CZ108593A3

CZ108593A3 - Alkylhydroxyalkylcellulose ethers containing sulfoalkyl groups

Info

Publication number: CZ108593A3
Application number: CZ931085A
Authority: CZ
Inventors: Uwe Dipl Ing Bartz; Reinhard Dr Dipl Ing Donges; Heiner Klehr
Original assignee: Hoechst Ag
Priority date: 1992-06-06
Filing date: 1993-06-04
Publication date: 1993-12-15
Also published as: EP0573852A1; ATE161272T1; AU661583B2; JPH06136001A; DE59307841D1; HU9301647D0; EP0573852B1; IL105911A0; IL105911A; US5395930A; CA2097765A1; PL299210A1; TR27111A; HUT64978A; KR940005674A; AU4006093A

Description

Oblast techniky

Vynález se týká etherů alkylhydroxyalkylcelulosy, obsahuýí'c'řch~súůf'o'al'kýl^_ove^—skupiny způsobu j^jYčh výroby a jejich použití ve stavebnictví.

Dosavadní stav techniky

Na trhu dostupné ethery celulosy jsou zpravidla ve vodě rozpustné sloučeniny, vyrobené etherifikací celulosy v alkalických roztocích. Obvyklá etherifikační činidla jsou například alky Ihalogenidy, alkylenoxidy a hal ogenkarboxy lové kyseliny.

Rozličné ethery celulosy slouží jako pomocné látky v technických oblastech použití a nacházejí především použití ve stavebních materiálech, jako jsou omítky, pojivá a stěrkovací hmoty, jako zahušťovadla, činidla podporující příjem vody, filmotvorné prostředky a prostředky pro úpravu viskosity. Pod pojmem schopnosti podporující příjem vody se rozumí schopnost zpomalené poskytovat vodu, obsaženou v namíchané směsi stavebního materiálu. Přídavkem etherů celulosy ke směsím stavebních hmot se redukuje rychlost odevzdávání vody v základu a voda je k disposici pro rovnoměrné navázání a vytvrzení směsí stavebních hmot. V omítkách, pojivech a stěrkovacích hmotách se tím potlačuje úbytek a tvorba trhlin a zlepšuje se schopnost přilnavosti a zpracovatelnost.

Z DE-A-39 10 730 je v sádrových směsích známé použití etherů celulosy, které vedle methylových a hydroxyalkylových skupin dodatečně obsahují karboxymethylové skupiny. Tyto pomocné látky sice maji zlepšenou schopnost poskytovat vodu při zvýšených teplotách, jejich použití je však limitováno citlivostí karboxylových skupin vůči iontům kovů alkalických zemin. V US-A-2 795 508 je popsáno použití etherů sulfoalkylcelulosy a jejich solí jako zpomalovače tuhnutí cementu při exploraci ropy. V US-A-2 583 657 je jmenováno použití etherů alkylsulfoethylcelulosy a jejich solí jako činidla podporujícího příjem vody ve směsích pro cementování vrtaných otvorů při exploraci ropy.

Z US-A-3 357 971 jsou známé ve vodě rozpustné ethery hydroxypropylsulfoalkylcelulosy a jejich použití jako zahušfovadel, stabilisátorů nebo jako činidel pro zpracování povrchu při zvýšených teplotách, například v barvách, lepidlech a potravinách.

V GB-Pat.-470 994 je popsán způsob výroby etherů sulfoethylcelulosy a jejich směsných etherů, jako je. například ether methylsulfoethylcelulosy a ether hydroxyethylsulfoethylcelulosy.

Přes ethery celulosy, známé již ze stavu techniky, je i nadále zapotřebí nových etherů celulosy, které by se vyznačovaly zlepšenými vlastnostmi se zřetelem na pokud možno vysokou' teplotu flokulace, na dobrou rozpustnost v horké vodě, na nepatrnou citlivost vůči vícemocným iontům a na nepatrnou citlivost teploty flokulace vůči výkyvům hodnoty pH .

Podstata vynálezu

Překvapivě se ukázalo, že ethery alkylhydroxyalkylcelulosy, které;dodatečně ještě obsahují sulfoalkylovou skupinu jako substituent etheru, se vyznačují výše uvedenými zlepšenými vlastnostmi.

--Pí e drně t em—p ř e d-loženého— vy náT'ezu^—j'SOU^— ťe'dy ~gf herý alkylhydroxyalkylcelulosy, jejichž podstata spočívá v tom, že obsahují jako další substituent etheru sulfoalkylovou skupinu.

Dalším předmětem předloženého vynálezu je způsob výroby uvedených etherů celulosy etherifikací celulosy v alkalickém mediu s alespoň jednou sloučeninou, přenášející alkylovou skupinu, s alespoň jednou sloučeninou, přenášející hydroxyalkylovou skupinu a s alespoň jednou sloučeninou, přenášející sulfoalkylovou skupinu, zahrnující následující pracovní kroky ;

a) alkalisace celulosy,

b) během nebo v návaznosti na a) přídavek sloučeniny, přenášející hydroxylové sloučeniny,

c) popřípadě v návaznosti na b) dodatečný přídavek alkalisačního činidla a

d) během nebo v návaznosti na b) nebo popřípadě na c) přídavek sloučeniny přenášející alkylové skupiny, jehož podstata spočívá v tom·, že e) přídavek sloučeniny; přenášející sulfoalkylové skupiny, probíhá již během pracovního kroku a) .· nej později však před pracovním

ϊ.7;&&ε ' 1 krokem d) .

