Co je to celulózový éter?

éter celulózyje polymerní sloučenina s etherovou strukturou složená z celulózy. Každý glukosylový kruh v makromolekule celulózy obsahuje tři hydroxylové skupiny, primární hydroxylovou skupinu na šestém atomu uhlíku, sekundární hydroxylovou skupinu na druhém a třetím atomu uhlíku a vodík v hydroxylové skupině je nahrazen uhlovodíkovou skupinou za vzniku derivátů etheru celulózy. Jedná se o produkt, ve kterém je vodík hydroxylové skupiny v celulózovém polymeru nahrazen uhlovodíkovou skupinou. Celulóza je polyhydroxypolymerní sloučenina, která se nerozpouští ani netaví. Po etherifikaci je celulóza rozpustná ve vodě, zředěném alkalickém roztoku a organickém rozpouštědle a má termoplasticitu.

Celulóza je polyhydroxypolymerní sloučenina, která se nerozpouští ani netaví. Po etherifikaci je celulóza rozpustná ve vodě, zředěném alkalickém roztoku a organickém rozpouštědle a má termoplastické vlastnosti.

1. Příroda：

Rozpustnost celulózy se po etherifikaci výrazně mění. Může být rozpuštěna ve vodě, zředěné kyselině, zředěné zásadě nebo organickém rozpouštědle. Rozpustnost závisí hlavně na třech faktorech: (1) Charakteristika skupin zavedených v etherifikačním procesu, čím větší je skupina, tím nižší je rozpustnost a čím silnější je polarita zavedené skupiny, tím snadněji se ether celulózy rozpouští ve vodě; (2) Stupeň substituce a distribuce etherifikovaných skupin v makromolekule. Většina etherů celulózy se rozpouští ve vodě pouze za určitého stupně substituce, přičemž stupeň substituce se pohybuje mezi 0 a 3; (3) Stupeň polymerace etheru celulózy, čím vyšší je stupeň polymerace, tím méně je rozpustný; Čím nižší je stupeň substituce, který lze ether celulózy rozpustit ve vodě, tím širší je rozsah rozpustnosti. Existuje mnoho druhů etherů celulózy s vynikajícím výkonem a široce se používají ve stavebnictví, cementu, ropě, potravinářství, textilu, detergentech, barvách, lékařství, výrobě papíru a elektronických součástek a dalších odvětvích.

2. Rozvíjet：

Čína je největším světovým producentem a spotřebitelem éteru celulózy s průměrnou roční mírou růstu přesahující 20 %. Podle předběžných statistik existuje v Číně asi 50 podniků na výrobu éteru celulózy, jejichž projektovaná výrobní kapacita průmyslu éteru celulózy překročila 400 000 tun a existuje asi 20 podniků s více než 10 000 tunami, které se nacházejí především v provinciích Shandong, Che-pej, Čchung-čching a Ťiang-su, Zhejiang, Šanghaji a dalších místech.

3. Potřeba：

V roce 2011 činila čínská výrobní kapacita CMC přibližně 300 000 tun. S rostoucí poptávkou po vysoce kvalitních etherech celulózy v odvětvích, jako je lékařství, potravinářství a denní chemikálie, se zvyšuje domácí poptávka po dalších produktech z etherů celulózy kromě CMC. Výrobní kapacita MC/HPMC je přibližně 120 000 tun a HEC přibližně 20 000 tun. PAC je v Číně stále ve fázi propagace a aplikace. S rozvojem velkých ropných polí na moři a rozvojem odvětví stavebních materiálů, potravinářství, chemického průmyslu a dalších odvětví se množství a oblast použití PAC rok od roku zvyšují a rozšiřují s výrobní kapacitou více než 10 000 tun.

4. Klasifikace：

Podle klasifikace chemické struktury substituentů je lze rozdělit na aniontové, kationtové a neiontové ethery. V závislosti na použitém etherifikačním činidle existuje methylcelulóza, hydroxyethylmethylcelulóza, karboxymethylcelulóza, ethylcelulóza, benzylcelulóza, hydroxyethylcelulóza, hydroxypropylmethylcelulóza, kyanoethylcelulóza, benzylkyanoethylcelulóza, karboxymethylhydroxyethylcelulóza a fenylcelulóza atd. Methylcelulóza a ethylcelulóza jsou praktičtější.

