셀룰로오스 에테르셀룰로오스로 이루어진 에테르 구조를 가진 고분자 화합물입니다. 셀룰로오스 거대분자의 각 글루코실 고리는 세 개의 히드록실기를 가지고 있는데, 여섯 번째 탄소 원자에 1차 히드록실기, 두 번째와 세 번째 탄소 원자에 2차 히드록실기가 있으며, 히드록실기의 수소가 탄화수소기로 치환되어 셀룰로오스 에테르 유도체가 생성됩니다. 셀룰로오스 고분자의 히드록실기의 수소가 탄화수소기로 치환된 생성물입니다. 셀룰로오스는 용해되거나 녹지 않는 폴리히드록시 고분자 화합물입니다. 에테르화 후 셀룰로오스는 물, 묽은 알칼리 용액, 유기 용매에 용해되며 열가소성을 가집니다.
셀룰로오스는 용해되거나 녹지 않는 폴리하이드록시 고분자 화합물입니다. 에테르화 후 셀룰로오스는 물, 묽은 알칼리 용액, 유기 용매에 용해되며 열가소성을 갖습니다.
1. 자연：
에테르화 후 셀룰로오스의 용해도는 크게 변합니다.물, 묽은 산, 묽은 알칼리 또는 유기 용매에 용해될 수 있습니다.용해도는 주로 세 가지 요인에 따라 달라집니다.(1) 에테르화 공정에서 도입된 그룹의 특성, 도입된 그룹이 클수록 용해도가 낮고 도입된 그룹의 극성이 강할수록 셀룰로오스 에테르가 물에 더 쉽게 용해됩니다.(2) 치환도 및 거대 분자 내 에테르화된 그룹의 분포.대부분 셀룰로오스 에테르는 특정 치환도 이하에서만 물에 용해될 수 있으며 치환도는 0~3 사이입니다.(3) 셀룰로오스 에테르의 중합도, 중합도가 높을수록 용해도가 낮습니다.물에 용해될 수 있는 치환도가 낮을수록 범위가 넓습니다. 우수한 성능을 지닌 셀룰로오스 에테르는 다양한 종류가 있으며, 건설, 시멘트, 석유, 식품, 섬유, 세제, 페인트, 의약품, 제지, 전자 부품 및 기타 산업 분야에서 널리 사용됩니다.
2. 개발:
중국은 세계 최대 셀룰로스 에테르 생산국이자 소비국으로, 연평균 성장률이 20%를 넘습니다. 예비 통계에 따르면, 중국에는 약 50개의 셀룰로스 에테르 생산 기업이 있으며, 셀룰로스 에테르 산업의 계획 생산 능력은 40만 톤을 초과했습니다. 1만 톤 이상 생산 기업은 약 20개에 달하며, 주로 산둥성, 허베이성, 충칭성, 장쑤성, 저장성, 상하이시 등에 분포되어 있습니다.
3. 필요사항：
2011년 중국의 CMC 생산 능력은 약 30만 톤이었습니다. 의약품, 식품, 생활화학 등 산업에서 고품질 셀룰로스 에테르에 대한 수요가 증가함에 따라 CMC 이외의 다른 셀룰로스 에테르 제품에 대한 국내 수요도 증가하고 있습니다. MC/HPMC의 생산 능력은 약 12만 톤, HEC의 생산 능력은 약 2만 톤입니다. PAC는 아직 중국에서 보급 및 응용 단계에 있습니다. 대규모 해양 유전 개발과 건자재, 식품, 화학 등 산업의 발전에 따라 PAC의 양과 분야는 해마다 증가하고 있으며, 생산 능력은 1만 톤을 넘어섰습니다.
4. 분류：
치환기의 화학 구조 분류에 따라 음이온성, 양이온성, 비이온성 에테르로 나눌 수 있습니다. 사용하는 에테르화제에 따라 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 벤질셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 시아노에틸셀룰로오스, 벤질시아노에틸셀룰로오스, 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로오스, 페닐셀룰로오스 등이 있습니다. 메틸셀룰로오스와 에틸셀룰로오스가 더 실용적입니다.
메틸셀룰로오스：
정제된 면을 알칼리 처리한 후, 메탄 클로라이드를 에테르화제로 사용하여 일련의 반응을 거쳐 셀룰로스 에테르를 생성합니다. 일반적으로 치환도는 1.6~2.0이며, 치환도에 따라 용해도가 달라집니다. 이는 비이온성 셀룰로스 에테르에 속합니다.
