اتر سلولزیک ترکیب پلیمری با ساختار اتری ساخته شده از سلولز است. هر حلقه گلوکوزیل در ماکرومولکول سلولز شامل سه گروه هیدروکسیل است، گروه هیدروکسیل اولیه روی اتم کربن ششم، گروه هیدروکسیل ثانویه روی اتمهای کربن دوم و سوم، و هیدروژن موجود در گروه هیدروکسیل با یک گروه هیدروکربنی جایگزین میشود تا مشتقات اتر سلولز تولید شود. این محصولی است که در آن هیدروژن گروه هیدروکسیل در پلیمر سلولز با یک گروه هیدروکربنی جایگزین میشود. سلولز یک ترکیب پلیمری پلی هیدروکسی است که نه حل میشود و نه ذوب میشود. پس از اتری شدن، سلولز در آب، محلول قلیایی رقیق و حلال آلی محلول است و خاصیت ترموپلاستیک دارد.
سلولز یک ترکیب پلیمری پلی هیدروکسی است که نه حل میشود و نه ذوب میشود. پس از اتری شدن، سلولز در آب، محلول قلیایی رقیق و حلال آلی محلول است و خاصیت ترموپلاستیک دارد.
۱. طبیعت:
حلالیت سلولز پس از اتری شدن به طور قابل توجهی تغییر میکند. میتواند در آب، اسید رقیق، قلیای رقیق یا حلال آلی حل شود. حلالیت عمدتاً به سه عامل بستگی دارد: (1) ویژگیهای گروههای معرفی شده در فرآیند اتری شدن، هرچه گروه معرفی شده بزرگتر باشد، حلالیت کمتر و هرچه قطبیت گروه معرفی شده قویتر باشد، اتر سلولزی راحتتر در آب حل میشود. (2) درجه جایگزینی و توزیع گروههای اتری شده در ماکرومولکول. اکثر اترهای سلولزی فقط تحت درجه خاصی از جایگزینی میتوانند در آب حل شوند و درجه جایگزینی بین 0 تا 3 است. (3) درجه پلیمریزاسیون اتر سلولزی، هرچه درجه پلیمریزاسیون بالاتر باشد، محلولیت کمتری دارد. هرچه درجه جایگزینی که میتواند در آب حل شود کمتر باشد، دامنه وسیعتری دارد. انواع مختلفی از اترهای سلولزی با عملکرد عالی وجود دارد و آنها به طور گسترده در ساخت و ساز، سیمان، نفت، مواد غذایی، نساجی، مواد شوینده، رنگ، دارو، کاغذ سازی و قطعات الکترونیکی و سایر صنایع استفاده میشوند.
۲. توسعه:
چین بزرگترین تولیدکننده و مصرفکننده سلولز اتر در جهان است و میانگین نرخ رشد سالانه آن بیش از 20 درصد است. طبق آمار اولیه، حدود 50 شرکت تولید سلولز اتر در چین وجود دارد که ظرفیت تولید طراحیشده صنعت سلولز اتر از 400000 تن فراتر رفته است و حدود 20 شرکت با بیش از 10000 تن وجود دارد که عمدتاً در شاندونگ، هبی، چونگکینگ و جیانگسو، ژجیانگ، شانگهای و سایر مناطق توزیع شدهاند.
۳. نیاز:
در سال ۲۰۱۱، ظرفیت تولید CMC چین حدود ۳۰۰۰۰۰ تن بود. با افزایش تقاضا برای اتر سلولز با کیفیت بالا در صنایعی مانند دارو، غذا و مواد شیمیایی روزانه، تقاضای داخلی برای سایر محصولات اتر سلولزی غیر از CMC در حال افزایش است. ظرفیت تولید MC/HPMC حدود ۱۲۰۰۰۰ تن و HEC حدود ۲۰۰۰۰ تن است. PAC هنوز در مرحله تبلیغ و کاربرد در چین است. با توسعه میادین نفتی بزرگ فراساحلی و توسعه صنایع مصالح ساختمانی، مواد غذایی، شیمیایی و سایر صنایع، میزان و حوزه PAC سال به سال در حال افزایش و گسترش است و ظرفیت تولید آن به بیش از ۱۰۰۰۰ تن رسیده است.