Ethery celulosy podle předloženého vynálezu mají tři různé etherové substituenty a sice alkylové skupiny, hydroxyalkylové skupiny a sulfoalkylové skupiny i? Alkylové skupiny mají výhodně jeden až tři uhlíkové atomy. U hydroxyalkylových skupin se jedná výhodně o hydroxyethylovou skupinu a hydroxypropylovou skupinu. U sulfoalkylových skupin se jedná výhodně o sulfoethylovou skupinu a sulfopropylovou skupinu.

Účelem náswledujícího odstavce je objasnění označení průměrný stupeň substituce (DS) a molární stupeň substituce (MS)” . V celulosových molekulách se nacházejí tři hydroxylové skupiny pro anhydroglukosovou.jednotku. Pod označením DS se rozumí průměrný počet hydroxylových skupin, substituovaných v celulose, pro anhydroglukosovou j ednotku. Pod označením MS se rozumí průměrný počet molů reakčního partnera, kombinovaného s glukosou, pro anhydroglukosovou jednotku. Pro deriváty glukosy, nesoucí alkylové skupiny, jsou hodnoty DS a MS stejné. Toto platí při nepatrných stupních substituce také pro sulfoalkylové skupiny. Pro deriváty celulosy, nesoucí hydroxyalkylové skupiny, je hodnota MS všeobecně vyšší než DS .

Ethery celulosy podle předloženého vynálezu mají hodnotu DS_alkyl .1,0 až 2,0 , hodnotu 'DS_sulfoalkyl v rozmezí 0,004 až 0,6 a hodnotu MSj_iycj_roxya2_kyj v rozmezí 0,01 až 1 .

Molekulové hmotnosti jsou zhruba v rozmezí 10000 až 500000. Viskosity jsou v rozmezí 3 až 300000 mPa.s (podle Hópplera, 2% vodný roztok, 20 °C ).

5·^

J

II·?}·

Ethery celulosy podle předloženého vynálezu se mohou vyrobit různými způsoby.

'ý-ý Když se vychází z etheru alkylhydroxyalkylcelulosy, jako je’například ether methylhydroxyethylcelulosy,. provádí *· ·.·-Μ·Φ. ' * „· .*-&·*·*· <?«**’ - · -γ» τ ·- . ..,·,·>*· -- v “—yj o.·' ¹ * . ‘,^ř' ' '^v . · * ' '·.· &,··,.>.· sel reakce/ seji sloučeninou^ přenášející sulf óalkylové * skupiny. K tomu. se.popřípadě' vlhký ether .alkylhydroxyalkylcelulosy smísí s alkalisačním činidlem. Jako alkalisační činidla slouží výhodné vodné alkalické louhy, jako je například

-τ--—-——hyd-rox-íd—sodný-?—-Koncentrace^- al^kařisačnihO“ pro střed ku^-se i může pohybovat v širokém rozmezí. Výhodné je ale použití koncentrovaného alkalisačního prostředku, aby se příliš nezvýšil obsah vody. Koncentrace alkalického louhu bývá obvykle okolo 50 % hmotnostních. Během nebo po přídavku alkalisačního činidla se přidá sloučenina přenášející sulfoalkylové skupiny. Jako vhodné sloučeniny je možno jmenovat například natriumvinylsulfonát, kyselina chlor.ethansulfonová a propansulfon. Typ a množství sloučeniny se řídí podle požadovaného typu substituce a podle požadovaného stupně substituce. Sulfoalkylace se provádí při teplotě až. 90 °C , výhodně 70 až 90 °C . Po průměrně 20 hodinách je? sulfoalkylace ukončena.

Je však ale také možné vyrábět ethery celulosy podle lít předloženého vynálezu tak, že se vychází ze směsného etheru alkenylcelulosy, jako je například ether allylhýdroxyethylt» , ' celulosy, a tato se nechá reagovat s hydrogensiřičitanem

Λ sodným.

Při výhodném způsobu výroby etherů celulosy podle předloženého vynálezu se provádí etherifikace celulosy v alkalickém roztoku pomocí alespoň jedné sloučeniny, přenášející alkylovou skupinu, alespoň jedné sloučeniny, pře6 nášející hydroxyalkylové skupiny a alespoň jedné sloučeniny, přenášející sulfoalkylové skupiny. Obvyklé sloučeniny, přenášející- alkylové skupiny, jsou alkylhalogenidy, jako je například methylchlorid a ethylchloríd. Obvyklé sloučeniny, přenášející hydroxyalkylové; skupiny ,?, jsou alkylenoxidy , jako je například;éthylenoxid/propylerioxid a 1,2-butylenoxid. Výroba še může provádět'za přítomnosti přebytků etherifikačního činidla a/nebo za přítomnosti suspendačního prostředku. Vhodné suspendační prostředky jsou suspendační prostředky, používané obvykle v chemii celulosy, výhodné organická rozpouštědla, jako jsou ethery nebo uhlovodíky. Jako obzvláště vhodné ethery je možno uvést dimethylether, diethylether, dimethylglykol nebo cyklické ethery, jako je například dioxan a tetrahydrofuran. Jako vhodné uhlovodíky je možno uvést toluen a hexan.

* Ve svém průběhu odpovídá výhodný způsob dalekosáhle způsobu výroby etherů alkylhydroxyalkylcelulosy.

