Was ist Celluloseether?

Celluloseetherist eine Polymerverbindung mit Etherstruktur aus Cellulose. Jeder Glucosylring im Cellulosemakromolekül enthält drei Hydroxygruppen: die primäre Hydroxygruppe am sechsten Kohlenstoffatom, die sekundäre am zweiten und dritten Kohlenstoffatom. Der Wasserstoff in der Hydroxygruppe wird durch eine Kohlenwasserstoffgruppe ersetzt, wodurch Celluloseetherderivate entstehen. Cellulose ist ein Produkt, bei dem der Wasserstoff der Hydroxygruppe im Cellulosepolymer durch eine Kohlenwasserstoffgruppe ersetzt wird. Cellulose ist eine Polyhydroxypolymerverbindung, die sich weder auflöst noch schmilzt. Nach der Veretherung ist Cellulose in Wasser, verdünnter alkalischer Lösung und organischen Lösungsmitteln löslich und thermoplastisch.

Cellulose ist eine Polyhydroxypolymerverbindung, die sich weder auflöst noch schmilzt. Nach der Veretherung ist Cellulose in Wasser, verdünnter alkalischer Lösung und organischen Lösungsmitteln löslich und weist Thermoplastizität auf.

1.Natur:

Die Löslichkeit von Cellulose ändert sich nach der Veretherung deutlich. Sie ist in Wasser, verdünnter Säure, verdünnter Lauge oder organischen Lösungsmitteln löslich. Die Löslichkeit hängt im Wesentlichen von drei Faktoren ab: (1) den Eigenschaften der im Veretherungsprozess eingeführten Gruppen. Je größer die Gruppe, desto geringer die Löslichkeit, und je stärker die Polarität der eingeführten Gruppe, desto leichter löst sich der Celluloseether in Wasser. (2) dem Substitutionsgrad und der Verteilung der veretherten Gruppen im Makromolekül. Die meisten Celluloseether lösen sich nur bis zu einem bestimmten Substitutionsgrad in Wasser. Der Substitutionsgrad liegt zwischen 0 und 3. (3) dem Polymerisationsgrad des Celluloseethers. Je höher der Polymerisationsgrad, desto geringer die Löslichkeit. Je niedriger der Substitutionsgrad, desto größer der Bereich. Es gibt viele Arten von Celluloseethern mit hervorragender Leistung, die in der Bau-, Zement-, Erdöl-, Lebensmittel-, Textil-, Waschmittel-, Farben-, Medizin-, Papier- und Elektronikkomponentenindustrie und anderen Branchen weit verbreitet sind.

2. Entwickeln:

China ist der weltweit größte Produzent und Verbraucher von Celluloseether mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von über 20 %. Vorläufigen Statistiken zufolge gibt es in China etwa 50 Unternehmen, die Celluloseether produzieren. Die geplante Produktionskapazität der Celluloseetherindustrie liegt bei über 400.000 Tonnen. Etwa 20 Unternehmen produzieren mehr als 10.000 Tonnen, hauptsächlich in Shandong, Hebei, Chongqing, Jiangsu, Zhejiang, Shanghai und anderen Regionen.

3. Bedarf:

Im Jahr 2011 betrug Chinas Produktionskapazität für CMC rund 300.000 Tonnen. Mit der steigenden Nachfrage nach hochwertigen Celluloseethern in Branchen wie der Medizin, der Lebensmittelindustrie und der Chemieindustrie steigt auch die Inlandsnachfrage nach anderen Celluloseetherprodukten als CMC. Die Produktionskapazität für MC/HPMC beträgt rund 120.000 Tonnen, die für HEC rund 20.000 Tonnen. PAC befindet sich in China noch in der Entwicklungs- und Anwendungsphase. Mit der Erschließung großer Offshore-Ölfelder und der Entwicklung der Baustoff-, Lebensmittel-, Chemie- und anderer Industriezweige nehmen Menge und Anwendungsbereich von PAC jährlich zu und erweitern sich mit einer Produktionskapazität von über 10.000 Tonnen.

