Czym jest eter celulozy?

Eter celulozowyjest związkiem polimerowym o strukturze eterowej wykonanym z celulozy. Każdy pierścień glukozylowy w makrocząsteczce celulozy zawiera trzy grupy hydroksylowe, podstawową grupę hydroksylową na szóstym atomie węgla, drugorzędową grupę hydroksylową na drugim i trzecim atomie węgla, a wodór w grupie hydroksylowej jest zastąpiony grupą węglowodorową w celu wytworzenia pochodnych eteru celulozy. Jest to produkt, w którym wodór grupy hydroksylowej w polimerze celulozowym jest zastąpiony grupą węglowodorową. Celuloza jest związkiem polimeru polihydroksylowego, który nie rozpuszcza się ani nie topi. Po eteryfikacji celuloza jest rozpuszczalna w wodzie, rozcieńczonym roztworze alkalicznym i rozpuszczalniku organicznym oraz ma termoplastyczność.

Celuloza jest związkiem polimeru polihydroksylowego, który nie rozpuszcza się ani nie topi. Po eteryfikacji celuloza jest rozpuszczalna w wodzie, rozcieńczonym roztworze alkalicznym i rozpuszczalniku organicznym oraz ma termoplastyczność.

1.Natura:

Rozpuszczalność celulozy po eteryfikacji zmienia się znacząco. Może być rozpuszczona w wodzie, rozcieńczonym kwasie, rozcieńczonej zasadzie lub rozpuszczalniku organicznym. Rozpuszczalność zależy głównie od trzech czynników: (1) Charakterystyki grup wprowadzanych w procesie eteryfikacji, im większa grupa, tym niższa rozpuszczalność i silniejsza polarność wprowadzonej grupy, tym łatwiej eter celulozy rozpuszcza się w wodzie; (2) Stopień podstawienia i rozkład grup eteryfikowanych w makrocząsteczce. Większość eterów celulozy może być rozpuszczona w wodzie tylko przy pewnym stopniu podstawienia, a stopień podstawienia wynosi od 0 do 3; (3) Stopień polimeryzacji eteru celulozy, im wyższy stopień polimeryzacji, tym mniej rozpuszczalny; Im niższy stopień podstawienia, który można rozpuścić w wodzie, tym szerszy zakres. Istnieje wiele rodzajów eterów celulozy o doskonałych parametrach użytkowych, które są szeroko stosowane w przemyśle budowlanym, cementowym, naftowym, spożywczym, tekstylnym, detergentowym, farbiarskim, medycznym, papierniczym i elektronicznym oraz w innych gałęziach przemysłu.

2. Rozwijać：

Chiny są największym producentem i konsumentem eteru celulozowego na świecie, ze średnią roczną stopą wzrostu wynoszącą ponad 20%. Według wstępnych statystyk w Chinach działa około 50 przedsiębiorstw produkujących eter celulozowy, zaprojektowana zdolność produkcyjna przemysłu eteru celulozowego przekroczyła 400 000 ton, a około 20 przedsiębiorstw produkuje ponad 10 000 ton, głównie w Shandong, Hebei, Chongqing i Jiangsu, Zhejiang, Szanghaju i innych miejscach.

3. Potrzeba:

W 2011 r. chińskie zdolności produkcyjne CMC wynosiły około 300 000 ton. Wraz ze wzrostem popytu na wysokiej jakości etery celulozowe w takich gałęziach przemysłu jak medycyna, żywność i codzienne chemikalia, wzrasta krajowe zapotrzebowanie na inne produkty z eterów celulozowych poza CMC. Zdolność produkcyjna MC/HPMC wynosi około 120 000 ton, a HEC około 20 000 ton. PAC jest nadal na etapie promocji i stosowania w Chinach. Wraz z rozwojem dużych złóż ropy naftowej na morzu oraz rozwojem materiałów budowlanych, żywności, chemikaliów i innych gałęzi przemysłu, ilość i pole PAC rosną i rozszerzają się z roku na rok, a zdolność produkcyjna przekracza 10 000 ton.

4. Klasyfikacja:

Zgodnie z klasyfikacją struktury chemicznej podstawników, można je podzielić na etery anionowe, kationowe i niejonowe. W zależności od użytego środka eteryfikującego, istnieją metyloceluloza, hydroksyetylometyloceluloza, karboksymetyloceluloza, etyloceluloza, benzyloceluloza, hydroksyetyloceluloza, hydroksypropylometyloceluloza, cyjanoetyloceluloza, benzylocyjanoetyloceluloza, karboksymetylohydroksyetyloceluloza i fenyloceluloza itp. Metyloceluloza i etyloceluloza są bardziej praktyczne.

