Cellulose-etherCellulose is een polymeerverbinding met een etherstructuur, gemaakt van cellulose. Elke glucosylring in het cellulosemacromolecuul bevat drie hydroxylgroepen: de primaire hydroxylgroep op het zesde koolstofatoom, de secundaire hydroxylgroep op het tweede en derde koolstofatoom, en de waterstof in de hydroxylgroep is vervangen door een koolwaterstofgroep om cellulose-etherderivaten te genereren. Het is een product waarin de waterstof van de hydroxylgroep in het cellulosepolymeer is vervangen door een koolwaterstofgroep. Cellulose is een polyhydroxypolymeerverbinding die niet oplost of smelt. Na verethering is cellulose oplosbaar in water, een verdunde alkalische oplossing en een organisch oplosmiddel, en heeft het thermoplasticiteit.
Cellulose is een polyhydroxypolymeerverbinding die niet oplost of smelt. Na verethering is cellulose oplosbaar in water, een verdunde alkalische oplossing en een organisch oplosmiddel, en heeft het thermoplasticiteit.
1. Natuur:
De oplosbaarheid van cellulose na verethering verandert aanzienlijk. Het kan worden opgelost in water, verdund zuur, verdunde alkali of organisch oplosmiddel. De oplosbaarheid hangt voornamelijk af van drie factoren: (1) De kenmerken van de groepen die worden geïntroduceerd in het veretheringsproces, de geïntroduceerde Hoe groter de groep, hoe lager de oplosbaarheid en hoe sterker de polariteit van de geïntroduceerde groep, hoe gemakkelijker de cellulose-ether oplost in water; (2) De substitutiegraad en de verdeling van veretherde groepen in het macromolecuul. De meeste cellulose-ethers kunnen alleen in water worden opgelost onder een bepaalde substitutiegraad, en de substitutiegraad ligt tussen 0 en 3; (3) De polymerisatiegraad van cellulose-ether, hoe hoger de polymerisatiegraad, hoe minder oplosbaar; Hoe lager de substitutiegraad die in water kan worden opgelost, hoe breder het bereik. Er zijn veel soorten cellulose-ethers met uitstekende prestaties en ze worden veel gebruikt in de bouw, cement-, petroleum-, voedingsmiddelen-, textiel-, schoonmaakmiddelen-, verf-, medicijn-, papier- en elektronische componentenindustrie en andere industrieën.
2. Ontwikkelen:
China is 's werelds grootste producent en consument van cellulose-ether, met een gemiddelde jaarlijkse groei van meer dan 20%. Volgens voorlopige statistieken zijn er ongeveer 50 cellulose-ether producerende bedrijven in China, met een geplande productiecapaciteit van meer dan 400.000 ton. Daarnaast zijn er ongeveer 20 bedrijven met meer dan 10.000 ton, voornamelijk verspreid over Shandong, Hebei, Chongqing en Jiangsu, Zhejiang, Shanghai en andere plaatsen.
3. Nodig:
In 2011 bedroeg de Chinese CMC-productiecapaciteit ongeveer 300.000 ton. Met de groeiende vraag naar hoogwaardige cellulose-ethers in industrieën zoals de geneeskunde, de voedingsmiddelenindustrie en de dagelijkse chemische industrie, neemt de binnenlandse vraag naar andere cellulose-etherproducten dan CMC toe. De productiecapaciteit van MC/HPMC bedraagt ongeveer 120.000 ton en die van HEC ongeveer 20.000 ton. PAC bevindt zich in China nog in de promotie- en toepassingsfase. Met de ontwikkeling van grote offshore-olievelden en de ontwikkeling van bouwmaterialen, de voedingsmiddelenindustrie, de chemische industrie en andere industrieën, nemen de hoeveelheid en het toepassingsgebied van PAC jaar na jaar toe en breiden ze zich uit, met een productiecapaciteit van meer dan 10.000 ton.
4. Classificatie:
Volgens de chemische structuurclassificatie van substituenten kunnen ze worden onderverdeeld in anionische, kationische en niet-ionische ethers. Afhankelijk van het gebruikte veretheringsmiddel zijn er methylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, carboxymethylcellulose, ethylcellulose, benzylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, cyanoethylcellulose, benzylcyanoethylcellulose, carboxymethylhydroxyethylcellulose en fenylcellulose, enz. Methylcellulose en ethylcellulose zijn praktischer.