4. Klassifizierung:

Entsprechend der chemischen Strukturklassifizierung der Substituenten können sie in anionische, kationische und nichtionische Ether unterteilt werden. Abhängig vom verwendeten Veretherungsmittel gibt es Methylcellulose, Hydroxyethylmethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Ethylcellulose, Benzylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Cyanethylcellulose, Benzylcyanethylcellulose, Carboxymethylhydroxyethylcellulose und Phenylcellulose usw. Methylcellulose und Ethylcellulose sind praktischer.

Methylcellulose:

Nach der Behandlung der raffinierten Baumwolle mit Alkali entsteht durch eine Reihe von Reaktionen mit Methanchlorid als Veretherungsmittel Celluloseether. Der Substitutionsgrad liegt im Allgemeinen bei 1,6 bis 2,0, und auch die Löslichkeit ist je nach Substitutionsgrad unterschiedlich. Celluloseether gehört zu den nichtionischen Celluloseethern.

(1) Methylcellulose ist in kaltem Wasser löslich, in heißem Wasser hingegen nur schwer. Ihre wässrige Lösung ist im pH-Bereich von 3 bis 12 sehr stabil. Sie ist gut verträglich mit Stärke, Guarkernmehl usw. und vielen Tensiden. Sobald die Gelierungstemperatur erreicht ist, erfolgt die Gelierung.

(2) Die Wasserretention von Methylcellulose hängt von der Zugabemenge, der Viskosität, der Partikelgröße und der Auflösungsrate ab. Generell gilt: Je größer die Zugabemenge, desto geringer die Partikelfeinheit und desto höher die Viskosität, desto höher ist die Wasserretention. Die Zugabemenge hat den größten Einfluss auf die Wasserretention, und die Viskosität ist nicht direkt proportional zur Wasserretention. Die Auflösungsrate hängt hauptsächlich vom Grad der Oberflächenmodifizierung der Cellulosepartikel und der Partikelfeinheit ab. Von den oben genannten Celluloseethern weisen Methylcellulose und Hydroxypropylmethylcellulose die höchsten Wasserretentionsraten auf.

(3) Temperaturschwankungen können die Wasserretention von Methylcellulose erheblich beeinträchtigen. Generell gilt: Je höher die Temperatur, desto schlechter die Wasserretention. Übersteigt die Mörteltemperatur 40 °C, verringert sich die Wasserretention von Methylcellulose deutlich, was die Mörtelkonstruktion erheblich beeinträchtigt.

(4)MethylcelluloseDie Verarbeitbarkeit und Kohäsion des Mörtels werden maßgeblich beeinflusst. Die „Haftfähigkeit“ bezeichnet hier die Bindungskraft zwischen dem Auftragswerkzeug des Arbeiters und dem Wanduntergrund, also die Scherfestigkeit des Mörtels. Die Haftfähigkeit ist hoch, die Scherfestigkeit des Mörtels groß, und die von den Arbeitern während der Verarbeitung benötigte Kraft ist ebenfalls groß. Die Bauleistung des Mörtels ist hingegen gering. Die Kohäsion von Methylcellulose liegt bei Celluloseetherprodukten im mittleren Bereich.

Hydroxypropylmethylcellulose:

Hydroxypropylmethylcellulose ist eine Cellulosesorte, deren Produktion und Verbrauch stark zunehmen. Es handelt sich um einen nichtionischen Cellulosemischether, der nach Alkalisierung aus raffinierter Baumwolle unter Verwendung von Propylenoxid und Methylchlorid als Veretherungsmittel durch eine Reihe von Reaktionen hergestellt wird. Der Substitutionsgrad beträgt in der Regel 1,2–2,0. Seine Eigenschaften variieren je nach Verhältnis von Methoxyl- zu Hydroxypropylgehalt.