Jednotlivé kroky způsobu jsou v následujícím blíže obj asněny:

a) Alkalisace celulosy :

U

Obvykle se používá rozemletá buničina o zrnitosti 0,3 mm .

t t

Jako alkalisační činidlo slouží například vodný roztok hydroxidu alkalického kovu, který se obvykle používá v koncentraci 50 % hmotnostních. Množství alkalisačního činidla, použité při alkalisaci celulosy, je v poměru 1,0-6,0 :

: 1,0 ·, vztaženo na molární množství celulosy. Přídavek alkalisačního činidla se může provádět kontinuálně nebo po ' i' ή

S ' .·! 'Λλ

-ι částech. Aby se zajistilo, že probíhá pokud možno rovnoměrná alkalisace a následující etherifikace, je výhodné, suspendovat celulosu v suspendačním prostředku. Hmotnostní množství suspendačního činidla je v poměru 1,0 až 20,0 , vztaženo na navážku celulosy.

b) Hydroxyalkylace :

4j t,ř

Během alkalisace celulosy nebo v návaznosti na ní se -provád-í—obvyk-l-e—př-í-davek—s-l-oučeniny~přen'áš‘ej'řc'í^—hyďroxyTSvě' skupiny. Typ a množství tohoto etherifikačního činidla se řídí podle požadovaného typu substituce a podle požadovaného stupně substituce. Hydroxyalkylace se provádí výhodně při teplotě v rozmezí 60 až 90 °C .

*·

c) Případná dodatečná alkalisace :

Ukázalo se, že je výhodné po hydroxylaci b) přidat určité množství dodatečného alkalisačního činidla. Množství alkalisačního činidla je takové, jaké je potřebné pro dosažení požadovaného stupně alkylace. Množství alkalisačního činidla, přidaného vždy podle počátku reakce, činí obvykle 0-5 mol pro jeden mol celulosy. Tato dodatečná alkalisace se provádí při. teplotě v rozmezí 30 až 100 °C .

í

d) Alkylace :

Po přídavku dodatečného alkalisačního činidla se přidá činidlo, přenášející požadované alkylové skupiny, přičemž se typ a množství činidla, přenášejícího alkylové skupiny, řídí podle požadovaného druhu substituce a podle požadovaného stupně substituce.

líčí8

e) Sulfoalkylace :

Během nebo v návaznosti na alkalisaci a) , popřípadě během nebo v návaznosti na hydroxyalkylaci b) , se provádí přídavek sloučeniny, přenášející sulfoalkylové skupiny,

--------k alkalicelulóse,- popřípadě k hydroxyalkylcelulose. Přidávané množství se řídí podle požadovaného stupně substituce a obvykle je v rozmezí 0,01 až 1,5 mop pro jeden mol alkalicelulosy. Sulfoalkylace se provádí obvykle při teplotě v rozmezí 70 až 90 °C a je ukončena přibližně po jedné hodině.

f) Čištění

Po reakci s různými etherifikačníroi činidly se provádí obvykle zpracování reakční vsázky, to znamená čištění vyrobeného etheru celulosy. Vyrobený ether celulosy se promyje., . přičemž proces promývání závisí na sklonu etheru celulosy k rozpouštění. Ethery celulosy, které jsou v horké vodě nerozpustné, se výhodně promývají vodou o teplotě v rozmezí 95 až. 100 °Č“ň

Ethery celulosy, které vykazují při teplotě v oblasti 100 °C nepatrnou rozpustnost ve vodě, se mohou zbavit organických vedlejších produktů pomocí vody, obsahující soli. Teplota promývací vody činí 95 až 100 °C. Podstatné při tom je, aby promývací voda obsahovala Tolik soli, například chloridu sodného, aby čištěný ether celulosy nepřecházel do roztoku, nebo aby přecházela pouze jeho nepatrná část.

- Ethery celulosy s dobrou rozpustností ve vodě při asi 100 °C se obvykle promývají směsemi vody a organických rozí

ν*Γ

pouštědel. Vhodná organická rozpouštědla jsou rozpouštědla mísitelná s vodou, jako jsou alkoholy a s vodou mísitelné. ethery a ketony, jako je například methylalkohol, ethylalkohol, isopropylalkohol, dimethylglykol, dioxan, tetrahydrofuran a aceton.

Je ale také možné přidávat činidlo přenášející hydroxylové skupiny a činidlo přenášející alkylové skupiny společně (kroky b) a d)). Množství alkalisačního činidla, potřebné pro etherifikaci, se v tomto případě přidává ve stupni a) . Při této možnosti výroby se provádí přídavek činidla, přenášejícího sulfoalkylové skupiny (krok e)), před nebo během společného přídavku činidel, přenášejících hydroxylové skupiny a alkylové skupiny (kroky b) a d)).

Rovněž vhodná možnost‘výroby etherů celulosy podle ^zpředloženého vynálezu zahrnuje nejprve alkalisaci celulosy* (krok a)), potom následuje přídavek sloučeniny, přenášející hydroxylové skupiny (krok b)), dále následuje přídavek sloučeniny, přenášející sulfoalkylové skupiny (krok e)), popřípadě následuje přídavek dodatečného alkalisačního činidla (krok c)) a nakonec se přidává sloučenina, přenášející alkylové skupiny (krok d)).

Ethery celulosy podle předloženého vynálezu se vyznačuj i ve srovnání s ethery celulosy béz sulfoalkylových skupin řadou výhod, které se dají shrnout v následujícím :

- vysoká teplotaflokulace,

- specielně se dá dosáhnout vysoké teploty flokulacě již při nepatrném stupni- sulfoalkyláce,

- nepatrná 'citlivost teploty flokulacě vůči kolísání hodnoty PH ιοί

Pod pojmem teplota flokulace se rozumí xeploxa, při kxeré rozxok etheru celulosy o koncenxraci 1 % hmoxnosxní, vykazuje ješxě 50 % transparence, měřené při xeploxě místnosti. · ,

Exhery celulosy podle předloženého vynálezu jsou vhodné jako přísada pro směsi sxavebních hmot, jako jsou omíxky, malty, pojivá a sxěrkovací hmoty na basi sádry, vápenného hydráxu a cementu. Ukázalo se, že se exhery celulosy podle předloženého vynálezu vyznačují zlepšenou

1’ schopnosxí udržení zbytkové vody (VRv) ve srovnání s dosud používanými exhery celulosy, obzvlášxě při xeploxách v oblasti 30 °C a výše. Použité exhery celulosy podle předloženého vynálezu vykazují hodnoty v rozmezí

1,0 až 2,0 , hodnoty ^MShydroxyalkyl v rozmezí 0,01 až 1 a hodnoty ^DS_su2f_oau_Cyi v rozmezí 0,004 až 0,6 . Mají dále výhodně viskositu v rozmezí 3 až 300000 mPa.s (podle Hópplera, vodný roztok o koncentraci 2% hmotnostní, teplota 20 °C) a zrnitost < 1 mm , výhodně v oblasti <0,2 mm. Ethery celulosy se používají v množství 0,001 až 5 % “hmotnostních, vztaženo na sušinu směsi stavební hmoty.

