Što je celulozni eter?

Celulozni eterje polimerni spoj s eterskom strukturom napravljen od celuloze. Svaki glukozilni prsten u makromolekuli celuloze sadrži tri hidroksilne skupine, primarnu hidroksilnu skupinu na šestom atomu ugljika, sekundarnu hidroksilnu skupinu na drugom i trećem atomu ugljika, a vodik u hidroksilnoj skupini zamijenjen je ugljikovodičnom skupinom kako bi se stvorili derivati ​​celuloznog etera. To je produkt u kojem je vodik hidroksilne skupine u celuloznom polimeru zamijenjen ugljikovodičnom skupinom. Celuloza je polihidroksi polimerni spoj koji se ne otapa niti topi. Nakon eterifikacije, celuloza je topljiva u vodi, razrijeđenoj lužnatoj otopini i organskom otapalu te ima termoplastičnost.

Celuloza je polihidroksi polimerni spoj koji se ne otapa niti topi. Nakon eterifikacije, celuloza je topljiva u vodi, razrijeđenoj lužnatoj otopini i organskom otapalu te posjeduje termoplastičnost.

1. Priroda：

Topljivost celuloze nakon eterifikacije značajno se mijenja. Može se otopiti u vodi, razrijeđenoj kiselini, razrijeđenoj lužini ili organskom otapalu. Topljivost uglavnom ovisi o tri faktora: (1) Karakteristikama uvedenih skupina u procesu eterifikacije, što je uvedena skupina veća, to je topljivost niža i što je jači polaritet uvedene skupine, to se celulozni eter lakše otapa u vodi; (2) Stupnju supstitucije i raspodjeli eterificiranih skupina u makromolekuli. Većina celuloznih etera može se otopiti u vodi samo uz određeni stupanj supstitucije, a stupanj supstitucije je između 0 i 3; (3) Stupnju polimerizacije celuloznog etera, što je veći stupanj polimerizacije, to je manje topljiv; Što je niži stupanj supstitucije koji se može otopiti u vodi, to je širi raspon. Postoje mnoge vrste celuloznih etera s izvrsnim performansama, a široko se koriste u građevinarstvu, cementu, nafti, prehrambenoj, tekstilnoj, deterdžentima, bojama, medicini, proizvodnji papira i elektroničkih komponenti te drugim industrijama.

2. Razvoj:

Kina je najveći svjetski proizvođač i potrošač celuloznog etera, s prosječnom godišnjom stopom rasta većom od 20%. Prema preliminarnim statistikama, u Kini postoji oko 50 poduzeća za proizvodnju celuloznog etera, projektirani proizvodni kapacitet industrije celuloznog etera premašio je 400.000 tona, a postoji oko 20 poduzeća s više od 10.000 tona, uglavnom raspoređenih u Shandongu, Hebeiju, Chongqingu i Jiangsuu, Zhejiangu, Šangaju i drugim mjestima.

3. Potreba:

U 2011. godini, proizvodni kapacitet CMC-a u Kini iznosio je oko 300.000 tona. S rastućom potražnjom za visokokvalitetnim celuloznim eterima u industrijama poput medicine, hrane i svakodnevnih kemikalija, domaća potražnja za drugim proizvodima celuloznog etera osim CMC-a raste. Proizvodni kapacitet MC/HPMC-a iznosi oko 120.000 tona, a HEC-a oko 20.000 tona. PAC je još uvijek u fazi promocije i primjene u Kini. Razvojem velikih naftnih polja na moru i razvojem industrije građevinskog materijala, prehrambene, kemijske i drugih industrija, količina i područje PAC-a rastu i šire se iz godine u godinu, s proizvodnim kapacitetom većim od 10.000 tona.

4. Klasifikacija:

Prema klasifikaciji kemijske strukture supstituenata, mogu se podijeliti na anionske, kationske i neionske etere. Ovisno o korištenom agensu za eterifikaciju, postoje metil celuloza, hidroksietil metil celuloza, karboksimetil celuloza, etil celuloza, benzil celuloza, hidroksietil celuloza, hidroksipropil metil celuloza, cijanoetil celuloza, benzil cijanoetil celuloza, karboksimetil hidroksietil celuloza i fenil celuloza itd. Metil celuloza i etil celuloza su praktičnije.

