حلول متكاملة لصناعة إيثر السليلوز

يُصنع إيثر السليلوز من السليلوز عبر تفاعل الأثيرية باستخدام عامل أثيري واحد أو أكثر، ثم يُطحن جافًا. وبناءً على التركيب الكيميائي لمجموعات الأثير البديلة، يُصنف إيثر السليلوز إلى إيثرات أنيونية، وكاتيونية، وغير أيونية. تشمل الإيثرات الأيونية بشكل رئيسي إيثر كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)، بينما تشمل الإيثرات غير الأيونية بشكل رئيسي إيثر ميثيل السليلوز (MC)، وإيثر هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC)، وإيثر هيدروكسي إيثيل السليلوز، وإيثر الكلور (HC)، وغيرها. تُقسم الإيثرات غير الأيونية إلى إيثرات قابلة للذوبان في الماء وإيثرات قابلة للذوبان في الزيت، وتُستخدم الإيثرات غير الأيونية القابلة للذوبان في الماء بشكل أساسي في منتجات الملاط. في وجود أيونات الكالسيوم، يكون إيثر السليلوز الأيوني غير مستقر، لذا نادرًا ما يُستخدم في منتجات الملاط الجاف التي تستخدم الأسمنت والجير المطفأ، وما إلى ذلك، كمواد رابطة. أما إيثرات السليلوز غير الأيونية القابلة للذوبان في الماء، فتُستخدم على نطاق واسع في صناعة مواد البناء نظرًا لثباتها في المعلق وقدرتها على الاحتفاظ بالماء.

1. الخواص الكيميائية لإيثر السليلوز

يتكون كل إيثر سليلوزي من البنية الأساسية للسليلوز - بنية أنهيدروغلوكوز. في عملية إنتاج إيثر السليلوز، تُسخّن ألياف السليلوز أولاً في محلول قلوي، ثم تُعالج بعامل إيثيري. يُنقّى ناتج التفاعل الليفي ويُطحن لتشكيل مسحوق متجانس ذي نعومة معينة.

في عملية إنتاج MC، يُستخدم كلوريد الميثيل فقط كعامل إيثيري؛ بالإضافة إلى كلوريد الميثيل، يُستخدم أكسيد البروبيلين أيضًا للحصول على مجموعات هيدروكسي بروبيل بديلة في إنتاج HPMC. تختلف نسب استبدال الميثيل والهيدروكسي بروبيل في إيثرات السليلوز المختلفة، مما يؤثر على التوافق العضوي ودرجة حرارة التجلط الحراري لمحاليل إيثر السليلوز.

2. سيناريوهات استخدام إيثر السليلوز

إيثر السليلوز بوليمر شبه اصطناعي غير أيوني، قابل للذوبان في الماء والمذيبات. وله تأثيرات مختلفة في مختلف الصناعات. على سبيل المثال، في مواد البناء الكيميائية، له التأثيرات المركبة التالية:

① عامل احتفاظ بالماء ② مُكثِّف ③ خاصية تسوية ④ خاصية تكوين طبقة رقيقة ⑤ مادة رابطة

في صناعة البولي فينيل كلوريد، يُستخدم السليلوز كمستحلب ومشتت؛ وفي صناعة الأدوية، يُستخدم كمادة رابطة ومادة هيكلية لإطلاق المواد ببطء وتحكم، وغيرها. ونظرًا لتعدد استخدامات السليلوز في المواد المركبة، فإن تطبيقاته واسعة النطاق. ويركز ما يلي على استخدامات ووظائف إيثر السليلوز في مواد البناء المختلفة.