(1) Hydroxypropylmethylcellulose ist in kaltem Wasser leicht löslich, in heißem Wasser hingegen nur schwer. Ihre Gelierungstemperatur in heißem Wasser ist jedoch deutlich höher als die von Methylcellulose. Auch die Löslichkeit in kaltem Wasser ist im Vergleich zu Methylcellulose deutlich verbessert.

(2) Die Viskosität von Hydroxypropylmethylcellulose hängt von ihrem Molekulargewicht ab. Je höher das Molekulargewicht, desto höher die Viskosität. Auch die Temperatur beeinflusst die Viskosität. Mit steigender Temperatur sinkt die Viskosität. Der Einfluss der hohen Viskosität und der Temperatur ist jedoch geringer als bei Methylcellulose. Die Lösung ist bei Raumtemperatur stabil.

(3) Die Wasserretention von Hydroxypropylmethylcellulose hängt von der Zugabemenge, der Viskosität usw. ab und ihre Wasserretentionsrate ist bei gleicher Zugabemenge höher als die von Methylcellulose.

(4)Hydroxypropylmethylcelluloseist säure- und alkalibeständig, und seine wässrige Lösung ist im pH-Bereich von 2 bis 12 sehr stabil. Natronlauge und Kalkwasser haben wenig Einfluss auf die Leistung, Alkali kann jedoch die Auflösung beschleunigen und die Viskosität leicht erhöhen. Hydroxypropylmethylcellulose ist gegenüber gängigen Salzen stabil, jedoch steigt die Viskosität der Hydroxypropylmethylcelluloselösung bei hoher Salzkonzentration tendenziell an.

(5) Hydroxypropylmethylcellulose kann mit wasserlöslichen Polymerverbindungen gemischt werden, um eine gleichmäßige Lösung mit höherer Viskosität zu bilden. Wie Polyvinylalkohol, Stärkeether, Pflanzengummi usw.

(6) Hydroxypropylmethylcellulose weist eine bessere Enzymresistenz als Methylcellulose auf, und ihre Lösung wird weniger wahrscheinlich durch Enzyme abgebaut als Methylcellulose.

(7) Die Haftung von Hydroxypropylmethylcellulose an Mörtelkonstruktionen ist höher als die von Methylcellulose.

Hydroxyethylcellulose:

Es wird aus alkalisch behandelter, raffinierter Baumwolle hergestellt und in Gegenwart von Isopropanol mit Ethylenoxid als Veretherungsmittel umgesetzt. Der Substitutionsgrad beträgt in der Regel 1,5–2,0. Es ist stark hydrophil und nimmt leicht Feuchtigkeit auf.

(1) Hydroxyethylcellulose ist in kaltem Wasser löslich, in heißem Wasser jedoch schwer löslich. Ihre Lösung ist bei hohen Temperaturen stabil, ohne zu gelieren. Sie kann lange Zeit bei hohen Temperaturen in Mörtel verwendet werden, hat jedoch ein geringeres Wasserrückhaltevermögen als Methylcellulose.

(2) Hydroxyethylcellulose ist gegenüber allgemeinen Säuren und Laugen stabil, und Laugen können ihre Auflösung beschleunigen und ihre Viskosität leicht erhöhen. Ihre Dispergierbarkeit in Wasser ist etwas schlechter als die von Methylcellulose und Hydroxypropylmethylcellulose.

(3) Hydroxyethylcellulose weist bei Mörtel eine gute Standfestigkeit auf, bei Zement hat sie jedoch eine längere Verzögerungszeit.

(4) Die Leistung der von einigen inländischen Unternehmen hergestellten Hydroxyethylcellulose ist aufgrund ihres hohen Wasser- und Aschegehalts offensichtlich geringer als die der Methylcellulose.

(5) Die Schimmelbildung in der wässrigen Hydroxyethylcelluloselösung ist relativ schwerwiegend. Bei einer Temperatur von etwa 40 °C kann innerhalb von 3 bis 5 Tagen Schimmel auftreten, was die Leistung beeinträchtigt.