Jako vhodné ethery celulosy jako činidla pro udržení zbytkové vody jsou známé také ethery sulfoalkylcelulosy a ethery alkylsulfoalkylcelulosy, obzvláště ether methylsulf oethylcelulosy (MSEC) a ether methylsulfopropylcelulosy (MSPC). Tyto ethery celulosy jsou známé například z US-A-3 357 971 , US-A-2 795 50S , US-A-2 583 675 a GB-P-470 994.

Použité ethery alkylsulfoalkylcelulosy mají hodnotu ^DSalkyl ^{1 až 2 a} hodnotu DS_sulfoalkyl 0,005 až 0,6 .

Viskosita těchto etherů celulosy je v rozmezí 100 až 3OOOQ0 mPa.s (podle Hópplera, vodný roztok o koncentraci •ÍU':

2% hmotnostní, teplota 20 °C) a zrnitost < 1 mm , výhodně v oblasti <0,2 mm. Alkylsuifoalkylethery celulosy se používají v množství*0,001 až 5 % hmotnostních, vztaženo na sušinu směsi stavební-hmoty.

.,>· Ethery· celiilosy/podle? předloženého vynálezu se mohou použít také v kombinaci s neíónogennírai ethery celulosy, jako je například methylcelulosa (MC) , methylhydroxycelulosa (MHEC) , methylhydroxypropylcelulosa (MHPC) a ethylhydroxyethylcelulpsa_(EHEC)_.______

Směsi stavebních hmot na basi sádry, vápenného hydrátu a cementu obsahují obvykle pomocné látky a/nebo modifikační činidla. Jako vhodné pomocné látky je možno uvést hydrokoloidy, látky tvořící vzduchové póry, plastové dispersní prášky, hydrofobisační činidla, botnací činidla, plnidla, zlehčovací přísady, ztekucovadla, jakož i zpomalovače nebo urychlovače. Typickými plnidly jsou křemenný nebo vápencový písek, jakož i jejich moučky (zrnitost 5 gm až 5 ram) .

Směsi stavebních hmot na basi sádry, vápenného hydrátu a cementu mají obvykle následující složení (sušina) :

99,99 až 1 % hmotnostní

0,001 - 5 % hmotnostních

- 90 % hmotnostních

- 10 % hmotnostních

- 10 % hmotnostních .0 - 1 % hmotnostní sádra, vápenný hydrát, cement nebo vápenný hydrát/cement ; výše uvedené ethery celulosy podle vynálezu a známé ; křemenný písek nebo vápencový písek ;

plastový dispersní prášek ; zlehčovací přísada ; hydrofobisační činidlo ;

ether škrobu ;

látka tvořící vzduchové póry

O - 0,5% hmotnostních 0-0,1% hmotnostních

Do takto získané suché hmoty se přidává tolik vody, dokud se nedosáhne požadované konsistence.

Vysvětleni obrázků na výkresech

Na obr. 1 je znázorněna závislost teploty flokulace (FT ; °C) na anionickém stupni substituce (DS) etheru methylhydroxyethylsulf oethylcelulosy (MHESEC) podle předloženého vynálezu ve srovnání s etherem methylhydroxyethylkarboxymethylcelulosy (MHECMC) . Použité ethery celulosy mají následující charakteristické veličiny :

MHESEC {-) : DS_alkyl -1,9 ; MS_hydroxyalkyl = 0,12

MHECMC () : DS_alkyl - 1,6 ; MS_hydroxyalkyl = 0.21

Pod pojmem anionický stupeň substituce (DS) se rozumí stupeň sulfoethyláce, popřípadě stupeň karboxymethylace etheru celulosy. Měření se provádí ve vodném roztoku o koncentraci 1 % hmotnostní .

Sulfoethylované ethery celulosy podle předloženého vynálezu vykazují pří stejném stupni substituce vyšší teplotu flokulace.

Na obr. 2 je znázorněna závislost teploty flokulace (FT, °C) na hodnotě pH roztoku etheru celulosy podle předloženého vynálezu (MHESEC) ve srovnání s jinými anionický substituovanými ethery celulosy (MHECMC) a neionogenními ethery celulosy (MHEC).

Použité ethery celulosy mají následující charakteristické -hodnoty : ...

MHESEC (») . = 1,9 ; NSj₁y_droxy_aj_ky^ = 0,12

MHECMC (^B) : DS^^y-^ = 1,6 ; MSh_ydroxyaj_ky·^ = 0,21

MHEC (.) : DS_alkyl = 1,7 ; MS_hydroxyalkyl =0,20

Měření se provádí ve vodném 0,3% roztoku chloridu sodného o koncentraci 1% hmotnostmi, vztaženo na množství . ι Ί ' . . . . I I I .1 . —¹¹ ¹ I ' J I . I ) ¹ vody a při . přírůstků teploty 3 °C/miři.