(1) في طلاء اللاتكس:

في صناعة دهانات اللاتكس، يُنصح باختيار هيدروكسي إيثيل السليلوز، حيث تتراوح اللزوجة المثلى عادةً بين 30000 و50000 سنتي بواز، وهو ما يُعادل مواصفات HBR250، وتتراوح الجرعة المرجعية عادةً بين 1.5 و2 بالألف. تتمثل الوظيفة الرئيسية لهيدروكسي إيثيل السليلوز في دهانات اللاتكس في زيادة اللزوجة، ومنع تكتل الصبغة، والمساعدة على تشتيتها، وتعزيز استقرار اللاتكس، وزيادة لزوجة المكونات، مما يُساهم في تحسين أداء التسوية في أعمال البناء. كما يتميز هيدروكسي إيثيل السليلوز بسهولة استخدامه، حيث يُمكن إذابته في الماء البارد والساخن، ولا يتأثر بدرجة الحموضة. يمكن استخدامه بأمان عندما تكون قيمة مؤشر الأداء (PI) بين 2 و12. طرق الاستخدام كالتالي: أولاً: الإضافة المباشرة في الإنتاج: في هذه الطريقة، يجب اختيار هيدروكسي إيثيل السليلوز من النوع المتأخر، ويُستخدم هيدروكسي إيثيل السليلوز الذي يزيد وقت ذوبانه عن 30 دقيقة. الخطوات كالتالي: 1. ضعه في وعاء مزود بمحرك تقليب عالي القص. أضف كمية من الماء النقي. 2. ابدأ التقليب المستمر بسرعة منخفضة، وفي الوقت نفسه أضف هيدروكسي إيثيل السليلوز ببطء إلى المحلول بالتساوي. 3. استمر في التقليب حتى تنقع جميع المواد الحبيبية. 4. أضف الإضافات الأخرى والإضافات القلوية، إلخ. 5. قلّب حتى يذوب هيدروكسي إيثيل السليلوز تمامًا، ثم أضف المكونات الأخرى في التركيبة، واطحن حتى تحصل على المنتج النهائي. ثانيًا: مُجهّز بمحلول الأم للاستخدام لاحقًا: يُمكن استخدام السليلوز الفوري في هذه الطريقة، لما له من تأثير مضاد للعفن. تتميز هذه الطريقة بمرونتها العالية وإمكانية إضافتها مباشرةً إلى طلاء اللاتكس. طريقة التحضير هي نفسها المذكورة في الخطوات من 1 إلى 2. 3. تحضير عصيدة للاستخدام لاحقًا: نظرًا لأن المذيبات العضوية ضعيفة الذوبان (غير قابلة للذوبان) في هيدروكسي إيثيل السليلوز، يُمكن استخدامها لتحضير العصيدة. من أكثر المذيبات العضوية شيوعًا السوائل العضوية في تركيبات طلاء اللاتكس، مثل الإيثيلين جليكول، والبروبيلين جليكول، وعوامل تكوين الطبقة (مثل أسيتات بوتيل ثنائي إيثيلين جليكول). يُمكن إضافة عصيدة هيدروكسي إيثيل السليلوز مباشرةً إلى الطلاء، مع الاستمرار في التقليب حتى الذوبان التام.

(2) في معجون كشط الجدران:

في الوقت الراهن، تحظى المعجونة الصديقة للبيئة المقاومة للماء والفرك بتقدير كبير في معظم مدن بلدي. تُصنع هذه المعجونة من تفاعل الأسيتال بين كحول الفينيل والفورمالديهايد. ولذلك، بدأ الناس بالتخلي عنها تدريجيًا، واستُبدلت بمنتجات سلسلة إيثر السليلوز. أي أن السليلوز هو المادة الوحيدة المستخدمة حاليًا في تطوير مواد البناء الصديقة للبيئة. تُقسم المعجونة المقاومة للماء إلى نوعين: معجونة مسحوقية ومعجونة سائلة. ومن بين هذين النوعين، يُفضل اختيار معجونة ميثيل السليلوز المعدلة ومعجونة هيدروكسي بروبيل ميثيل. تتراوح مواصفات اللزوجة عادةً بين 30000 و60000 سنتي بواز. وتتمثل الوظائف الرئيسية للسليلوز في المعجونة في الاحتفاظ بالماء والترابط والتشحيم. نظرًا لاختلاف تركيبات المعجون بين مختلف الشركات المصنعة، فمنها معجون الكالسيوم الرمادي، ومعجون الكالسيوم الفاتح، ومعجون الأسمنت الأبيض، وغيرها، ومنها معجون مسحوق الجبس، ومعجون الكالسيوم الرمادي، ومعجون الكالسيوم الفاتح، وغيرها، فإن مواصفات ولزوجة ونفاذية السليلوز تختلف أيضًا بين التركيبتين. وتبلغ الكمية المضافة حوالي 2-3 بالألف. في عملية كشط الجدران، ونظرًا لامتصاص سطح الجدار الأساسي للماء بدرجة معينة (تبلغ نسبة امتصاص الماء في جدار الطوب 13%، وفي الخرسانة 3-5%)، بالإضافة إلى التبخر من العوامل الخارجية، فإن فقدان المعجون للماء بسرعة كبيرة سيؤدي إلى تشققات أو تساقط للمسحوق، مما يُضعف المعجون. لذلك، فإن إضافة إيثر السليلوز تُحل هذه المشكلة. ولكن جودة المادة المالئة، وخاصة جودة رماد الكالسيوم، تُعدّ بالغة الأهمية. بفضل لزوجة السليلوز العالية، تتحسن قدرة المعجون على الطفو، مما يمنع ظاهرة الترهل أثناء البناء، ويجعل عملية الكشط أكثر سهولة وراحة. كما يسهل إضافة إيثر السليلوز إلى المعجون البودرة، مما يجعل إنتاجه واستخدامه أكثر سهولة. ويمكن خلط الحشوات والمواد المضافة بالتساوي في المسحوق الجاف.