(1) 메틸셀룰로오스는 냉수에는 잘 녹고, 온수에는 잘 녹지 않습니다. 수용액은 pH 3~12 범위에서 매우 안정하며, 전분, 구아검 등 및 여러 계면활성제와 상용성이 좋습니다. 온도가 겔화 온도에 도달하면 겔화가 일어납니다.
(2) 메틸셀룰로오스의 보수율은 첨가량, 점도, 입자 크기 및 용해 속도에 따라 달라집니다. 일반적으로 첨가량이 많고, 미립도가 작고, 점도가 높을수록 보수율이 높습니다. 이 중 첨가량이 보수율에 가장 큰 영향을 미치며, 점도 수준은 보수율 수준에 정비례하지 않습니다. 용해 속도는 주로 셀룰로오스 입자의 표면 개질 정도와 입자 미립도에 따라 달라집니다. 상기 셀룰로오스 에테르 중 메틸셀룰로오스와 히드록시프로필메틸셀룰로오스가 보수율이 더 높습니다.
(3) 온도 변화는 메틸셀룰로오스의 보수성에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 일반적으로 온도가 높을수록 보수성이 저하됩니다. 모르타르 온도가 40°C를 초과하면 메틸셀룰로오스의 보수성이 크게 감소하여 모르타르 시공에 심각한 영향을 미칩니다.
(4)메틸셀룰로오스모르타르의 작업성과 응집력에 상당한 영향을 미칩니다. 여기서 "접착력"이란 작업자의 도포 도구와 벽체 바탕 사이에 느껴지는 접착력, 즉 모르타르의 전단 저항력을 의미합니다. 접착력이 높고, 모르타르의 전단 저항력이 크며, 사용 과정에서 작업자가 요구하는 강도 또한 크므로 모르타르의 시공 성능이 좋지 않습니다. 셀룰로스 에테르 제품에서 메틸셀룰로오스의 응집력은 중간 수준입니다.
하이드록시프로필메틸셀룰로오스:
히드록시프로필 메틸셀룰로오스는 생산량과 소비량이 빠르게 증가하고 있는 셀룰로오스 품종입니다. 정제된 면을 프로필렌 옥사이드와 염화메틸을 에테르화제로 사용하여 알칼리화한 후 일련의 반응을 거쳐 제조한 비이온성 셀룰로오스 혼합 에테르입니다. 치환도는 일반적으로 1.2~2.0이며, 메톡실기 함량과 히드록시프로필 함량의 비율에 따라 특성이 달라집니다.
(1) 히드록시프로필 메틸셀룰로오스는 냉수에는 잘 녹지만, 뜨거운 물에는 잘 녹지 않습니다. 그러나 뜨거운 물에서의 겔화 온도는 메틸셀룰로오스보다 훨씬 높습니다. 또한, 냉수에서의 용해도도 메틸셀룰로오스보다 크게 향상됩니다.
(2) 히드록시프로필메틸셀룰로오스의 점도는 분자량과 관련이 있으며, 분자량이 클수록 점도가 높아집니다. 온도 또한 점도에 영향을 미치며, 온도가 증가함에 따라 점도는 감소합니다. 그러나 히드록시프로필메틸셀룰로오스의 높은 점도와 온도의 영향은 메틸셀룰로오스보다 적습니다. 용액은 실온에서 보관 시 안정합니다.
(3) 하이드록시프로필메틸셀룰로오스의 보수성은 첨가량, 점도 등에 따라 달라지며, 동일 첨가량에서의 보수성은 메틸셀룰로오스보다 높다.
(4)히드록시프로필 메틸셀룰로오스산과 알칼리에 안정하며, 수용액은 pH 2~12 범위에서 매우 안정합니다. 가성소다와 석회수는 성능에 거의 영향을 미치지 않지만, 알칼리는 용해 속도를 높이고 점도를 약간 증가시킬 수 있습니다. 히드록시프로필메틸셀룰로오스는 일반적인 염에 안정하지만, 염 용액의 농도가 높아지면 히드록시프로필메틸셀룰로오스 용액의 점도가 증가하는 경향이 있습니다.
(5) 히드록시프로필 메틸셀룰로오스는 폴리비닐알코올, 전분 에테르, 식물성 검 등과 같은 수용성 고분자 화합물과 혼합하여 균일하고 점도가 높은 용액을 형성할 수 있습니다.