Oba anionické ethery celulosy vykazují při hodnotách pH > 7 vyšší teplotu flokulace než neionické ethery celulosy. Při hodnotě pH < 7 vykazují ethery celulosy podle předloženého vynálezu podstatně vyšší teplotu floku-'^:láce ve srovnáni s karboxymethylovanými ethery celulosy.

ί»

Příklady provedení vynálezu

Vynález je v následujícím blíže objasněn na základě výhodných příkladů výroby a příkladů použití.

Procentické údaje se vždy týkaí % hmotnostních.

Používané zkratky mají následující významy :

M methyl

HE hydroxyethyl

SE ' sulfoethyl _v

NaVS natriumvinylsulfonát

VRV snížení schopnosti vázat zbytkovou vodu při

S;- h*· ^•>*‘7-^· - _k•2&: &··«>*..

; ,>yJC·’ΛτΔ i · izvýšení teploty ze 20 °C na 40 °C v procentních bodech .

Výrobní příklady

Výroba methylhydroxyethylsulfoethylcelulosy (MHESEC)

162 g rozemleté buničiny se alkalisuje v mísiči roztokem, hydroxidu sodného ve 200 ml vody. Přidá se vodný roztok natriumvinylsulfonátu (25 - 35¾) a dále se mísí po dobu asi 15 minut. Po převedení do tlakotěsné míchané nádoby, evakuaci a převrstvení dusíkem se vtlačí směs 1260 g methylenchloridu a 22 g ethylenoxidu. Reakční směs se nechá asi 60 minut etherifikovat při teplotě v rozmezí 80 - 90 °C . Získaný produkt se vymyje horkou vodou, vysuší se a pro užitný test se jemně rozemele. Produkty, které jsou rozpustné v horké vodě, se extrahují prakticky bez solí pomocí 80% isopropylalkoholu.

Tabulka 1: Methyl-hydroxyethyl-sulfoethyl-celulosa (MHESEC)

Příklad použité množství	stup. subst. i	obsah solí (%)	visko- sita (mPa.s)	tepl. flok. ( °C)
srovn. příklad	NaOH · Cg)	NaVS (g)	W	M	HE SE
1	154 ,	5,2	25	1,79	0,12	0,004	.0.,02.	_24000_	78
2	.100	13,0	25	1,48	0,13	0,014	0,16	9400	90
3'	100	10,8	30	1,40	0,15	0,014	0,52	>100000	90
4	112	13,0	25	1,58	0,13	0,016	0,07	61000	91
5	134	10,8	30	1,75	0,12	0,011	0,43	>100000	⁸⁶
6	144	13,0	25	1,78	0,12	0,017	0,12	29000	961
7	154	13,0	25	1,78	0,12	0,18	0,14	27000	89
8	154	13,0	25	1,83	0,12	0,012	0,00	24000	88
9	100	26,0	25	1,45	0,14	0,016	0,16	72000	>100
10	100	21,7	30	1,44	0,15	0,018	1,29	>100000	95
11	112	26,0	25	1,62	0,15	0,018	0,11	67000	>100
12	124	26,0	25	1,67	0,12	0,019	2,77	61000	93
13	134	26,0	25	1,66	0,11	0,020	1,81	32000	96
14	144	26,0	25	1,76	0,12	0,024	0,11	27000	>100
15	154	26,0	25	1,90	0,12	0,025	0,54	32000	>100
16	154	26,0	25	1,79	0,12	0,031	0,02	19000	>100
17	154..	52,0...	25.	1,85	0,12	0,057	0,99-	24000	>100

Tabulka 1 (pokračování)

Příklad	použité množství	stup. subst.	obsah solí (%)	visko- sita (mPa.s)	tepl. flok. ( °C)
srovn. příklad	NaOH (g)	NaVS (g)<	(%)	M	HE SE
18	154	52,0	25	1,82	0,12 0,050	0,02	27000	>100
1	154	-	-	1,78	0,12 -	0,28	20000	72

Výroba mexhylhydroxyethylsulfoethylcelulosy (MHESEC)H

176 g vlhké (46 96 vody) methylhydroxyethylcelulosy (27,2 % OCH^ ; 2,5 96 OC2H4 ; vztaženo na sušinu) se ve hnětači zpracuje s 8 g koncentrovaného hydroxidu sodného (49,596) . Potom se přidá roztok natriumvinylsulfonátů (30%) a nechá se reagovat po dobu 20 hodin při teplotě 90 °C .

Po neutralisaci kyselinou octovou se promyje směs horkou vodou.

Tabulka 2: Methylhydroxyethylsulfoethylcelulosa (MHESEC)

ΐ.

příklad	vsázka NaVS (g)	stupeň substituce	obsah solí (%)	viskos. (mPa.s) (1%)	teplota flokul. ( °C)
srovn. * pr.	M	HE	SE
19	21,5	1,64	0,09	0,007	0,0	4200	79
20	43,0	1,62	0,09	0,009	0,0	3499	82
2	-	1,67	0,11	-	0,0	2200	76

Výroba methylhydroxypropylsulfoethylcelulosy (MHPSEC)

3000 g smrkové buničiny se v mísici suspenduje v 17 1 95% dimethylglykolu nebo dioxanu. Po překrytí dusíkem se alkalisuje 1450 g koncentrovaného hydroxidu sodného (49,5%), přidá se vodný roztok natriumvinylsulfonátu (30%), 313 g propylenoxidu a nechá se etherifikovat po dobu 60 minut při teplotě 100 °C . Po přídavku druhé porce koncentrovaného hydroxidu sodného (2900 g) se nechá reagovat s methylchloridem (2722 g) po dobu 60 minut při teplotě 100 °C . Suspendační činidlo se oddestiluje a produkt se promyje jednou vodou o teplotě asi 95 °C a potom 80% vodným isopropylalkoholem.

