Que é o éter de celulosa?

éter de celulosaé un composto polimérico cunha estrutura de éter feito de celulosa. Cada anel de glicosilo na macromolécula de celulosa contén tres grupos hidroxilo, o grupo hidroxilo primario no sexto átomo de carbono, o grupo hidroxilo secundario no segundo e terceiro átomos de carbono, e o hidróxeno do grupo hidroxilo é substituído por un grupo hidrocarbonado para xerar derivados de éter de celulosa. É un produto no que o hidróxeno do grupo hidroxilo no polímero de celulosa é substituído por un grupo hidrocarbonado. A celulosa é un composto polimérico polihidroxi que non se disolve nin se funde. Despois da eterificación, a celulosa é soluble en auga, solución alcalina diluída e solvente orgánico, e ten termoplasticidade.

A celulosa é un composto polipolímero polihidroxilado que non se disolve nin se funde. Despois da eterificación, a celulosa é soluble en auga, solución alcalina diluída e solvente orgánico, e ten termoplasticidade.

1. Natureza:

A solubilidade da celulosa despois da eterificación varía significativamente. Pode disolverse en auga, ácido diluído, álcali diluído ou solvente orgánico. A solubilidade depende principalmente de tres factores: (1) As características dos grupos introducidos no proceso de eterificación: canto maior sexa o grupo introducido, menor será a solubilidade e canto máis forte sexa a polaridade do grupo introducido, máis doado será disolver o éter de celulosa en auga; (2) O grao de substitución e a distribución dos grupos eterificados na macromolécula. A maioría dos éteres de celulosa só se poden disolver en auga baixo un certo grao de substitución, e o grao de substitución está entre 0 e 3; (3) O grao de polimerización do éter de celulosa: canto maior sexa o grao de polimerización, menos soluble; canto menor sexa o grao de substitución que se pode disolver en auga, máis amplo será o rango. Existen moitos tipos de éteres de celulosa con excelente rendemento e úsanse amplamente na construción, cemento, petróleo, alimentos, téxtiles, deterxentes, pintura, medicina, fabricación de papel e compoñentes electrónicos e outras industrias.

2. Desenvolver:

China é o maior produtor e consumidor mundial de éter de celulosa, cunha taxa de crecemento media anual de máis do 20 %. Segundo as estatísticas preliminares, hai arredor de 50 empresas produtoras de éter de celulosa en China, a capacidade de produción deseñada da industria do éter de celulosa superou as 400.000 toneladas e hai arredor de 20 empresas con máis de 10.000 toneladas, distribuídas principalmente en Shandong, Hebei, Chongqing e Jiangsu, Zhejiang, Shanghai e outros lugares.

3. Necesidade:

En 2011, a capacidade de produción de CMC da China era duns 300.000 toneladas. Coa crecente demanda de éteres de celulosa de alta calidade en industrias como a medicina, a alimentación e os produtos químicos de uso diario, a demanda interna doutros produtos de éter de celulosa que non sexan a CMC está a aumentar. , a capacidade de produción de MC/HPMC é duns 120.000 toneladas e a de HEC é duns 20.000 toneladas. O PAC aínda está en fase de promoción e aplicación na China. Co desenvolvemento de grandes campos petrolíferos no mar e o desenvolvemento de materiais de construción, alimentos, produtos químicos e outras industrias, a cantidade e o campo do PAC están a aumentar e expandirse ano tras ano, cunha capacidade de produción de máis de 10.000 toneladas.

4. Clasificación:

Segundo a clasificación da estrutura química dos substituíntes, pódense dividir en éteres aniónicos, catiónicos e non iónicos. Dependendo do axente de eterificación utilizado, hai metilcelulosa, hidroxietilmetilcelulosa, carboximetilcelulosa, etilcelulosa, bencilcelulosa, hidroxietilcelulosa, hidroxipropilmetilcelulosa, cianoetilcelulosa, bencilcianoetilcelulosa, carboximetilhidroxietilcelulosa e fenilcelulosa, etc. A metilcelulosa e a etilcelulosa son máis prácticas.

