Què és l'èter de cel·lulosa?

èter de cel·lulosaés un compost polimèric amb una estructura d'èter fet de cel·lulosa. Cada anell de glucosil de la macromolècula de cel·lulosa conté tres grups hidroxil, el grup hidroxil primari al sisè àtom de carboni, el grup hidroxil secundari al segon i tercer àtoms de carboni, i l'hidrogen del grup hidroxil es substitueix per un grup hidrocarbur per generar derivats d'èter de cel·lulosa. És un producte en què l'hidrogen del grup hidroxil del polímer de cel·lulosa es substitueix per un grup hidrocarbur. La cel·lulosa és un compost polihidroxi polipolímer que no es dissol ni es fon. Després de l'eterificació, la cel·lulosa és soluble en aigua, solució alcalina diluïda i dissolvent orgànic, i té termoplasticitat.

La cel·lulosa és un compost polihidroxipolímer que no es dissol ni es fon. Després de l'eterificació, la cel·lulosa és soluble en aigua, solucions alcalines diluïdes i dissolvents orgànics, i té termoplasticitat.

1. Natura:

La solubilitat de la cel·lulosa després de l'eterificació canvia significativament. Es pot dissoldre en aigua, àcid diluït, àlcali diluït o dissolvent orgànic. La solubilitat depèn principalment de tres factors: (1) Les característiques dels grups introduïts en el procés d'eterificació, com més gran sigui el grup introduït, menor serà la solubilitat i com més forta sigui la polaritat del grup introduït, més fàcil serà dissoldre l'èter de cel·lulosa en aigua; (2) El grau de substitució i la distribució dels grups eterificats a la macromolècula. La majoria dels èters de cel·lulosa només es poden dissoldre en aigua sota un cert grau de substitució, i el grau de substitució és entre 0 i 3; (3) El grau de polimerització de l'èter de cel·lulosa, com més alt sigui el grau de polimerització, menys soluble; Com més baix sigui el grau de substitució que es pot dissoldre en aigua, més ampli serà el rang. Hi ha molts tipus d'èters de cel·lulosa amb un rendiment excel·lent, i s'utilitzen àmpliament en la construcció, el ciment, el petroli, els aliments, els tèxtils, els detergents, la pintura, la medicina, la fabricació de paper i els components electrònics i altres indústries.

2. Desenvolupament:

La Xina és el major productor i consumidor mundial d'èter de cel·lulosa, amb una taxa de creixement anual mitjana de més del 20%. Segons estadístiques preliminars, hi ha unes 50 empreses productores d'èter de cel·lulosa a la Xina, la capacitat de producció dissenyada de la indústria de l'èter de cel·lulosa ha superat les 400.000 tones i hi ha unes 20 empreses amb més de 10.000 tones, distribuïdes principalment a Shandong, Hebei, Chongqing i Jiangsu, Zhejiang, Xangai i altres llocs.

3. Necessitat:

El 2011, la capacitat de producció de CMC de la Xina era d'unes 300.000 tones. Amb la creixent demanda d'èters de cel·lulosa d'alta qualitat en indústries com la medicina, l'alimentació i els productes químics d'ús diari, la demanda interna d'altres productes d'èter de cel·lulosa que no siguin CMC està augmentant. , la capacitat de producció de MC/HPMC és d'unes 120.000 tones, i la de HEC és d'unes 20.000 tones. El PAC encara es troba en fase de promoció i aplicació a la Xina. Amb el desenvolupament de grans jaciments petrolífers a alta mar i el desenvolupament de materials de construcció, aliments, productes químics i altres indústries, la quantitat i el camp del PAC augmenten i s'expandeixen any rere any, amb una capacitat de producció de més de 10.000 tones.

4. Classificació:

Segons la classificació de l'estructura química dels substituents, es poden dividir en èters aniònics, catiònics i no iònics. Segons l'agent d'eterificació utilitzat, hi ha metilcel·lulosa, hidroxietilmetilcel·lulosa, carboximetilcel·lulosa, etilcel·lulosa, benzilcel·lulosa, hidroxietilcel·lulosa, hidroxipropilmetilcel·lulosa, cianoetilcel·lulosa, benzilcianoetilcel·lulosa, carboximetilhidroxietilcel·lulosa i fenilcel·lulosa, etc. La metilcel·lulosa i l'etilcel·lulosa són més pràctiques.