Methylcellulose:
Nadat het geraffineerde katoen met alkali is behandeld, ontstaat cellulose-ether door een reeks reacties met methaanchloride als veretheringsmiddel. Over het algemeen ligt de substitutiegraad tussen 1,6 en 2,0, en de oplosbaarheid verschilt per substitutiegraad. Het behoort tot de niet-ionogene cellulose-ether.
(1) Methylcellulose is oplosbaar in koud water, maar lost moeilijk op in warm water. De waterige oplossing is zeer stabiel in het pH-bereik van 3 tot 12. Het is goed compatibel met zetmeel, guargom, enz. en vele oppervlakteactieve stoffen. Wanneer de temperatuur de geleringstemperatuur bereikt, treedt gelering op.
(2) De waterretentie van methylcellulose hangt af van de toegevoegde hoeveelheid, viscositeit, deeltjesgrootte en oplossnelheid. Over het algemeen geldt: hoe groter de toegevoegde hoeveelheid, hoe kleiner de fijnheid en hoe groter de viscositeit, hoe hoger de waterretentie. De toegevoegde hoeveelheid heeft de grootste invloed op de waterretentie, en de viscositeit is niet recht evenredig met de waterretentie. De oplossnelheid hangt voornamelijk af van de mate van oppervlaktemodificatie van de cellulosedeeltjes en de fijnheid van de deeltjes. Van de bovengenoemde cellulose-ethers hebben methylcellulose en hydroxypropylmethylcellulose een hogere waterretentie.
(3) Temperatuurveranderingen kunnen de waterretentie van methylcellulose ernstig beïnvloeden. Over het algemeen geldt: hoe hoger de temperatuur, hoe slechter de waterretentie. Als de morteltemperatuur hoger is dan 40 °C, zal de waterretentie van methylcellulose aanzienlijk afnemen, wat ernstige gevolgen heeft voor de constructie van de mortel.
(4)Methylcelluloseheeft een significante invloed op de verwerkbaarheid en cohesie van de mortel. De "hechtkracht" verwijst hier naar de bindingskracht die wordt gevoeld tussen het aanbrenggereedschap van de gebruiker en de wandondergrond, dat wil zeggen de schuifweerstand van de mortel. De hechtkracht is hoog, de schuifweerstand van de mortel is groot en de sterkte die de gebruiker tijdens het gebruik nodig heeft, is eveneens groot, terwijl de constructieprestaties van de mortel slecht zijn. De cohesie van methylcellulose is gemiddeld in cellulose-etherproducten.
Hydroxypropylmethylcellulose:
Hydroxypropylmethylcellulose is een cellulosevariant waarvan de productie en consumptie snel toenemen. Het is een niet-ionogene cellulosemengselether, gemaakt van geraffineerd katoen na alkalisatie, met propyleenoxide en methylchloride als veretheringsmiddel, via een reeks reacties. De substitutiegraad is over het algemeen 1,2 tot 2,0. De eigenschappen variëren afhankelijk van de verhouding tussen methoxylgehalte en hydroxypropylgehalte.
(1) Hydroxypropylmethylcellulose is gemakkelijk oplosbaar in koud water, maar zal moeilijk oplossen in warm water. De geleringstemperatuur in warm water is echter aanzienlijk hoger dan die van methylcellulose. De oplosbaarheid in koud water is ook aanzienlijk verbeterd in vergelijking met methylcellulose.
(2) De viscositeit van hydroxypropylmethylcellulose is gerelateerd aan het molecuulgewicht, en hoe hoger het molecuulgewicht, hoe hoger de viscositeit. Temperatuur beïnvloedt ook de viscositeit: naarmate de temperatuur stijgt, neemt de viscositeit af. De invloed van de hoge viscositeit en temperatuur is echter geringer dan die van methylcellulose. De oplossing is stabiel bij opslag bij kamertemperatuur.
(3) De waterretentie van hydroxypropylmethylcellulose hangt af van de toegevoegde hoeveelheid, de viscositeit, enz., en de waterretentiesnelheid onder dezelfde toegevoegde hoeveelheid is hoger dan die van methylcellulose.
(4)Hydroxypropylmethylcelluloseis stabiel ten opzichte van zuur en alkali, en de waterige oplossing is zeer stabiel in het pH-bereik van 2 tot 12. Natronloog en kalkwater hebben weinig effect op de werking, maar alkali kan het oplossen versnellen en de viscositeit licht verhogen. Hydroxypropylmethylcellulose is stabiel ten opzichte van gewone zouten, maar bij een hoge concentratie van de zoutoplossing heeft de viscositeit van de hydroxypropylmethylcellulose-oplossing de neiging toe te nemen.
