پیوند و مقاومت در برابر نمک تأثیر می گذارد.این ویژگی ها اتر سلولز را پلیمری بسیار مطلوب با استحکام مکانیکی عالی، انعطاف پذیری، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر سرما می کند.علاوه بر این، سازگاری خوبی با رزینها و نرمکنندههای مختلف نشان میدهد و برای استفاده در تولید پلاستیک، فیلم، لاک، چسب، لاتکس و مواد پوشش دارویی مناسب است.اتر سلولز به دلیل خواص همه کاره خود به یک ماده مهم در صنعت تولید تبدیل شده است و عملکرد، پایداری و دوام را برای طیف وسیعی از محصولات فراهم می کند.در نتیجه، طیف وسیعی از کاربردها در زمینههای مختلف از جمله داروسازی، پوششها، نساجی، ساختوساز و صنایع غذایی و غیره دارد.
3. حلالیت
حلالیت اترهای سلولز مانند متیل سلولز، متیل هیدروکسی اتیل سلولز، هیدروکسی اتیل سلولز و سدیم کربوکسی متیل هیدروکسی اتیل سلولز بسته به دما و حلال مورد استفاده متفاوت است.متیل سلولز و متیل هیدروکسی اتیل سلولز در آب سرد و برخی از حلالهای آلی محلول هستند اما هنگام گرم شدن رسوب میکنند، متیل سلولز در دمای 60-45 درجه سانتیگراد و متیل هیدروکسی اتیل سلولز مخلوط اتر شده در دمای 80-65 درجه سانتیگراد رسوب میکنند.با این حال، با کاهش دما، رسوبات می توانند دوباره حل شوند.از طرف دیگر، هیدروکسی اتیل سلولز و سدیم کربوکسی متیل هیدروکسی اتیل سلولز در هر دما محلول در آب هستند اما در حلال های آلی نامحلول هستند.این اترهای سلولزی دارای خواص حلالیت و رسوب متفاوتی هستند که آنها را برای کاربردهای مختلف در صنایعی مانند پلاستیک، فیلم، پوششها و چسبها مناسب میسازد.
4. ضخیم شدن
هنگامی که اتر سلولز در آب حل می شود، یک محلول کلوئیدی تشکیل می دهد که ویسکوزیته آن تحت تأثیر درجه پلیمریزاسیون اتر سلولز است.محلول حاوی ماکرومولکول های هیدراته است که رفتار غیر نیوتنی از خود نشان می دهند، یعنی رفتار جریان با نیروی برشی اعمال شده تغییر می کند.با توجه به ساختار ماکرومولکولی، ویسکوزیته محلول با غلظت به سرعت افزایش می یابد، اما با افزایش دما به سرعت کاهش می یابد.ویسکوزیته محلول های اتر سلولز نیز تحت تأثیر pH، قدرت یونی و حضور سایر مواد شیمیایی است.این خواص منحصر به فرد اتر سلولز آن را در کاربردهای مختلفی مانند چسب ها، پوشش ها، لوازم آرایشی و محصولات غذایی مفید می کند.
کاربرد
1. صنعت نفت
سدیم کربوکسی متیل سلولز (NaCMC) یک اتر سلولزی با طیف وسیعی از کاربردها در فرآیند استخراج روغن است.خواص عالی افزایش دهنده ویسکوزیته و کاهش اتلاف سیال آن را به انتخابی محبوب در سیالات حفاری، سیالات سیمانی و سیالات شکست تبدیل کرده است.به ویژه، نتایج امیدوارکننده ای در بهبود بازیافت نفت نشان داده است.NaCMC می تواند در برابر آلودگی های مختلف نمک های محلول مقاومت کند و با کاهش از دست دادن آب، بازیافت روغن را افزایش دهد و مقاومت در برابر نمک و توانایی افزایش ویسکوزیته آن، آن را برای تهیه سیالات حفاری برای آب شیرین، آب دریا و آب نمک اشباع ایده آل می کند.
سدیم کربوکسی متیل هیدروکسی پروپیل سلولز (NaCMHPC) و سدیم کربوکسی متیل هیدروکسی اتیل سلولز (NaCMHEC) دو مشتقات سلولز اتر با سرعت دوغاب بالا، عملکرد ضد کلسیم خوب و توانایی افزایش ویسکوزیته خوب هستند، که آنها را به عنوان موادی عالی برای حفاری و حفاری انتخاب می کند. تهیه مایعات تکمیلیآنها در مقایسه با هیدروکسی اتیل سلولز توانایی افزایش ویسکوزیته و خواص کاهش اتلاف سیال را از خود نشان می دهند و توانایی آنها در فرموله شدن به مایعات حفاری با چگالی های مختلف تحت وزن کلرید کلسیم آنها را به یک افزودنی همه کاره برای افزایش تولید روغن تبدیل می کند.
هیدروکسی اتیل سلولز (HEC) یکی دیگر از مشتقات سلولزی است که به عنوان عامل غلیظ کننده و تثبیت کننده گل در فرآیند حفاری، تکمیل و سیمان سازی استفاده می شود.در مقایسه با سدیم کربوکسی متیل سلولز و صمغ گوار، HEC دارای سوسپانسیون شنی قوی، ظرفیت نمک بالا، مقاومت حرارتی خوب، مقاومت در برابر اختلاط کم، اتلاف مایع کمتر و بلوک شکستن ژل است.HEC به دلیل اثر ضخیم کنندگی خوب، باقیمانده کم و سایر خواص آن به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است.به طور کلی، اترهای سلولزی مانند NaCMC، NaCMHPC، NaCMHEC و HEC نقش مهمی در فرآیند استخراج نفت دارند و پتانسیل قابل توجهی در بهبود بازیافت نفت نشان دادهاند.