۴. طبقهبندی:
طبق طبقهبندی ساختار شیمیایی جایگزینها، میتوان آنها را به اترهای آنیونی، کاتیونی و غیریونی تقسیم کرد. بسته به عامل اتریسازی مورد استفاده، متیل سلولز، هیدروکسی اتیل متیل سلولز، کربوکسی متیل سلولز، اتیل سلولز، بنزیل سلولز، هیدروکسی اتیل سلولز، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز، سیانواتیل سلولز، بنزیل سیانواتیل سلولز، کربوکسی متیل هیدروکسی اتیل سلولز و فنیل سلولز و غیره وجود دارد. متیل سلولز و اتیل سلولز کاربردیتر هستند.
متیل سلولز:
پس از اینکه پنبه تصفیه شده با قلیا تیمار شد، اتر سلولز از طریق یک سری واکنش با کلرید متان به عنوان عامل اتری شدن تولید میشود. به طور کلی، درجه جایگزینی 1.6 تا 2.0 است و حلالیت نیز با درجات مختلف جایگزینی متفاوت است. این اتر سلولز غیر یونی است.
(1) متیل سلولز در آب سرد محلول است و حل شدن آن در آب گرم دشوار خواهد بود. محلول آبی آن در محدوده pH=3 ~ 12 بسیار پایدار است. سازگاری خوبی با نشاسته، صمغ گوار و غیره و بسیاری از سورفکتانتها دارد. هنگامی که دما به دمای ژل شدن میرسد، ژل شدن رخ میدهد.
(2) میزان حفظ آب متیل سلولز به مقدار افزودن، ویسکوزیته، اندازه ذرات و سرعت انحلال آن بستگی دارد. به طور کلی، اگر مقدار افزودن زیاد باشد، ظرافت کم و ویسکوزیته زیاد باشد، سرعت حفظ آب زیاد است. در بین آنها، مقدار افزودن بیشترین تأثیر را بر سرعت حفظ آب دارد و سطح ویسکوزیته مستقیماً با سطح سرعت حفظ آب متناسب نیست. سرعت انحلال عمدتاً به درجه اصلاح سطح ذرات سلولز و ظرافت ذرات بستگی دارد. در بین اترهای سلولزی فوق، متیل سلولز و هیدروکسی پروپیل متیل سلولز سرعت حفظ آب بالاتری دارند.
(3) تغییرات دما میتواند به طور جدی بر حفظ آب متیل سلولز تأثیر بگذارد. به طور کلی، هر چه دما بالاتر باشد، حفظ آب بدتر میشود. اگر دمای ملات از 40 درجه سانتیگراد بیشتر شود، حفظ آب متیل سلولز به طور قابل توجهی کاهش مییابد و به طور جدی بر ساخت ملات تأثیر میگذارد.
(4)متیل سلولزتأثیر قابل توجهی بر کارایی و انسجام ملات دارد. منظور از «چسبندگی» در اینجا نیروی پیوندی است که بین ابزار اعمال کننده ملات توسط کارگر و زیرلایه دیوار احساس میشود، یعنی مقاومت برشی ملات. چسبندگی زیاد است، مقاومت برشی ملات زیاد است و استحکام مورد نیاز کارگران در فرآیند استفاده نیز زیاد است و عملکرد ساختمانی ملات ضعیف است. انسجام متیل سلولز در محصولات اتر سلولز در سطح متوسطی است.
هیدروکسی پروپیل متیل سلولز:
هیدروکسی پروپیل متیل سلولز نوعی سلولز است که میزان تولید و مصرف آن به سرعت در حال افزایش است. این ماده یک اتر مخلوط سلولز غیر یونی است که پس از قلیایی شدن، با استفاده از اکسید پروپیلن و متیل کلرید به عنوان عامل اتری شدن، از پنبه تصفیه شده از طریق یک سری واکنشها ساخته میشود. درجه جایگزینی معمولاً 1.2 تا 2.0 است. خواص آن بسته به نسبت محتوای متوکسیل به محتوای هیدروکسی پروپیل متفاوت است.