Metilceluloza：

Nakon što se rafinirani pamuk obradi lužinom, celulozni eter se proizvodi nizom reakcija s metan kloridom kao sredstvom za eterifikaciju. Općenito, stupanj supstitucije je 1,6~2,0, a topljivost je također različita ovisno o stupnju supstitucije. Pripada neionskom celuloznom eteru.

(1) Metilceluloza je topljiva u hladnoj vodi, a teško se otapa u vrućoj vodi. Njena vodena otopina je vrlo stabilna u rasponu pH = 3 ~ 12. Ima dobru kompatibilnost sa škrobom, guar gumom itd. i mnogim surfaktantima. Kada temperatura dosegne temperaturu želiranja, dolazi do želiranja.

(2) Zadržavanje vode metilceluloze ovisi o količini dodavanja, viskoznosti, veličini čestica i brzini otapanja. Općenito, ako je dodana količina velika, finoća je mala, a viskoznost velika, brzina zadržavanja vode je visoka. Među njima, količina dodavanja ima najveći utjecaj na brzinu zadržavanja vode, a razina viskoznosti nije izravno proporcionalna razini brzine zadržavanja vode. Brzina otapanja uglavnom ovisi o stupnju modifikacije površine celuloznih čestica i finoći čestica. Među gore navedenim celuloznim eterima, metilceluloza i hidroksipropilmetilceluloza imaju veću brzinu zadržavanja vode.

(3) Promjene temperature mogu ozbiljno utjecati na zadržavanje vode metil celuloze. Općenito, što je temperatura viša, to je zadržavanje vode lošije. Ako temperatura morta prijeđe 40°C, zadržavanje vode metil celuloze bit će značajno smanjeno, što će ozbiljno utjecati na konstrukciju morta.

(4)Metil celulozaima značajan utjecaj na obradivost i koheziju morta. „Prianjanje“ se ovdje odnosi na silu vezivanja koja se osjeća između alata za nanošenje i podloge zida, odnosno na otpornost morta na smicanje. Prianjanje je visoko, otpornost morta na smicanje je velika, a čvrstoća koju radnici zahtijevaju u procesu upotrebe također je velika, a građevinske performanse morta su slabe. Kohezija metilceluloze je na srednjoj razini kod proizvoda od celuloznog etera.

Hidroksipropilmetilceluloza:

Hidroksipropil metilceluloza je vrsta celuloze čija proizvodnja i potrošnja brzo rastu. To je neionski miješani eter celuloze napravljen od rafiniranog pamuka nakon alkalizacije, korištenjem propilen oksida i metil klorida kao sredstva za eterifikaciju, kroz niz reakcija. Stupanj supstitucije je općenito 1,2~2,0. Njegova svojstva variraju ovisno o omjeru sadržaja metoksila i sadržaja hidroksipropila.

(1) Hidroksipropil metilceluloza je lako topljiva u hladnoj vodi, a teško se otapa u vrućoj vodi. Međutim, temperatura želiranja u vrućoj vodi znatno je viša od temperature želiranja metilceluloze. Topljivost u hladnoj vodi također je znatno poboljšana u usporedbi s metilcelulozom.

(2) Viskoznost hidroksipropil metilceluloze povezana je s njezinom molekularnom težinom, i što je veća molekularna težina, to je veća viskoznost. Temperatura također utječe na njezinu viskoznost, kako temperatura raste, viskoznost se smanjuje. Međutim, utjecaj njezine visoke viskoznosti i temperature manji je od utjecaja metilceluloze. Njezina otopina je stabilna kada se čuva na sobnoj temperaturi.

(3) Zadržavanje vode hidroksipropil metilceluloze ovisi o količini dodavanja, viskoznosti itd., a brzina zadržavanja vode pri istoj dodanoj količini veća je od one kod metilceluloze.

(4)Hidroksipropil metilcelulozaStabilan je na kiseline i lužine, a njegova vodena otopina je vrlo stabilna u rasponu pH = 2 ~ 12. Kaustična soda i vapnena voda imaju mali utjecaj na njegove performanse, ali lužina može ubrzati njegovo otapanje i malo povećati njegovu viskoznost. Hidroksipropil metilceluloza je stabilna na obične soli, ali kada je koncentracija otopine soli visoka, viskoznost otopine hidroksipropil metilceluloze ima tendenciju povećanja.