Metilcel·lulosa:

Després de tractar el cotó refinat amb àlcali, es produeix èter de cel·lulosa mitjançant una sèrie de reaccions amb clorur de metà com a agent d'eterificació. Generalment, el grau de substitució és d'1,6 a 2,0, i la solubilitat també és diferent amb els diferents graus de substitució. Pertany a l'èter de cel·lulosa no iònic.

(1) La metilcel·lulosa és soluble en aigua freda i serà difícil de dissoldre en aigua calenta. La seva solució aquosa és molt estable en el rang de pH = 3 ~ 12. Té bona compatibilitat amb midó, goma guar, etc. i molts tensioactius. Quan la temperatura arriba a la temperatura de gelificació, es produeix la gelificació.

(2) La retenció d'aigua de la metilcel·lulosa depèn de la quantitat d'addició, la viscositat, la mida de les partícules i la velocitat de dissolució. Generalment, si la quantitat d'addició és gran, la finesa és petita, i la viscositat és gran, la taxa de retenció d'aigua és alta. Entre elles, la quantitat d'addició té el major impacte en la taxa de retenció d'aigua, i el nivell de viscositat no és directament proporcional al nivell de taxa de retenció d'aigua. La velocitat de dissolució depèn principalment del grau de modificació superficial de les partícules de cel·lulosa i la finesa de les partícules. Entre els èters de cel·lulosa anteriors, la metilcel·lulosa i la hidroxipropilmetilcel·lulosa tenen taxes de retenció d'aigua més altes.

(3) Els canvis de temperatura poden afectar seriosament la retenció d'aigua de la metilcel·lulosa. Generalment, com més alta sigui la temperatura, pitjor serà la retenció d'aigua. Si la temperatura del morter supera els 40 °C, la retenció d'aigua de la metilcel·lulosa es reduirà significativament, cosa que afectarà seriosament la construcció del morter.

(4)metilcel·lulosaté un efecte significatiu en la treballabilitat i la cohesió del morter. L'"adhesió" aquí es refereix a la força d'unió que es nota entre l'eina aplicadora del treballador i el substrat de la paret, és a dir, la resistència al cisallament del morter. L'adhesió és alta, la resistència al cisallament del morter és gran i la resistència requerida pels treballadors en el procés d'ús també és gran, i el rendiment constructiu del morter és deficient. La cohesió de la metilcel·lulosa es troba a un nivell mitjà en els productes d'èter de cel·lulosa.

Hidroxipropilmetilcel·lulosa:

La hidroxipropilmetilcel·lulosa és una varietat de cel·lulosa la producció i el consum de la qual estan augmentant ràpidament. És un èter mixt de cel·lulosa no iònica fet a partir de cotó refinat després de l'alcalització, utilitzant òxid de propilè i clorur de metil com a agent d'eterificació, mitjançant una sèrie de reaccions. El grau de substitució és generalment d'1,2 a 2,0. Les seves propietats varien segons la relació entre el contingut de metoxil i el contingut d'hidroxipropil.

(1) La hidroxipropilmetilcel·lulosa és fàcilment soluble en aigua freda i tindrà dificultats per dissoldre's en aigua calenta. Però la seva temperatura de gelificació en aigua calenta és significativament més alta que la de la metilcel·lulosa. La solubilitat en aigua freda també millora molt en comparació amb la metilcel·lulosa.

(2) La viscositat de la hidroxipropilmetilcel·lulosa està relacionada amb el seu pes molecular, i com més gran sigui el pes molecular, més alta serà la viscositat. La temperatura també afecta la seva viscositat, ja que a mesura que augmenta la temperatura, la viscositat disminueix. Tanmateix, la influència de la seva alta viscositat i temperatura és menor que la de la metilcel·lulosa. La seva solució és estable quan s'emmagatzema a temperatura ambient.

(3) La retenció d'aigua de la hidroxipropilmetilcel·lulosa depèn de la quantitat d'addició, la viscositat, etc., i la seva taxa de retenció d'aigua amb la mateixa quantitat d'addició és superior a la de la metilcel·lulosa.

(4)Hidroxipropilmetilcel·lulosaés estable a l'àcid i a l'àlcali, i la seva solució aquosa és molt estable en el rang de pH = 2 ~ 12. La sosa càustica i l'aigua de calç tenen poc efecte en el seu rendiment, però l'àlcali pot accelerar la seva dissolució i augmentar lleugerament la seva viscositat. La hidroxipropilmetilcel·lulosa és estable a les sals comunes, però quan la concentració de la solució salina és alta, la viscositat de la solució d'hidroxipropilmetilcel·lulosa tendeix a augmentar.