(1) هیدروکسی پروپیل متیل سلولز به راحتی در آب سرد حل میشود و در حل شدن در آب گرم با مشکل مواجه میشود. اما دمای ژل شدن آن در آب گرم به طور قابل توجهی بالاتر از متیل سلولز است. حلالیت در آب سرد نیز در مقایسه با متیل سلولز بسیار بهبود یافته است.
(2) ویسکوزیته هیدروکسی پروپیل متیل سلولز به وزن مولکولی آن مربوط است و هرچه وزن مولکولی بزرگتر باشد، ویسکوزیته نیز بیشتر است. دما نیز بر ویسکوزیته آن تأثیر میگذارد، با افزایش دما، ویسکوزیته کاهش مییابد. با این حال، تأثیر ویسکوزیته بالا و دما بر آن کمتر از متیل سلولز است. محلول آن در دمای اتاق پایدار است.
(3) احتباس آب هیدروکسی پروپیل متیل سلولز به مقدار افزودن آن، ویسکوزیته و غیره بستگی دارد و میزان احتباس آب آن تحت همان مقدار افزودن بیشتر از متیل سلولز است.
(4)هیدروکسی پروپیل متیل سلولزدر برابر اسید و قلیا پایدار است و محلول آبی آن در محدوده pH=2 ~ 12 بسیار پایدار است. سود سوزآور و آب آهک تأثیر کمی بر عملکرد آن دارند، اما قلیا میتواند انحلال آن را تسریع کرده و ویسکوزیته آن را کمی افزایش دهد. هیدروکسی پروپیل متیل سلولز در برابر نمکهای معمولی پایدار است، اما وقتی غلظت محلول نمک زیاد باشد، ویسکوزیته محلول هیدروکسی پروپیل متیل سلولز تمایل به افزایش دارد.
(5) هیدروکسی پروپیل متیل سلولز را میتوان با ترکیبات پلیمری محلول در آب مخلوط کرد تا محلولی یکنواخت و با ویسکوزیته بالاتر تشکیل شود. مانند پلی وینیل الکل، نشاسته اتر، صمغ گیاهی و غیره.
(6) هیدروکسی پروپیل متیل سلولز مقاومت آنزیمی بهتری نسبت به متیل سلولز دارد و محلول آن کمتر از متیل سلولز توسط آنزیم ها تجزیه می شود.
(7) چسبندگی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز به ملات ساختمانی بیشتر از متیل سلولز است.
هیدروکسی اتیل سلولز:
این ماده از پنبه تصفیه شده که با قلیا تیمار شده و در حضور ایزوپروپانول با اکسید اتیلن به عنوان عامل اتری واکنش داده است، ساخته میشود. درجه جایگزینی آن عموماً 1.5 تا 2.0 است. آبدوستی قوی دارد و به راحتی رطوبت را جذب میکند.
(1) هیدروکسی اتیل سلولز در آب سرد محلول است، اما حل شدن آن در آب گرم دشوار است. محلول آن در دمای بالا بدون تشکیل ژل پایدار است. میتوان آن را برای مدت طولانی در دمای بالا در ملات استفاده کرد، اما احتباس آب آن کمتر از متیل سلولز است.
(2) هیدروکسی اتیل سلولز در برابر اسید و قلیاهای عمومی پایدار است و قلیا میتواند انحلال آن را تسریع کرده و ویسکوزیته آن را کمی افزایش دهد. پراکندگی آن در آب کمی بدتر از متیل سلولز و هیدروکسی پروپیل متیل سلولز است.
(3) هیدروکسی اتیل سلولز عملکرد ضد شره خوبی برای ملات دارد، اما زمان گیرش آن برای سیمان طولانیتر است.
(4) عملکرد هیدروکسی اتیل سلولز تولید شده توسط برخی از شرکتهای داخلی به دلیل محتوای بالای آب و خاکستر، به وضوح پایینتر از متیل سلولز است.
(5) کپک زدن محلول آبی هیدروکسی اتیل سلولز نسبتاً جدی است. در دمای حدود 40 درجه سانتیگراد، ممکن است ظرف 3 تا 5 روز کپک بزند که بر عملکرد آن تأثیر میگذارد.
