Целлюлоза эфирі дегеніміз не?

Целлюлоза эфиріцеллюлозадан тұратын эфир құрылымы бар полимер қосылысы. Целлюлоза макромолекуласындағы әрбір глюкозил сақинасында үш гидроксил тобы бар: алтыншы көміртек атомындағы біріншілік гидроксил тобы, екінші және үшінші көміртек атомдарындағы екіншілік гидроксил тобы, ал гидроксил тобындағы сутегі көмірсутек тобымен алмасып, целлюлоза эфир туындыларын түзеді. Бұл целлюлоза полимеріндегі гидроксил тобының сутегі көмірсутек тобымен алмастырылатын өнім. Целлюлоза - ерімейтін де, балқымайтын да полигидрокси полимер қосылысы. Эфирификациядан кейін целлюлоза суда, сұйылтылған сілті ерітіндісінде және органикалық еріткіште ериді және термопластикалық қасиетке ие.

Целлюлоза - ерімейтін де, балқымайтын да полигидрокси полимер қосылысы. Эфирификациядан кейін целлюлоза суда, сұйылтылған сілті ерітіндісінде және органикалық еріткіште ериді және термопластикалық қасиетке ие.

1. Табиғат:

Эфирлеуден кейінгі целлюлозаның ерігіштігі айтарлықтай өзгереді. Оны суда, сұйылтылған қышқылда, сұйылтылған сілтіде немесе органикалық еріткіште ерітуге болады. Ерігіштігі негізінен үш факторға байланысты: (1) Эфирлеу процесінде енгізілген топтардың сипаттамалары, енгізілген топ неғұрлым үлкен болса, ерігіштігі соғұрлым төмен болады және енгізілген топтың полярлығы неғұрлым күшті болса, целлюлоза эфирінің суда еруі соғұрлым оңай болады; (2) алмастыру дәрежесі және макромолекуладағы эфирленген топтардың таралуы. Көптеген целлюлоза эфирлерін тек белгілі бір алмастыру дәрежесінде ғана суда ерітуге болады, ал алмастыру дәрежесі 0 мен 3 аралығында болады; (3) Целлюлоза эфирінің полимерлену дәрежесі неғұрлым жоғары болса, полимерлену дәрежесі соғұрлым аз ериді; Суда ерітуге болатын алмастыру дәрежесі неғұрлым төмен болса, диапазоны соғұрлым кең болады. Тамаша өнімділікке ие целлюлоза эфирлерінің көптеген түрлері бар және олар құрылыс, цемент, мұнай, тамақ, тоқыма, жуғыш зат, бояу, медицина, қағаз жасау және электронды компоненттер және басқа да салаларда кеңінен қолданылады.

2. Дамыту:

Қытай әлемдегі целлюлоза эфирін өндіруші және тұтынушы ең ірі ел болып табылады, оның орташа жылдық өсу қарқыны 20%-дан асады. Алдын ала статистикаға сәйкес, Қытайда целлюлоза эфирін өндіретін 50-ге жуық кәсіпорын бар, целлюлоза эфирі өнеркәсібінің жобалық өндірістік қуаты 400 000 тоннадан асты, ал 10 000 тоннадан астам өнім шығаратын 20-ға жуық кәсіпорын бар, олар негізінен Шаньдун, Хэбэй, Чунцин және Цзянсу, Чжэцзян, Шанхай және басқа жерлерде орналасқан.

3. Қажеттілік:

2011 жылы Қытайдың CMC өндірістік қуаты шамамен 300 000 тоннаны құрады. Медицина, тамақ және күнделікті химиялық заттар сияқты салаларда жоғары сапалы целлюлоза эфирлеріне деген сұраныстың артуымен CMC-ден басқа целлюлоза эфир өнімдеріне деген ішкі сұраныс артып келеді. MC/HPMC өндірістік қуаты шамамен 120 000 тоннаны, ал HEC шамамен 20 000 тоннаны құрайды. PAC Қытайда әлі де насихаттау және қолдану сатысында. Ірі теңіз мұнай кен орындарының игерілуімен және құрылыс материалдарының, тамақ, химия және басқа да салалардың дамуымен PAC көлемі мен өрісі жыл сайын артып, кеңейіп келеді, өндірістік қуаты 10 000 тоннадан асады.