(5) Hidroksipropil metilceluloza može se pomiješati s polimernim spojevima topljivim u vodi kako bi se stvorila ujednačena otopina veće viskoznosti. Kao što su polivinil alkohol, škrobni eter, biljna guma itd.

(6) Hidroksipropil metilceluloza ima bolju otpornost na enzime od metilceluloze, a njezina otopina se manje razgrađuje enzimima nego metilceluloza.

(7) Prianjanje hidroksipropil metilceluloze na konstrukciju morta je veće od prianjanja metilceluloze.

Hidroksietil celuloza:

Izrađen je od rafiniranog pamuka tretiranog lužinom, te reagira s etilen oksidom kao sredstvom za eterifikaciju u prisutnosti izopropanola. Stupanj supstitucije mu je općenito 1,5~2,0. Ima jaku hidrofilnost i lako upija vlagu.

(1) Hidroksietil celuloza je topljiva u hladnoj vodi, ali se teško otapa u vrućoj vodi. Njena otopina je stabilna na visokoj temperaturi bez želiranja. Može se dugo koristiti na visokoj temperaturi u mortu, ali joj je zadržavanje vode niže od metil celuloze.

(2) Hidroksietil celuloza je stabilna na opće kiseline i lužine, a lužine mogu ubrzati njezino otapanje i neznatno povećati viskoznost. Njena disperzibilnost u vodi je neznatno lošija od disperzibilnosti metil celuloze i hidroksipropil metil celuloze.

(3) Hidroksietil celuloza ima dobra svojstva protiv slijeganja morta, ali ima dulje vrijeme usporavanja vezanja cementa.

(4) Performanse hidroksietil celuloze koju proizvode neka domaća poduzeća očito su niže od performansi metil celuloze zbog visokog sadržaja vode i visokog sadržaja pepela.

(5) Plijesan vodene otopine hidroksietil celuloze je relativno ozbiljna. Na temperaturi od oko 40°C, plijesan se može pojaviti unutar 3 do 5 dana, što će utjecati na njezine performanse.

Karboksimetil celuloza:

Jonski celulozni eter se proizvodi od prirodnih vlakana (pamuk itd.) nakon alkalne obrade, korištenjem natrijevog monokloroacetata kao sredstva za eterifikaciju, te podvrgavanjem nizu reakcijskih tretmana. Stupanj supstitucije je općenito 0,4~1,4, a na njegovu učinkovitost uvelike utječe stupanj supstitucije.

(1) Karboksimetil celuloza je higroskopnija i sadržavat će više vode kada se skladišti pod općim uvjetima.

(2) Vodena otopina karboksimetil celuloze ne stvara gel, a viskoznost se smanjuje s porastom temperature. Kada temperatura prijeđe 50°C, viskoznost je nepovratna.

(3) Na njegovu stabilnost uvelike utječe pH. Općenito se može koristiti u mortu na bazi gipsa, ali ne i u mortu na bazi cementa. Kada je jako alkalno, gubit će viskoznost.

(4) Zadržavanje vode je daleko niže od metil celuloze. Ima usporavajući učinak na mort na bazi gipsa i smanjuje njegovu čvrstoću. Međutim, cijena karboksimetil celuloze je znatno niža od cijene metil celuloze.

Celulozni alkil eter:

Reprezentativni primjeri su metilceluloza i etilceluloza. U industrijskoj proizvodnji, metil klorid ili etil klorid se općenito koristi kao sredstvo za eterifikaciju, a reakcija je sljedeća:

U formuli, R predstavlja CH3 ili C2H5. Koncentracija alkalija ne utječe samo na stupanj eterifikacije, već utječe i na potrošnju alkil halida. Što je niža koncentracija alkalija, to je hidroliza alkil halida jača. Kako bi se smanjila potrošnja eterificirajućeg sredstva, koncentracija alkalija mora se povećati. Međutim, kada je koncentracija alkalija previsoka, smanjuje se učinak bubrenja celuloze, što ne pogoduje reakciji eterifikacije, te se stoga smanjuje stupanj eterifikacije. U tu svrhu tijekom reakcije može se dodati koncentrirana lužina ili kruta lužina. Reaktor treba imati dobar uređaj za miješanje i kidanje kako bi se lužina mogla ravnomjerno rasporediti. Metil celuloza se široko koristi kao zgušnjivač, ljepilo i zaštitni koloid itd. Može se koristiti i kao disperzant za emulzijsku polimerizaciju, disperzant za vezivanje sjemena, tekstilna suspenzija, aditiv za hranu i kozmetiku, medicinsko ljepilo, materijal za premazivanje lijekova, a koristi se u lateks bojama, tiskarskim bojama, proizvodnji keramike i miješa se u cement. Koristi se za kontrolu vremena vezivanja i povećanje početne čvrstoće itd. Proizvodi od etil celuloze imaju visoku mehaničku čvrstoću, fleksibilnost, otpornost na toplinu i otpornost na hladnoću. Nisko supstituirana etil celuloza topljiva je u vodi i razrijeđenim alkalnim otopinama, a visoko supstituirani proizvodi topljivi su u većini organskih otapala. Ima dobru kompatibilnost s raznim smolama i plastifikatorima. Može se koristiti za izradu plastike, filmova, lakova, ljepila, lateksa i materijala za premazivanje lijekova itd. Uvođenje hidroksialkilnih skupina u alkil etere celuloze može poboljšati njegovu topljivost, smanjiti osjetljivost na isoljavanje, povećati temperaturu želiranja i poboljšati svojstva vrućeg taljenja itd. Stupanj promjene gore navedenih svojstava varira ovisno o prirodi supstituenata i omjeru alkilnih i hidroksialkilnih skupina.

Celulozni hidroksialkil eter:

Reprezentativni primjeri su hidroksietil celuloza i hidroksipropil celuloza. Eterifikacijska sredstva su epoksidi poput etilen oksida i propilen oksida. Kao katalizator se koristi kiselina ili baza. Industrijska proizvodnja sastoji se od reakcije alkalne celuloze s eterifikacijskim sredstvom:hidroksietil celulozas visokom supstitucijskom vrijednošću topljiva je i u hladnoj i u vrućoj vodi. Hidroksipropil celuloza s visokom supstitucijskom vrijednošću topljiva je samo u hladnoj, ali ne i u vrućoj vodi. Hidroksietil celuloza može se koristiti kao zgušnjivač za lateks premaze, paste za tisak i bojenje tekstila, materijale za skrobljivanje papira, ljepila i zaštitne koloide. Upotreba hidroksipropil celuloze slična je upotrebi hidroksietil celuloze. Hidroksipropil celuloza s niskom supstitucijskom vrijednošću može se koristiti kao farmaceutska pomoćna tvar, koja može imati i vezivna i dezintegrirajuća svojstva.

Karboksimetil celuloza, engleska kratica CMC, općenito postoji u obliku natrijeve soli. Eterificirajuće sredstvo je monokloroctena kiselina, a reakcija je sljedeća:

Karboksimetil celuloza je najčešće korišteni vodotopivi celulozni eter. U prošlosti se uglavnom koristio kao isplaka za bušenje, ali sada se proširio na upotrebu kao dodatak deterdžentima, suspenziji za odjeću, lateks bojama, premazima za karton i papir itd. Čista karboksimetil celuloza može se koristiti u hrani, medicini, kozmetici, a također i kao ljepilo za keramiku i kalupe.

Polianionska celuloza (PAC) je ionski celulozni eter i vrhunski je zamjenski proizvod za karboksimetil celulozu (CMC). To je bijeli, bjelkasti ili blago žuti prah ili granula, netoksičan, bez okusa, lako se otapa u vodi i tvori prozirnu otopinu određene viskoznosti, ima bolju otpornost na toplinu i otpornost na sol te jaka antibakterijska svojstva. Ne stvara plijesan i ne kvari se. Ima karakteristike visoke čistoće, visokog stupnja supstitucije i jednolike raspodjele supstituenata. Može se koristiti kao vezivo, zgušnjivač, modifikator reologije, sredstvo za smanjenje gubitka tekućine, stabilizator suspenzije itd. Polianionska celuloza (PAC) široko se koristi u svim industrijama gdje se CMC može primijeniti, što može znatno smanjiti doziranje, olakšati upotrebu, osigurati bolju stabilnost i zadovoljiti više procesne zahtjeve.