(5) La hidroxipropilmetilcel·lulosa es pot barrejar amb compostos polimèrics solubles en aigua per formar una solució uniforme i de més viscositat. Com ara alcohol polivinílic, èter de midó, goma vegetal, etc.

(6) La hidroxipropilmetilcel·lulosa té una millor resistència enzimàtica que la metilcel·lulosa i és menys probable que la seva solució sigui degradada pels enzims que la metilcel·lulosa.

(7) L'adhesió de la hidroxipropilmetilcel·lulosa a la construcció de morter és superior a la de la metilcel·lulosa.

Hidroxietilcel·lulosa:

Està fet de cotó refinat tractat amb àlcali i reaccionat amb òxid d'etilè com a agent d'eterificació en presència d'isopropanol. El seu grau de substitució és generalment d'1,5 a 2,0. Té una forta hidrofilicitat i és fàcil d'absorbir la humitat.

(1) La hidroxietilcel·lulosa és soluble en aigua freda, però és difícil de dissoldre en aigua calenta. La seva solució és estable a alta temperatura sense gelificar. Es pot utilitzar durant molt de temps a alta temperatura en morter, però la seva retenció d'aigua és inferior a la de la metilcel·lulosa.

(2) La hidroxietilcel·lulosa és estable a l'àcid i l'àlcali en general, i l'àlcali pot accelerar la seva dissolució i augmentar lleugerament la seva viscositat. La seva dispersibilitat en aigua és lleugerament pitjor que la de la metilcel·lulosa i la hidroxipropilmetilcel·lulosa.

(3) La hidroxietilcel·lulosa té un bon rendiment anti-esbuixament per al morter, però té un temps de retard més llarg per al ciment.

(4) El rendiment de la hidroxietilcel·lulosa produïda per algunes empreses nacionals és òbviament inferior al de la metilcel·lulosa a causa del seu alt contingut d'aigua i de cendres.

(5) El míldiu de la solució aquosa d'hidroxietilcel·lulosa és relativament greu. A una temperatura d'uns 40 °C, el míldiu pot aparèixer en un termini de 3 a 5 dies, cosa que afectarà el seu rendiment.

Carboximetilcel·lulosa:

L'èter de cel·lulosa jònica es fabrica a partir de fibres naturals (cotó, etc.) després d'un tractament alcalí, utilitzant monocloroacetat de sodi com a agent d'eterificació i sotmetent-se a una sèrie de tractaments de reacció. El grau de substitució és generalment de 0,4 a 1,4, i el seu rendiment es veu molt afectat pel grau de substitució.

(1) La carboximetilcel·lulosa és més higroscòpica i contindrà més aigua quan s'emmagatzema en condicions generals.

(2) La solució aquosa de carboximetilcel·lulosa no produeix gel i la viscositat disminueix amb l'augment de la temperatura. Quan la temperatura supera els 50 °C, la viscositat és irreversible.

(3) La seva estabilitat es veu molt afectada pel pH. Generalment, es pot utilitzar en morters a base de guix, però no en morters a base de ciment. Quan és molt alcalí, perdrà viscositat.

(4) La seva retenció d'aigua és molt inferior a la de la metilcel·lulosa. Té un efecte retardant sobre el morter a base de guix i en redueix la resistència. Tanmateix, el preu de la carboximetilcel·lulosa és significativament inferior al de la metilcel·lulosa.

Èter alquil de cel·lulosa:

Les representatives són la metilcel·lulosa i l'etilcel·lulosa. En la producció industrial, el clorur de metil o el clorur d'etil s'utilitza generalment com a agent d'eterificació, i la reacció és la següent:

A la fórmula, R representa CH3 o C2H5. La concentració d'àlcali no només afecta el grau d'eterificació, sinó que també afecta el consum d'halurs d'alquil. Com més baixa sigui la concentració d'àlcali, més forta serà la hidròlisi de l'halur d'alquil. Per reduir el consum d'agent eterificant, cal augmentar la concentració d'àlcali. Tanmateix, quan la concentració d'àlcali és massa alta, es redueix l'efecte d'inflamació de la cel·lulosa, cosa que no afavoreix la reacció d'eterificació i, per tant, es redueix el grau d'eterificació. Per a aquest propòsit, es pot afegir lleixiu concentrat o lleixiu sòlid durant la reacció. El reactor ha de tenir un bon dispositiu d'agitació i esquinçament perquè l'àlcali es pugui distribuir uniformement. La metilcel·lulosa s'utilitza àmpliament com a espessidor, adhesiu i col·loide protector, etc. També es pot utilitzar com a dispersant per a la polimerització en emulsió, dispersant d'unió per a llavors, pasta tèxtil, additiu per a aliments i cosmètics, adhesiu mèdic, material de recobriment de fàrmacs i s'utilitza en pintura de làtex, tinta d'impressió, producció de ceràmica i barrejat amb ciment. S'utilitza per controlar el temps d'enduriment i augmentar la resistència inicial, etc. Els productes d'etilcel·lulosa tenen una alta resistència mecànica, flexibilitat, resistència a la calor i resistència al fred. L'etilcel·lulosa baixament substituïda és soluble en aigua i solucions alcalines diluïdes, i els productes altament substituïts són solubles en la majoria de dissolvents orgànics. Té bona compatibilitat amb diverses resines i plastificants. Es pot utilitzar per fabricar plàstics, pel·lícules, vernissos, adhesius, làtex i materials de recobriment per a fàrmacs, etc. La introducció de grups hidroxialquil en èters alquil de cel·lulosa pot millorar la seva solubilitat, reduir la seva sensibilitat a la saladura, augmentar la temperatura de gelificació i millorar les propietats de fusió en calent, etc. El grau de canvi en les propietats anteriors varia segons la naturalesa dels substituents i la relació entre els grups alquil i hidroxialquil.

Èter hidroxialquil de cel·lulosa:

Les representatives són la hidroxietilcel·lulosa i la hidroxipropilcel·lulosa. Els agents eterificants són epòxids com l'òxid d'etilè i l'òxid de propilè. S'utilitza un àcid o una base com a catalitzador. La producció industrial consisteix a fer reaccionar la cel·lulosa alcalina amb un agent eterificant:hidroxietilcel·lulosaamb un alt valor de substitució és soluble tant en aigua freda com en aigua calenta. La hidroxipropilcel·lulosa amb un alt valor de substitució només és soluble en aigua freda però no en aigua calenta. La hidroxietilcel·lulosa es pot utilitzar com a espessidor per a recobriments de làtex, pastes d'impressió i tenyit tèxtil, materials d'apretament de paper, adhesius i col·loides protectors. L'ús de la hidroxipropilcel·lulosa és similar al de la hidroxietilcel·lulosa. La hidroxipropilcel·lulosa amb baix valor de substitució es pot utilitzar com a excipient farmacèutic, que pot tenir propietats tant aglutinants com desintegrants.

La carboximetilcel·lulosa, abreviatura anglesa CMC, generalment existeix en forma de sal sòdica. L'agent eterificant és l'àcid monocloroacètic i la reacció és la següent:

La carboximetilcel·lulosa és l'èter de cel·lulosa soluble en aigua més utilitzat. En el passat, s'utilitzava principalment com a fang de perforació, però ara s'ha ampliat per utilitzar-se com a additiu de detergents, fangs de roba, pintura de làtex, recobriment de cartró i paper, etc. La carboximetilcel·lulosa pura es pot utilitzar en aliments, medicaments, cosmètics i també com a adhesiu per a ceràmica i motlles.

La cel·lulosa polianiònica (PAC) és un èter de cel·lulosa iònica i és un producte substitutiu d'alta gamma de la carboximetilcel·lulosa (CMC). És una pols o grànul blanc, blanc trencat o lleugerament groc, no tòxic, insípid, fàcil de dissoldre en aigua per formar una solució transparent amb una certa viscositat, té una millor estabilitat a la calor i resistència a la sal, i fortes propietats antibacterianes. Sense floridura ni deteriorament. Té les característiques d'alta puresa, alt grau de substitució i distribució uniforme dels substituents. Es pot utilitzar com a aglutinant, espessidor, modificador reològic, reductor de pèrdues de fluids, estabilitzador de suspensió, etc. La cel·lulosa polianiònica (PAC) s'utilitza àmpliament en totes les indústries on es pot aplicar CMC, cosa que pot reduir considerablement la dosi, facilitar l'ús, proporcionar una millor estabilitat i complir amb els requisits de procés més elevats.