کربوکسی متیل سلولز:
اتر سلولز لونیک از الیاف طبیعی (پنبه و غیره) پس از عملیات قلیایی، با استفاده از مونوکلرواستات سدیم به عنوان عامل اتری شدن و تحت یک سری عملیات واکنشی ساخته میشود. درجه جایگزینی عموماً 0.4 تا 1.4 است و عملکرد آن تا حد زیادی تحت تأثیر درجه جایگزینی قرار میگیرد.
(1) کربوکسی متیل سلولز جاذب رطوبت بیشتری است و در شرایط نگهداری عمومی، آب بیشتری خواهد داشت.
(2) محلول آبی کربوکسی متیل سلولز ژل تولید نمیکند و ویسکوزیته با افزایش دما کاهش مییابد. وقتی دما از 50 درجه سانتیگراد بیشتر شود، ویسکوزیته برگشتناپذیر میشود.
(3) پایداری آن به شدت تحت تأثیر pH قرار دارد. عموماً میتوان از آن در ملات گچی استفاده کرد، اما در ملات سیمانی خیر. وقتی قلیاییت بالایی داشته باشد، ویسکوزیته خود را از دست میدهد.
(4) احتباس آب آن بسیار کمتر از متیل سلولز است. این ماده اثر کندگیری بر روی ملات گچی دارد و مقاومت آن را کاهش میدهد. با این حال، قیمت کربوکسی متیل سلولز به طور قابل توجهی کمتر از متیل سلولز است.
سلولز آلکیل اتر:
نمونههای بارز آن متیل سلولز و اتیل سلولز هستند. در تولید صنعتی، متیل کلرید یا اتیل کلرید معمولاً به عنوان عامل اتری شدن استفاده میشوند و واکنش به شرح زیر است:
در فرمول، R نشان دهنده CH3 یا C2H5 است. غلظت قلیا نه تنها بر درجه اتری شدن تأثیر میگذارد، بلکه بر مصرف آلکیل هالیدها نیز تأثیر میگذارد. هرچه غلظت قلیا کمتر باشد، هیدرولیز آلکیل هالید قویتر است. به منظور کاهش مصرف عامل اتری شدن، غلظت قلیا باید افزایش یابد. با این حال، هنگامی که غلظت قلیا خیلی زیاد باشد، اثر تورم سلولز کاهش مییابد که برای واکنش اتری شدن مساعد نیست و بنابراین درجه اتری شدن کاهش مییابد. برای این منظور، میتوان در طول واکنش، قلیا غلیظ یا قلیا جامد اضافه کرد. راکتور باید دارای دستگاه همزن و جداکننده خوبی باشد تا قلیا بتواند به طور یکنواخت توزیع شود. متیل سلولز به طور گسترده به عنوان غلیظ کننده، چسب و کلوئید محافظ و غیره استفاده میشود. همچنین میتواند به عنوان پراکنده کننده برای پلیمریزاسیون امولسیونی، پراکنده کننده پیوند برای دانهها، دوغاب نساجی، افزودنی برای مواد غذایی و آرایشی، چسب پزشکی، ماده پوشش دارویی و در رنگ لاتکس، جوهر چاپ، تولید سرامیک و مخلوط با سیمان برای کنترل زمان گیرش و افزایش استحکام اولیه و غیره استفاده شود. محصولات اتیل سلولز دارای استحکام مکانیکی بالا، انعطاف پذیری، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر سرما هستند. اتیل سلولز با استخلاف کم در آب و محلولهای قلیایی رقیق محلول است و محصولات با استخلاف زیاد در اکثر حلالهای آلی محلول هستند. سازگاری خوبی با رزینها و نرمکنندههای مختلف دارد. میتوان از آن برای ساخت پلاستیک، فیلم، لاک، چسب، لاتکس و مواد پوششی برای داروها و غیره استفاده کرد. وارد کردن گروههای هیدروکسی آلکیل به اترهای آلکیل سلولز میتواند حلالیت آن را بهبود بخشد، حساسیت آن را به نمکزدایی کاهش دهد، دمای ژل شدن را افزایش دهد و خواص ذوب داغ را بهبود بخشد و غیره. میزان تغییر در خواص فوق با ماهیت جایگزینها و نسبت گروههای آلکیل به هیدروکسی آلکیل متفاوت است.