Tabulka 3; Methylhydroxypropylsulfoethylselulosa (MHPSEC)

příklad	vsázka NaVS (g)	stupeň substituce	obsah solí (%)	viskos. (mPa.s) (1%)	teplota flokul. ( °C)
srovn. př-	M	HP	SE
21	193	1,60	0,06	0,018	0,46	4100	>100
22	387	1,47	, 0,11	0,028	0,57	3400	>100
23	387	1,47	0,11	0,028	5,08	2800	>100
3	-	1,66	0,13	-	0,26	2200	70

Výroba methylsulfoethylcelulosy

162 g rozemleté celulosy, se v mísící alkalisuje roztokem žíravého louhu ve 200 ml vody. Potom se přidá vodný roztok natriumvinylsulfonátu a dále se míchá po dobu asi 15 minut. Po převedení do tlakové míchané nádoby se tato evakuuje, směs se převrství dusíkem a vtlačí se 1260 g methylchloridu. Směs se nechá etherifikovat po dobu asi 60 minut při teplotě v rozmezí 80 až 90 °C . Získaný produkt se promyje horkou vodou, vysuší se a pro test využitelnosti se jemně rozemele. Produkty, které neflokulují v horké vodě se promyjí 80% isopropylalkoholem až do nepřítomnosti solí.

Tabulka 4: Methylsulfoethylcelulosa (MSEC) příklad vsázka stupeň.subst _ NaOH NaVS _ obsah viskos/ teplota solí (mPa.s) flokul.

srovn. př.	Cg).	(g)	(%)	M . '·	SE;, ;>·.	»(%)	(2%)	( °C)
24 .25-	154 -1-54-	4,3 -10,-8-	30 -30—-	1,71 -l_v77-	0,006 -0-;01·2—	0,20 0₇22-	32000	63
45000	i 6
26	154	21,7	30	1,76	0,020	0,23	34000	95
27	154	32,5	30	1,78	0,034	1,40	17000	99
28	154	43.8	30	1,81	0,060	0,32	13000	>100
29	154	65,7	30	1,77	0,076	4,41	9500	>100
30	154	65,7	30	1,80	0,077	1,74	9200	>100
4	154	-	-	1,87	-	0,91	72000	56

Příklady použití

Schopnost vázat zbytkovou vodu (VRV) dále uváděných směsí stavebních hmot, obsahujících sulfoalkylované ethery celulosy podle předloženého vynálezu a známé ethery alkylsulfoalkylcelulosy, jakož i směsí stavebních hmot, použitých pro srovnávací účely, se stanovuje volitelné podle DIN 18555 , část 7 (zkoušení malt s minerálními pojivý), nebo podle ASTM C 91 ;

./V L

DIN 18555, část 7

Ke 500 g směsi stavební hmoty se přidá definované množství etheru karboxymethylované methylhydroxyethylcelulosy nebo-methylhydróxypropylceluíósývjiň Získané- směsi se během ‘ 15 sekund-přivedouha·teplotu- 20 ^UC a potom se asi 30 sekund míchají v mísiči malty při. střední rychlosti míchání. Přidá se tolik vody, až vyrobená čerstvá malta vykazuje konsistenci, která odpovídá míře rozprostření 170 ± 5 mm (DIN 18555, část 2 a 8) . Pro stanovení schopnosti vázat zbytkovou vodu se použije plastikový kroužek o vnitřním průměru 140 mm a výšce 12 mm, který se položí na buničinový karton (přířez 190 x 190 mm, firma Schleicher & Schull, Nr. 2727) . Mezi plastikovým kroužkem a buničinovým kartonem se nachází vláknité rouno (průměr 185 mm, firma Schleicher & Schul, Nr. 0980). Pro vlasní měřící postup se naplní asi 150 g směsi stavební hmoty přímo po výše popsaném namíchání během 5 sekund do plastikového kroužku. Přesahující čerstvá malta se seškrábne špachtlí ; množství, nacházející se.v kroužku, se přesně stanoví zvážením. Během doby sání 5 minut odtáhne buničinový karton vodu z hmoty ; přesné množství se stanoví zpětným zvážením vlhkého kartonu. Vláknité rouno slouží pouze k tomu účelu, aby se mohla po pěti minitách doby sání maltová hmota z kartonu lépe sejmout. Schopnost vázat zbytkovou vodu je definována jako procentuální podíl zbylého množství vody ve srovnání s celkovým množstvím na počátku pokusu.

ASTM C 91

Při τέτο zkoušce se ve vakuu odtáhne voda z připravené směsi stavební hmoty. Suchá malta se rozmíchá s předem stanoveným množstvím vody v laboratorním míchadle. Namíchanou čerstvou maltou se naplní odsávačka a připojí se na vakuum (cementová omítka 6700; Pa diferenční tlak, 15 mi'5 '· . \ ·· ' . /4 . / vp-.iZ· „ i. .....

nut ; pojivo na dlaždičky : 8000 Pa'podtíak, 3 minuty) .

n . . · I. . u, Schopnost vázání zbytkové . vody;j e i définována^j ako procentuální obsah zbylého množství - vody_L ve? srovnání., s celkovým množstvím vody na počátku pokusu? \ .7··’ ^;

V tabulce 5 jsou uvedeny charakteristické hodnoty použitých směsí stavebních hmot.____

Jako látka, tvořící vzduchové póry, se používá ^RHostapur OSB (olefinsulfonát, sodná sůl) .

Používaný ether škrobu má následující charakteristické hodnoty : hydroxypropylovaný Škrob ; MS_{hydroxypropyl}: 0,5 ;

jemnoszt zrnění : < 200 μπι ; viskosita : 20 mPa.s (2% roztok, hópplerův viskosimetr, 20 °C ) . _t “

Jako hydrofobisační činidlo se použije stearát zinečnatý.

