Šta je celulozni etar?

Celulozni eterje polimerni spoj s eterskom strukturom napravljen od celuloze. Svaki glukozilni prsten u makromolekuli celuloze sadrži tri hidroksilne grupe, primarnu hidroksilnu grupu na šestom atomu ugljika, sekundarnu hidroksilnu grupu na drugom i trećem atomu ugljika, a vodik u hidroksilnoj grupi je zamijenjen ugljikovodičnom grupom da bi se dobili derivati ​​celuloznog etera. To je proizvod u kojem je vodik hidroksilne grupe u celuloznom polimeru zamijenjen ugljikovodičnom grupom. Celuloza je polihidroksi polimerni spoj koji se ne rastvara niti topi. Nakon eterifikacije, celuloza je rastvorljiva u vodi, razrijeđenom alkalnom rastvoru i organskom rastvaraču, te ima termoplastičnost.

Celuloza je polihidroksi polimerni spoj koji se ne rastvara niti topi. Nakon eterifikacije, celuloza je rastvorljiva u vodi, razrijeđenom alkalnom rastvoru i organskom rastvaraču, te posjeduje termoplastičnost.

1. Priroda：

Rastvorljivost celuloze nakon eterifikacije značajno se mijenja. Može se rastvoriti u vodi, razblaženoj kiselini, razblaženoj bazi ili organskom rastvaraču. Rastvorljivost uglavnom zavisi od tri faktora: (1) Karakteristike uvedenih grupa u procesu eterifikacije, što je uvedena grupa veća, to je rastvorljivost niža i što je polarnost uvedene grupe jača, to se celulozni etar lakše rastvara u vodi; (2) Stepen supstitucije i raspodjela eterificiranih grupa u makromolekulu. Većina celuloznih etera može se rastvoriti u vodi samo pod određenim stepenom supstitucije, a stepen supstitucije je između 0 i 3; (3) Stepen polimerizacije celuloznog etra, što je veći stepen polimerizacije, to je manje rastvorljiv; Što je niži stepen supstitucije koji se može rastvoriti u vodi, to je širi raspon. Postoje mnoge vrste celuloznih etera sa odličnim performansama i široko se koriste u građevinarstvu, cementu, nafti, prehrambenoj, tekstilnoj, deterdžentima, bojama, medicini, proizvodnji papira i elektronskih komponenti i drugim industrijama.

2. Razvoj：

Kina je najveći svjetski proizvođač i potrošač celuloznog etra, sa prosječnom godišnjom stopom rasta većom od 20%. Prema preliminarnim statistikama, u Kini postoji oko 50 preduzeća za proizvodnju celuloznog etra, projektovani proizvodni kapacitet industrije celuloznog etra premašio je 400.000 tona, a postoji i oko 20 preduzeća sa više od 10.000 tona, uglavnom raspoređenih u Shandongu, Hebeiju, Chongqingu i Jiangsuu, Zhejiangu, Šangaju i drugim mjestima.

3. Potreba：

U 2011. godini, proizvodni kapacitet CMC-a u Kini iznosio je oko 300.000 tona. S rastućom potražnjom za visokokvalitetnim celuloznim eterima u industrijama kao što su medicina, hrana i svakodnevne hemikalije, domaća potražnja za drugim proizvodima celuloznih etera osim CMC-a se povećava. Proizvodni kapacitet MC/HPMC-a iznosi oko 120.000 tona, a HEC-a oko 20.000 tona. PAC je još uvijek u fazi promocije i primjene u Kini. S razvojem velikih naftnih polja na moru i razvojem industrije građevinskog materijala, prehrambene, hemijske i drugih industrija, količina i područje PAC-a se povećavaju i šire iz godine u godinu, s proizvodnim kapacitetom većim od 10.000 tona.

4. Klasifikacija:

Prema klasifikaciji hemijske strukture supstituenata, mogu se podijeliti na anionske, kationske i nejonske etere. U zavisnosti od korištenog agensa za eterifikaciju, postoje metil celuloza, hidroksietil metil celuloza, karboksimetil celuloza, etil celuloza, benzil celuloza, hidroksietil celuloza, hidroksipropil metil celuloza, cijanoetil celuloza, benzil cijanoetil celuloza, karboksimetil hidroksietil celuloza i fenil celuloza itd. Metil celuloza i etil celuloza su praktičnije.