Cijanoetil celuloza je produkt reakcije celuloze i akrilonitrila pod utjecajem alkalija.

Cijanoetil celuloza ima visoku dielektričnu konstantu i nizak koeficijent gubitaka te se može koristiti kao matrica smole za fosforne i elektroluminiscentne lampe. Nisko supstituirana cijanoetil celuloza može se koristiti kao izolacijski papir za transformatore.

Eteri viših masnih alkohola, alkenil eteri i aromatski alkoholni eteri celuloze su pripremljeni, ali nisu korišteni u praksi.

Metode pripreme celuloznog etera mogu se podijeliti na metodu vodenog medija, metodu otapala, metodu gnječenja, metodu suspenzije, metodu plin-krutina, metodu tekuće faze i kombinaciju gore navedenih metoda.

5. Princip pripreme:

Visoko α-celulozna pulpa se natapa alkalnom otopinom kako bi se nabubrila i uništilo više vodikovih veza, olakšala difuzija reagensa i stvorila alkalna celuloza, a zatim reagira s eterifikacijskim sredstvom kako bi se dobio celulozni eter. Eterifikacijska sredstva uključuju ugljikovodične halogenide (ili sulfate), epokside te α i β nezasićene spojeve s akceptorima elektrona.

6. Osnovne performanse:

Dodaci gradivi igraju ključnu ulogu u poboljšanju performansi suho miješanog morta za gradnju i čine više od 40% troškova materijala u suho miješanom mortu. Značajan dio dodataka na domaćem tržištu isporučuju strani proizvođači, a referentnu dozu proizvoda također osigurava dobavljač. Kao rezultat toga, cijena proizvoda od suho miješanog morta ostaje visoka i teško je popularizirati uobičajene mortove za zidanje i žbukanje s velikom količinom i širokim rasponom. Proizvode visoke klase na tržištu kontroliraju strane tvrtke, a proizvođači suho miješanog morta imaju nisku dobit i slabu pristupačnost cijena; primjeni dodataka nedostaje sustavno i ciljano istraživanje te se slijepo slijede strane formule.

Sredstvo za zadržavanje vode ključni je dodatak za poboljšanje učinkovitosti zadržavanja vode suho miješanog morta, a također je jedan od ključnih dodataka za određivanje cijene materijala suho miješanog morta. Glavna funkcija celuloznog etera je zadržavanje vode.

Celulozni eter je opći naziv za niz proizvoda nastalih reakcijom alkalne celuloze i eterificirajućeg sredstva pod određenim uvjetima. Alkalna celuloza se zamjenjuje različitim eterificirajućim sredstvima kako bi se dobili različiti celulozni eteri. Prema ionizacijskim svojstvima supstituenata, celulozni eteri mogu se podijeliti u dvije kategorije: ionske (kao što je karboksimetil celuloza) i neionske (kao što je metil celuloza). Prema vrsti supstituenta, celulozni eter može se podijeliti na monoeter (kao što je metil celuloza) i miješani eter (kao što je hidroksipropil metil celuloza). Prema različitoj topljivosti, može se podijeliti na topljivost u vodi (kao što je hidroksietil celuloza) i topljivost u organskim otapalima (kao što je etil celuloza). Suho miješani mort uglavnom je topljiva celuloza u vodi, a topljiva celuloza u vodi dijeli se na instant tip i površinski obrađen tip s odgođenim otapanjem.

Mehanizam djelovanja celuloznog etera u mortu je sljedeći:

(1) Nakon što jecelulozni eterU mortu se otopi u vodi, učinkovita i ravnomjerna raspodjela cementnog materijala u sustavu osigurava se zbog površinske aktivnosti, a celulozni eter, kao zaštitni koloid, „omotava“ čvrste čestice i na njegovoj vanjskoj površini stvara se sloj mazivog filma, što sustav morta čini stabilnijim, a također poboljšava fluidnost morta tijekom procesa miješanja i glatkoću gradnje.

(2) Zbog vlastite molekularne strukture, otopina celuloznog etera sprječava lako ispuštanje vlage iz morta i postupno je otpušta tijekom duljeg vremenskog razdoblja, dajući mortu dobro zadržavanje vode i obradivost.