(6) 히드록시프로필메틸셀룰로오스는 메틸셀룰로오스보다 효소저항성이 우수하고, 그 용액은 메틸셀룰로오스보다 효소에 의해 분해될 가능성이 적습니다.
(7) 히드록시프로필메틸셀룰로오스는 메틸셀룰로오스보다 모르타르 시공에 대한 접착력이 높다.
히드록시에틸셀룰로오스：
알칼리 처리된 정제면을 사용하여 제조되며, 이소프로판올 존재 하에 에틸렌 옥사이드를 에테르화제로 사용하여 반응시킵니다. 치환도는 일반적으로 1.5~2.0입니다. 친수성이 강하고 습기를 쉽게 흡수합니다.
(1) 히드록시에틸셀룰로오스는 냉수에는 용해되지만, 열수에는 용해되기 어렵습니다. 용액은 고온에서 겔화되지 않고 안정합니다. 모르타르에서 고온에서 장시간 사용이 가능하지만, 보수성은 메틸셀룰로오스보다 낮습니다.
(2) 히드록시에틸셀룰로오스는 일반적인 산과 알칼리에 안정하며, 알칼리는 용해를 촉진하고 점도를 약간 증가시킬 수 있다. 물에 대한 분산성은 메틸셀룰로오스와 히드록시프로필메틸셀룰로오스보다 약간 떨어진다.
(3) 히드록시에틸셀룰로오스는 모르타르에 대해서는 처짐방지성능이 우수하나 시멘트에 대해서는 지연시간이 길다.
(4) 국내 일부 기업에서 생산하는 히드록시에틸셀룰로오스는 수분함량이 높고 회분함량이 높아 메틸셀룰로오스에 비해 성능이 현저히 낮다.
(5) 히드록시에틸셀룰로오스 수용액의 곰팡이 발생은 비교적 심각합니다. 약 40°C의 온도에서 곰팡이 발생은 3~5일 이내에 발생할 수 있으며, 이는 성능에 영향을 미칩니다.
카르복시메틸셀룰로오스：
로닉 셀룰로스 에테르는 천연 섬유(면 등)를 알칼리 처리 후 모노클로로아세트산나트륨을 에테르화제로 사용하여 일련의 반응 처리를 거쳐 제조됩니다. 치환도는 일반적으로 0.4~1.4이며, 치환도에 따라 성능이 크게 좌우됩니다.
(1) 카르복시메틸셀룰로오스는 흡습성이 더 강하여 일반적인 조건에서 보관할 경우 수분을 더 많이 함유하게 됩니다.
(2) 카르복시메틸셀룰로오스 수용액은 겔을 생성하지 않으며, 온도가 증가함에 따라 점도가 감소한다. 온도가 50°C를 초과하면 점도는 비가역적이다.
(3) 안정성은 pH에 크게 영향을 받습니다. 일반적으로 석고계 모르타르에는 사용할 수 있지만 시멘트계 모르타르에는 사용할 수 없습니다. 알칼리성이 높으면 점도가 낮아집니다.
(4) 카르복시메틸셀룰로오스는 메틸셀룰로오스에 비해 보수성이 매우 낮습니다. 석고계 모르타르의 경화를 지연시키고 강도를 저하시키는 단점이 있습니다. 그러나 카르복시메틸셀룰로오스의 가격은 메틸셀룰로오스보다 현저히 낮습니다.
셀룰로오스 알킬 에테르：
대표적인 에테르화제로는 메틸셀룰로오스와 에틸셀룰로오스가 있습니다. 산업 생산에서는 일반적으로 염화메틸이나 염화에틸이 에테르화제로 사용되며, 반응식은 다음과 같습니다.