(3) ملاط ​​الخرسانة:

في ملاط ​​الخرسانة، ولتحقيق أقصى قوة، يجب أن يكون الإسمنت مُرطَّبًا بالكامل. خاصةً في أعمال البناء الصيفية، يفقد ملاط ​​الخرسانة الماء بسرعة كبيرة، وتُستخدم إجراءات الإماهة الكاملة عن طريق رش الماء. هذا يُهدر الموارد ويُعيق العمل، والسبب الرئيسي هو أن الماء يكون على السطح فقط، والإماهة الداخلية غير مكتملة. لذا، يكمن الحل في إضافة ثمانية عوامل مُحتفظة بالماء إلى ملاط ​​الخرسانة، وعادةً ما يُختار هيدروكسي بروبيل ميثيل أو ميثيل سلولوز، بمواصفات لزوجة تتراوح بين 20000 و60000 سنتي بواز، وبكمية إضافة تتراوح بين 2% و3%. يمكن زيادة معدل الاحتفاظ بالماء إلى أكثر من 85%. طريقة الاستخدام في ملاط ​​الخرسانة هي خلط المسحوق الجاف جيدًا ثم سكبه في الماء.

(4) في أعمال التجصيص: الجبس، والجبس المُلصق، والجبس المُستخدم في أعمال السد:

مع التطور السريع لقطاع البناء، يتزايد طلب الناس على مواد البناء الجديدة يومًا بعد يوم. ونظرًا لزيادة الوعي بأهمية حماية البيئة والتحسين المستمر لكفاءة البناء، شهدت منتجات الجبس الأسمنتية نموًا سريعًا. حاليًا، تشمل أكثر منتجات الجبس شيوعًا جبس التجصيص، والجبس المُلصق، والجبس المُدمج، ومادة لاصقة للبلاط. يُعد جبس التجصيص مادة تجصيص عالية الجودة للجدران والأسقف الداخلية، حيث يُضفي على سطح الجدار المُجصص به نعومةً ولمعانًا. أما مادة لاصقة ألواح البناء الخفيفة الجديدة، فهي مادة لاصقة مصنوعة من الجبس كمادة أساسية ومضافات متنوعة، وهي مناسبة للربط بين مختلف مواد جدران البناء غير العضوية. تتميز هذه المادة بأنها غير سامة، وعديمة الرائحة، وتتمتع بقوة مبكرة وسرعة في التصلب، بالإضافة إلى قوة ربط عالية، مما يجعلها مادة داعمة لألواح البناء والبناء بالطوب. بينما يُستخدم عامل سد الفجوات الجبسي لملء الفراغات بين ألواح الجبس، ولإصلاح الجدران والشقوق. تتمتع منتجات الجبس هذه بوظائف متعددة. فبالإضافة إلى دور الجبس والحشوات المرتبطة به، تكمن الأهمية الرئيسية في الدور المحوري لمضافات إيثر السليلوز. ونظرًا لتصنيف الجبس إلى جبس لا مائي وجبس نصف مائي، فإن لكل نوع منهما تأثيرًا مختلفًا على أداء المنتج، لذا فإن التكثيف، والاحتفاظ بالماء، وإبطاء التصلب هي العوامل الأساسية التي تحدد جودة مواد البناء الجبسية. وتتمثل المشكلة الشائعة لهذه المواد في التجويف والتشقق، وعدم القدرة على الوصول إلى القوة الأولية المطلوبة. ولحل هذه المشكلة، يُنصح باختيار نوع السليلوز وطريقة استخدامه كمُبطئ للتصلب. وفي هذا السياق، يُختار عادةً ميثيل أو هيدروكسي بروبيل ميثيل 30000 أو 60000 سنتي بواز، بنسبة إضافة تتراوح بين 1.5% و2%. ويركز السليلوز في هذه الحالة على الاحتفاظ بالماء وإبطاء التصلب. مع ذلك، لا يمكن الاعتماد على إيثر السليلوز كمُبطئ للتصلب، بل يجب إضافة حمض الستريك كمُبطئ للتصلب قبل الاستخدام، وذلك دون التأثير على قوة المادة الأولية. يشير الاحتفاظ بالماء عمومًا إلى كمية الماء التي ستُفقد طبيعيًا دون امتصاص خارجي للماء. إذا كان الجدار جافًا جدًا، فإن امتصاص الماء والتبخر الطبيعي على السطح الأساسي سيؤديان إلى فقدان المادة للماء بسرعة كبيرة، مما قد يُسبب تجويفًا وتشققات. يتم استخدام هذه الطريقة عن طريق خلطها مع مسحوق جاف. في حال تحضير محلول، يُرجى الرجوع إلى طريقة تحضيره.

(5) مونة العزل الحراري

يُعدّ ملاط ​​العزل نوعًا جديدًا من مواد عزل الجدران الداخلية في المنطقة الشمالية. وهو مادة جدارية مُصنّعة من مادة عازلة وملاط ومادة رابطة. في هذه المادة، يلعب السليلوز دورًا أساسيًا في التماسك وزيادة المتانة. يُختار عادةً ميثيل السليلوز ذو اللزوجة العالية (حوالي 10000 إلكترون فولت)، وتتراوح الجرعة عادةً بين 2 و3 بالألف، وطريقة الاستخدام هي خلط المسحوق الجاف.

(6) وكيل الواجهة

اختر مادة HPNC بقوة 20000 سنتي بويز كمادة رابطة، ومادة لاصقة للبلاط بقوة 60000 سنتي بويز أو أكثر، وركّز على المُكثّف الموجود في المادة الرابطة، والذي يُحسّن قوة الشد ومقاومة الانحناء. تُستخدم هذه المادة كعامل مُحافظ على الماء في عملية ربط البلاط لمنع جفافه السريع وسقوطه.

3. وضع سلسلة الصناعة

(1) صناعة المنبع

تشمل المواد الخام الرئيسية اللازمة لإنتاج إيثر السليلوز القطن المكرر (أو لب الخشب) وبعض المذيبات الكيميائية الشائعة، مثل أكسيد البروبيلين، وكلوريد الميثيل، والصودا الكاوية السائلة، والصودا الكاوية، وأكسيد الإيثيلين، والتولوين، بالإضافة إلى مواد مساعدة أخرى. وتشمل الشركات العاملة في هذا القطاع القطن المكرر، وشركات إنتاج لب الخشب، وبعض الشركات الكيميائية. وستؤثر تقلبات أسعار المواد الخام الرئيسية المذكورة أعلاه بدرجات متفاوتة على تكلفة إنتاج وسعر بيع إيثر السليلوز.