4. Жіктеу:

Орынбасарлардың химиялық құрылымының жіктелуіне сәйкес, оларды аниондық, катиондық және бейиондық эфирлерге бөлуге болады. Қолданылатын эфирлендіргіш агентке байланысты метилцеллюлоза, гидроксиэтилметилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, этилцеллюлоза, бензилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза, цианоэтилцеллюлоза, бензилцианоэтилцеллюлоза, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза және фенилцеллюлоза және т.б. болады. Метилцеллюлоза және этилцеллюлоза практикалық тұрғыдан тиімдірек.

Метилцеллюлоза:

Тазартылған мақта сілтімен өңделгеннен кейін, метан хлоридімен этерификация агенті ретінде бірқатар реакциялар арқылы целлюлоза эфирі түзіледі. Әдетте, алмастыру дәрежесі 1,6 ~ 2,0 құрайды, ал ерігіштігі де әртүрлі алмастыру дәрежесімен ерекшеленеді. Ол иондық емес целлюлоза эфиріне жатады.

(1) Метилцеллюлоза суық суда ериді, ыстық суда еруі қиын болады. Оның сулы ерітіндісі рН=3~12 аралығында өте тұрақты. Ол крахмалмен, гуар шайырымен және т.б. және көптеген беттік белсенді заттармен жақсы үйлесімді. Температура гельдену температурасына жеткенде, гельдену жүреді.

(2) Метилцеллюлозаның суды ұстауы оның қосылу мөлшеріне, тұтқырлығына, бөлшектердің өлшеміне және еру жылдамдығына байланысты. Әдетте, қосу мөлшері көп, ұсақтығы аз, ал тұтқырлығы көп болса, суды ұстау жылдамдығы жоғары болады. Олардың ішінде қосу мөлшері суды ұстау жылдамдығына ең үлкен әсер етеді, ал тұтқырлық деңгейі суды ұстау жылдамдығына тікелей пропорционалды емес. Еру жылдамдығы негізінен целлюлоза бөлшектерінің беткі модификация дәрежесіне және бөлшектердің ұсақтығына байланысты. Жоғарыда аталған целлюлоза эфирлерінің ішінде метилцеллюлоза мен гидроксипропилметилцеллюлозаның суды ұстау жылдамдығы жоғары.

(3) Температураның өзгеруі метилцеллюлозаның суды ұстап қалуына айтарлықтай әсер етуі мүмкін. Әдетте, температура неғұрлым жоғары болса, суды ұстап қалу соғұрлым нашар болады. Егер ерітінді температурасы 40°C-тан асса, метилцеллюлозаның суды ұстап қалуы айтарлықтай төмендейді, бұл ерітіндінің құрылымына айтарлықтай әсер етеді.

(4)Метилцеллюлозаерітіндінің жұмысқа жарамдылығы мен жабысқақтығына айтарлықтай әсер етеді. Мұндағы «жабысқақтық» жұмысшының аппликатор құралы мен қабырға негізі арасындағы байланыс күшін, яғни ерітіндінің ығысу кедергісін білдіреді. Жабысқақтық жоғары, ерітіндінің ығысу кедергісі жоғары, жұмысшыларға пайдалану процесінде қажет беріктік те жоғары, ал ерітіндінің құрылыс өнімділігі нашар. Метилцеллюлозаның жабысқақтығы целлюлоза эфир өнімдерінде орташа деңгейде болады.

Гидроксипропилметилцеллюлоза:

Гидроксипропил метилцеллюлозасы - өндірісі мен тұтынуы тез артып келе жатқан целлюлоза түрі. Бұл тазартылған мақтадан сілтілеуден кейін пропилен оксиді мен метилхлоридті эфирлеу агенті ретінде пайдаланып, бірқатар реакциялар арқылы жасалған иондық емес целлюлоза аралас эфирі. Алмастыру дәрежесі әдетте 1,2 ~ 2,0 құрайды. Оның қасиеттері метоксил мөлшерінің гидроксипропил мөлшеріне қатынасына байланысты өзгереді.