سلولز هیدروکسی آلکیل اتر:
از جمله نمونههای بارز میتوان به هیدروکسی اتیل سلولز و هیدروکسی پروپیل سلولز اشاره کرد. عوامل اتری کننده، اپوکسیدها مانند اتیلن اکسید و پروپیلن اکسید هستند. از اسید یا باز به عنوان کاتالیزور استفاده کنید. تولید صنعتی شامل واکنش سلولز قلیایی با عامل اتری کننده است:هیدروکسی اتیل سلولزبا مقدار جایگزینی بالا، هم در آب سرد و هم در آب گرم محلول است. هیدروکسی پروپیل سلولز با مقدار جایگزینی بالا فقط در آب سرد محلول است و در آب گرم محلول نیست. هیدروکسی اتیل سلولز میتواند به عنوان غلیظکننده برای پوششهای لاتکس، خمیرهای چاپ و رنگرزی پارچه، مواد آهاردهی کاغذ، چسبها و کلوئیدهای محافظ استفاده شود. کاربرد هیدروکسی پروپیل سلولز مشابه هیدروکسی اتیل سلولز است. هیدروکسی پروپیل سلولز با مقدار جایگزینی کم میتواند به عنوان یک ماده جانبی دارویی استفاده شود که میتواند هم خاصیت اتصال و هم خاصیت تجزیهکنندگی داشته باشد.
کربوکسی متیل سلولز، که به اختصار CMC نامیده میشود، عموماً به شکل نمک سدیم وجود دارد. عامل اتری کننده، مونوکلرواستیک اسید است و واکنش آن به شرح زیر است:
کربوکسی متیل سلولز پرکاربردترین اتر سلولزی محلول در آب است. در گذشته، عمدتاً به عنوان گل حفاری مورد استفاده قرار میگرفت، اما اکنون به عنوان افزودنی مواد شوینده، دوغاب لباس، رنگ لاتکس، پوشش مقوا و کاغذ و غیره نیز کاربرد دارد. کربوکسی متیل سلولز خالص را میتوان در مواد غذایی، دارویی، آرایشی و بهداشتی و همچنین به عنوان چسب برای سرامیک و قالب استفاده کرد.
سلولز پلی آنیونی (PAC) یک اتر سلولز یونی است و یک محصول جایگزین با کیفیت بالا برای کربوکسی متیل سلولز (CMC) است. این ماده به صورت پودر یا گرانول سفید، کرم رنگ یا کمی زرد، غیرسمی، بیمزه، به راحتی در آب حل میشود و محلولی شفاف با ویسکوزیته خاص تشکیل میدهد، پایداری حرارتی و مقاومت در برابر نمک بهتری دارد و خواص ضد باکتری قوی دارد. بدون کپک و فساد است. دارای ویژگیهای خلوص بالا، درجه جایگزینی بالا و توزیع یکنواخت جایگزینها است. میتوان از آن به عنوان چسب، غلیظکننده، اصلاحکننده رئولوژی، کاهشدهنده اتلاف سیال، تثبیتکننده سوسپانسیون و غیره استفاده کرد. سلولز پلی آنیونی (PAC) به طور گسترده در تمام صنایعی که CMC در آنها قابل استفاده است، استفاده میشود که میتواند دوز مصرفی را تا حد زیادی کاهش دهد، استفاده را تسهیل کند، پایداری بهتری را فراهم کند و نیازهای فرآیندی بالاتری را برآورده کند.
سیانواتیل سلولز محصول واکنش سلولز و اکریلونیتریل تحت کاتالیز قلیایی است.
سیانواتیل سلولز دارای ثابت دی الکتریک بالا و ضریب تلفات پایین است و میتواند به عنوان ماتریس رزین برای لامپهای فسفری و الکترولومینسانس استفاده شود. سیانواتیل سلولز با درصد جایگزینی کم میتواند به عنوان کاغذ عایق برای ترانسفورماتورها استفاده شود.
اترهای الکل چرب بالاتر، اترهای آلکنیل و اترهای الکل آروماتیک سلولز تهیه شدهاند، اما در عمل مورد استفاده قرار نگرفتهاند.