Metyloceluloza:

Po obróbce rafinowanej bawełny alkaliami, eter celulozy jest wytwarzany poprzez szereg reakcji z chlorkiem metanu jako czynnikiem eteryfikującym. Ogólnie stopień podstawienia wynosi 1,6~2,0, a rozpuszczalność jest również różna przy różnych stopniach podstawienia. Należy do niejonowego eteru celulozy.

(1) Metyloceluloza jest rozpuszczalna w zimnej wodzie i trudno ją rozpuścić w gorącej wodzie. Jej wodny roztwór jest bardzo stabilny w zakresie pH=3~12. Ma dobrą zgodność ze skrobią, gumą guar itp. i wieloma środkami powierzchniowo czynnymi. Gdy temperatura osiągnie temperaturę żelowania, następuje żelowanie.

(2) Retencja wody w metylocelulozie zależy od jej ilości dodanej, lepkości, wielkości cząstek i szybkości rozpuszczania. Generalnie, jeśli ilość dodana jest duża, drobnoziarnistość jest mała, a lepkość jest duża, szybkość retencji wody jest wysoka. Spośród nich, ilość dodana ma największy wpływ na szybkość retencji wody, a poziom lepkości nie jest wprost proporcjonalny do poziomu szybkości retencji wody. Szybkość rozpuszczania zależy głównie od stopnia modyfikacji powierzchni cząstek celulozy i drobnoziarnistości cząstek. Spośród powyższych eterów celulozy, metyloceluloza i hydroksypropylometyloceluloza mają wyższe szybkości retencji wody.

(3) Zmiany temperatury mogą poważnie wpłynąć na retencję wody przez metylocelulozę. Generalnie, im wyższa temperatura, tym gorsza retencja wody. Jeśli temperatura zaprawy przekroczy 40°C, retencja wody przez metylocelulozę znacznie się zmniejszy, co poważnie wpłynie na konstrukcję zaprawy.

(4)metylocelulozama znaczący wpływ na urabialność i spójność zaprawy. „Przyczepność” odnosi się tutaj do siły wiązania odczuwanej między narzędziem aplikatora pracownika a podłożem ściany, czyli odporności zaprawy na ścinanie. Przyczepność jest wysoka, odporność zaprawy na ścinanie jest duża, a wytrzymałość wymagana przez pracowników w procesie użytkowania jest również duża, a właściwości konstrukcyjne zaprawy są słabe. Spójność metylocelulozy jest na średnim poziomie w produktach eteru celulozy.

Hydroksypropylometyloceluloza:

Hydroksypropylometyloceluloza to odmiana celulozy, której produkcja i zużycie gwałtownie rosną. Jest to niejonowy eter celulozowy wytwarzany z rafinowanej bawełny po alkalizacji, przy użyciu tlenku propylenu i chlorku metylu jako środka eteryfikującego, poprzez szereg reakcji. Stopień podstawienia wynosi na ogół 1,2~2,0. Jego właściwości różnią się w zależności od stosunku zawartości metoksylu do zawartości hydroksypropylu.

(1) Hydroksypropylometyloceluloza jest łatwo rozpuszczalna w zimnej wodzie, a w gorącej wodzie będzie miała trudności z rozpuszczaniem. Jednak jej temperatura żelowania w gorącej wodzie jest znacznie wyższa niż metylocelulozy. Rozpuszczalność w zimnej wodzie jest również znacznie lepsza w porównaniu z metylocelulozą.

(2) Lepkość hydroksypropylometylocelulozy jest związana z jej masą cząsteczkową, a im większa masa cząsteczkowa, tym wyższa lepkość. Temperatura również wpływa na jej lepkość, ponieważ wraz ze wzrostem temperatury lepkość maleje. Jednak wpływ jej wysokiej lepkości i temperatury jest mniejszy niż w przypadku metylocelulozy. Jej roztwór jest stabilny, gdy jest przechowywany w temperaturze pokojowej.

(3) Retencja wody przez hydroksypropylometylocelulozę zależy od ilości dodanej substancji, lepkości itp., a szybkość retencji wody przy tej samej ilości dodanej substancji jest wyższa niż w przypadku metylocelulozy.