Metilceluloza：

Nakon što se rafinirani pamuk tretira alkalijama, celulozni eter se proizvodi nizom reakcija s metan hloridom kao sredstvom za eterifikaciju. Općenito, stepen supstitucije je 1,6~2,0, a rastvorljivost se također razlikuje u zavisnosti od stepena supstitucije. Pripada nejonskim celuloznim etrom.

(1) Metilceluloza je rastvorljiva u hladnoj vodi, a teško se rastvara u vrućoj vodi. Njen vodeni rastvor je veoma stabilan u rasponu pH = 3~12. Ima dobru kompatibilnost sa škrobom, guar gumom itd. i mnogim surfaktantima. Kada temperatura dostigne temperaturu želiranja, dolazi do želiranja.

(2) Zadržavanje vode metilceluloze zavisi od količine dodatka, viskoznosti, veličine čestica i brzine rastvaranja. Općenito, ako je količina dodatka velika, finoća je mala, a viskoznost velika, brzina zadržavanja vode je visoka. Među njima, količina dodatka ima najveći utjecaj na brzinu zadržavanja vode, a nivo viskoznosti nije direktno proporcionalan nivou brzine zadržavanja vode. Brzina rastvaranja uglavnom zavisi od stepena modifikacije površine celuloznih čestica i finoće čestica. Među gore navedenim celuloznim eterima, metilceluloza i hidroksipropilmetilceluloza imaju veću brzinu zadržavanja vode.

(3) Promjene temperature mogu ozbiljno utjecati na zadržavanje vode metil celuloze. Općenito, što je viša temperatura, to je zadržavanje vode lošije. Ako temperatura maltera pređe 40°C, zadržavanje vode metil celuloze bit će značajno smanjeno, što će ozbiljno utjecati na konstrukciju maltera.

(4)Metil celulozaima značajan utjecaj na obradivost i koheziju maltera. "Prianjanje" se ovdje odnosi na silu vezivanja koja se osjeća između alata za nanošenje i podloge zida, odnosno na otpornost maltera na smicanje. Prianjanje je visoko, otpornost maltera na smicanje je velika, a čvrstoća koja je potrebna radnicima u procesu upotrebe je također velika, a građevinske performanse maltera su slabe. Kohezija metil celuloze je na srednjem nivou kod proizvoda od celuloznog etera.

hidroksipropilmetilceluloza:

Hidroksipropil metilceluloza je vrsta celuloze čija proizvodnja i potrošnja brzo rastu. To je nejonski miješani eter celuloze napravljen od rafiniranog pamuka nakon alkalizacije, korištenjem propilen oksida i metil hlorida kao sredstva za eterifikaciju, kroz niz reakcija. Stepen supstitucije je uglavnom 1,2~2,0. Njena svojstva variraju ovisno o odnosu sadržaja metoksila i sadržaja hidroksipropila.

(1) Hidroksipropil metilceluloza se lako rastvara u hladnoj vodi, a teško se rastvara u vrućoj vodi. Međutim, njena temperatura želiranja u vrućoj vodi je znatno viša od temperature želiranja metilceluloze. Topljivost u hladnoj vodi je također znatno poboljšana u poređenju sa metilcelulozom.

(2) Viskoznost hidroksipropil metilceluloze povezana je s njenom molekularnom težinom, i što je veća molekularna težina, to je veća viskoznost. Temperatura također utječe na njenu viskoznost, kako temperatura raste, viskoznost se smanjuje. Međutim, utjecaj njene visoke viskoznosti i temperature je manji nego kod metilceluloze. Njena otopina je stabilna kada se čuva na sobnoj temperaturi.

(3) Zadržavanje vode hidroksipropil metilceluloze zavisi od količine dodatka, viskoznosti itd., a brzina zadržavanja vode pri istoj količini dodatka je veća nego kod metilceluloze.

(4)Hidroksipropil metilcelulozaStabilan je na kiseline i baze, a njegov vodeni rastvor je vrlo stabilan u rasponu pH = 2~12. Kaustična soda i krečna voda imaju mali utjecaj na njegove performanse, ali baze mogu ubrzati njegovo otapanje i neznatno povećati njegovu viskoznost. Hidroksipropil metilceluloza je stabilna na obične soli, ali kada je koncentracija rastvora soli visoka, viskoznost rastvora hidroksipropil metilceluloze ima tendenciju povećanja.