화학식에서 R은 CH3 또는 C2H5를 나타낸다. 알칼리 농도는 에테르화 정도뿐만 아니라 알킬 할라이드의 소비에도 영향을 미친다. 알칼리 농도가 낮을수록 알킬 할라이드의 가수분해가 강해진다. 에테르화제의 소비를 줄이려면 알칼리 농도를 높여야 한다. 그러나 알칼리 농도가 너무 높으면 셀룰로스의 팽윤 효과가 감소하여 에테르화 반응이 촉진되지 않아 에테르화 정도가 감소한다. 이를 위해 반응 중에 농축된 가성소다 또는 고체 가성소다를 첨가할 수 있다. 반응기는 알칼리가 고르게 분포될 수 있도록 교반 및 분쇄 장치가 잘 갖춰져야 한다. 메틸셀룰로오스는 증점제, 접착제, 보호 콜로이드 등으로 널리 사용됩니다. 또한 유화 중합용 분산제, 종자용 결합 분산제, 섬유 슬러리, 식품 및 화장품 첨가제, 의료용 접착제, 약물 코팅재로도 사용될 수 있으며, 라텍스 페인트, 인쇄 잉크, 세라믹 생산에 사용되거나 시멘트에 혼합되어 경화 시간 조절 및 초기 강도 향상 등에 사용됩니다. 에틸셀룰로오스 제품은 높은 기계적 강도, 유연성, 내열성 및 내한성을 가지고 있습니다. 저치환도 에틸셀룰로오스는 물과 묽은 알칼리 용액에 용해되고, 고치환도 제품은 대부분의 유기 용매에 용해됩니다. 다양한 수지 및 가소제와의 상용성이 우수합니다. 플라스틱, 필름, 바니시, 접착제, 라텍스 및 약물용 코팅재 등을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 셀룰로오스 알킬 에테르에 히드록시알킬기를 도입하면 용해도가 향상되고, 염석에 대한 민감도가 낮아지고, 겔화 온도가 높아지고, 열 용융 특성이 개선되는 등의 효과가 있습니다. 이러한 특성의 변화 정도는 치환기의 특성과 알킬기와 히드록시알킬기의 비율에 따라 달라집니다.
셀룰로오스 히드록시알킬 에테르：
대표적인 에테르화제는 히드록시에틸셀룰로오스와 히드록시프로필셀룰로오스입니다. 에테르화제는 에틸렌옥사이드와 프로필렌옥사이드와 같은 에폭사이드입니다. 촉매로는 산이나 염기를 사용합니다. 산업적 생산은 알칼리 셀룰로오스를 에테르화제와 반응시키는 것입니다.히드록시에틸셀룰로오스치환가가 높은 히드록시프로필셀룰로오스는 냉수와 온수 모두에 용해됩니다. 치환가가 높은 히드록시프로필셀룰로오스는 냉수에만 용해되고 온수에는 용해되지 않습니다. 히드록시에틸셀룰로오스는 라텍스 코팅, 섬유 인쇄 및 염색 페이스트, 종이 사이징 재료, 접착제 및 보호 콜로이드의 증점제로 사용할 수 있습니다. 히드록시프로필셀룰로오스의 용도는 히드록시에틸셀룰로오스와 유사합니다. 치환가가 낮은 히드록시프로필셀룰로오스는 결합 및 붕해 특성을 모두 갖는 제약 부형제로 사용할 수 있습니다.
카르복시메틸셀룰로오스(영어 약칭 CMC)는 일반적으로 나트륨염 형태로 존재합니다. 에테르화제는 모노클로로아세트산이며, 반응은 다음과 같습니다.
카르복시메틸셀룰로오스는 가장 널리 사용되는 수용성 셀룰로오스 에테르입니다. 과거에는 주로 드릴링 머드로 사용되었지만, 현재는 세제, 의류 슬러리, 라텍스 페인트, 골판지 및 종이 코팅 등의 첨가제로 사용 범위가 확대되었습니다. 순수 카르복시메틸셀룰로오스는 식품, 의약품, 화장품뿐 아니라 세라믹 및 금형 접착제로도 사용할 수 있습니다.
폴리음이온 셀룰로스(PAC)는 이온성 셀룰로스 에테르로, 카르복시메틸 셀룰로스(CMC)의 고급 대체재입니다. 흰색, 회백색 또는 연한 노란색 분말 또는 과립으로, 무독성, 무미이며, 물에 쉽게 용해되어 일정 점도의 투명한 용액을 형성합니다. 내열성, 안정성, 내염성이 우수하며 항균성이 강합니다. 곰팡이 발생이나 변질도 없습니다. 고순도, 높은 치환도, 그리고 치환기의 균일한 분포라는 특성을 가지고 있습니다. 결합제, 증점제, 유동 조절제, 유체 손실 감소제, 현탁 안정제 등으로 사용될 수 있습니다. 폴리음이온 셀룰로스(PAC)는 CMC가 적용될 수 있는 모든 산업 분야에서 널리 사용되고 있으며, 사용량을 크게 줄이고, 사용을 용이하게 하며, 안정성을 높이고, 더 높은 공정 요건을 충족할 수 있습니다.
