Метилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза: свойства растворов и пленок

ровной. Фибриллярная структура, видимая в оптический микроскоп, электронно-микроскопическим способом не обнаруживается. При λ≈2.2—2.5 на поверхности пленок появляется рельеф, образованный довольно регулярными и протяженными бороздами шириной 0.2—0.4 мкм, направленными перпендикулярно оси вытяжки. При сканировании перпендикулярно оси вытяжки (рис.1) видны поперечные складки шириной 0.3—0.5 мкм, а на некоторых участках обнаруживаются расслоения в виде микротрещин размером по ширине 0.1—0.2 мкм и длине 1.0—1.5 мкм, направленных параллельно оси вытяжки. При сканировании параллельно оси вытяжки кроме складчатой структуры становятся видимыми неровности с преимущественной ориентацией вдоль оси вытяжки. Изучение поверхности сколов обнаруживает наличие пористой структуры, размер пор колеблется от 0.1 до 1.0 мкм.

Рис 1.

Свойства регенерированной из щелочного раствора Na-КМЦ (в виде пленок)

В связи с возможностью получения вязких растворов низкозамещенной карбоксиметилцеллюлозы с достаточно высокой степенью полимеризации были приготовлены пленки и изучены их свойства.

Формование пленок проводили по методике, применявшейся и для метилцеллюлозных растворов. В табл. 5 приведены данные механической прочности пленок. Пленки из низкозамещенной карбоксиметилцеллюлозы имели хорошую механическую прочность, но малую эластичность; удлинение при разрыве этих пленок составляло всего 5—6 % .

Таблица 5

Прочность на разрыв пленок из низкозамещенной карбоксиметилцеллюлозы

Номер образца	Степень замещения γ	Концентрация раствора, %	Прочность на разрыв σ . 10-7 , Н/м2	Растяжение при разрыве, %
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_	-

Данные о гигроскопичности и водопоглощении пленок из низкозамещенной карбоксиметилцеллюлозы представлены в табл.6. Гигроскопичность определяли при выдерживании пленок в атмосфере с относительной влажностью 80 %; водопоглощение измеряли при замачивании пленок в дистиллированной воде в течение двух суток при 293 К.

Таблица 6

Гигроскопичность и водопоглощение пленок из низкозамещенной

карбоксиметилцеллюлозы

Номер образца	Степень замещения γ	Гигроскопичность, %	Водопоглощение, %
1	23,5	23,3	3290
2	5,0	20,4	259
3	10,4	22,4	544
4	9,8	22,1	388
5	9,2	21,5	321

Как видно из табл. 6, гигроскопичность и водопоглощение пленок из низкозамещенной карбоксиметилцеллюлозы быстро увеличиваются по мере

повышения степени замещения продукта. Особенно заметно влияние степени замещения на водопоглощение пленок.

Эффект возрастания гидрофильных свойств целлюлозы при введении в нее небольшого количества объемистых радикалов объясняется, как уже говорилось, тем, что в начальной стадии этерификации происходит перераспределение прочности водородных связей в поперечной структуре волокна, характеризуемое накоплением более слабых связей.

Применение метилцеллюлозы

Наибольшее значение получили высокозамещенные растворимые в воде препараты метилцеллюлозы (γ=150—200) [5]. Эти продукты обладают комплексом ценных технических свойств и выпускаются промышленностью в виде мелких гранул или порошка белого или слегка желтоватого цвета. Практически не имеют запаха и вкуса. При температуре 433 К окрашиваются и разлагаются. Водные растворы метилцеллюлозы дают нейтральную реакцию.

В большинстве случаев метилцеллюлозу применяют для загущения водной среды. Эффективность загущения зависит от вязкости (т. е. от степени полимеризации). Метилцеллюлоза позволяет водонерастворимые вещества переводить в водной среде в устойчивое тонкодисперсное состояние, так как она образует гидрофильные мономолекулярные защитные слои вокруг отдельных частиц.

Ценными свойствами метилцеллюлозы являются ее высокое свя­зующее действие для пигментов, высокая адгезия в сухом состоянии и способность образовывать пленки. Эти интересные свойства используются при приготовлении водных малярных красок и клеящих веществ. Особенно пригодны для этого метилцеллюлозы с низкой величиной вязкости, так как их можно наносить на самые различные подложки.

В текстильной промышленности метилцеллюлоза используется в качестве шлихты для шерстяной основы и для мягкого аппретирования тканей с целью получения элегантного грифа и глянца.