Jako plastový dispersní prášek slouží ^RMowilith DM 200p . n

V sádrovém pojivu se použije Zeliquid GA 1 a v sádrovápenné omítce a sádrové omítce se použije ^RZeliquid GA 7 jako zpomalovač tuhnutí.

Zkoušení schopnosti vázat zbytkovou vodu se provádí při teplotě 20 °C a 40 °C , Při vyšší teplotě se jak pracovní přístroj, tak také suchá směs a přidávaná voda zahřej í na 40 °C .

I

Tabulka 5: Složení používaných směsí stavebních hmot (hmotnostní díly)

Komponenta sádrová	s.ádro-	sádrové	poj ivo	vápenno-	j ádr.
omítka	vápenná	poj ivo	na dlaž-	cementová	cement
	písková		bu/stav.	omítka	omítka
	omítka		poj ivo

Štuková
sádra	40	40	100	-	-	-
sádra vápenný	49	-	-	-	-	-
hydrát portlandský	2	6		-	5	3
cement vápencový	“			40	13	15
písek křemenný	8	53			40	9
písek	-	• “	-	60	40	73
perlit ether	1	1		-	2	-
celulosy porotvorná	0,22	>0,18	0,7	0,6	0,12	0,10- -0,12
látka ether .	0,01	0,01	-	-	0,015	0,01
škrobu hydrofob.	0,02	0,02	-	0,05	0,02	0,02
činidlo zpomalovač	—		-	-	-	0,3
tuhnutí	0,1	0,1	0,2	-	-

Tabulka 1 (pokračování)

Komponenta sádrová	sádro-	sádrové	poj ivo	vápenno-	j ádr.
omítka	vápenná	poj ivo	na dlaž-	cementová	cement
	písková	¹	bu/stav.	omítka .	omítka
	omítka		poj ivo

plastový
axspersni prášek voda 60	50 70	1,5 30	22	20
Tabulka	6 : Charakteristické hodnoty	etherů	celulosy, -

použitých ve směsích stavebních hmot pro srovnávací účely

Srovn, příklad	typ etheru	MS HE/HP	DS	viskosita (mPa.s, 2%)
5	MHEC	0,13	1,5	60000
6	MHPC	0,16	1,5	40000
7	MHEC	0,10	1,8	30000
8	MHEC	0,22	1,5	60000
9	MC	-	1,9	72000

Tabulka 7: Schopnost vázat zbytkovou vodu (VRV) v sádrové omítce (zkoušeno podle DIN 18555, část 7)

Příklad srovn. příklad	. typ etheru	VRV (%)	_avrv
20 °C	40 °C

'14	MHESEC	94,8	92,6	2,2
5	MHESEC	99,0	97,7	1,3
21	MHPSEC	99,1 i	97,0	2,1
29	MSEC	98,9	98,0	0,9
9	MC	98,4	85,9	14,5
5	MHEC	99,5	95,0	4,5
6	MHPC	98,4	93,2	5,2

• ·“·· .;' ' j. -'/ í ' ’ >ή···^.·;ς·.· ΐ · ”.

Tabulka 8: Schopnost vázat zbytkovou vodu (VRV) v sádrovápenné omítce (zkoušeno podle DIN 18555, část 7) ~

Příklad typ etheru VRV (%) a VRV __ 20 °C 40 °C srovn. příklad

5	MHESEC	95,2	93,8	1,4
21	MHPSEC	94,4	92,0	2,4
29	MSEC	94,8	91,9	2,9
5	MHEC	95,9	90,2	5,7

Tabulka	9 : Schopnost vázat zbytkovou vodu (VRV) v sádrovém pojivu (zkoušeno podle DIN
18555 i část 7; doba	sání 30 minut)
Příklad	typ etheru	VRV 20 °C	.(%) 40 °C	_A VRV
srovn. příklad
5	MHESEC	99,3	98,8	0,5
21	MHPSEC	99,5	98,9	0,6
5	MHEC .	99,2	86,1	13.1

tí*·'·· '

Tabulka 10: Schopnost vázat zbytkovou vodu (VRV) v pojivu pro dlaždice (zkoušeno podle ASTM C 91)

Příklad typ etheru VRV (%) a VRV _ 20 °C 40 °C srovn. příklad

5	MHESEC	99.7	99,1	0,6
21	MHPSEC	99,5	99,2	0,3
29	MSEC	98,9	98,4	0,5
5	MHEC	99,7	76,9	22,8

Tabulka 11 : Schopnost vázat zbytkovou vodu (VRV) ve vápennocementové omítce (zkoušeno podle ASTM C 91)

Příklad typ etheru VRV (%) a VRV __ 20 °C 40 °C srovn. příklad

5MHESEC 95,4 93,6 1,8

MHPSEC

96,7

94,8

1,9

Tabulka 11 (pokračování)

Příklad	typ etheru	VRV (%)	^VRV
20 °C	40 °C
srovn, příklad				T 1 *-·
29	MSEC	95,8	93,9	1,9
				*

5	MHEC	96,1	90,2	5,9
6	MHPC	94,2	89,7	4,5

Tabulka	12 : Schopnost vázat zbytkovou vodu (VRV)
v jádrové cementové omítce podle ASTM C 91)	(zkoušeno
Příklad	typ etheru	VRV 20 °C	(%) 40 °C	<^VRV
srovn. příklad
4	MHESEC	96,4	91,9	4,5
12	MHESEC	96,8	96,0	0,8
5	MHESEC	99,7	98,9	0,8
7	MHESEC	96,1	95,9	0,2
11	MHESEC	97,1	93,5	3,6
13	MHESEC	97,9	97,8	0,1
¹⁵	MHESEC	96,3	95.9	0,4

;**?A 9rrt*í/,-i|< ; ' ^r '· .