(5) Hydroxypropylmethylcellulose kan worden gemengd met in water oplosbare polymeerverbindingen om een uniforme oplossing met een hogere viscositeit te vormen, zoals polyvinylalcohol, zetmeelether, plantaardige gom, enz.
(6) Hydroxypropylmethylcellulose heeft een betere enzymresistentie dan methylcellulose, en de kans dat de oplossing ervan door enzymen wordt afgebroken is kleiner dan bij methylcellulose.
(7) De hechting van hydroxypropylmethylcellulose aan mortelconstructies is hoger dan die van methylcellulose.
Hydroxyethylcellulose:
Het is gemaakt van geraffineerd katoen, behandeld met alkali en in aanwezigheid van isopropanol omgezet met ethyleenoxide als veretheringsmiddel. De substitutiegraad is over het algemeen 1,5 tot 2,0. Het heeft een sterke hydrofiliteit en absorbeert gemakkelijk vocht.
(1) Hydroxyethylcellulose is oplosbaar in koud water, maar moeilijk oplosbaar in heet water. De oplossing is stabiel bij hoge temperaturen zonder te geleren. Het kan langdurig worden gebruikt bij hoge temperaturen in mortel, maar de waterretentie is lager dan die van methylcellulose.
(2) Hydroxyethylcellulose is bestand tegen algemene zuren en basen, en basen kunnen de oplosbaarheid ervan versnellen en de viscositeit licht verhogen. De dispergeerbaarheid in water is iets slechter dan die van methylcellulose en hydroxypropylmethylcellulose.
(3) Hydroxyethylcellulose heeft een goede anti-uitzakkingswerking voor mortel, maar heeft een langere vertragingstijd voor cement.
(4) De prestatie van hydroxyethylcellulose, geproduceerd door sommige binnenlandse ondernemingen, is duidelijk lager dan die van methylcellulose vanwege het hoge watergehalte en het hoge asgehalte.
(5) Schimmelvorming in de waterige oplossing van hydroxyethylcellulose is relatief ernstig. Bij een temperatuur van ongeveer 40 °C kan binnen 3 tot 5 dagen schimmelvorming optreden, wat de werking ervan beïnvloedt.
Carboxymethylcellulose:
Lonic cellulose-ether wordt gemaakt van natuurlijke vezels (katoen, enz.) na een alkalische behandeling met natriummonochlooracetaat als veretheringsmiddel en een reeks reactiebehandelingen. De substitutiegraad is over het algemeen 0,4 tot 1,4, en de prestaties worden sterk beïnvloed door de substitutiegraad.
(1) Carboxymethylcellulose is hygroscopischer en zal meer water bevatten als het onder algemene omstandigheden wordt bewaard.
(2) Een waterige carboxymethylcelluloseoplossing vormt geen gel en de viscositeit neemt af met toenemende temperatuur. Wanneer de temperatuur boven de 50 °C komt, is de viscositeit irreversibel.
(3) De stabiliteit wordt sterk beïnvloed door de pH-waarde. Het kan over het algemeen worden gebruikt in gipsmortel, maar niet in cementmortel. Bij een hoge alkaliniteit verliest het zijn viscositeit.
(4) De waterretentie is veel lager dan die van methylcellulose. Het heeft een vertragende werking op gipsmortel en vermindert de sterkte ervan. De prijs van carboxymethylcellulose is echter aanzienlijk lager dan die van methylcellulose.