Carboxymethylcellulose:

Ionischer Celluloseether wird aus Naturfasern (Baumwolle usw.) nach einer Alkalibehandlung unter Verwendung von Natriummonochloracetat als Veretherungsmittel hergestellt und einer Reihe von Reaktionsbehandlungen unterzogen. Der Substitutionsgrad beträgt im Allgemeinen 0,4 bis 1,4, und seine Leistung wird stark vom Substitutionsgrad beeinflusst.

(1) Carboxymethylcellulose ist hygroskopischer und enthält bei Lagerung unter allgemeinen Bedingungen mehr Wasser.

(2) Wässrige Carboxymethylcellulose-Lösung bildet kein Gel, und die Viskosität nimmt mit steigender Temperatur ab. Bei Temperaturen über 50 °C ist die Viskosität irreversibel.

(3) Seine Stabilität wird stark vom pH-Wert beeinflusst. Im Allgemeinen kann es in Gipsmörtel verwendet werden, nicht jedoch in Zementmörtel. Bei starker Alkalisierung verliert es an Viskosität.

(4) Die Wasserrückhaltefähigkeit ist deutlich geringer als bei Methylcellulose. Sie wirkt verzögernd auf Gipsmörtel und mindert dessen Festigkeit. Der Preis von Carboxymethylcellulose ist jedoch deutlich niedriger als der von Methylcellulose.

Cellulosealkylether:

Beispiele hierfür sind Methylcellulose und Ethylcellulose. In der industriellen Produktion wird im Allgemeinen Methylchlorid oder Ethylchlorid als Veretherungsmittel verwendet. Die Reaktion läuft wie folgt ab:

In der Formel steht R für CH3 oder C2H5. Die Alkalikonzentration beeinflusst nicht nur den Veretherungsgrad, sondern auch den Verbrauch an Alkylhalogeniden. Je niedriger die Alkalikonzentration, desto stärker die Hydrolyse des Alkylhalogenids. Um den Verbrauch an Veretherungsmittel zu reduzieren, muss die Alkalikonzentration erhöht werden. Eine zu hohe Alkalikonzentration verringert jedoch die Quellwirkung der Cellulose, was der Veretherungsreaktion abträglich ist und somit den Veretherungsgrad verringert. Zu diesem Zweck kann während der Reaktion konzentrierte oder feste Lauge zugegeben werden. Der Reaktor sollte über eine gute Rühr- und Zerreißvorrichtung verfügen, damit die Lauge gleichmäßig verteilt werden kann. Methylcellulose wird häufig als Verdickungsmittel, Klebstoff, Schutzkolloid usw. verwendet. Sie kann auch als Dispergiermittel für die Emulsionspolymerisation, als Bindemittel für Saatgut, als Textilbrei, als Zusatzstoff für Lebensmittel und Kosmetika, als medizinischer Klebstoff, als Beschichtungsmaterial für Arzneimittel sowie in Latexfarben, Druckfarben und der Keramikherstellung verwendet und Zement beigemischt werden. Sie wird zur Kontrolle der Abbindezeit und Erhöhung der Anfangsfestigkeit usw. verwendet. Ethylcelluloseprodukte weisen eine hohe mechanische Festigkeit, Flexibilität sowie Hitze- und Kältebeständigkeit auf. Niedrig substituierte Ethylcellulose ist in Wasser und verdünnten alkalischen Lösungen löslich, hoch substituierte Produkte in den meisten organischen Lösungsmitteln. Sie ist gut mit verschiedenen Harzen und Weichmachern verträglich. Es kann zur Herstellung von Kunststoffen, Filmen, Lacken, Klebstoffen, Latex und Beschichtungsmaterialien für Arzneimittel usw. verwendet werden. Die Einführung von Hydroxyalkylgruppen in Cellulosealkylether kann deren Löslichkeit verbessern, ihre Empfindlichkeit gegenüber Aussalzen verringern, die Gelierungstemperatur erhöhen und die Schmelzeigenschaften verbessern usw. Der Grad der Änderung der oben genannten Eigenschaften variiert mit der Art der Substituenten und dem Verhältnis von Alkyl- zu Hydroxyalkylgruppen.