시아노에틸셀룰로오스는 알칼리 촉매 하에서 셀룰로오스와 아크릴로니트릴이 반응하여 생성되는 생성물입니다.
시아노에틸셀룰로오스는 높은 유전율과 낮은 손실 계수를 가지며, 형광등과 전계발광램프의 수지 매트릭스로 사용될 수 있습니다. 저치환도 시아노에틸셀룰로오스는 변압기의 절연지로 사용될 수 있습니다.
셀룰로오스의 고급 지방 알코올 에테르, 알케닐 에테르, 방향족 알코올 에테르가 제조되었지만 실제로 사용되지는 않았습니다.
셀룰로오스 에테르의 제조 방법은 물매체법, 용매법, 반죽법, 슬러리법, 기체-고체법, 액상법 및 상기 방법의 조합으로 나눌 수 있다.
5. 준비 원리:
고α-셀룰로오스 펄프를 알칼리 용액에 침지하여 팽윤시켜 수소 결합을 더 많이 파괴하고, 시약의 확산을 촉진하여 알칼리 셀룰로오스를 생성한 후, 에테르화제와 반응시켜 셀룰로오스 에테르를 얻습니다. 에테르화제에는 탄화수소 할로겐화물(또는 황산염), 에폭시드, 그리고 전자 수용체를 갖는 α 및 β 불포화 화합물이 포함됩니다.
6. 기본 성능:
혼화제는 건축용 건식 모르타르의 성능 향상에 핵심적인 역할을 하며, 건식 모르타르 원가의 40% 이상을 차지합니다. 국내 시장에서 혼화제의 상당 부분은 해외 제조업체에서 공급하고 있으며, 제품의 기준량 또한 공급업체에서 제공합니다. 따라서 건식 모르타르 제품의 가격은 여전히 높고, 대량 생산 및 다양한 종류의 일반 석조 및 미장 모르타르를 대중화하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 고가 시장 제품은 해외 기업이 장악하고 있으며, 건식 모르타르 제조업체는 수익성이 낮고 가격 경쟁력도 취약합니다. 혼화제 적용에 대한 체계적이고 집중적인 연구가 부족하며, 외국 공식을 맹목적으로 따르고 있습니다.
보수제는 건식혼합 모르타르의 보수 성능을 향상시키는 핵심 혼화제이며, 건식혼합 모르타르 재료의 가격을 결정하는 주요 혼화제 중 하나이기도 합니다. 셀룰로스 에테르의 주요 기능은 보수입니다.
셀룰로오스 에테르는 특정 조건 하에서 알칼리 셀룰로오스와 에테르화제의 반응에 의해 생성되는 일련의 생성물에 대한 총칭입니다.알칼리 셀룰로오스는 다양한 에테르화제로 대체되어 다양한 셀룰로오스 에테르를 얻습니다.치환기의 이온화 특성에 따라 셀룰로오스 에테르는 이온성(예: 카르복시메틸 셀룰로오스)과 비이온성(예: 메틸 셀룰로오스)의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.치환기의 종류에 따라 셀룰로오스 에테르는 모노에테르(예: 메틸 셀룰로오스)와 혼합 에테르(예: 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스)로 나눌 수 있습니다.용해도에 따라 수용성(예: 히드록시에틸 셀룰로오스)과 유기 용매 용해성(예: 에틸 셀룰로오스)으로 나눌 수 있습니다.건식 혼합 모르타르는 주로 수용성 셀룰로오스이며, 수용성 셀룰로오스는 즉시형과 표면 처리된 지연 용해형으로 나뉩니다.
모르타르에서 셀룰로오스 에테르의 작용 기전은 다음과 같다.
(1) 이후셀룰로스 에테르모르타르는 물에 용해되며, 표면 활성으로 인해 시스템 내의 시멘트 재료의 효과적이고 균일한 분포가 보장되고, 보호 콜로이드인 셀룰로오스 에테르는 고체 입자를 "감싸고" 외부 표면에 윤활 필름 층을 형성하여 모르타르 시스템을 더 안정적으로 만들고 혼합 과정에서 모르타르의 유동성과 시공의 매끄러움을 개선합니다.
(2) 셀룰로오스 에테르 용액은 자체의 분자구조로 인해 모르타르 내의 수분이 쉽게 유출되지 않으며, 장기간에 걸쳐 점차적으로 방출되어 모르타르에 양호한 보수성과 작업성을 부여합니다.
게시 시간: 2024년 4월 28일