Metilcelulosa:

Despois de tratar o algodón refinado con álcali, prodúcese éter de celulosa mediante unha serie de reaccións con cloruro de metano como axente de eterificación. Xeralmente, o grao de substitución é de 1,6 a 2,0 e a solubilidade tamén difire cos diferentes graos de substitución. Pertence aos éteres de celulosa non iónicos.

(1) A metilcelulosa é soluble en auga fría e será difícil de disolver en auga quente. A súa solución acuosa é moi estable no rango de pH=3~12. Ten boa compatibilidade co amidón, a goma guar, etc. e moitos surfactantes. Cando a temperatura alcanza a temperatura de xelificación, prodúcese a xelificación.

(2) A retención de auga da metilcelulosa depende da cantidade engadida, da viscosidade, do tamaño das partículas e da velocidade de disolución. Xeralmente, se a cantidade engadida é grande, a finura é pequena e a viscosidade é grande, a taxa de retención de auga é alta. Entre elas, a cantidade engadida ten o maior impacto na taxa de retención de auga e o nivel de viscosidade non é directamente proporcional ao nivel da taxa de retención de auga. A velocidade de disolución depende principalmente do grao de modificación superficial das partículas de celulosa e da finura das partículas. Entre os éteres de celulosa mencionados anteriormente, a metilcelulosa e a hidroxipropilmetilcelulosa teñen taxas de retención de auga máis altas.

(3) Os cambios de temperatura poden afectar seriamente á retención de auga da metilcelulosa. En xeral, canto maior sexa a temperatura, peor será a retención de auga. Se a temperatura do morteiro supera os 40 °C, a retención de auga da metilcelulosa reducirase significativamente, o que afectará seriamente á construción do morteiro.

(4)metilcelulosaten un efecto significativo na traballabilidade e na cohesión do morteiro. A "adhesividade" aquí refírese á forza de unión que se sente entre a ferramenta aplicadora do traballador e o substrato da parede, é dicir, a resistencia ao corte do morteiro. A adhesividade é alta, a resistencia ao corte do morteiro é grande e a resistencia requirida polos traballadores no proceso de uso tamén é grande, e o rendemento construtivo do morteiro é deficiente. A cohesión da metilcelulosa está nun nivel medio nos produtos de éter de celulosa.

Hidroxipropilmetilcelulosa:

A hidroxipropilmetilcelulosa é unha variedade de celulosa cuxa produción e consumo están a aumentar rapidamente. Trátase dun éter mixto de celulosa non iónica feito a partir de algodón refinado despois da alcalinización, utilizando óxido de propileno e cloruro de metilo como axente de eterificación, mediante unha serie de reaccións. O grao de substitución é xeralmente de 1,2 a 2,0. As súas propiedades varían dependendo da proporción entre o contido de metoxilo e o contido de hidroxipropilo.

(1) A hidroxipropilmetilcelulosa é facilmente soluble en auga fría e terá dificultades para disolverse en auga quente. Pero a súa temperatura de xelificación en auga quente é significativamente maior que a da metilcelulosa. A solubilidade en auga fría tamén mellora moito en comparación coa metilcelulosa.

(2) A viscosidade da hidroxipropilmetilcelulosa está relacionada co seu peso molecular e, canto maior sexa o peso molecular, maior será a viscosidade. A temperatura tamén afecta á súa viscosidade, xa que a medida que aumenta a temperatura, a viscosidade diminúe. Non obstante, a influencia da súa alta viscosidade e temperatura é menor que a da metilcelulosa. A súa solución é estable cando se almacena a temperatura ambiente.

(3) A retención de auga da hidroxipropilmetilcelulosa depende da cantidade engadida, da viscosidade etc., e a súa taxa de retención de auga coa mesma cantidade engadida é maior que a da metilcelulosa.

(4)hidroxipropilmetilcelulosaé estable ante ácidos e álcalis, e a súa solución acuosa é moi estable no rango de pH=2~12. A sosa cáustica e a auga de cal teñen pouco efecto no seu rendemento, pero os álcalis poden acelerar a súa disolución e aumentar lixeiramente a súa viscosidade. A hidroxipropilmetilcelulosa é estable ante os sales comúns, pero cando a concentración da solución salina é alta, a viscosidade da solución de hidroxipropilmetilcelulosa tende a aumentar.