(5) Hidroksipropil metilceluloza se može miješati sa polimernim spojevima rastvorljivim u vodi kako bi se formirao ujednačen rastvor veće viskoznosti. Kao što su polivinil alkohol, škrobni eter, biljna guma itd.

(6) Hidroksipropil metilceluloza ima bolju otpornost na enzime od metilceluloze, a njen rastvor je manje sklon degradaciji enzimima nego metilceluloza.

(7) Prianjanje hidroksipropil metilceluloze na malter je veće od prianjanja metilceluloze.

Hidroksietil celuloza：

Napravljen je od rafiniranog pamuka tretiranog alkalijama, koji reaguje sa etilen oksidom kao sredstvom za eterifikaciju u prisustvu izopropanola. Stepen supstitucije mu je uglavnom 1,5~2,0. Ima jaku hidrofilnost i lako apsorbuje vlagu.

(1) Hidroksietil celuloza je rastvorljiva u hladnoj vodi, ali se teško rastvara u vrućoj vodi. Njen rastvor je stabilan na visokim temperaturama bez želiranja. Može se dugo koristiti na visokim temperaturama u malteru, ali je njeno zadržavanje vode niže od metil celuloze.

(2) Hidroksietil celuloza je stabilna na opšte kiseline i baze, a baze mogu ubrzati njeno rastvaranje i neznatno povećati njenu viskoznost. Njena disperzibilnost u vodi je neznatno lošija od disperzibilnosti metil celuloze i hidroksipropil metil celuloze.

(3) Hidroksietil celuloza ima dobra svojstva protiv slijeganja maltera, ali ima duže vrijeme usporavanja vezivanja cementa.

(4) Performanse hidroksietil celuloze koju proizvode neka domaća preduzeća su očigledno niže od performansi metil celuloze zbog visokog sadržaja vode i visokog sadržaja pepela.

(5) Plijesan vodenog rastvora hidroksietil celuloze je relativno ozbiljna pojava. Na temperaturi od oko 40°C, plijesan se može pojaviti u roku od 3 do 5 dana, što će uticati na njegove performanse.

Karboksimetil celuloza:

Jonski celulozni etar se pravi od prirodnih vlakana (pamuka, itd.) nakon alkalne obrade, korištenjem natrijum-monohloroacetata kao sredstva za eterifikaciju, i podvrgavanjem nizu reakcijskih tretmana. Stepen supstitucije je uglavnom 0,4~1,4, a njegove performanse su u velikoj mjeri pod utjecajem stepena supstitucije.

(1) Karboksimetil celuloza je higroskopnija i sadržavat će više vode kada se skladišti pod općim uvjetima.

(2) Vodeni rastvor karboksimetil celuloze ne stvara gel, a viskoznost se smanjuje s porastom temperature. Kada temperatura pređe 50°C, viskoznost je nepovratna.

(3) Njegova stabilnost je uveliko pod utjecajem pH vrijednosti. Općenito, može se koristiti u malteru na bazi gipsa, ali ne i u malteru na bazi cementa. Kada je visoko alkalno, gubit će viskoznost.

(4) Njegovo zadržavanje vode je daleko niže od metil celuloze. Ima usporavajući učinak na malter na bazi gipsa i smanjuje njegovu čvrstoću. Međutim, cijena karboksimetil celuloze je znatno niža od cijene metil celuloze.

Celulozni alkil eter:

Reprezentativni primjeri su metilceluloza i etilceluloza. U industrijskoj proizvodnji, metil hlorid ili etil hlorid se obično koriste kao sredstvo za eterifikaciju, a reakcija je sljedeća:

U formuli, R predstavlja CH3 ili C2H5. Koncentracija alkalija ne utiče samo na stepen eterifikacije, već utiče i na potrošnju alkil halida. Što je niža koncentracija alkalija, to je jača hidroliza alkil halida. Da bi se smanjila potrošnja eterifikacijskog sredstva, koncentracija alkalija se mora povećati. Međutim, kada je koncentracija alkalija previsoka, smanjuje se efekat bubrenja celuloze, što ne pogoduje reakciji eterifikacije, te se stoga smanjuje stepen eterifikacije. U tu svrhu, tokom reakcije se može dodati koncentrovana lužina ili čvrsta lužina. Reaktor treba da ima dobar uređaj za miješanje i kidanje kako bi se lužina mogla ravnomjerno rasporediti. Metil celuloza se široko koristi kao zgušnjivač, ljepilo i zaštitni koloid itd. Može se koristiti i kao disperzant za emulzijsku polimerizaciju, disperzant za vezivanje sjemena, tekstilna suspenzija, aditiv za hranu i kozmetiku, medicinsko ljepilo, materijal za premazivanje lijekova, a koristi se u lateks bojama, štamparskim bojama, proizvodnji keramike i miješa se u cement. Koristi se za kontrolu vremena vezivanja i povećanje početne čvrstoće itd. Proizvodi od etil celuloze imaju visoku mehaničku čvrstoću, fleksibilnost, otpornost na toplinu i otpornost na hladnoću. Nisko supstituirana etil celuloza je rastvorljiva u vodi i razrijeđenim alkalnim rastvorima, a visoko supstituirani proizvodi su rastvorljivi u većini organskih rastvarača. Ima dobru kompatibilnost s različitim smolama i plastifikatorima. Može se koristiti za izradu plastike, filmova, lakova, ljepila, lateksa i materijala za premazivanje lijekova itd. Uvođenje hidroksialkil grupa u alkil etere celuloze može poboljšati njegovu rastvorljivost, smanjiti osjetljivost na isoljavanje, povećati temperaturu želiranja i poboljšati svojstva vrućeg topljenja itd. Stepen promjene gore navedenih svojstava varira u zavisnosti od prirode supstituenata i odnosa alkil i hidroksialkil grupa.

Celulozni hidroksialkil etar:

Reprezentativni primjeri su hidroksietil celuloza i hidroksipropil celuloza. Eterifikacijska sredstva su epoksidi poput etilen oksida i propilen oksida. Kao katalizator se koristi kiselina ili baza. Industrijska proizvodnja se sastoji od reakcije alkalne celuloze sa eterifikacijskim sredstvom:hidroksietil celulozas visokom vrijednošću supstitucije topljiva je i u hladnoj i u vrućoj vodi. Hidroksipropil celuloza s visokom vrijednošću supstitucije topljiva je samo u hladnoj, ali ne i u vrućoj vodi. Hidroksietil celuloza se može koristiti kao zgušnjivač za lateks premaze, paste za štampanje i bojenje tekstila, materijale za skrobljivanje papira, ljepila i zaštitne koloide. Upotreba hidroksipropil celuloze slična je upotrebi hidroksietil celuloze. Hidroksipropil celuloza s niskom vrijednošću supstitucije može se koristiti kao farmaceutski ekscipijens, koji može imati i vezivna i dezintegracijska svojstva.

Karboksimetil celuloza, engleska skraćenica CMC, uglavnom postoji u obliku natrijumove soli. Eterifikacijsko sredstvo je monohlorosirćetna kiselina, a reakcija je sljedeća:

Karboksimetil celuloza je najčešće korišteni vodorastvorljivi celulozni eter. U prošlosti se uglavnom koristio kao isplaka za bušenje, ali sada se proširio na upotrebu kao dodatak deterdžentima, suspenzijama za odjeću, lateks bojama, premazima za karton i papir itd. Čista karboksimetil celuloza može se koristiti u hrani, medicini, kozmetici, a također i kao ljepilo za keramiku i kalupe.

Polianionska celuloza (PAC) je jonski celulozni eter i predstavlja visokokvalitetnu zamjenu za karboksimetil celulozu (CMC). To je bijeli, prljavobijeli ili blago žuti prah ili granula, netoksičan, bez okusa, lako se rastvara u vodi i formira prozirnu otopinu određene viskoznosti, ima bolju otpornost na toplinu i otpornost na sol, te jaka antibakterijska svojstva. Ne stvara plijesan i ne kvari se. Ima karakteristike visoke čistoće, visokog stupnja supstitucije i ravnomjerne raspodjele supstituenata. Može se koristiti kao vezivo, zgušnjivač, modifikator reologije, sredstvo za smanjenje gubitka tekućine, stabilizator suspenzije itd. Polianionska celuloza (PAC) se široko koristi u svim industrijama gdje se CMC može primijeniti, što može značajno smanjiti dozu, olakšati upotrebu, osigurati bolju stabilnost i ispuniti više procesne zahtjeve.