Í^XWTí-íWHUaV··*·*.:- ·« ' · *r* T H, u-dw:bf?S>«-^Jr»v7>ix:w-_ _ ·. . ^ΓΓ'ΐν ΜΜχ.'^' ίϊΑ· ·%« ^ »

T4Y „ xtrrJ?XwňVj·· t<ri^ *&>% *· «#* Α_Λ r> <&- 1 *’

-5 » *

Tabulka 12 (pokračování)

Příklad	typ etheru	VRV 20 °C —I·· . 4«	(%) 40 °C * - · -	_A VRV
,'V<·.' •srovn. příklad i·.* ·,xů. ; *
17	MHESEC	96,1	96,0	0,1
21	MHPSEC	98,4	96,0	2,4
22 '	MHPSEC	98,5	96,7	1,8
24	MSEC	94,4	88,6	6,0
28	MSEC	93,1	92,3	0,8
29	MSEC	93,8	92,1	1,7
5	MHEC	98,9	89,4	9,5
6	MHPC	96,4	91,4	5,0
7	MHEC	94,7	87,5	7,2
8	MHEC	98,4	93,7	4,7

Claims

PATENT O V É NÁROKY

1. Ethery alkylhydroxyalkyIceluíosy? / vyznačuj í c í š e t í m , že jako další etherové substituenty obsahují sulfoalkylové skupiny.
2. Ethery celulosy podle nároku 1 , vyznačující se tím, že- obsahují sulf oalkylové skupiny s 1 až 4 uhlíkovými atomy, výhodně sulfoethylovou skupinu nebo sulfopropylovou skupinu.
3. Ethery celulosy podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že maj í hodnotu ^DSsulfoalkyl ^v rozmezí 0,004 až 0,6 .
4. Ethery celulosy podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se τ í m , že mají hodnotu ^DSalkyl v rozmezí 1,0 až 2,0 a hodnotu *S_hydroxyalky1 v rozmezí 0,01 až 1 .
5. Ethery celulosy podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že maj í molekulovou hmotnost v rozmezí 10000 až 500000 .
6. Ethery celulosy podle jednoho z nároků .1 až 5, «I vyznačující se tím, že mají viskositu v rozmezí 3 až 300000 mPa.s (měřeno podle Hópplera, 2% vodný roztok, 20 °C) . - . ‘

1. ’ Způsob výroby etherů?celulosy podle jednoho z nároků

1. až 6 ether ifikací,” celulosy v alkalickém mediu pomocí alespoň jedné sloučeniny přenášející alkylové skupiny, ales ροή jedné sloučeniny přenášející hyroxyalkylové skupiny a alespoň jedné sloučeniny přenášející sulfoalkylové skupiny,, zahrnující pracovní kroky :

a) alkalisace celulosy,

b) během nebo v návaznosti na a) přídavek sloučeniny, přenášející hydroxylové sloučeniny,

c) popřípadě v návaznosti na b) dodatečný přídavek alkalisačního činidla a

d) během nebo v návaznosti na b) nebo popřípadě na č) přídavek sloučeniny přenášející alkylové skupiny, vyznačující se tím, že e) přídavek sloučeniny, přenášející sulfoalkylové skupiny, probíhá již během pracovního kroku a) , nej později však před pracovním krokem d) .
8. Způsob podle nároku 7 , vyznačující se tím, že přídavek sloučeniny, přenášející sulfoalkylové skupiny (krok e)) a přídavek sloučeniny, přenášející hydroxyalkylové skupiny (krok b)) se provádí během alkalisace celulosy (krok a)) a potom se přidává dodatečné alkalisační činidlo (krok c)) a během nebo v návaznosti na.krok c) se provádí přídavek sloučeniny, přenášej ící alkylové skupiny (krok d)·) ...

- bl
9. Způsob podle nároku 7 , vyznačující se tím, že se provádí nejprve krok a) , potom krok b) , dále krok e) potom popřípadě krok c) a nakonec krok d) .

♦ ' *· . -*w
10. Způsob podle jednoho z nároků 7 až 9 , vyznačující se tím, že se vyrobené ethery celulosy po alkylaci čistí (krok f)).
11. Způsob podle jednoho z nároků 7 až 10 , vyznačující se tím, že se pracovní kroky a) až e) provádějí za přítomnosti suspendačního činidla.
12. Způsob podle nároku 11 , vyznačující se tím, že se jako suspendační činidlo použije organické rozpouštědlo mísitelné s vodou.
13. Způsob výroby etherů celulosy podle jednoho z nároků 1 až. ..6.. etherifikací etherů alkylhydroxyalkylcelulosy v alkalickém mediu za pomoci' alespoň jedné sloučeniny, přenášející sulfoalkylové skupiny, vyznačující se t í m , že se etherifikace provádá při pH vyšším než 7 , výhodně v rozmezí 12 až 14,. a při teplotě až 90 °C , výhodně v rozmezí 70 až 90 °C .
14. Použití etherů celulosy. podle jednoho z nároků 1 až 6 jako.přísady do směsí stavebních hmot na basi sádry, vápenného hydrátu nebo cementu.
15. Směsi stavebních hmot na basi sádry, vápenného hydrátu nebo cementu, obsahující ethery celulosy podle jednoho z nároků 1 až 6 .
16. Směsi stavebních hmot podle nároku 15, obsahující» ethery sulfoalkylcelulosy, alkylsulfoalkylcelulosy, hydroxypropylsulfoethylcelulosy, hydroxypropylsulfopropylcelulosy a/nebo hydroxyethylsulfoethylcelulosy.