Метилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза: свойства растворов и пленок
|18,3 |206 |
|7,1 |20,8 |438 |
|9,1 |21,3 |684 |
гигроскопичность и водопоглощение метилцеллюлозных пленок достигают больших
величин, которые в значительной мере зависят от степени этерификации
исходной метилцеллюлозы; увеличение содержания ОСН3-групп в исходном
продукте влечет за собой увеличение гигроскопичности и набухаемости в воде
метилцеллюлозных пленок.
Структура регенерированной метилцеллюлозы и ее связь с физико-
механическими свойствами пленок изучены в работе [16]. В целях сравнения
исследовались пленки низкозамещенной метилцеллюлозы и метилцеллюлозы
высокой степени замещения, вплоть до 3. Пленки одной и той же
метилцеллюлозы высокой степени замещения получены из таких резко различных
растворов, как вода и органические растворители. Такое сравнение
представляет особенный интерес, ибо оно позволяет сделать вывод о
построении решетки метилцеллюлозы при регенерации из раствора в зависимости
не только от степени замещения, но и от растворителя. Для этого получена
метилцеллюлоза высокой степени замещения (близкой к 3), способная
растворяться как в воде, так и в органическом растворителе -хлороформе.
Пленки из водных растворов и растворов в хлороформе получены путем отлива
на стекле и испарения растворителя.
Пленки из водного раствора метилцеллюлозы (?=180), полученные
медленным испарением растворителя при комнатной температуре, имеют аморфную
структуру. Однако при такой высокой степени замещения в определенных
условиях вполне вероятна возможность упорядочения структуры метилцеллюлозы
в готовых пленках. Такими условиями оказались прогрев пленок в среде,
вызывающей набухание. Так, уже кипячение пленки в воде (метилцеллюлоза в
горячей воде нерастворима) в течение 30 мин вызывает заметное увеличение
порядка. Прогрев пленки в глицерине при температуре 473 К вызывает еще
большее упорядочение.
Особый интерес представляет формование пленок из водных растворов
метилцеллюлозы при повышенных температурах. При кипячении пленки в воде
кроме упорядочения происходит уплотнение структуры, уничтожение различных
внутренних дефектов, чем объясняется, по-видимому, увеличение
прочности пленки.
Формование пленок при 343 К приводит к значительному увеличению
эластичности, что может объясняться более свернутой конфигурацией
макромолекул, поскольку горячая вода не является растворителем для
метилцеллюлозы.
Переходя далее к рассмотрению структуры пленок триметил-целлюлозы,
следует отметить интересную особенность этого эфира. Триметилцеллюлоза
способна растворяться не только в органических растворителях, но и в
холодной воде (Т==273 К). Структура пленок триметилцеллюлозы как
стереорегулярного полимера отличается высокой кристалличностью. Вода для
триметилцеллюлозы является v-растворителем, поэтому пленки, сформованные из
водного раствора, отличаются меньшей кристалличностью.
Электронно-микроскопическое исследование поверхности пленок МЦ и
поверхности сколов, полученных в результате излома пленки, вдоль оси
вытяжки при температуре жидкого азота позволило установить более
мелкомасштабные детали строения пленок. При степенях вытяжки ??2.0
поверхность ориентированных пленок остается достаточно гладкой и ровной.
Фибриллярная структура, видимая в оптический микроскоп, электронно-
микроскопическим способом не обнаруживается. При ??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.
[pic]
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 |Концентрация |Прочность на |Растяжение при|
| |замещения ? |раствора, % |разрыв ? . |разрыве, % |
| | | |10-7 , | |
| | | |Н/м2 | |
|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|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 (?=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
| |  скачать работу |
Метилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза: свойства растворов и пленок |