(1) Гидроксипропил метилцеллюлозасы суық суда оңай ериді және ыстық суда еру кезінде қиындықтарға тап болады. Бірақ оның ыстық судағы гельдену температурасы метилцеллюлозаға қарағанда айтарлықтай жоғары. Суық судағы ерігіштігі метилцеллюлозамен салыстырғанда айтарлықтай жақсарған.

(2) Гидроксипропил метилцеллюлозаның тұтқырлығы оның молекулалық салмағымен байланысты, ал молекулалық салмағы неғұрлым үлкен болса, тұтқырлығы соғұрлым жоғары болады. Температура оның тұтқырлығына да әсер етеді, температура жоғарылаған сайын тұтқырлық төмендейді. Дегенмен, оның жоғары тұтқырлығы мен температурасының әсері метилцеллюлозаға қарағанда төмен. Оның ерітіндісі бөлме температурасында сақталған кезде тұрақты болады.

(3) Гидроксипропил метилцеллюлозаның суды ұстауы оның қосылу мөлшеріне, тұтқырлығына және т.б. байланысты, ал сол қосылу мөлшеріндегі суды ұстау жылдамдығы метилцеллюлозаға қарағанда жоғары.

(4)Гидроксипропил метилцеллюлозасықышқыл мен сілтіге тұрақты, ал оның сулы ерітіндісі рН=2~12 аралығында өте тұрақты. Каустикалық сода мен әк суы оның жұмысына аз әсер етеді, бірақ сілті оның еруін тездетіп, тұтқырлығын аздап арттыра алады. Гидроксипропил метилцеллюлозасы қарапайым тұздарға тұрақты, бірақ тұз ерітіндісінің концентрациясы жоғары болған кезде гидроксипропил метилцеллюлоза ерітіндісінің тұтқырлығы артады.

(5) Гидроксипропил метилцеллюлозасын біркелкі және жоғары тұтқырлықтағы ерітінді жасау үшін суда еритін полимер қосылыстарымен араластыруға болады. Мысалы, поливинил спирті, крахмал эфирі, өсімдік шайыры және т.б.

(6) Гидроксипропил метилцеллюлозасы метилцеллюлозаға қарағанда ферменттерге төзімділігі жоғары, ал оның ерітіндісінің метилцеллюлозаға қарағанда ферменттермен ыдырауы ықтималдығы аз.

(7) Гидроксипропил метилцеллюлозаның ерітінді конструкциясына адгезиясы метилцеллюлозаға қарағанда жоғары.

Гидроксиэтилцеллюлоза:

Ол сілтімен өңделген тазартылған мақтадан жасалған және изопропанолдың қатысуымен этилен оксидімен этерификация агенті ретінде әрекеттеседі. Оның орын басу дәрежесі әдетте 1,5 ~ 2,0 құрайды. Ол күшті гидрофильділікке ие және ылғалды оңай сіңіреді.

(1) Гидроксиэтилцеллюлоза суық суда ериді, бірақ ыстық суда еруі қиын. Оның ерітіндісі жоғары температурада тұрақты, гель түзбейді. Оны ерітіндіде жоғары температурада ұзақ уақыт пайдалануға болады, бірақ оның суды ұстауы метилцеллюлозаға қарағанда төмен.

(2) Гидроксиэтилцеллюлоза жалпы қышқыл мен сілтіге тұрақты, ал сілті оның еруін тездетіп, тұтқырлығын аздап арттыра алады. Оның судағы дисперсиясы метилцеллюлоза мен гидроксипропил метилцеллюлозаға қарағанда сәл нашар.

(3) Гидроксиэтилцеллюлоза ерітінді үшін жақсы салбырауға қарсы қасиеттерге ие, бірақ цемент үшін оның баяулау уақыты ұзағырақ.

(4) Кейбір отандық кәсіпорындар шығаратын гидроксиэтилцеллюлозаның өнімділігі судың көптігі мен күлдің көптігіне байланысты метилцеллюлозаға қарағанда әлдеқайда төмен.

(5) Гидроксиэтилцеллюлозаның сулы ерітіндісінің көгеруі салыстырмалы түрде ауыр. Шамамен 40°C температурада 3-5 күн ішінде көгеру пайда болуы мүмкін, бұл оның жұмысына әсер етеді.