Cellulose-alkylether:
Representatieve voorbeelden zijn methylcellulose en ethylcellulose. In de industriële productie wordt methylchloride of ethylchloride over het algemeen gebruikt als veretheringsmiddel, en de reactie verloopt als volgt:
In de formule staat R voor CH3 of C2H5. De alkaliconcentratie beïnvloedt niet alleen de veretheringsgraad, maar ook het verbruik van alkylhalogeniden. Hoe lager de alkaliconcentratie, hoe sterker de hydrolyse van het alkylhalogenide. Om het verbruik van veretheringsmiddel te verminderen, moet de alkaliconcentratie worden verhoogd. Wanneer de alkaliconcentratie echter te hoog is, vermindert het zwellende effect van cellulose, wat niet bevorderlijk is voor de veretheringsreactie, en dus ook de veretheringsgraad. Hiervoor kan geconcentreerd loog of vast loog tijdens de reactie worden toegevoegd. De reactor moet een goede roer- en scheurinrichting hebben, zodat de alkali gelijkmatig kan worden verdeeld. Methylcellulose wordt veel gebruikt als verdikkingsmiddel, kleefstof en beschermend colloïde, enz. Het kan ook worden gebruikt als dispergeermiddel voor emulsiepolymerisatie, als bindmiddel voor zaden, als textielslurry, als additief voor voedingsmiddelen en cosmetica, als medische kleefstof, als coatingmateriaal voor geneesmiddelen, en voor gebruik in latexverf, drukinkt, keramiekproductie en bij het mengen in cement. Het wordt gebruikt om de uithardingstijd te regelen en de initiële sterkte te verhogen, enz. Ethylcelluloseproducten hebben een hoge mechanische sterkte, flexibiliteit, hittebestendigheid en koudebestendigheid. Laaggesubstitueerde ethylcellulose is oplosbaar in water en verdunde alkalische oplossingen, terwijl hooggesubstitueerde producten oplosbaar zijn in de meeste organische oplosmiddelen. Het is goed compatibel met diverse harsen en weekmakers. Het kan worden gebruikt voor de productie van kunststoffen, films, lakken, kleefstoffen, latex en coatingmaterialen voor medicijnen, enz. Door hydroxyalkylgroepen toe te voegen aan cellulose-alkylethers kan de oplosbaarheid ervan worden verbeterd, de gevoeligheid voor uitzouten worden verminderd, de geleringstemperatuur worden verhoogd en de smelteigenschappen worden verbeterd, enz. De mate van verandering in de bovenstaande eigenschappen varieert met de aard van de substituenten en de verhouding van alkyl- tot hydroxyalkylgroepen.
Cellulosehydroxyalkylether:
Representatieve voorbeelden zijn hydroxyethylcellulose en hydroxypropylcellulose. Veretherende middelen zijn epoxiden zoals ethyleenoxide en propyleenoxide. Gebruik zuur of base als katalysator. Industriële productie bestaat uit het laten reageren van alkalicellulose met veretheringsmiddel:hydroxyethylcellulosemet een hoge substitutiewaarde is oplosbaar in zowel koud als warm water. Hydroxypropylcellulose met een hoge substitutiewaarde is alleen oplosbaar in koud water, maar niet in warm water. Hydroxyethylcellulose kan worden gebruikt als verdikkingsmiddel voor latexcoatings, textieldruk- en verfpasta's, papierlijm, kleefstoffen en beschermende colloïden. Het gebruik van hydroxypropylcellulose is vergelijkbaar met dat van hydroxyethylcellulose. Hydroxypropylcellulose met een lage substitutiewaarde kan worden gebruikt als farmaceutische hulpstof, die zowel bindende als desintegrerende eigenschappen kan hebben.
Carboxymethylcellulose, de Engelse afkorting CMC, komt over het algemeen voor in de vorm van natriumzout. Het veretheringsmiddel is monochloorazijnzuur en de reactie verloopt als volgt:
Carboxymethylcellulose is de meest gebruikte in water oplosbare cellulose-ether. Vroeger werd het voornamelijk gebruikt als boorspoeling, maar tegenwoordig wordt het ook gebruikt als additief voor wasmiddelen, kledingslurry, latexverf, coatings voor karton en papier, enz. Zuivere carboxymethylcellulose kan worden gebruikt in de voeding, medicijnen, cosmetica en ook als lijm voor keramiek en mallen.
Polyanionische cellulose (PAC) is een ionische cellulose-ether en een hoogwaardig vervangingsproduct voor carboxymethylcellulose (CMC). Het is een wit, gebroken wit of lichtgeel poeder of granulaat, niet-giftig, smaakloos, gemakkelijk oplosbaar in water tot een transparante oplossing met een bepaalde viscositeit, heeft een betere hittebestendigheid en zoutbestendigheid, en sterke antibacteriële eigenschappen. Het product vertoont geen schimmelvorming of aantasting. Het heeft de kenmerken van een hoge zuiverheid, een hoge substitutiegraad en een uniforme verdeling van substituenten. Het kan worden gebruikt als bindmiddel, verdikkingsmiddel, reologiemodificator, vloeistofverliesverminderaar, suspensiestabilisator, enz. Polyanionische cellulose (PAC) wordt veel gebruikt in alle industrieën waar CMC kan worden toegepast, wat de dosering aanzienlijk kan verlagen, het gebruik kan vereenvoudigen, een betere stabiliteit kan bieden en kan voldoen aan hogere proceseisen.
Cyaanethylcellulose is een reactieproduct van cellulose en acrylonitril onder katalyse van alkali.