(5) A hidroxipropilmetilcelulosa pódese mesturar con compostos poliméricos solubles en auga para formar unha solución uniforme e de maior viscosidade. Como o alcohol polivinílico, o éter de amidón, a goma vexetal, etc.

(6) A hidroxipropilmetilcelulosa ten mellor resistencia encimática que a metilcelulosa e é menos probable que a súa solución sexa degradada por encimas que a metilcelulosa.

(7) A adhesión da hidroxipropilmetilcelulosa á construción de morteiro é maior que a da metilcelulosa.

Hidroxietilcelulosa:

Está feito de algodón refinado tratado con álcali e reaccionado con óxido de etileno como axente de eterificación en presenza de isopropanol. O seu grao de substitución é xeralmente de 1,5 a 2,0. Ten unha forte hidrofilicidade e absorbe facilmente a humidade.

(1) A hidroxietilcelulosa é soluble en auga fría, pero é difícil de disolver en auga quente. A súa solución é estable a altas temperaturas sen xelificar. Pode usarse durante moito tempo a altas temperaturas en morteiro, pero a súa retención de auga é menor que a da metilcelulosa.

(2) A hidroxietilcelulosa é estable fronte aos ácidos e álcalis xerais, e os álcalis poden acelerar a súa disolución e aumentar lixeiramente a súa viscosidade. A súa dispersabilidade en auga é lixeiramente peor que a da metilcelulosa e a da hidroxipropilmetilcelulosa.

(3) A hidroxietilcelulosa ten un bo rendemento antiescorregamento para o morteiro, pero ten un tempo de retardo máis longo para o cemento.

(4) O rendemento da hidroxietilcelulosa producida por algunhas empresas nacionais é obviamente inferior ao da metilcelulosa debido ao seu alto contido de auga e cinzas.

(5) O mofo da solución acuosa de hidroxietilcelulosa é relativamente grave. A unha temperatura duns 40 °C, o mofo pode aparecer nun prazo de 3 a 5 días, o que afectará o seu rendemento.

Carboximetilcelulosa:

O éter de celulosa iónica fabrícase a partir de fibras naturais (algodón, etc.) despois dun tratamento alcalino, utilizando monocloroacetato de sodio como axente de eterificación e someténdose a unha serie de tratamentos de reacción. O grao de substitución é xeralmente de 0,4 a 1,4, e o seu rendemento vese moi afectado polo grao de substitución.

(1) A carboximetilcelulosa é máis higroscópica e contén máis auga cando se almacena en condicións xerais.

(2) A solución acuosa de carboximetilcelulosa non produce xel e a viscosidade diminúe co aumento da temperatura. Cando a temperatura supera os 50 °C, a viscosidade é irreversible.

(3) A súa estabilidade vese moi afectada polo pH. Polo xeral, pódese usar en morteiro a base de xeso, pero non en morteiro a base de cemento. Cando é moi alcalino, perderá viscosidade.

(4) A súa retención de auga é moito menor que a da metilcelulosa. Ten un efecto retardante no morteiro a base de xeso e reduce a súa resistencia. Non obstante, o prezo da carboximetilcelulosa é significativamente menor que o da metilcelulosa.

Éter alquílico de celulosa:

As máis representativas son a metilcelulosa e a etilcelulosa. Na produción industrial, o cloruro de metilo ou o cloruro de etilo úsase xeralmente como axente de eterificación, e a reacción é a seguinte:

Na fórmula, R representa CH3 ou C2H5. A concentración de álcali non só afecta o grao de eterificación, senón que tamén afecta o consumo de haluros de alquilo. Canto menor sexa a concentración de álcali, maior será a hidrólise do haluro de alquilo. Para reducir o consumo de axente eterificante, débese aumentar a concentración de álcali. Non obstante, cando a concentración de álcali é demasiado alta, redúcese o efecto de inchazo da celulosa, o que non favorece a reacción de eterificación e, polo tanto, redúcese o grao de eterificación. Para este propósito, pódese engadir lixivia concentrada ou lixivia sólida durante a reacción. O reactor debe ter un bo dispositivo de axitación e desgarro para que o álcali se poida distribuír uniformemente. A metilcelulosa úsase amplamente como espesante, adhesivo e coloide protector, etc. Tamén se pode empregar como dispersante para a polimerización en emulsión, dispersante de unión para sementes, suspensión téxtil, aditivo para alimentos e cosméticos, adhesivo médico, material de revestimento de medicamentos e úsase en pintura de látex, tinta de impresión, produción cerámica e mesturado con cemento. Úsase para controlar o tempo de fraguado e aumentar a resistencia inicial, etc. Os produtos de etilcelulosa teñen unha alta resistencia mecánica, flexibilidade, resistencia á calor e resistencia ao frío. A etilcelulosa baixa substituída é soluble en auga e solucións alcalinas diluídas, e os produtos altamente substituídos son solubles na maioría dos solventes orgánicos. Ten boa compatibilidade con diversas resinas e plastificantes. Pódese usar para fabricar plásticos, películas, vernices, adhesivos, látex e materiais de revestimento para fármacos, etc. A introdución de grupos hidroxialquilo en éteres alquílicos de celulosa pode mellorar a súa solubilidade, reducir a súa sensibilidade á salinización, aumentar a temperatura de xelificación e mellorar as propiedades de fusión en quente, etc. O grao de cambio nas propiedades anteriores varía segundo a natureza dos substituíntes e a proporción de grupos alquilo e hidroxialquilo.

Éter hidroxialquil de celulosa:

As representativas son a hidroxietilcelulosa e a hidroxipropilcelulosa. Os axentes eterificantes son epóxidos como o óxido de etileno e o óxido de propileno. Úsanse ácidos ou bases como catalizador. A produción industrial consiste en facer reaccionar a celulosa alcalina cun axente eterificante:hidroxietilcelulosacun alto valor de substitución é soluble tanto en auga fría como en auga quente. A hidroxipropilcelulosa con alto valor de substitución só é soluble en auga fría pero non en auga quente. A hidroxietilcelulosa pódese usar como espesante para revestimentos de látex, pastas de impresión e tinguidura téxtiles, materiais de encolado de papel, adhesivos e coloides protectores. O uso da hidroxipropilcelulosa é similar ao da hidroxietilcelulosa. A hidroxipropilcelulosa con baixo valor de substitución pódese usar como excipiente farmacéutico, que pode ter propiedades tanto aglutinantes como desintegrantes.

A carboximetilcelulosa, abreviatura inglesa CMC, existe xeralmente en forma de sal sódico. O axente eterificante é o ácido monocloroacético e a reacción é a seguinte:

A carboximetilcelulosa é o éter de celulosa soluble en auga máis empregado. No pasado, empregábase principalmente como lodo de perforación, pero agora amplíase o seu uso como aditivo de deterxentes, lodos para roupa, pintura de látex, revestimentos de cartón e papel, etc. A carboximetilcelulosa pura pódese empregar en alimentos, medicamentos, cosméticos e tamén como adhesivo para cerámica e moldes.

A celulosa polianiónica (PAC) é un éter de celulosa iónica e é un produto substitutivo de alta gama da carboximetilcelulosa (CMC). É un po ou gránulo branco, branco apagado ou lixeiramente amarelo, non tóxico, insípido, fácil de disolver en auga para formar unha solución transparente cunha certa viscosidade, ten unha mellor estabilidade de resistencia á calor e resistencia ao sal e fortes propiedades antibacterianas. Non produce mofo nin deterioración. Ten as características de alta pureza, alto grao de substitución e distribución uniforme dos substituíntes. Pode usarse como aglutinante, espesante, modificador reolóxico, redutor de perdas de fluídos, estabilizador de suspensión, etc. A celulosa polianiónica (PAC) úsase amplamente en todas as industrias onde se pode aplicar CMC, o que pode reducir en gran medida a dosificación, facilitar o uso, proporcionar unha mellor estabilidade e cumprir cos requisitos de proceso máis elevados.