Methylcelulóza：

Po alkalickém zpracování rafinované bavlny se sérií reakcí s chloridem methanu jako éterifikačním činidlem vyrobí éter celulózy. Stupeň substituce je obecně 1,6 až 2,0 a rozpustnost se také liší v závislosti na stupni substituce. Patří mezi neiontové étery celulózy.

(1) Methylcelulóza je rozpustná ve studené vodě, ale v horké vodě se obtížně rozpouští. Její vodný roztok je velmi stabilní v rozmezí pH 3~12. Má dobrou snášenlivost se škrobem, guarovou gumou atd. a mnoha povrchově aktivními látkami. Když teplota dosáhne teploty gelace, dochází k gelaci.

(2) Retence vody methylcelulózy závisí na jejím přidaném množství, viskozitě, velikosti částic a rychlosti rozpouštění. Obecně platí, že pokud je přidané množství velké, jemnost je malá a viskozita je vysoká, je rychlost zadržování vody vysoká. Množství přidaného množství má největší vliv na rychlost zadržování vody a úroveň viskozity není přímo úměrná úrovni rychlosti zadržování vody. Rychlost rozpouštění závisí hlavně na stupni povrchové modifikace celulózových částic a jemnosti částic. Z výše uvedených etherů celulózy mají methylcelulóza a hydroxypropylmethylcelulóza vyšší rychlost zadržování vody.

(3) Změny teploty mohou vážně ovlivnit zadržování vody v methylcelulóze. Obecně platí, že čím vyšší teplota, tím horší je zadržování vody. Pokud teplota malty překročí 40 °C, zadržování vody v methylcelulóze se výrazně sníží, což vážně ovlivní konstrukci malty.

(4)Methylcelulózamá významný vliv na zpracovatelnost a soudržnost malty. „Přilnavost“ se zde vztahuje na spojovací sílu mezi aplikačním nástrojem pracovníka a podkladem stěny, tj. na smykovou odolnost malty. Přilnavost je vysoká, smyková odolnost malty je velká a pevnost potřebná pracovníky v procesu použití je také velká a konstrukční vlastnosti malty jsou nízké. Soudržnost methylcelulózy je u produktů z éteru celulózy na střední úrovni.

Hydroxypropylmethylcelulóza:

Hydroxypropylmethylcelulóza je druh celulózy, jehož produkce a spotřeba rychle rostou. Jedná se o neiontový směsný ether celulózy vyrobený z rafinované bavlny po alkalizaci za použití propylenoxidu a methylchloridu jako éterifikačního činidla, a to řadou reakcí. Stupeň substituce je obecně 1,2~2,0. Její vlastnosti se liší v závislosti na poměru obsahu methoxylových skupin k obsahu hydroxypropylových skupin.

(1) Hydroxypropylmethylcelulóza je snadno rozpustná ve studené vodě, ale v horké vodě se obtížně rozpouští. Její teplota želatinizace v horké vodě je však výrazně vyšší než u methylcelulózy. Rozpustnost ve studené vodě je také výrazně lepší než u methylcelulózy.

(2) Viskozita hydroxypropylmethylcelulózy souvisí s její molekulovou hmotností a čím větší je molekulová hmotnost, tím vyšší je viskozita. Teplota také ovlivňuje její viskozitu, s rostoucí teplotou se viskozita snižuje. Vliv její vysoké viskozity a teploty je však menší než u methylcelulózy. Její roztok je stabilní při skladování při pokojové teplotě.

(3) Retence vody hydroxypropylmethylcelulózy závisí na jejím přidaném množství, viskozitě atd. a její míra retence vody při stejném přidaném množství je vyšší než u methylcelulózy.

(4)HydroxypropylmethylcelulózaJe stabilní vůči kyselinám a zásadám a jeho vodný roztok je velmi stabilní v rozmezí pH 2~12. Louh sodný a vápenná voda mají malý vliv na jeho vlastnosti, ale zásady mohou urychlit jeho rozpouštění a mírně zvýšit jeho viskozitu. Hydroxypropylmethylcelulóza je stabilní vůči běžným solím, ale při vysoké koncentraci solného roztoku má viskozita roztoku hydroxypropylmethylcelulózy tendenci se zvyšovat.

