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高粘羧甲基纤维素钠

发布日期:2020-06-16 12:17:46

纤维素通过改性得到多种衍生物,其中 羧甲基纤维素钠(CMC)是应用最广泛的衍 生物之一。

  黏度恢复具有一定的滞后性,有利于涂膜流平。聚氨酯增稠剂的相对分子质量(数千至数万)比前两类增稠剂的相对分子质量(数十万至数百万)低得多,不会助长飞溅。纤维素类增稠剂高度的水溶性会影响涂膜的耐水性,但聚氨酯类增稠剂分子上同时具有亲水和疏水基团,疏水基团与涂膜的基体有较强的亲合性,可增强涂膜的耐水性。由于乳胶粒子参与了缔合,不会产生絮凝,因而可使涂膜光滑,有较高的光泽度。缔合型聚氨酯增稠剂许多性能优于其它增稠剂,但由于其独特的胶束增稠机理,因而涂料配方中那些影响胶束的组分必然会对增稠性产生影响。用此类增稠剂时,应充分考虑各种因素对增稠性能的影响,不要轻易更换涂料所用的乳液、消泡剂、分散剂、成膜助剂等。
  无机增稠剂水性膨润土增稠剂具有增稠性强、触变性好、pH值适应范围广、稳定性好等优点。但由于膨润土是一种无机粉末,吸光性好,能明显降低涂膜表面光泽,起到类似消光剂的作用。所以,在有光乳胶涂料中使用膨润土时,要注意控制用量。纳米技术实现了无机物颗粒的纳米化,也赋予了无机增稠剂一些新的性能。
  常用的增稠剂有纤维素醚及其衍生物类、缔合型碱溶胀增稠剂和聚氨酯增稠剂。 (1)纤维素醚及其衍生物 :纤维素醚及其衍生物类增稠剂主要有羟乙基纤维 素、甲基羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素等。疏水改性纤维素是在纤维素亲水骨架上引入少量长链疏水烷基,从而成为缔合型增稠剂,其增稠效果可与相对分子质量大得多的纤维素醚增稠剂品种相当。(2)碱溶胀型增稠剂:碱溶胀增稠剂分为两类:非缔合型碱溶胀增稠剂和缔合型碱溶胀增稠剂。
  (3)聚氨酯增稠剂和疏水改性非聚氨酯增稠剂:聚氨酯增稠剂,是一种疏水基团改性乙氧基聚氨酯水溶性聚合物,属于非离子型缔合增稠剂。环境友好的缔合型聚氨酯增稠剂开发已受到普遍重视,除了上面介绍的线性缔合型聚氨酯增稠剂,还有梳状缔合聚氨酯增稠剂。
  增稠剂系列部分产品(依广告法要求不详之处及更多增稠剂产品敬请致电咨询增稠剂系列部分产品(依广告法要求不详之处及更多增稠剂产品敬请致电咨询在食品加工过程中的作用
  增稠、分散和稳定作用;胶凝作用;凝聚澄清作用;保水作用;控制结晶;成膜、保鲜作用等 [2]  。
  特性比较
  增稠剂有着特定的流变学性质,抗酸性首推海藻酸丙二醇酯;增调性可以选择瓜尔豆胶;溶液假塑性、冷水中溶解度强为黄原胶;乳化托附性以阿拉伯胶良好;凝胶性琼脂强于其它胶但凝胶透明度尤以卡拉胶为甚;卡拉胶在乳类稳定性方面也优于其它胶。改性石蜡树脂适用范围相对较广,耐酸碱耐高温,冷水溶解较强,用途和其他类增稠剂相比更为广泛。
  纤维素通过改性得到多种衍生物,其中 羧甲基纤维素钠(CMC)是应用最广泛的衍 生物之一。它可作增稠剂,并能形成保护性胶 体。可应用在水基胶乳涂料中,以获得所需要 的流变性和粘度,并且有助于乳化液和分散 液的稳定。保护性胶体能够对涂料的可洗性、 可刷性、流变性和颜色的可接受性产生有利 影响;可被应用于食品、油墨和粘合剂中[1], 洗涤剂中加入少量本品,可以防止污物的再 沉积;在石油开采行业也有广泛的应用[2]。由 于制造它的原料可以采用废弃的棉花,因此 可进一步降低成本,变废为宝。
  二、实验原理以手撕碎的废棉花为原料制备CMC的 反应为非均相的反应。原料的细度对反应是 有一定影响的,其粒度越细,棉纤维的结晶区 被破坏的越多,反应就越容易进行,反应的步 骤如下:Cell-OH + NaOH ?=^Cell-ONa + H20 (碱化)(1)Cell-ONa+ClCH2COONa — Cell-OCH2COONa(羧甲基化)(2)NaOH + ClCH2C00Na—*?
  HOCH2COONa(3)
