Celluloseether

Strukturformel Methylzellulose

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

Tapetenkleister

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

  1. Wissenschaft-Online Lexika: Eintrag zu Celluloseether im Lexikon der Chemie, abgerufen am 17. März 2010.
  2. 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.
  3. [aus Baumholz muß das enthaltene Lignin als Ligninsulfonat vom Celluloselieferanten entfernt werden].
  4. 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

Die News der letzten Tage

27.09.2022
Genetik | Immunologie | Land-, Forst- und Viehwirtschaft
Thema Ernährungssicherheit: Struktur von Weizen-Immunprotein entschlüsselt
Ein internationales Forschungsteam hat entschlüsselt, wie Weizen sich vor einem tödlichen Krankheitserreger schützt.
26.09.2022
Ethologie
Neues von den gruppenlebenden Tieren: Hilfsbereitschaft und Familienbande
Die Bereitschaft, Artgenossen zu helfen, unterscheidet sich von Tierart zu Tierart – und auch zwischen Männchen und Weibchen.
26.09.2022
Anthropologie | Paläontologie | Klimawandel
Evolution des Menschen: Klimaschwankungen in Ostafrika ein Motor
Interdisziplinäre Forschung in Südäthiopien zeigt, wie Schlüsselphasen des Klimawandels die menschliche Evolution beinflusste.
26.09.2022
Ökologie | Klimawandel | Meeresbiologie
Schritthalten mit dem Klimawandel?
Die für die Nahrungsnetze der Ozeane wichtigen Copepoden können sich genetisch an wärmere und saurere Meere anpassen.
26.09.2022
Anthropologie | Mikrobiologie | Physiologie
Mehr als nur Bauchgefühl
Die Strömungsgeschwindigkeit in unserem Verdauungssystem bestimmt unmittelbar, wie gut die Nährstoffe vom Darm aufgenommen werden und wie viele Bakterien darin leben.
26.09.2022
Biodiversität | Insektenkunde | Land-, Forst- und Viehwirtschaft
Mehrjährige Blühstreifen in Kombination mit Hecken: das gefällt unseren Wildbienen
Landwirtinnen und Landwirte sollten ein Netzwerk aus mehrjährigen Blühstreifen in Kombination mit Hecken schaffen, um Wildbienen ein kontinuierliches Blütenangebot zu bieten.