تُعدّ تكلفة القطن المُكرّر مرتفعة نسبيًا. فعلى سبيل المثال، خلال الفترة المشمولة بالتقرير، بلغت تكلفة القطن المُكرّر 31.74%، و28.50%، و26.59%، و26.90% من تكلفة مبيعات إيثر السليلوز المستخدم في مواد البناء. ويؤثر تذبذب سعر القطن المُكرّر على تكلفة إنتاج إيثر السليلوز. المادة الخام الرئيسية لإنتاج القطن المُكرّر هي ألياف القطن. تُعدّ ألياف القطن أحد المنتجات الثانوية في عملية إنتاج القطن، وتُستخدم بشكل أساسي في إنتاج لب القطن، والقطن المُكرّر، والنيتروسليلوز، وغيرها من المنتجات. تختلف القيمة الاستخدامية لألياف القطن عن القطن المُكرّر، وسعرها أقل بكثير من سعر القطن، إلا أنها ترتبط بتذبذب سعر القطن. وبالتالي، يؤثر تذبذب سعر ألياف القطن على سعر القطن المُكرّر.

ستؤثر التقلبات الحادة في أسعار القطن المكرر بدرجات متفاوتة على التحكم في تكاليف الإنتاج، وتسعير المنتجات، وربحية الشركات العاملة في هذا القطاع. فعندما يكون سعر القطن المكرر مرتفعًا وسعر لب الخشب منخفضًا نسبيًا، يمكن استخدام لب الخشب كبديل ومكمل للقطن المكرر لخفض التكاليف، لا سيما في إنتاج إيثرات السليلوز منخفضة اللزوجة، مثل إيثرات السليلوز المستخدمة في الصناعات الدوائية والغذائية. ووفقًا لبيانات موقع المكتب الوطني للإحصاء، بلغت مساحة زراعة القطن في الصين 4.35 مليون هكتار عام 2013، وبلغ الإنتاج الوطني 6.31 مليون طن. وتشير إحصاءات جمعية صناعة السليلوز الصينية إلى أن إجمالي إنتاج القطن المكرر من قبل كبرى الشركات المصنعة المحلية بلغ 332 ألف طن عام 2014، مما يدل على وفرة المواد الخام.

تُعدّ المواد الخام الرئيسية لإنتاج معدات الجرافيت الكيميائية هي الفولاذ والكربون الجرافيتي. ويُمثّل سعر الفولاذ والكربون الجرافيتي نسبةً عاليةً نسبيًا من تكلفة إنتاج هذه المعدات. لذا، فإنّ تقلبات أسعار هذه المواد الخام ستؤثر بشكلٍ ملحوظ على تكلفة الإنتاج وسعر البيع.

(2) الصناعات التحويلية لإيثر السليلوز

يحتوي إيثر السليلوز، المعروف باسم "غلوتامات أحادي الصوديوم الصناعية"، على نسبة منخفضة من إيثر السليلوز، وله استخدامات واسعة النطاق. وتنتشر الصناعات التحويلية الناتجة عنه في مختلف قطاعات الاقتصاد الوطني.

عادةً، يؤثر قطاعا البناء والعقارات، وهما من القطاعات الصناعية الأساسية، بشكل ملحوظ على معدل نمو الطلب على إيثر السليلوز المستخدم في مواد البناء. فعندما يشهد هذان القطاعان نموًا سريعًا، يزداد الطلب المحلي على إيثر السليلوز المستخدم في مواد البناء بوتيرة متسارعة. أما عندما يتباطأ هذا النمو، يتباطأ معه الطلب المحلي على إيثر السليلوز المستخدم في مواد البناء، مما يؤدي إلى اشتداد المنافسة في هذا القطاع وتسريع وتيرة المنافسة بين الشركات.