Cellulosehydroxyalkylether:

Beispiele hierfür sind Hydroxyethylcellulose und Hydroxypropylcellulose. Veretherungsmittel sind Epoxide wie Ethylenoxid und Propylenoxid. Als Katalysatoren werden Säuren oder Basen verwendet. Die industrielle Produktion erfolgt durch die Reaktion von Alkalicellulose mit Veretherungsmitteln:HydroxyethylcelluloseHydroxypropylcellulose mit hohem Substitutionswert ist sowohl in kaltem als auch in heißem Wasser löslich. Hydroxyethylcellulose kann als Verdickungsmittel für Latexbeschichtungen, Textildruck- und Färbepasten, Papierleimungsmittel, Klebstoffe und Schutzkolloide verwendet werden. Die Verwendung von Hydroxypropylcellulose ähnelt der von Hydroxyethylcellulose. Hydroxypropylcellulose mit niedrigem Substitutionswert kann als pharmazeutischer Hilfsstoff eingesetzt werden und sowohl bindende als auch desintegrierende Eigenschaften besitzen.

Carboxymethylcellulose, die englische Abkürzung CMC, liegt im Allgemeinen in Form des Natriumsalzes vor. Als Veretherungsmittel dient Monochloressigsäure. Die Reaktion läuft wie folgt ab:

Carboxymethylcellulose ist der am häufigsten verwendete wasserlösliche Celluloseether. Früher wurde sie hauptsächlich als Bohrschlamm verwendet, heute findet sie auch Verwendung als Zusatz in Waschmitteln, Kleiderschlamm, Latexfarben, Karton- und Papierbeschichtungen usw. Reine Carboxymethylcellulose findet Verwendung in Lebensmitteln, Medikamenten, Kosmetika sowie als Klebstoff für Keramik und Formen.

Polyanionische Cellulose (PAC) ist ein ionischer Celluloseether und ein hochwertiges Ersatzprodukt für Carboxymethylcellulose (CMC). Sie ist ein weißes, cremefarbenes oder leicht gelbes Pulver oder Granulat, ungiftig, geschmacksneutral, löst sich leicht in Wasser auf und bildet eine transparente Lösung mit einer bestimmten Viskosität, hat eine bessere Hitze- und Salzbeständigkeit sowie starke antibakterielle Eigenschaften. Sie schimmelt nicht und verrottet nicht. Sie zeichnet sich durch hohe Reinheit, einen hohen Substitutionsgrad und eine gleichmäßige Verteilung der Substituenten aus. Sie kann als Bindemittel, Verdickungsmittel, Rheologiemodifikator, Flüssigkeitsverlustminderer, Suspensionsstabilisator usw. verwendet werden. Polyanionische Cellulose (PAC) wird häufig in allen Branchen eingesetzt, in denen CMC eingesetzt werden kann. Dadurch kann die Dosierung erheblich reduziert, die Anwendung vereinfacht, eine bessere Stabilität gewährleistet und höhere Prozessanforderungen erfüllt werden.

Cyanethylcellulose ist das Reaktionsprodukt von Cellulose und Acrylnitril unter alkalischer Katalyse.

Cyanethylcellulose hat eine hohe Dielektrizitätskonstante und einen niedrigen Verlustkoeffizienten und kann als Harzmatrix für Leuchtstoff- und Elektrolumineszenzlampen verwendet werden. Niedrig substituierte Cyanethylcellulose kann als Isolierpapier für Transformatoren verwendet werden.

Es wurden Ether höherer Fettalkohole, Alkenylether und aromatische Alkoholether der Cellulose hergestellt, aber in der Praxis nicht verwendet.

Die Herstellungsverfahren für Celluloseether können in Wassermediumverfahren, Lösungsmittelverfahren, Knetverfahren, Aufschlämmungsverfahren, Gas-Feststoff-Verfahren, Flüssigphasenverfahren und die Kombination der oben genannten Verfahren unterteilt werden.