Карбоксиметилцеллюлоза:

Лоникалық целлюлоза эфирі сілтімен өңдеуден кейін табиғи талшықтардан (мақта және т.б.) жасалады, натрий монохлорацетат этерификация агенті ретінде қолданылады және бірқатар реакциялық өңдеулерден өтеді. Алмастыру дәрежесі әдетте 0,4 ~ 1,4 құрайды, және оның өнімділігі алмастыру дәрежесіне қатты әсер етеді.

(1) Карбоксиметилцеллюлоза гигроскопиялық болып табылады және жалпы жағдайда сақталған кезде оның құрамында су көбірек болады.

(2) Карбоксиметилцеллюлозаның сулы ерітіндісі гель түзбейді, ал тұтқырлық температураның жоғарылауымен төмендейді. Температура 50°C-тан асқанда, тұтқырлық қайтымсыз болады.

(3) Оның тұрақтылығына рН қатты әсер етеді. Әдетте, оны гипс негізіндегі ерітіндіде қолдануға болады, бірақ цемент негізіндегі ерітіндіде қолдануға болмайды. Жоғары сілтілі болған кезде тұтқырлығы жоғалады.

(4) Оның суды ұстау қабілеті метилцеллюлозаға қарағанда әлдеқайда төмен. Ол гипс негізіндегі ерітіндіге баяулататын әсер етеді және оның беріктігін төмендетеді. Дегенмен, карбоксиметилцеллюлозаның бағасы метилцеллюлозаға қарағанда айтарлықтай төмен.

Целлюлоза алкил эфирі:

Өкілдері - метилцеллюлоза және этилцеллюлоза. Өнеркәсіптік өндірісте метилхлорид немесе этилхлорид әдетте эфирлеу агенті ретінде қолданылады және реакция келесідей:

Формулада R CH3 немесе C2H5 білдіреді. Сілті концентрациясы тек эфирлену дәрежесіне ғана емес, сонымен қатар алкилгалогенидтерінің тұтынылуына да әсер етеді. Сілті концентрациясы неғұрлым төмен болса, алкилгалогенидінің гидролизі соғұрлым күшті болады. Эфирлейтін агенттің тұтынылуын азайту үшін сілті концентрациясын арттыру қажет. Дегенмен, сілті концентрациясы тым жоғары болған кезде, целлюлозаның ісіну әсері төмендейді, бұл эфирлену реакциясына қолайлы емес, сондықтан эфирлену дәрежесі төмендейді. Осы мақсатта реакция кезінде концентрацияланған сілті немесе қатты сілті қосуға болады. Реакторда сілті біркелкі таралуы үшін жақсы араластыру және жырту құрылғысы болуы керек. Метилцеллюлоза қоюландырғыш, желім және қорғаныс коллоиды ретінде кеңінен қолданылады. Оны эмульсиялық полимерлеу үшін диспергатор, тұқымдарға арналған байланыстырушы диспергатор, тоқыма ерітіндісі, тамақ пен косметикаға қоспа, медициналық желім, дәрілік жабын материалы ретінде де қолдануға болады, латекс бояуында, баспа сиясында, керамика өндірісінде және цементке араластыру кезінде қолданылады. Қату уақытын бақылау және бастапқы беріктікті арттыру үшін қолданылады. Этилцеллюлоза өнімдері жоғары механикалық беріктікке, икемділікке, ыстыққа және суыққа төзімділікке ие. Алмастырылмаған этилцеллюлоза суда және сұйылтылған сілтілі ерітінділерде ериді, ал алмастырылмаған өнімдер көптеген органикалық еріткіштерде ериді. Ол әртүрлі шайырлармен және пластификаторлармен жақсы үйлесімділікке ие. Оны пластмассалар, пленкалар, лактар, желімдер, латекс және дәрілік заттарға арналған жабын материалдары және т.б. жасау үшін пайдалануға болады. Целлюлоза алкил эфирлеріне гидроксиалкил топтарын енгізу оның ерігіштігін жақсартады, тұздануға сезімталдығын төмендетеді, гельдену температурасын арттырады және ыстық балқыту қасиеттерін жақсартады және т.б. Жоғарыда аталған қасиеттердің өзгеру дәрежесі орынбасарлардың сипатына және алкил мен гидроксиалкил топтарының қатынасына байланысты өзгереді.