(5) Hydroxypropylmethylcelulóza může být smíchána s ve vodě rozpustnými polymerními sloučeninami za vzniku jednotného roztoku s vyšší viskozitou. Například polyvinylalkohol, ether škrobu, rostlinná guma atd.

(6) Hydroxypropylmethylcelulóza má lepší odolnost vůči enzymům než methylcelulóza a její roztok je méně náchylný k degradaci enzymy než methylcelulóza.

(7) Adheze hydroxypropylmethylcelulózy k maltové konstrukci je vyšší než u methylcelulózy.

Hydroxyethylcelulóza：

Vyrábí se z rafinované bavlny ošetřené alkálií a reaguje s ethylenoxidem jako éterifikačním činidlem za přítomnosti isopropanolu. Jeho stupeň substituce je obecně 1,5~2,0. Má silnou hydrofilnost a snadno absorbuje vlhkost.

(1) Hydroxyethylcelulóza je rozpustná ve studené vodě, ale obtížně se rozpouští v horké vodě. Její roztok je stabilní při vysoké teplotě bez želírování. Lze ji dlouhodobě používat v maltě za vysokých teplot, ale její zadržování vody je nižší než u methylcelulózy.

(2) Hydroxyethylcelulóza je stabilní vůči běžným kyselinám a zásadám a zásady mohou urychlit její rozpouštění a mírně zvýšit její viskozitu. Její dispergovatelnost ve vodě je o něco horší než u methylcelulózy a hydroxypropylmethylcelulózy.

(3) Hydroxyethylcelulóza má dobrý protiskluzový účinek pro maltu, ale pro cement má delší dobu zpomalení tuhnutí.

(4) Výkon hydroxyethylcelulózy vyráběné některými domácími podniky je zjevně nižší než u methylcelulózy kvůli jejímu vysokému obsahu vody a vysokému obsahu popela.

(5) Plíseň vodného roztoku hydroxyethylcelulózy je poměrně závažná. Při teplotě asi 40 °C se plíseň může objevit během 3 až 5 dnů, což ovlivní jeho vlastnosti.

Karboxymethylcelulóza：

Ionový éter celulózy se vyrábí z přírodních vláken (bavlna atd.) po alkalickém ošetření za použití monochloroacetátu sodného jako éterifikačního činidla a následné sérii reakčních zpracování. Stupeň substituce je obecně 0,4~1,4 a jeho výkon je značně ovlivněn stupněm substituce.

(1) Karboxymethylcelulóza je hygroskopičtější a při skladování za běžných podmínek obsahuje více vody.

(2) Vodný roztok karboxymethylcelulózy netvoří gel a viskozita klesá se zvyšující se teplotou. Pokud teplota překročí 50 °C, viskozita je nevratná.

(3) Jeho stabilita je výrazně ovlivněna pH. Obecně jej lze použít v maltách na bázi sádry, ale ne v maltách na bázi cementu. Při vysoké alkalické reakci ztrácí viskozitu.

(4) Jeho schopnost zadržovat vodu je mnohem nižší než u methylcelulózy. Má zpomalovací účinek na maltu na bázi sádry a snižuje její pevnost. Cena karboxymethylcelulózy je však výrazně nižší než cena methylcelulózy.

Alkylether celulózy：

Reprezentativními příklady jsou methylcelulóza a ethylcelulóza. V průmyslové výrobě se jako etherifikační činidlo obvykle používá methylchlorid nebo ethylchlorid a reakce probíhá následovně:

Ve vzorci R představuje CH3 nebo C2H5. Koncentrace alkálie ovlivňuje nejen stupeň etherifikace, ale také spotřebu alkylhalogenidů. Čím nižší je koncentrace alkálie, tím silnější je hydrolýza alkylhalogenidu. Aby se snížila spotřeba etherifikačního činidla, je nutné zvýšit koncentraci alkálie. Pokud je však koncentrace alkálie příliš vysoká, snižuje se bobtnavý účinek celulózy, což nevede k etherifikační reakci, a proto se snižuje stupeň etherifikace. Za tímto účelem lze během reakce přidat koncentrovaný louh nebo pevný louh. Reaktor by měl mít dobré míchací a oddělovací zařízení, aby se alkálie rovnoměrně rozložila. Methylcelulóza se široce používá jako zahušťovadlo, lepidlo a ochranný koloid atd. Může být také použita jako dispergační činidlo pro emulzní polymeraci, pojivový dispergační činidlo pro semena, textilní suspenze, přísada do potravin a kosmetiky, lékařské lepidlo, materiál pro potahování léčiv a používá se v latexových barvách, tiskařských barvách, keramické výrobě a přimíchává se do cementu. Používá se k regulaci doby tuhnutí a zvýšení počáteční pevnosti atd. Produkty z ethylcelulózy mají vysokou mechanickou pevnost, flexibilitu, tepelnou odolnost a odolnost proti chladu. Nízko substituovaná ethylcelulóza je rozpustná ve vodě a zředěných alkalických roztocích a vysoce substituované produkty jsou rozpustné ve většině organických rozpouštědel. Má dobrou kompatibilitu s různými pryskyřicemi a změkčovadly. Může být použita k výrobě plastů, filmů, laků, lepidel, latexu a potahovacích materiálů pro léčiva atd. Zavedení hydroxyalkylových skupin do alkyletherů celulózy může zlepšit jejich rozpustnost, snížit jejich citlivost na vysolování, zvýšit teplotu gelace a zlepšit vlastnosti tavení za tepla atd. Stupeň změny výše uvedených vlastností se liší v závislosti na povaze substituentů a poměru alkylových a hydroxyalkylových skupin.

Hydroxyalkyléter celulózy:

Reprezentativními příklady jsou hydroxyethylcelulóza a hydroxypropylcelulóza. Etherifikační činidla jsou epoxidy, jako je ethylenoxid a propylenoxid. Jako katalyzátor se používá kyselina nebo zásada. Průmyslová výroba spočívá v reakci alkalické celulózy s etherifikačním činidlem:hydroxyethylcelulózas vysokou substituční hodnotou je rozpustná ve studené i horké vodě. Hydroxypropylcelulóza s vysokou substituční hodnotou je rozpustná pouze ve studené vodě, ale ne v horké vodě. Hydroxyethylcelulóza může být použita jako zahušťovadlo pro latexové nátěry, textilní tiskařské a barvicí pasty, klížidla na papír, lepidla a ochranné koloidy. Použití hydroxypropylcelulózy je podobné jako u hydroxyethylcelulózy. Hydroxypropylcelulóza s nízkou substituční hodnotou může být použita jako farmaceutická pomocná látka, která může mít jak pojivové, tak dezintegrační vlastnosti.

Karboxymethylcelulóza, anglická zkratka CMC, se obvykle vyskytuje ve formě sodné soli. Etherifikačním činidlem je kyselina monochloroctová a reakce probíhá následovně:

Karboxymethylcelulóza je nejrozšířenější ve vodě rozpustný éter celulózy. V minulosti se používala hlavně jako vrtný kal, ale nyní se rozšířila i na přísadu do pracích prostředků, oděvních suspenzí, latexových barev, potahů kartonu a papíru atd. Čistá karboxymethylcelulóza se používá v potravinářství, medicíně, kosmetice a také jako lepidlo pro keramiku a formy.

Polyaniontová celulóza (PAC) je iontový ether celulózy a špičkový náhradní produkt za karboxymethylcelulózu (CMC). Je to bílý, téměř bílý nebo slabě žlutý prášek nebo granulát, netoxický, bez chuti, snadno se rozpouští ve vodě za vzniku průhledného roztoku s určitou viskozitou, má lepší tepelnou stabilitu a odolnost vůči solím a silné antibakteriální vlastnosti. Nepodléhá plísním a znehodnocování. Vyznačuje se vysokou čistotou, vysokým stupněm substituce a rovnoměrným rozložením substituentů. Může být použit jako pojivo, zahušťovadlo, modifikátor reologie, reduktor ztrát tekutin, stabilizátor suspenzí atd. Polyaniontová celulóza (PAC) se široce používá ve všech odvětvích, kde lze CMC aplikovat, což může výrazně snížit dávkování, usnadnit použití, zajistit lepší stabilitu a splnit vyšší procesní požadavky.