Cijanoetil celuloza je produkt reakcije celuloze i akrilonitrila pod djelovanjem alkalija.

Cijanoetil celuloza ima visoku dielektričnu konstantu i nizak koeficijent gubitaka te se može koristiti kao matrica smole za fosforne i elektroluminiscentne lampe. Nisko supstituirana cijanoetil celuloza može se koristiti kao izolacijski papir za transformatore.

Eteri viših masnih alkohola, alkenil eteri i aromatični alkoholni eteri celuloze su pripremljeni, ali nisu korišteni u praksi.

Metode pripreme celuloznog etra mogu se podijeliti na metodu vodenog medija, metodu rastvarača, metodu gnječenja, metodu suspenzije, metodu gas-čvrsta faza, metodu tečne faze i kombinaciju gore navedenih metoda.

5. Princip pripreme:

Visoko α-celulozna pulpa se natapa alkalnim rastvorom kako bi nabubrila i uništila više vodikovih veza, olakšala difuziju reagensa i generirala alkalnu celulozu, a zatim reaguje sa sredstvom za eterifikaciju da bi se dobio celulozni eter. Sredstva za eterifikaciju uključuju ugljikovodične halogenide (ili sulfate), epokside i α i β nezasićena jedinjenja sa akceptorima elektrona.

6. Osnovne performanse:

Aditivi igraju ključnu ulogu u poboljšanju performansi suho miješanog maltera za gradnju i čine više od 40% cijene materijala za suho miješani malter. Značajan dio aditiva na domaćem tržištu isporučuju strani proizvođači, a referentnu dozu proizvoda također osigurava dobavljač. Kao rezultat toga, cijena suho miješanih maltera ostaje visoka i teško je popularizirati uobičajene maltere za zidanje i malterisanje s velikom količinom i širokim asortimanom. Proizvode na tržištu visoke klase kontroliraju strane kompanije, a proizvođači suho miješanih maltera imaju nisku profitabilnost i slabu pristupačnost cijena; primjeni aditiva nedostaje sistematsko i ciljano istraživanje i slijepo se slijede strane formule.

Sredstvo za zadržavanje vode je ključni dodatak za poboljšanje performansi zadržavanja vode suho miješanog maltera, a također je jedan od ključnih dodataka koji određuju cijenu suho miješanih maltera. Glavna funkcija celuloznog etera je zadržavanje vode.

Celulozni etar je opći naziv za niz proizvoda nastalih reakcijom alkalne celuloze i eterificirajućeg sredstva pod određenim uvjetima. Alkalna celuloza se zamjenjuje različitim eterificirajućim sredstvima kako bi se dobili različiti celulozni eteri. Prema ionizacijskim svojstvima supstituenata, celulozni eteri se mogu podijeliti u dvije kategorije: ionski (kao što je karboksimetil celuloza) i nejonski (kao što je metil celuloza). Prema vrsti supstituenta, celulozni eter se može podijeliti na monoeter (kao što je metil celuloza) i miješani eter (kao što je hidroksipropil metil celuloza). Prema različitoj rastvorljivosti, može se podijeliti na rastvorljivost u vodi (kao što je hidroksietil celuloza) i rastvorljivost u organskim rastvaračima (kao što je etil celuloza). Suho miješani malter je uglavnom od celuloze rastvorljive u vodi, a celuloza rastvorljiva u vodi se dijeli na instant tip i površinski obrađen tip sa odloženim rastvaranjem.

Mehanizam djelovanja celuloznog etra u malteru je sljedeći:

(1) Nakon što jecelulozni eterKada se cement u malteru rastvori u vodi, efikasna i ravnomjerna raspodjela cementnog materijala u sistemu je osigurana zbog površinske aktivnosti, a celulozni eter, kao zaštitni koloid, "obavija" čvrste čestice i na njegovoj vanjskoj površini se formira sloj mazivog filma, što čini sistem maltera stabilnijim, a također poboljšava fluidnost maltera tokom procesa miješanja i glatkoću gradnje.

(2) Zbog vlastite molekularne strukture, rastvor celuloznog etra sprečava lako ispuštanje vlage iz maltera i postepeno je oslobađa tokom dužeg vremenskog perioda, pružajući malteru dobro zadržavanje vode i obradivost.