Целлюлоза гидроксиалкил эфирі:

Өкілдері гидроксиэтилцеллюлоза және гидроксипропилцеллюлоза. Эфирлейтін агенттер - этилен оксиді және пропилен оксиді сияқты эпоксидтер. Катализатор ретінде қышқыл немесе негізді пайдаланыңыз. Өнеркәсіптік өндіріс сілтілік целлюлозаны эфирлейтін агентпен әрекеттестіруден тұрады:гидроксиэтилцеллюлозаалмастыру құндылығы жоғары гидроксипропилцеллюлоза суық суда да, ыстық суда да ериді. Алмастыру құндылығы жоғары гидроксипропилцеллюлоза тек суық суда ериді, бірақ ыстық суда ериді емес. Гидроксиэтилцеллюлозаны латекс жабындары, тоқыма баспа және бояу пасталары, қағаз өлшемдеу материалдары, желімдер және қорғаныш коллоидтары үшін қоюландырғыш ретінде пайдалануға болады. Гидроксипропилцеллюлозаны қолдану гидроксиэтилцеллюлозаны қолданумен ұқсас. Алмастыру құндылығы төмен гидроксипропилцеллюлозаны байланыстырушы және ыдыратқыш қасиеттерге ие фармацевтикалық қосымша зат ретінде пайдалануға болады.

Карбоксиметилцеллюлоза, ағылшынша CMC аббревиатурасы, әдетте натрий тұзы түрінде кездеседі. Эфирлейтін агент - монохлорсірке қышқылы, реакция келесідей:

Карбоксиметилцеллюлоза - суда еритін целлюлоза эфирі ең көп қолданылатын түрі. Бұрын ол негізінен бұрғылау ерітіндісі ретінде пайдаланылған, бірақ қазір ол жуғыш зат, киім ерітіндісі, латекс бояуы, картон мен қағазды жабу және т.б. қоспасы ретінде қолданыла бастады. Таза карбоксиметилцеллюлозаны тамақ, дәрі-дәрмек, косметика саласында, сондай-ақ керамика мен қалыптарға арналған желім ретінде пайдалануға болады.

Полианионды целлюлоза (PAC) - ионды целлюлоза эфирі және карбоксиметилцеллюлозаның (CMC) жоғары сапалы алмастырғыш өнімі. Ол ақ, ақшыл немесе сәл сары ұнтақ немесе түйіршік, улы емес, дәмсіз, белгілі бір тұтқырлығы бар мөлдір ерітінді түзу үшін суда оңай ериді, ыстыққа төзімділігі мен тұзға төзімділігі жақсы, сондай-ақ күшті бактерияға қарсы қасиеттері бар. Зең мен тозу жоқ. Ол жоғары тазалық, жоғары алмастыру дәрежесі және алмастырғыштардың біркелкі таралу сипаттамаларына ие. Оны байланыстырушы, қоюландырғыш, реологиялық модификатор, сұйықтық шығынын азайтқыш, суспензия тұрақтандырғышы және т.б. ретінде пайдалануға болады. Полианионды целлюлоза (PAC) CMC қолданылатын барлық салаларда кеңінен қолданылады, бұл дозаны айтарлықтай азайтады, қолдануды жеңілдетеді, жақсы тұрақтылықты қамтамасыз етеді және жоғары технологиялық талаптарға сай келеді.

Цианоэтилцеллюлоза - сілтінің катализі кезінде целлюлоза мен акрилонитрилдің реакция өнімі.

Цианоэтилцеллюлоза жоғары диэлектрлік тұрақтыға және төмен шығын коэффициентіне ие және оны фосфор және электролюминесцентті шамдар үшін шайыр матрицасы ретінде пайдалануға болады. Алмастырылмаған цианоэтилцеллюлозаны трансформаторларға арналған оқшаулағыш қағаз ретінде пайдалануға болады.

Целлюлозаның жоғары майлы спирт эфирлері, алкенил эфирлері және хош иісті спирт эфирлері дайындалды, бірақ іс жүзінде қолданылмаған.

Целлюлоза эфирін дайындау әдістерін су ортасы әдісі, еріткіш әдісі, илеу әдісі, суспензия әдісі, газ-қатты әдіс, сұйық фаза әдісі және жоғарыда аталған әдістердің үйлесімі деп бөлуге болады.