منذ عام 2012، وفي ظل تباطؤ قطاعي البناء والعقارات المحليين، لم يشهد الطلب على إيثر السليلوز المستخدم في مواد البناء في السوق المحلية تقلبات كبيرة. وتتلخص الأسباب الرئيسية في: 1. ضخامة حجم قطاعي البناء والعقارات المحليين، وارتفاع الطلب الإجمالي في السوق؛ حيث يتوسع سوق المستهلكين الرئيسي لإيثر السليلوز المستخدم في مواد البناء تدريجيًا من المناطق المتقدمة اقتصاديًا والمدن من الدرجة الأولى والثانية إلى المناطق الوسطى والغربية والمدن من الدرجة الثالثة، مما يُعزز إمكانات نمو الطلب المحلي وتوسع نطاقه؛ 2. انخفاض نسبة إيثر السليلوز المُضاف إلى تكلفة مواد البناء، وقلة الكمية التي يستخدمها المستهلك الواحد، وتوزع المستهلكين، مما يُؤدي إلى جمود الطلب، بينما يظل إجمالي الطلب في السوق النهائية مستقرًا نسبيًا؛ 3. يُعد تغير سعر السوق عاملًا هامًا يُؤثر على تغير هيكل الطلب على إيثر السليلوز المستخدم في مواد البناء. منذ عام 2012، انخفض سعر بيع إيثر السليلوز المستخدم في مواد البناء بشكل كبير، مما أدى إلى انخفاض كبير في سعر المنتجات المتوسطة إلى الراقية، وجذب المزيد من العملاء للشراء والاختيار، وزيادة الطلب على المنتجات المتوسطة إلى الراقية، وتضييق نطاق الطلب في السوق ومساحة الأسعار للنماذج العادية.

سيؤثر مستوى تطور صناعة الأدوية ومعدل نموها على الطلب على إيثر السليلوز المستخدم في صناعة الأدوية. كما أن تحسن مستويات معيشة الناس وتطور صناعة الأغذية يسهمان في زيادة الطلب في السوق على إيثر السليلوز المستخدم في صناعة الأغذية.

4. اتجاهات تطوير إيثر السليلوز

نظراً للاختلافات الهيكلية في الطلب السوقي على إيثر السليلوز، يمكن للشركات ذات نقاط القوة والضعف المختلفة أن تتعايش. ونظراً لهذا التباين الهيكلي الواضح في الطلب السوقي، فقد تبنى مصنّعو إيثر السليلوز المحليون استراتيجيات تنافسية متباينة تستند إلى نقاط قوتهم، وفي الوقت نفسه، عليهم أن يفهموا جيداً اتجاهات السوق وتطوراته.

(1) سيظل ضمان استقرار جودة المنتج هو نقطة التنافس الأساسية لشركات إيثر السليلوز

يمثل إيثر السليلوز نسبة ضئيلة من تكاليف الإنتاج لدى معظم الشركات العاملة في المراحل اللاحقة من هذا القطاع، ولكنه يؤثر بشكل كبير على جودة المنتج. يتعين على عملاء الفئات المتوسطة والعالية من المستهلكين إجراء تجارب على تركيبات معينة قبل استخدام علامة تجارية محددة من إيثر السليلوز. وبعد التوصل إلى تركيبة مستقرة، يصعب عادةً استبدالها بعلامات تجارية أخرى، وفي الوقت نفسه، تُفرض متطلبات أعلى على استقرار جودة إيثر السليلوز. وتبرز هذه الظاهرة بشكل أكبر في القطاعات الراقية، مثل مصنعي مواد البناء واسعة النطاق محليًا وعالميًا، وسواغات الأدوية، والمضافات الغذائية، والبولي فينيل كلوريد (PVC). ولتحسين القدرة التنافسية للمنتجات، يجب على المصنعين ضمان الحفاظ على جودة واستقرار دفعات إيثر السليلوز المختلفة التي يوردونها لفترة طويلة، وذلك لبناء سمعة أفضل في السوق.

(2) يُعد تحسين مستوى تكنولوجيا تطبيق المنتج اتجاهًا تنمويًا لشركات إيثر السليلوز المحلية

مع تطور تقنيات إنتاج إيثر السليلوز، يُسهم رفع مستوى تقنيات التطبيق في تعزيز القدرة التنافسية الشاملة للشركات وبناء علاقات مستقرة مع العملاء. وتعتمد شركات إيثر السليلوز الرائدة في الدول المتقدمة استراتيجية تنافسية تقوم على "استهداف كبار العملاء ذوي القيمة العالية وتطوير استخدامات وحلول مُحسّنة" لتطوير استخدامات إيثر السليلوز وصيغ استخدامه، وتصميم سلسلة من المنتجات وفقًا لمجالات التطبيق المختلفة لتسهيل استخدامها من قِبل العملاء، وتنمية الطلب في السوق. وقد تحوّلت المنافسة بين شركات إيثر السليلوز في الدول المتقدمة من مجرد طرح المنتج إلى التنافس في مجال تقنيات التطبيق.