Celluloseether

Strukturformel Methylzellulose

Celluloseether sind Derivate der Cellulose. Durch partielle oder vollständige Substitution der Wasserstoff-Atome in den Hydroxy-Gruppen der Cellulose entstehen verschiedene Cellulosether wie Carboxymethylcellulose (CMC), Methylcellulose (MC), Ethylcellulose (EC) oder Hydroxyethylencellulose (HEC). Diese Reaktion wird als Veretherung bezeichnet. Die Cellulose wird in einem thermokatalytischen Verfahren aus Holz gewonnen.

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.

• Methylhydroxyethyl-
• Methylhydroxypropyl-
• Methylhydroxybutyl-
• Ethylhydroxyethyl-
• Carboxymethylhydroxyethyl-Cellulosen

Für die einzelnen Anwendungsbereiche werden verschiedenen Qualitäten mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen hergestellt.

Herstellung

Celluloseether werden seit ca. 70 Jahren 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 Natronlauge und Bildung von Alkalicellulose
• Veretherung mit Halogenkohlenwasserstoffen (Halogenalkane, Arylalkylhalogenide) oder Epoxiden wie Ethylenoxid
• Neutralisation und Entfernung von Nebenprodukten
• Aufarbeitung

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. Die Cellulose wird aus Nadel- und Laubhölzern 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
• Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie
• Kleb-, Bau- und Anstrichstoffe
• Textil-, Papier- und Kabelindustrie
• Bergbau und Erdölförderung
• Landwirtschaft
• Polymerisationshilfsmittel

Wirtschaftliche Bedeutung

Der Markt für Cellulosederivate (Cellulosether und Celluloseester) wird in Deutschland auf über 100.000 t geschätzt. Mengenmäßig bedeutendster Celluloseether ist Carboxymethylcellulose, gefolgt von Methylcellulose und Hydroxyethylcellulose. Wichtigster Anwendungsbereich für Celluloseether sind die Bauhilfsstoffe zur gezielten Einstellung von Verarbeitungseigenschaften für Putz, Mörtel und Fliesenkleber. Da Celluloseether Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen sind, gewinnen sie an Bedeutung für umweltfreundliche Verfahren, z.B. als Textilhilfsmittel in der Textilindustrie.

Literatur

• Ullmann (4.) 9, 192–212
• Schriftenreihe des Fonds der Chemischen Industrie, Heft 24, S. 71–76
• Römpp Ausgabe 1994