Celluloseether
Celluloseether sind Derivate der Cellulose. Durch partielle oder vollständige Substitution der Wasserstoff-Atome in den Hydroxy-Gruppen der Cellulose entstehen verschiedene Celluloseether wie Carboxymethylcellulose (CMC), Methylcellulose (MC), Ethylcellulose (EC), Hydroxyethylcellulose (HEC) oder Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC). Diese Reaktion wird als Veretherung bezeichnet. Die Cellulose kann in einem thermokatalytischen Verfahren aus Holz gewonnen werden.
Eigenschaften
Die Eigenschaften der Celluloseether sind abhängig von der Art des Substituenten, der Anzahl der substituierten Hydroxygruppen und deren Verteilung. So sind Celluloseether je nach Art und Anzahl der eingeführten Ethergruppen löslich in Wasser und/oder organischen Lösungsmitteln. Einige Celluloseether (z. B. Methyl- und Hydroxypropylcellulosen) zeigen umgekehrte Löslichkeit in Wasser, d. h. sie können durch Erwärmen aus ihren wässrigen Lösungen ausgeflockt werden. Celluloseether aus der Umsetzung von Cellulose mit mehr als einem Veretherungsmittel werden als Cellulose-Mischether bezeichnet z. B.
- Hydroxyethyl-Methyl-
- Hydroxypropyl-Methyl-
- Hydroxybutyl-Methyl-
- Ethylhydroxyethyl-
- Carboxymethylhydroxyethyl-Cellulosen
Für die einzelnen Anwendungsbereiche werden verschiedenen Qualitäten mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen hergestellt.
Herstellung
Celluloseether werden seit 1925 industriell hergestellt, wobei sich wasserlösliche Produkte durchgesetzt haben. Ziel der Veretherung ist es, hydrophile Substituenten in den Verbund von Wasserstoffbrücken einzubauen. Die Herstellungsverfahren sind auf die unterschiedlichen Eigenschaften der Celluloseether optimiert, beinhalten jedoch bei den Basisschritten folgende Gemeinsamkeiten:
- Zellstoffmahlung
- Aktivierung der Cellulose mit konzentrierter Natronlauge und Bildung von Alkalicellulose
- Veretherung mit Alkylierungsmitteln (Halogenkohlenwasserstoffen (z.B. Methylchlorid, Ethylchlorid), Epoxiden (z.B. Ethylenoxid, Propylenoxid)[1] oder Epichlorhydrin)
- Neutralisation und Auswaschen von Nebenprodukten
- Aufarbeitung und Mahlung bzw. Siebung des Endprodukts
Alle industriell durchgeführten Veretherungsreaktionen an Cellulose werden in heterogener Reaktion durchgeführt, d. h. es erfolgt keine Auflösung der Cellulose vor oder im Verlauf der Reaktion.[2] Die Cellulose wird meist aus Baumholz[3], selten aus Baumwolle (--> Cotton linters) gewonnen.
Anwendung
Die einzelnen Celluloseether werden in einem breiten Typenspektrum angeboten, die sich durch die Variablen Substitutionsgrad, Polymerisationsgrad und Lösungsviskosität ergeben.
Sie werden eingesetzt u. a. als
- potentielle Filmbildner
- Klebstoffe (u. a. Tapetenkleister)
- Emulgatoren
- Schutzkolloide
- Stabilisatoren
- Waschhilfsmittel (dort als Schmutzträger und Vergrauungsinhibitoren) und Haaravivagemittel
- Verdickungsmittel für Lösungen auf Basis von Wasser und organischen Lösungsmitteln
Sie finden vielseitige Anwendung in solch unterschiedlichen Einsatzgebieten wie
- Wasch- und Reinigungsmittel
- Kosmetik
- Pharmazie (USP-Qualität)
- Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie (GMP-Qualität)
- Kleb-, Bau- und Anstrichstoffe
- Textil-, Papier- und Kabelindustrie
- Bergbau und Erdölförderung
- Landwirtschaft
- Polymerisationshilfsmittel (z.B. PVC)
Wirtschaftliche Bedeutung
Der Markt für Cellulosederivate (Cellulosether und Celluloseester) wird in Deutschland auf über 100.000 t geschätzt. Bedeutendste Hersteller sind die Konzerne DOW, Henkel und Shin-Etsu. Mengenmäßig bedeutendster Celluloseether ist Carboxymethylcellulose, gefolgt von Methylcellulose und Hydroxyethylcellulose. Wichtigster Anwendungsbereich für Celluloseether sind die Bauhilfsstoffe zur gezielten Einstellung von Verarbeitungseigenschaften für Gips, Putz, Mörtel und Fliesenkleber. [4] Da Celluloseether Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen sind, gewinnen sie an Bedeutung für umweltfreundliche Verfahren, z.B. als Textilhilfsmittel in der Textilindustrie.
Belege
- ↑ Wissenschaft-Online Lexika: Eintrag zu Celluloseether im Lexikon der Chemie, abgerufen am 17. März 2010.
- ↑ H.-P. Fink und S. Fischer: Celluloseverarbeitung – umweltfreundliche Technologien auf dem Vormarsch. (PDF, 2MB) Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung. In: Praxis der Naturwissenschaften - Chemie in der Schule, Vol. 54 (2005), No. 7, S. 18–25.
- ↑ [aus Baumholz muß das enthaltene Lignin als Ligninsulfonat vom Celluloselieferanten entfernt werden].
- ↑ FNR [Fachagentur nachwachsende Rohstoffe] (2006): Marktanalyse Nachwachsende Rohstoffe; Gülzow.
Literatur
- Ullmann (4.) 9, 192–212
- Schriftenreihe des Fonds der Chemischen Industrie, Heft 24, S. 71–76
- Römpp Ausgabe 1994