Kyanoethylcelulóza je reakční produkt celulózy a akrylonitrilu za katalýzy alkálií.

Kyanoethylcelulóza má vysokou dielektrickou konstantu a nízký ztrátový koeficient a lze ji použít jako pryskyřičnou matricu pro fosforové a elektroluminiscenční lampy. Nízko substituovaná kyanoethylcelulóza může být použita jako izolační papír pro transformátory.

Vyšší mastné alkoholové ethery, alkenylethery a aromatické alkoholové ethery celulózy byly připraveny, ale v praxi nebyly použity.

Metody přípravy etheru celulózy lze rozdělit na metodu ve vodném médiu, metodu s rozpouštědlem, metodu hnětení, metodu suspenze, metodu s plynnou a pevnou fází, metodu v kapalné fázi a kombinaci výše uvedených metod.

5. Princip přípravy:

Buničina s vysokým obsahem α-celulózy se nasákne alkalickým roztokem, aby nabobtnala a rozbila tak více vodíkových vazeb, usnadnila difúzi činidel a vytvořila alkalickou celulózu. Poté reaguje s etherifikačním činidlem za vzniku etheru celulózy. Mezi etherifikační činidla patří halogenidy uhlovodíků (nebo sírany), epoxidy a α a β nenasycené sloučeniny s akceptory elektronů.

6. Základní výkon:

Přísady hrají klíčovou roli ve zlepšování vlastností suchých maltových směsí a tvoří více než 40 % nákladů na materiál v suchých maltových směsích. Značná část přísad na domácím trhu je dodávána zahraničními výrobci a dodavatel poskytuje také referenční dávkování produktu. V důsledku toho zůstávají náklady na suché maltové výrobky vysoké a je obtížné popularizovat běžné zdicí a omítací malty s velkým množstvím a širokou škálou. Špičkové produkty na trhu jsou kontrolovány zahraničními společnostmi a výrobci suchých maltových směsí mají nízké zisky a nízkou cenovou dostupnost; aplikace přísad postrádá systematický a cílený výzkum a slepě se řídí zahraničními recepturami.

Vodotěsná přísada je klíčovou přísadou pro zlepšení vodotěsnosti maltové směsi za sucha a je také jednou z klíčových přísad určujících cenu maltových materiálů za sucha. Hlavní funkcí éteru celulózy je zadržování vody.

Ether celulózy je obecný termín pro řadu produktů vznikajících reakcí alkalické celulózy a etherifikačního činidla za určitých podmínek. Alkalická celulóza se nahrazuje různými etherifikačními činidly za vzniku různých etherů celulózy. Podle ionizačních vlastností substituentů lze ethery celulózy rozdělit do dvou kategorií: iontové (jako je karboxymethylcelulóza) a neiontové (jako je methylcelulóza). Podle typu substituentu lze ether celulózy rozdělit na monoethery (jako je methylcelulóza) a směsné ethery (jako je hydroxypropylmethylcelulóza). Podle rozdílné rozpustnosti lze ether celulózy rozdělit na rozpustnost ve vodě (jako je hydroxyethylcelulóza) a rozpustnost v organickém rozpouštědle (jako je ethylcelulóza). Suché malty jsou převážně z celulózy rozpustné ve vodě a celulóza rozpustná ve vodě se dělí na instantní typ a povrchově upravený typ s prodlouženým rozpouštěním.

Mechanismus účinku éteru celulózy v maltě je následující:

(1) Poéter celulózyv maltě rozpuštěné ve vodě, je zajištěno efektivní a rovnoměrné rozložení cementového materiálu v systému díky povrchové aktivitě a éter celulózy jako ochranný koloid „obalí“ pevné částice a na jeho vnějším povrchu se vytvoří vrstva mazacího filmu, což činí maltový systém stabilnějším a také zlepšuje tekutost malty během procesu míchání a hladkost stavby.

(2) Díky své vlastní molekulární struktuře roztok etheru celulózy zabraňuje snadné ztrátě vlhkosti v maltě a postupně ji uvolňuje po dlouhou dobu, čímž maltě dodává dobrou schopnost zadržovat vodu a zpracovatelnost.