A cianoetilcelulosa é o produto da reacción da celulosa e o acrilonitrilo baixo a catálise dun álcali.

A cianoetilcelulosa ten unha constante dieléctrica alta e un coeficiente de perda baixo e pódese empregar como matriz de resina para lámpadas de fósforo e electroluminescentes. A cianoetilcelulosa de baixa substitución pódese empregar como papel illante para transformadores.

Preparáronse éteres de alcohois graxos superiores, éteres alquenílicos e éteres de alcohois aromáticos de celulosa, pero non se empregaron na práctica.

Os métodos de preparación do éter de celulosa pódense dividir en método de medio acuoso, método de solvente, método de amasado, método de suspensión, método gas-sólido, método de fase líquida e a combinación dos métodos anteriores.

5. Principio de preparación:

A polpa de celulosa con alto contido en α mergúllase nunha solución alcalina para inchala e destruír máis enlaces de hidróxeno, facilitar a difusión de reactivos e xerar celulosa alcalina, e despois reacciona cun axente de eterificación para obter éter de celulosa. Os axentes eterificantes inclúen haluros de hidrocarburos (ou sulfatos), epóxidos e compostos α e β insaturados con aceptores de electróns.

6. Rendemento básico:

Os aditivos desempeñan un papel fundamental na mellora do rendemento dos morteiros secos para a construción e representan máis do 40 % do custo do material neste tipo de morteiros. Unha parte considerable dos aditivos no mercado nacional son subministrados por fabricantes estranxeiros, e a dosificación de referencia do produto tamén a proporciona o provedor. Como resultado, o custo dos produtos de morteiro seco segue sendo elevado e é difícil popularizar os morteiros comúns de albanelería e xeso en grandes cantidades e cunha ampla gama. Os produtos do mercado de gama alta están controlados por empresas estranxeiras, e os fabricantes de morteiros secos teñen baixos beneficios e unha baixa accesibilidade aos prezos; a aplicación de aditivos carece de investigación sistemática e específica e segue cegamente fórmulas estranxeiras.

O axente de retención de auga é un aditivo clave para mellorar o rendemento de retención de auga do morteiro en seco e tamén é un dos aditivos clave para determinar o custo dos materiais de morteiro en seco. A función principal do éter de celulosa é a retención de auga.

Éter de celulosa é un termo xeral para unha serie de produtos producidos pola reacción de celulosa alcalina e axente eterificante baixo certas condicións. A celulosa alcalina substitúese por diferentes axentes eterificantes para obter diferentes éteres de celulosa. Segundo as propiedades de ionización dos substituíntes, os éteres de celulosa pódense dividir en dúas categorías: iónicos (como a carboximetilcelulosa) e non iónicos (como a metilcelulosa). Segundo o tipo de substituínte, o éter de celulosa pódese dividir en monoéter (como a metilcelulosa) e éter mixto (como a hidroxipropilmetilcelulosa). Segundo a diferente solubilidade, pódese dividir en solubilidade en auga (como a hidroxietilcelulosa) e solubilidade en solventes orgánicos (como a etilcelulosa). O morteiro mesturado en seco é principalmente celulosa soluble en auga, e a celulosa soluble en auga divídese en tipo instantáneo e tipo de disolución retardada tratada superficialmente.

O mecanismo de acción do éter de celulosa no morteiro é o seguinte:

(1) Despois doéter de celulosano morteiro disolto en auga, a distribución eficaz e uniforme do material cementoso no sistema está garantida debido á actividade superficial, e o éter de celulosa, como coloide protector, "envolve" as partículas sólidas e fórmase unha capa de película lubricante na súa superficie exterior, o que fai que o sistema de morteiro sexa máis estable e tamén mellora a fluidez do morteiro durante o proceso de mestura e a suavidade da construción.

(2) Debido á súa propia estrutura molecular, a solución de éter de celulosa fai que a humidade do morteiro non se perda facilmente e libéraa gradualmente durante un longo período de tempo, dotándoo dunha boa retención de auga e traballabilidade.