روشهای تهیه اتر سلولز را میتوان به روش محیط آبی، روش حلال، روش ورز دادن، روش دوغابی، روش گاز-جامد، روش فاز مایع و ترکیبی از روشهای فوق تقسیم کرد.
۵. اصل آمادهسازی:
خمیر سلولز با درصد بالای آلفا با محلول قلیایی خیسانده میشود تا متورم شود و پیوندهای هیدروژنی بیشتری را از بین ببرد، انتشار واکنشگرها را تسهیل کند و سلولز قلیایی تولید کند و سپس با عامل اتری شدن واکنش میدهد تا اتر سلولز به دست آید. عوامل اتری شدن شامل هالیدهای هیدروکربن (یا سولفاتها)، اپوکسیدها و ترکیبات غیراشباع آلفا و بتا با گیرندههای الکترون هستند.
۶. عملکرد پایه:
افزودنیها نقش کلیدی در بهبود عملکرد ملات خشک ساختمانی دارند و بیش از ۴۰٪ از هزینه مواد در ملات خشک را تشکیل میدهند. بخش قابل توجهی از افزودنیها در بازار داخلی توسط تولیدکنندگان خارجی تأمین میشود و دوز مرجع محصول نیز توسط تأمینکننده ارائه میشود. در نتیجه، هزینه محصولات ملات خشک همچنان بالا است و رواج ملاتهای بنایی و گچکاری رایج با مقدار زیاد و طیف وسیع دشوار است. محصولات بازار گرانقیمت توسط شرکتهای خارجی کنترل میشوند و تولیدکنندگان ملات خشک سود کم و قیمتهای مقرونبهصرفه پایینی دارند. کاربرد افزودنیها فاقد تحقیقات سیستماتیک و هدفمند است و کورکورانه از فرمولهای خارجی پیروی میکند.
عامل نگهدارنده آب یک افزودنی کلیدی برای بهبود عملکرد حفظ آب ملات خشک است و همچنین یکی از افزودنیهای کلیدی برای تعیین هزینه مواد ملات خشک است. عملکرد اصلی اتر سلولز، حفظ آب است.
اتر سلولز یک اصطلاح کلی برای مجموعهای از محصولات است که از واکنش سلولز قلیایی و عامل اتریکننده تحت شرایط خاص تولید میشوند. سلولز قلیایی با عوامل اتریکننده مختلف جایگزین میشود تا اترهای سلولزی مختلفی به دست آید. بر اساس خواص یونیزاسیون جایگزینها، اترهای سلولزی را میتوان به دو دسته تقسیم کرد: یونی (مانند کربوکسی متیل سلولز) و غیر یونی (مانند متیل سلولز). بر اساس نوع جایگزین، اتر سلولزی را میتوان به مونواتر (مانند متیل سلولز) و اتر مخلوط (مانند هیدروکسی پروپیل متیل سلولز) تقسیم کرد. بر اساس حلالیتهای مختلف، میتوان آن را به حلالیت در آب (مانند هیدروکسی اتیل سلولز) و حلالیت در حلال آلی (مانند اتیل سلولز) تقسیم کرد. ملات خشک مخلوط عمدتاً سلولز محلول در آب است و سلولز محلول در آب به نوع فوری و نوع انحلال تأخیری با عملیات سطحی تقسیم میشود.
مکانیسم اثر سلولز اتر در ملات به شرح زیر است:
(1) پس ازسلولز اتردر ملات در آب حل میشود، توزیع مؤثر و یکنواخت مواد سیمانی در سیستم به دلیل فعالیت سطحی تضمین میشود و اتر سلولز، به عنوان یک کلوئید محافظ، ذرات جامد را "میپوشاند" و یک لایه فیلم روانکننده روی سطح بیرونی آن تشکیل میشود که سیستم ملات را پایدارتر میکند و همچنین سیالیت ملات را در طول فرآیند اختلاط و نرمی ساخت و ساز بهبود میبخشد.
(2) به دلیل ساختار مولکولی خاص خود، محلول سلولز اتر باعث میشود رطوبت موجود در ملات به راحتی از بین نرود و به تدریج آن را در مدت زمان طولانی آزاد کند و به ملات خاصیت نگهداری آب و کارایی خوبی ببخشد.
زمان ارسال: ۲۸ آوریل ۲۰۲۴