La cianoetilcel·lulosa és el producte de reacció de la cel·lulosa i l'acrilonitril sota la catàlisi d'àlcalis.

La cianoetilcel·lulosa té una constant dielèctrica alta i un coeficient de pèrdua baix i es pot utilitzar com a matriu de resina per a làmpades de fòsfor i electroluminescents. La cianoetilcel·lulosa de baixa substitució es pot utilitzar com a paper aïllant per a transformadors.

S'han preparat èters d'alcohols grassos superiors, èters alquenílics i èters d'alcohols aromàtics de cel·lulosa, però no s'han utilitzat a la pràctica.

Els mètodes de preparació de l'èter de cel·lulosa es poden dividir en mètode de medi aquós, mètode de dissolvent, mètode d'amassat, mètode de suspensió, mètode gas-sòlid, mètode de fase líquida i la combinació dels mètodes anteriors.

5. Principi de preparació:

La polpa d'alta α-cel·lulosa es submergeix en una solució alcalina per inflar-la i destruir més enllaços d'hidrogen, facilitar la difusió de reactius i generar cel·lulosa alcalina, i després reacciona amb un agent d'eterificació per obtenir èter de cel·lulosa. Els agents eterificants inclouen halurs d'hidrocarburs (o sulfats), epòxids i compostos α i β insaturats amb acceptors d'electrons.

6. Rendiment bàsic:

Els additius tenen un paper clau en la millora del rendiment del morter sec per a la construcció i representen més del 40% del cost del material en aquest tipus de morter. Una part considerable dels additius al mercat nacional són subministrats per fabricants estrangers, i la dosi de referència del producte també la proporciona el proveïdor. Com a resultat, el cost dels productes de morter sec continua sent elevat i és difícil popularitzar els morters comuns de maçoneria i guix amb una gran quantitat i una àmplia gamma. Els productes del mercat de gamma alta estan controlats per empreses estrangeres, i els fabricants de morters secs tenen baixos beneficis i una baixa assequibilitat de preus; l'aplicació d'additius no té una investigació sistemàtica i específica, i segueix cegament fórmules estrangeres.

L'agent de retenció d'aigua és un additiu clau per millorar el rendiment de retenció d'aigua del morter en sec, i també és un dels additius clau per determinar el cost dels materials de morter en sec. La funció principal de l'èter de cel·lulosa és la retenció d'aigua.

L'èter de cel·lulosa és un terme general per a una sèrie de productes produïts per la reacció de la cel·lulosa alcalina i un agent eterificant sota certes condicions. La cel·lulosa alcalina es substitueix per diferents agents eterificants per obtenir diferents èters de cel·lulosa. Segons les propietats d'ionització dels substituents, els èters de cel·lulosa es poden dividir en dues categories: iònics (com la carboximetilcel·lulosa) i no iònics (com la metilcel·lulosa). Segons el tipus de substituent, l'èter de cel·lulosa es pot dividir en monoèter (com la metilcel·lulosa) i èter mixt (com la hidroxipropilmetilcel·lulosa). Segons la diferent solubilitat, es pot dividir en solubilitat en aigua (com la hidroxietilcel·lulosa) i solubilitat en dissolvents orgànics (com l'etilcel·lulosa). El morter barrejat en sec és principalment cel·lulosa soluble en aigua, i la cel·lulosa soluble en aigua es divideix en tipus instantani i tipus de dissolució retardada tractada superficialment.

El mecanisme d'acció de l'èter de cel·lulosa en el morter és el següent:

(1) Després deèter de cel·lulosaen el morter dissolt en aigua, la distribució eficaç i uniforme del material cimentós en el sistema s'assegura a causa de l'activitat superficial, i l'èter de cel·lulosa, com a col·loide protector, "embolica" les partícules sòlides i es forma una capa de pel·lícula lubricant a la seva superfície exterior, cosa que fa que el sistema de morter sigui més estable i també millora la fluïdesa del morter durant el procés de mescla i la suavitat de la construcció.

(2) A causa de la seva pròpia estructura molecular, la solució d'èter de cel·lulosa fa que la humitat del morter no es perdi fàcilment i la va alliberant gradualment durant un llarg període de temps, dotant el morter d'una bona retenció d'aigua i treballabilitat.