5. Дайындау принципі:

Жоғары α-целлюлоза целлюлозасы сілтілі ерітіндімен сіңіріліп, оны ісініп, сутектік байланыстарды бұзады, реагенттердің диффузиясын жеңілдетеді және сілтілі целлюлозаны түзеді, содан кейін целлюлоза эфирін алу үшін этерификация агентімен әрекеттеседі. Эфирлеу агенттеріне көмірсутек галогенидтері (немесе сульфаттар), эпоксидтер және электрон акцепторлары бар α және β қанықпаған қосылыстар жатады.

6. Негізгі өнімділік:

Құрылыс құрғақ қоспа ерітіндісінің өнімділігін арттыруда қоспалар маңызды рөл атқарады және құрғақ қоспа ерітіндісіндегі материал құнының 40%-дан астамын құрайды. Ішкі нарықтағы қоспаның айтарлықтай бөлігін шетелдік өндірушілер жеткізеді, ал өнімнің анықтамалық мөлшерін жеткізуші де қамтамасыз етеді. Нәтижесінде құрғақ қоспа ерітіндісінің өнімдерінің құны жоғары болып қала береді, және кең таралған қалау және сылақ ерітінділерін көп мөлшерде және кең ассортиментте танымал ету қиын. Жоғары сапалы нарықтық өнімдерді шетелдік компаниялар бақылайды, ал құрғақ қоспа ерітіндісін өндірушілердің пайдасы төмен және бағасы қолжетімді емес; қоспаларды қолдану жүйелі және мақсатты зерттеулердің жетіспеушілігімен және шетелдік формулаларды соқыр түрде ұстанумен сипатталады.

Су ұстағыш агент құрғақ аралас ерітіндінің суды ұстау қабілетін жақсартудың негізгі қоспасы болып табылады, сонымен қатар құрғақ аралас ерітінді материалдарының құнын анықтайтын негізгі қоспалардың бірі болып табылады. Целлюлоза эфирінің негізгі қызметі - суды ұстап тұру.

Целлюлоза эфирі - белгілі бір жағдайларда сілтілік целлюлоза мен эфирлендіргіш агенттің реакциясы арқылы түзілетін өнімдер сериясының жалпы атауы. Сілтілік целлюлоза әртүрлі эфирлендіргіш агенттермен алмастырылып, әртүрлі целлюлоза эфирлері алынады. Орынбастардың иондану қасиеттеріне сәйкес, целлюлоза эфирлерін екі санатқа бөлуге болады: иондық (мысалы, карбоксиметилцеллюлоза) және иондық емес (мысалы, метилцеллюлоза). Орынбастың түріне сәйкес, целлюлоза эфирін моноэфирге (мысалы, метилцеллюлоза) және аралас эфирге (мысалы, гидроксипропил метилцеллюлоза) бөлуге болады. Әртүрлі ерігіштігіне сәйкес, оны суда ерігіштікке (мысалы, гидроксиэтилцеллюлоза) және органикалық еріткіште ерігіштікке (мысалы, этилцеллюлоза) бөлуге болады. Құрғақ аралас ерітінді негізінен суда еритін целлюлозадан тұрады, ал суда еритін целлюлоза лезде және беттік өңделген кешіктірілген ерігіштікке бөлінеді.

Целлюлоза эфирінің ерітіндідегі әсер ету механизмі келесідей:

(1) Кейінцеллюлоза эфиріЕрітінді суда еріген кезде, беттік белсенділіктің арқасында жүйеде цементті материалдың тиімді және біркелкі таралуы қамтамасыз етіледі, ал целлюлоза эфирі қорғаныш коллоид ретінде қатты бөлшектерді «орап», оның сыртқы бетінде майлағыш пленка қабаты пайда болады, бұл ерітінді жүйесін тұрақты етеді, сонымен қатар араластыру процесінде ерітіндінің сұйықтығын және құрылымның тегістігін жақсартады.

(2) Өзінің молекулалық құрылымына байланысты целлюлоза эфирі ерітіндісі ерітіндідегі ылғалды жоғалтуды жеңілдетеді және оны ұзақ уақыт бойы біртіндеп босатады, бұл ерітіндіге суды жақсы ұстау және жұмысқа жарамдылық береді.