5. Zubereitungsprinzip:

Der Zellstoff mit hohem α-Zellulosegehalt wird mit einer alkalischen Lösung getränkt, um ihn aufzuquellen und so weitere Wasserstoffbrücken zu zerstören, die Diffusion der Reagenzien zu erleichtern und Alkalizellulose zu erzeugen. Anschließend reagiert er mit einem Veretherungsmittel, um Zelluloseether zu erhalten. Zu den Veretherungsmitteln gehören Kohlenwasserstoffhalogenide (oder Sulfate), Epoxide sowie α- und β-ungesättigte Verbindungen mit Elektronenakzeptoren.

6.Grundleistung:

Zusatzmittel spielen eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Leistung von Trockenmörtel und machen mehr als 40 % der Materialkosten für Trockenmörtel aus. Ein erheblicher Teil der Zusatzmittel auf dem Inlandsmarkt wird von ausländischen Herstellern geliefert, und die Referenzdosierung des Produkts wird ebenfalls vom Lieferanten bereitgestellt. Infolgedessen bleiben die Kosten für Trockenmörtelprodukte hoch, und es ist schwierig, gängige Mauer- und Putzmörtel in großen Mengen und in einem breiten Sortiment zu verbreiten. Produkte im oberen Marktsegment werden von ausländischen Unternehmen kontrolliert, und Trockenmörtelhersteller erzielen niedrige Gewinne und sind nicht erschwinglich. Die Anwendung von Zusatzmitteln wird nicht systematisch und zielgerichtet erforscht und folgt blind ausländischen Formeln.

Wasserrückhaltemittel sind ein wichtiger Zusatzstoff zur Verbesserung der Wasserrückhalteleistung von Trockenmörtel und bestimmen auch maßgeblich die Kosten von Trockenmörtelmaterialien. Die Hauptfunktion von Celluloseether ist die Wasserrückhaltung.

Celluloseether ist ein allgemeiner Begriff für eine Reihe von Produkten, die unter bestimmten Bedingungen durch die Reaktion von Alkalicellulose und einem Veretherungsmittel entstehen. Alkalicellulose wird durch verschiedene Veretherungsmittel ersetzt, um unterschiedliche Celluloseether zu erhalten. Je nach Ionisierungseigenschaften der Substituenten können Celluloseether in zwei Kategorien unterteilt werden: ionische (wie Carboxymethylcellulose) und nichtionische (wie Methylcellulose). Je nach Art des Substituenten kann Celluloseether in Monoether (wie Methylcellulose) und Mischether (wie Hydroxypropylmethylcellulose) unterteilt werden. Je nach Löslichkeit kann man sie in wasserlösliche (wie Hydroxyethylcellulose) und in organische Lösungsmittel (wie Ethylcellulose) lösliche Cellulose unterteilen. Trockenmörtel besteht hauptsächlich aus wasserlöslicher Cellulose, und wasserlösliche Cellulose wird in Instant- und oberflächenbehandelte, verzögert auflösende Cellulose unterteilt.

Der Wirkungsmechanismus von Celluloseether in Mörtel ist wie folgt:

(1) Nach derCelluloseetherIm Mörtel wird es in Wasser gelöst, die effektive und gleichmäßige Verteilung des zementartigen Materials im System wird durch die Oberflächenaktivität sichergestellt, und der Celluloseether „umhüllt“ als Schutzkolloid die Feststoffpartikel und auf seiner Außenfläche bildet sich eine Gleitfilmschicht, die dem Mörtelsystem mehr Stabilität verleiht und außerdem die Fließfähigkeit des Mörtels während des Mischvorgangs sowie die Glätte der Konstruktion verbessert.

(2) Aufgrund ihrer eigenen Molekularstruktur verhindert die Celluloseetherlösung, dass die Feuchtigkeit im Mörtel leicht verloren geht, und gibt sie über einen langen Zeitraum allmählich ab, wodurch der Mörtel eine gute Wasserspeicherung und Verarbeitbarkeit erhält.