2. ساختمان و صنعت رنگ
سدیم کربوکسی متیل سلولز یک افزودنی مصالح ساختمانی همه کاره است که می تواند به عنوان کند کننده، نگهدارنده آب، غلیظ کننده و چسباننده برای مصالح ساختمانی و ملات گچ کاری استفاده شود.همچنین می توان از آن به عنوان پخش کننده، نگهدارنده آب و غلیظ کننده برای گچ، ملات و مواد تسطیح زمین استفاده کرد.یک مخلوط مخصوص سنگ تراشی و ملات گچ کاری ساخته شده از کربوکسی متیل سلولز می تواند کارایی، حفظ آب و مقاومت در برابر ترک را بهبود بخشد و از ترک خوردن و ایجاد فضای خالی در دیواره بلوک جلوگیری کند.علاوه بر این، متیل سلولز را می توان برای ساخت مواد تزئینی سطح ساختمان سازگار با محیط زیست برای سطوح دیوار و کاشی سنگی با عیار بالا و همچنین برای تزئین سطح ستون ها و بناهای تاریخی استفاده کرد.
3. صنایع شیمیایی روزانه
سدیم کربوکسی متیل سلولز یک ویسکوزیفایر تثبیت کننده همه کاره است که می تواند در محصولات مختلف استفاده شود.در محصولات خمیری حاوی مواد خام پودری جامد، نقش مهمی در پراکندگی و تثبیت سوسپانسیون دارد.برای لوازم آرایشی مایع یا امولسیونی، به عنوان یک عامل غلیظ کننده، پخش کننده و همگن کننده عمل می کند.این مشتق سلولز همچنین می تواند به عنوان تثبیت کننده امولسیون، پماد و شامپو غلیظ کننده و تثبیت کننده، تثبیت کننده چسب خمیردندان و غلیظ کننده مواد شوینده و عامل ضد لک عمل کند.سدیم کربوکسی متیل هیدروکسی پروپیل سلولز، نوعی اتر سلولز، به دلیل خواص تیکسوتروپیک که به حفظ شکل پذیری و قوام خمیردندان کمک می کند، به طور گسترده ای به عنوان تثبیت کننده خمیر دندان استفاده می شود.این مشتق همچنین در برابر نمک و اسید مقاوم است و آن را به یک غلیظ کننده موثر در مواد شوینده و ضد لک تبدیل می کند.سدیم کربوکسی متیل سلولز معمولاً به عنوان پخش کننده کثیفی، غلیظ کننده و پخش کننده در تولید پودر لباسشویی و شوینده های مایع استفاده می شود.
4. دارو و صنایع غذایی
در صنعت داروسازی، Yibang هیدروکسی پروپیل کربوکسی متیل سلولز (HPMC) به طور گسترده ای به عنوان یک داروی کمکی برای داروهای خوراکی رهش کنترل شده و آماده سازی رهش پایدار استفاده می شود.این ماده به عنوان ماده تاخیری رهایش برای تنظیم آزادسازی داروها و به عنوان یک ماده پوششی برای به تاخیر انداختن انتشار فرمولاسیون عمل می کند.متیل کربوکسی متیل سلولز و اتیل کربوکسی متیل سلولز معمولاً برای ساخت قرص ها و کپسول ها یا برای پوشاندن قرص های با روکش قند استفاده می شوند.در صنایع غذایی، اترهای سلولز درجه یک، ضخیمکنندهها، تثبیتکنندهها، مواد کمکی، عوامل نگهدارنده آب و عوامل کفکننده مکانیکی در مواد غذایی مختلف هستند.متیل سلولز و هیدروکسی پروپیل متیل سلولز از نظر متابولیکی بی اثر در نظر گرفته می شوند و برای مصرف بی خطر هستند.کربوکسی متیل سلولز با خلوص بالا را می توان به محصولات غذایی از جمله شیر و خامه، چاشنی ها، مربا، ژله، کنسرو، شربت سفره و نوشیدنی ها اضافه کرد.علاوه بر این، کربوکسی متیل سلولز را می توان در حمل و نقل و نگهداری میوه های تازه به عنوان یک پوشش پلاستیکی استفاده کرد که یک اثر تازه ماندگاری خوب، آلودگی کمتر، بدون آسیب و تولید آسان مکانیزه را ارائه می دهد.
5. مواد کاربردی نوری و الکتریکی
اتر سلولز با خلوص بالا با مقاومت خوب در برابر اسید و نمک به عنوان یک تثبیت کننده غلیظ کننده الکترولیت عمل می کند و خواص کلوئیدی پایداری را برای باتری های قلیایی و روی منگنز ارائه می دهد.برخی از اترهای سلولز تبلور مایع گرماگرد را نشان می دهند، مانند هیدروکسی پروپیل سلولز استات، که بلورهای مایع کلستریک را در دمای زیر 164 درجه سانتی گراد تشکیل می دهد.
مرجع اصلی
● دیکشنری مواد شیمیایی.
● مشخصات، تهیه و کاربرد صنعتی اتر سلولز.
● وضعیت موجود و روند توسعه بازار اتر سلولزی.