(4)Hydroksypropylometylocelulozajest odporny na działanie kwasów i zasad, a jego wodny roztwór jest bardzo stabilny w zakresie pH=2~12. Wodorotlenek sodu i woda wapienna mają niewielki wpływ na jego działanie, ale zasady mogą przyspieszyć jego rozpuszczanie i nieznacznie zwiększyć jego lepkość. Hydroksypropylometyloceluloza jest odporna na działanie zwykłych soli, ale gdy stężenie roztworu soli jest wysokie, lepkość roztworu hydroksypropylometylocelulozy ma tendencję do wzrostu.

(5) Hydroksypropylometylocelulozę można mieszać z rozpuszczalnymi w wodzie związkami polimerowymi, aby utworzyć jednolity roztwór o wyższej lepkości. Taki jak alkohol poliwinylowy, eter skrobiowy, guma roślinna itp.

(6) Hydroksypropylometyloceluloza ma lepszą odporność na enzymy niż metyloceluloza, a jej roztwór jest mniej podatny na degradację przez enzymy niż metyloceluloza.

(7) Przyczepność hydroksypropylometylocelulozy do zapraw budowlanych jest większa niż metylocelulozy.

Hydroksyetyloceluloza:

Jest wytwarzany z rafinowanej bawełny traktowanej alkaliami i poddawany reakcji z tlenkiem etylenu jako czynnikiem eteryfikującym w obecności izopropanolu. Jego stopień podstawienia wynosi zazwyczaj 1,5~2,0. Ma silną hydrofilowość i łatwo wchłania wilgoć.

(1) Hydroksyetyloceluloza jest rozpuszczalna w zimnej wodzie, ale trudno ją rozpuścić w gorącej wodzie. Jej roztwór jest stabilny w wysokiej temperaturze bez żelowania. Może być stosowana przez długi czas w wysokiej temperaturze w moździerzu, ale jej retencja wody jest niższa niż metylocelulozy.

(2) Hydroksyetyloceluloza jest odporna na działanie kwasów i zasad, a zasady mogą przyspieszyć jej rozpuszczanie i nieznacznie zwiększyć jej lepkość. Jej dyspersyjność w wodzie jest nieco gorsza niż metylocelulozy i hydroksypropylometylocelulozy.

(3) Hydroksyetyloceluloza ma dobre właściwości zapobiegające osiadaniu zaprawy, ale ma dłuższy czas opóźnienia wiązania w przypadku cementu.

(4) Wydajność hydroksyetylocelulozy produkowanej przez niektóre przedsiębiorstwa krajowe jest ewidentnie niższa od wydajności metylocelulozy ze względu na wysoką zawartość wody i wysoką zawartość popiołu.

(5) Pleśń wodnego roztworu hydroksyetylocelulozy jest stosunkowo poważna. W temperaturze około 40°C pleśń może pojawić się w ciągu 3 do 5 dni, co wpłynie na jej wydajność.

Karboksymetyloceluloza:

Eter celulozy jonowej jest wytwarzany z włókien naturalnych (bawełny itp.) po obróbce alkalicznej, przy użyciu monochlorooctanu sodu jako środka eteryfikującego i poddaniu serii reakcji. Stopień podstawienia wynosi zazwyczaj 0,4~1,4, a jego wydajność jest w dużym stopniu zależna od stopnia podstawienia.

(1) Karboksymetyloceluloza jest bardziej higroskopijna i będzie zawierała więcej wody, gdy będzie przechowywana w standardowych warunkach.

(2) Wodny roztwór karboksymetylocelulozy nie wytwarza żelu, a lepkość maleje wraz ze wzrostem temperatury. Gdy temperatura przekroczy 50°C, lepkość staje się nieodwracalna.

(3) Jego stabilność jest w dużym stopniu zależna od pH. Generalnie można go stosować w zaprawie gipsowej, ale nie w zaprawie cementowej. W przypadku wysokiej alkaliczności traci lepkość.

(4) Jego retencja wody jest znacznie niższa niż metylocelulozy. Ma działanie opóźniające na zaprawę gipsową i zmniejsza jej wytrzymałość. Jednak cena karboksymetylocelulozy jest znacznie niższa niż cena metylocelulozy.