  反应的介质为有机溶剂,有机溶剂较水 来说更容易破坏纤维素结晶结构,生成更多 的活性中心。Cell-CTNa+较多,竣甲基化反 应更易进行。用有机溶剂代替水,则氢氧化 钠的浓度增加,且有机溶剂的极性较弱,这样 氢氧化钠向纤维素内扩散速率较强,不仅能 进入无定型区,而且可以进入结晶区晶面之 间。单独用水做溶剂,碱处理后的纤维素结构 并不发生变化,只是结晶度有所下降,大部分 结晶区被保留着。显然,羧甲基化的反应是主 要的反应,氯乙酸中的a-C连有电负性较强 的cr和COO-,所以<x-C上带有相当多的正 电荷,于是发生亲电反应(2)。NaOH的量过 低会使得(1)的碱化不完全,过高会破坏棉纤 维的大分子链状结构,同时,NaOH也易使 ClCH2COONa 发生(3)反应,C1 被一OH 取 代以后,《-C的正电性会受到影响。我们用量 子化学半经验的方法对氯乙酸钠和a-羟基乙 酸钠分别进行计算,结果见表1:可见,羟基取代以后,《-C的亲电性有所 增强。氯乙酸是一种酸性较强的酸,它的量过 多会影响反应介质的pH值,过少会影响反 应(2)的进行。
  表1 ?-C所带的电荷〇-c所带的电荷氯乙酸钠0. 3277?-羟基乙酸钠0. 3401实验编号12345NaOH 浓度(%)2030354045在水中的溶解情况不溶速溶速溶速溶速溶粘度(厘泊)/590650632328.5表3碱化时间对产品粘度的影响实验编号12345碱化时间(h)11. 5234在水中的溶解情况不溶微溶速溶速溶速溶粘度(厘泊)//59016321812三、实验结果与讨论1. NaOH浓度的影响碱液浓度和温度直接影响产品的性能。 如温度太高,碱液浓度太大,碱耗量大,且动 力消耗大,碱纤维素带走的碱量多,直接影响 醚化的进行;碱化浓度高,要求温度也高,一 般在室温下(20—25'C)即可碱化,如碱液浓 度太低,则使碱化不完全,一般选择30%的氢 氧化钠溶液即可。取废短棉2. 5g,碱化2h,氯 乙酸浓度为20%,醚化4h,醚化温度7〇_ 75X:。不同浓度NaOH所得产品的水溶性及 粘度见表2。
  表2碱液的浓度对产品水溶性及粘度的彩响受到破坏,粘度会降低。
  0.碱化时间的影响碱化时间长,有利于碱化完全,但生产周 期长。一般控制在碱化完全最短的时间为宜。 选择不同的碱化时间在相同的条件下进行实 验。在不同的碱化时间下,取2. 5g短棉,碱液 浓度35%(常温),氯乙酸浓度20%,醚化温度 70 — 75X:,醚化时间为4h,其结果见表3。
  200图1 NaOH浓度对粘度的影响 从图1可以看出,碱液浓度低于20%,不 能使纤维碱化完全,导致下步醚化反应不能 进行到底。碱液浓度太大,棉纤维的高分子链 溶。
  表4气乙酸浓度对醚化反应的影响实验编号1234氯乙酸的浓度(%)15202530在水中ft溶解性不溶溶速溶部分溶粘度(厘泊)忽略1102590忽略由上表可见氯乙酸浓度不宜太高,也不 宜太低,过低则醚化不完全,过高则影响反应 介质的pH值,一般选20—25%为宜。
  表5温度对醚化反应的彩响实验编号12345醚化温度CC)15-2025-3030-405060在水中的溶解情况不溶不溶微溶速溶速溶粘度(厘泊〉///590525酸20 %,在不同醚化时间下,所得产品的溶解 性和粘度等性能见表6。
  3.氯乙酸浓度对醚化反应的影响取2. 5g短棉,室温碱化,碱液浓度35%, 碱化2h,醚化4h,温度为50°C,用不同的氯乙 酸浓度醚化,其结果见表4。
  表6醚化时间对产品溶解性及粘度的影响实验编号1234醚化时间(h)3468在水中的溶解性不溶速溶速溶速溶粘度(厘泊)/5905953154.温度对醚化反应的影响醚化反应是羧甲基中的正碳离子进攻碱 化纤维素中的氧负离子的亲电取代反应,正 碳离子的进攻需要一定的能量。因此反应的 温度不能太低,但是如果反应温度过高,则会 使有机溶剂的挥发速度加快,加快了溶剂的 损耗,同时也对醚化反应产生不利影响。取 2. 5g短棉,碱液35%,室温碱化2h,氯乙酸 20%,在不同温度下醚化4h。其结果见表5。
  由表5可知,温度在50€左右反应最佳, 温度低要求反应时间长,反应不完全;温度高 乙醇挥发快。反应不能进行完全,粘度下降, 见图3。
  S.醚化时间对反应的影响醚化温度和醚化时间是相互联系的,若 醚化温度低则要求时间长;温度高则时间可 以缩短。现以50C作醚化的温度,取短棉 2. 5g,氢氧化钠浓度35%,室温碱化2h,氯乙醚化时间过长,粘度会下降,在5〇r条件 下大约醚化4h即可满足要求。见图3。
  6.正交实验由五个主要的影响因素,我们设计了五 因素四水平的正交实验,找到了最佳的反应 条件,并且进行了实验验证,证明正交实验得 出的结论可靠。另外,这五个因素对产品粘度 的影响由大到小的顺序是:NaOH浓度、醚化 时间、碱化时间、氯乙酸浓度、醚化温度。
  四、结论最后我们制得的产品用旋转粘度计测定 其粘度值为1800厘泊(质量百分比浓度为 1%),且在水中溶解迅速、透明、均匀。这些方 面明显优于国内某些厂家的产品。当然还有 些测定工作尚待完成(比如分子量的测定)。