Cyaanethylcellulose heeft een hoge diëlektrische constante en een lage verliescoëfficiënt en kan worden gebruikt als harsmatrix voor fosfor- en elektroluminescentielampen. Laaggesubstitueerde cyanoethylcellulose kan worden gebruikt als isolatiepapier voor transformatoren.
Hogere vetalcoholethers, alkenylethers en aromatische alcoholethers van cellulose zijn bereid, maar niet in de praktijk gebruikt.
De bereidingsmethoden van cellulose-ether kunnen worden onderverdeeld in de watermediummethode, de oplosmiddelmethode, de kneedmethode, de slurrymethode, de gas-vaste methode, de vloeibare fasemethode en een combinatie van de bovenstaande methoden.
5. Voorbereidingsprincipe:
De pulp met een hoog α-gehalte wordt gedrenkt in een alkalische oplossing om deze te laten zwellen en zo meer waterstofbruggen te vernietigen, de diffusie van reagentia te bevorderen en alkalicellulose te genereren. Vervolgens reageert de pulp met een veretheringsmiddel om cellulose-ether te verkrijgen. Veretheringsmiddelen omvatten koolwaterstofhalogeniden (of sulfaten), epoxiden en α- en β-onverzadigde verbindingen met elektronenacceptoren.
6. Basisprestaties:
Hulpstoffen spelen een belangrijke rol bij het verbeteren van de prestaties van droog gemengde mortel en vertegenwoordigen meer dan 40% van de materiaalkosten voor droog gemengde mortel. Een aanzienlijk deel van de hulpstoffen op de binnenlandse markt wordt geleverd door buitenlandse fabrikanten, en de referentiedosering van het product wordt ook door de leverancier verstrekt. Hierdoor blijven de kosten van droog gemengde mortelproducten hoog en is het moeilijk om gangbare metsel- en pleistermortels met een grote hoeveelheid en een breed assortiment te populariseren. Hoogwaardige producten worden beheerd door buitenlandse bedrijven, en fabrikanten van droog gemengde mortel hebben lage winsten en een slechte prijs-kwaliteitverhouding; de toepassing van hulpstoffen ontbreekt systematisch en gericht onderzoek en er wordt blindelings gebruikgemaakt van buitenlandse formules.
Waterretentiemiddel is een belangrijke hulpstof om de waterretentie van drooggemengde mortel te verbeteren, en het is tevens een van de belangrijkste hulpstoffen die de kosten van drooggemengde mortelmaterialen bepalen. De belangrijkste functie van cellulose-ether is waterretentie.
Cellulose-ether is een algemene term voor een reeks producten die onder bepaalde omstandigheden worden geproduceerd door de reactie van alkalicellulose en een veretheringsmiddel. Alkalicellulose wordt vervangen door verschillende veretheringsmiddelen om verschillende cellulose-ethers te verkrijgen. Afhankelijk van de ioniserende eigenschappen van substituenten kunnen cellulose-ethers worden onderverdeeld in twee categorieën: ionische (zoals carboxymethylcellulose) en niet-ionische (zoals methylcellulose). Afhankelijk van het type substituent kan cellulose-ether worden onderverdeeld in monoether (zoals methylcellulose) en gemengde ether (zoals hydroxypropylmethylcellulose). Afhankelijk van de verschillende oplosbaarheid kan het worden onderverdeeld in wateroplosbaarheid (zoals hydroxyethylcellulose) en oplosbaarheid in organische oplosmiddelen (zoals ethylcellulose). Droog gemengde mortel bestaat voornamelijk uit in water oplosbare cellulose, en in water oplosbare cellulose wordt onderverdeeld in instant-type en oppervlaktebehandeld, vertraagd oplossend type.
Het werkingsmechanisme van cellulose-ether in mortel is als volgt:
(1) Na decellulose-etherin de mortel is opgelost in water, de effectieve en gelijkmatige verdeling van het cementmateriaal in het systeem wordt verzekerd door de oppervlakteactiviteit, en de cellulose-ether, als een beschermende colloïde, "wikkelt" de vaste deeltjes en Een laag van smeerfilm wordt gevormd op het buitenste oppervlak, wat het mortelsysteem stabieler maakt, en verbetert ook de vloeibaarheid van de mortel tijdens het mengproces en de gladheid van de constructie.
(2) De cellulose-etheroplossing zorgt er dankzij zijn eigen moleculaire structuur voor dat het vocht in de mortel niet gemakkelijk verloren gaat en het geleidelijk over een lange periode vrijgeeft, waardoor de mortel een goede waterretentie en verwerkbaarheid krijgt.
Plaatsingstijd: 28-04-2024