Eter alkilowy celulozy:

Reprezentatywne są metyloceluloza i etyloceluloza. W produkcji przemysłowej chlorek metylu lub chlorek etylu jest powszechnie stosowany jako środek eteryfikujący, a reakcja jest następująca:

We wzorze R oznacza CH3 lub C2H5. Stężenie alkaliów nie tylko wpływa na stopień eteryfikacji, ale także na zużycie halogenków alkilowych. Im niższe stężenie alkaliów, tym silniejsza hydroliza halogenku alkilowego. Aby zmniejszyć zużycie środka eteryfikującego, należy zwiększyć stężenie alkaliów. Jednak gdy stężenie alkaliów jest zbyt wysokie, zmniejsza się efekt pęcznienia celulozy, co nie sprzyja reakcji eteryfikacji, a zatem zmniejsza się stopień eteryfikacji. W tym celu podczas reakcji można dodać stężony ług lub stały ług. Reaktor powinien mieć dobre urządzenie mieszające i rozrywające, aby alkalia mogły być równomiernie rozprowadzane. Metyloceluloza jest szeroko stosowana jako zagęszczacz, klej i koloid ochronny itp. Może być również stosowana jako dyspergator do polimeryzacji emulsyjnej, dyspergator wiążący do nasion, zawiesina tekstylna, dodatek do żywności i kosmetyków, klej medyczny, materiał powłokowy leków oraz stosowana w farbach lateksowych, tuszach drukarskich, produkcji ceramiki i mieszana z cementem. Stosowana do kontrolowania czasu wiązania i zwiększania początkowej wytrzymałości itp. Produkty etylocelulozowe mają wysoką wytrzymałość mechaniczną, elastyczność, odporność na ciepło i zimno. Niskopodstawiona etyloceluloza jest rozpuszczalna w wodzie i rozcieńczonych roztworach alkalicznych, a produkty wysokopodstawione są rozpuszczalne w większości rozpuszczalników organicznych. Ma dobrą kompatybilność z różnymi żywicami i plastyfikatorami. Może być stosowany do produkcji tworzyw sztucznych, folii, lakierów, klejów, lateksu i materiałów powłokowych do leków itp. Wprowadzenie grup hydroksyalkilowych do eterów alkilowych celulozy może poprawić jej rozpuszczalność, zmniejszyć wrażliwość na wysalanie, zwiększyć temperaturę żelowania i poprawić właściwości topliwe itp. Stopień zmiany powyższych właściwości zmienia się w zależności od rodzaju podstawników i stosunku grup alkilowych do hydroksyalkilowych.

Eter hydroksyalkilowy celulozy:

Reprezentatywne są hydroksyetyloceluloza i hydroksypropyloceluloza. Środki eteryfikujące to epoksydy, takie jak tlenek etylenu i tlenek propylenu. Użyj kwasu lub zasady jako katalizatora. Produkcja przemysłowa polega na reakcji alkalicelulozy ze środkiem eteryfikującym:hydroksyetylocelulozao wysokiej wartości substytucyjnej rozpuszcza się zarówno w zimnej, jak i gorącej wodzie. Hydroksypropyloceluloza o wysokiej wartości substytucyjnej rozpuszcza się tylko w zimnej wodzie, ale nie w gorącej. Hydroksyetyloceluloza może być stosowana jako zagęszczacz do powłok lateksowych, past do drukowania i barwienia tekstyliów, materiałów do klejenia papieru, klejów i koloidów ochronnych. Zastosowanie hydroksypropylocelulozy jest podobne do zastosowania hydroksyetylocelulozy. Hydroksypropyloceluloza o niskiej wartości substytucyjnej może być stosowana jako farmaceutyczna substancja pomocnicza, która może mieć zarówno właściwości wiążące, jak i dezintegrujące.

Karboksymetyloceluloza, skrót angielski CMC, występuje zazwyczaj w postaci soli sodowej. Środkiem eteryfikującym jest kwas monochlorooctowy, a reakcja przebiega następująco:

Karboksymetyloceluloza jest najszerzej stosowanym rozpuszczalnym w wodzie eterem celulozy. W przeszłości był używany głównie jako płuczka wiertnicza, ale teraz rozszerzono jego zastosowanie, aby był stosowany jako dodatek do detergentów, szlamu odzieżowego, farby lateksowej, powłok tektury i papieru itp. Czysta karboksymetyloceluloza może być stosowana w żywności, medycynie, kosmetykach, a także jako klej do ceramiki i form.