Метилцеллюлоза с успехом применяется в мыловаренной про­мышленности. В фармацевтической практике она используется в качестве обезжиренной основы для так называемых слизистых и эмульсионных мазей типа масло/вода, которые служат для защиты кожи от световых ожогов и для обработки ран. Кроме того, метилцеллюлоза служит самостоятельным лекарственным препаратом.

В косметике водорастворимые простые эфиры целлюлозы используют для получения зубных паст и элексиров, защитных эмульсий и обезжиренных кремов для кожи.

Во всевозможных эмульсиях метилцеллюлозу применяют в качестве эмульгаторов и стабилизаторов для растительных масел.

Очень широко используется она также в пищевой промышленности.

Так, в производстве мороженого ее применение обеспечивает необходимую пышность, стабильность и вкус. Метилцеллюлоза используется в ароматических эмульсиях, подливах, для фруктовых соков, консервов и т. д.

Любопытное применение в пищевой промышленности находит способность растворов метилцеллюлозы желатинизироваться при нагревании. Так, например, добавление метилцеллюлозы к фруктовым начинкам пирогов или к сладкой начинке из варенья препятствует вытеканию этих компонентов при выпечке, что значительно улучшает внешний вид и сохраняет вкус изделий.

На карандашных фабриках метилцеллюлоза используется вместо гуммитрагаканта для цветных и копировальных стержней, для пастельных стержней, школьных мелков и красок и т. д.

Таким образом, применение водорастворимой метилцеллюлозы, хотя и является меньшим по масштабу, чем КМЦ, чрезвычайно разнообразно.

Что же касается низкозамещенной (щёлочерастворимой) метил-целлюлозы, то она не получила пока значительного применения.

Применение карбоксиметилцеллюлозы

Пленки, состоящие из 100 % Н-КМЦ растворимы начиная только с рН=11. Пленки указанного состава могут быть использованы в тех случаях, когда желательно ограничить их растворимость в небольших пределах значений рН, например в оболочках фармацевтических препаратов. Такая оболочка не должна растворяться, например, в слабокислой среде желудочного сока, но хорошо растворяется в слабощелочной среде кишечника.

Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы со степенью замещения от 0.5 до 1 −1.2 производится промышленностью в больших количествах, так как она находит широкое применение в нефтяной, текстильной, пищевой, фармацевтической технологиях, в производстве детергентов и т. д. как стабилизирующее, загущающее, клеящее, пленкообразующее и т. п. вещество. Эта соль хорошо растворяется в воде.

Ряд исследований, проведенных при испытании Nа-КМЦ в качестве добавки к моющим средствам, показал, что этот продукт значительно улучшает их моющие свойства.

Литература

1. Прокофьева М.В., Родионов Н.А., Козлов М.П.//Химия и технология
   производных целлюлозы. Владимир, 1968.С. 118.

2. Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. М.,1969.Т.1.
   663с.

3. Плиско Е.А.//ЖОХ.1958. Т. 28, № 12. С, 3214.

4. Плиско Е.А.//ЖОХ.1961. Т. 31, №2. С. 474

5. Heuser E. The Chemistry of Cellulose. New York, 1944. 660 p.

6. Глузман MX., Левитская И.Б. //ЖПХ. 1960. Т. 33, N 5. С. 1172

7. Петропавловский Г.А., Васильева Г.Г., Волкова Л. А. // Cell. Chem.
   Technol. 1967. Vol. 1, N2. P. 211.

8. Никитин Н.И., Петропавловский Г.А. //ЖПХ. 1956. Т. 29. С. 1540

9. Петропавловский Г.А., Никитин Н.И. //Тр. Ин-та леса АН СССР. 1958. Т.45.
   С. 140.

10. Васильева Г.Г. Свойства щелочерастворимой карбоксиметилцеллюлозы и
возможности ее использования в бумажной промышленности: 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. Подгородецкий Е. К. Технология производства пленок из
    высокомолекулярных соединений. М: Искусство, 1953. 77 с.

Оглавление

Введение стр. 2

Получение метилцеллюлозы стр. 2

Получение карбоксиметилцеллюлозы стр. 4

Свойства растворов метилцеллюлозы стр. 6

Свойства водорастворимой метилцеллюлозы стр. 8

Свойства растворов карбоксиметилцеллюлозы стр. 11
Свойства регенерированной из растворов метилцеллюлозы

(пленок) стр. 12
Свойства регенерированной из щелочного раствора Na-КМЦ

(в виде пленок) стр. 15

Применение метилцеллюлозы стр. 16

Применение карбоксиметилцеллюлозы стр. 18

Литература стр. 19