Polianionowa celuloza (PAC) jest jonowym eterem celulozy i wysokiej jakości substytutem karboksymetylocelulozy (CMC). Jest to biały, kremowy lub lekko żółty proszek lub granulat, nietoksyczny, bez smaku, łatwy do rozpuszczenia w wodzie, tworząc przezroczysty roztwór o określonej lepkości, ma lepszą stabilność cieplną i odporność na sól oraz silne właściwości antybakteryjne. Nie pleśnieje i nie pogarsza się. Ma cechy wysokiej czystości, wysokiego stopnia podstawienia i równomiernego rozmieszczenia podstawników. Może być stosowana jako spoiwo, zagęszczacz, modyfikator reologii, reduktor utraty płynu, stabilizator zawiesiny itp. Polianionowa celuloza (PAC) jest szeroko stosowana we wszystkich gałęziach przemysłu, w których można stosować CMC, co może znacznie zmniejszyć dawkę, ułatwić stosowanie, zapewnić lepszą stabilność i spełnić wyższe wymagania procesowe.

Cyjanoetyloceluloza jest produktem reakcji celulozy i akrylonitrylu w wyniku katalizy alkalicznej.

Cyjanoetyloceluloza ma wysoką stałą dielektryczną i niski współczynnik strat i może być stosowana jako matryca żywiczna do lamp fosforowych i elektroluminescencyjnych. Niskopodstawiona cyjanoetyloceluloza może być stosowana jako papier izolacyjny do transformatorów.

Przygotowano etery wyższych alkoholi tłuszczowych, etery alkenylowe i etery alkoholi aromatycznych celulozy, lecz nie zastosowano ich w praktyce.

Metody otrzymywania eteru celulozy można podzielić na metodę wodną, ​​metodę rozpuszczalnikową, metodę ugniatania, metodę zawiesinową, metodę gazowo-stałą, metodę fazy ciekłej i kombinację powyższych metod.

5.Zasada przygotowania:

Wysoko α-celulozowa pulpa jest nasączana roztworem alkalicznym, aby ją spęcznić i zniszczyć więcej wiązań wodorowych, ułatwić dyfuzję odczynników i wytworzyć alkaliczną celulozę, a następnie reagować z czynnikiem eteryfikującym, aby uzyskać eter celulozy. Do czynników eteryfikujących należą halogenki węglowodorów (lub siarczany), epoksydy oraz związki nienasycone α i β z akceptorami elektronów.

6.Podstawowe parametry:

Domieszki odgrywają kluczową rolę w poprawie wydajności suchej zaprawy budowlanej i stanowią ponad 40% kosztów materiału w suchej zaprawie. Znaczna część domieszek na rynku krajowym jest dostarczana przez zagranicznych producentów, a referencyjna dawka produktu jest również podawana przez dostawcę. W rezultacie koszt suchych produktów zaprawowych pozostaje wysoki i trudno jest spopularyzować powszechne zaprawy murarskie i tynkarskie w dużej ilości i szerokim zakresie. Produkty z wysokiej półki są kontrolowane przez zagraniczne firmy, a producenci suchych zapraw mają niskie zyski i słabą przystępność cenową; stosowanie domieszek nie jest objęte systematycznymi i ukierunkowanymi badaniami i ślepo podąża za zagranicznymi formułami.

Środek zatrzymujący wodę jest kluczową domieszką poprawiającą właściwości zatrzymywania wody w suchej zaprawie, a także jedną z kluczowych domieszek do określania kosztów suchych materiałów zaprawowych. Główną funkcją eteru celulozowego jest zatrzymywanie wody.

Eter celulozy to ogólne określenie serii produktów wytwarzanych w reakcji alkalicznej celulozy i środka eteryfikującego w określonych warunkach. Alkaliczna celuloza jest zastępowana różnymi środkami eteryfikującymi w celu uzyskania różnych eterów celulozy. Zgodnie z właściwościami jonizacji podstawników etery celulozy można podzielić na dwie kategorie: jonowe (takie jak karboksymetyloceluloza) i niejonowe (takie jak metyloceluloza). Zgodnie z rodzajem podstawnika eter celulozy można podzielić na monoeter (takie jak metyloceluloza) i eter mieszany (takie jak hydroksypropylometyloceluloza). Zgodnie z różną rozpuszczalnością można ją podzielić na rozpuszczalność w wodzie (taką jak hydroksyetyloceluloza) i rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych (taką jak etyloceluloza). Zaprawa mieszana na sucho to głównie rozpuszczalna w wodzie celuloza, a rozpuszczalna w wodzie celuloza dzieli się na typ instant i typ o opóźnionym rozpuszczaniu powierzchniowym.

Mechanizm działania eteru celulozy w moździerzu jest następujący:

(1) Poeter celulozyw zaprawie rozpuszcza się w wodzie, dzięki aktywności powierzchniowej zapewnione jest efektywne i równomierne rozprowadzenie materiału cementowego w układzie, a eter celulozy, jako koloid ochronny, „otula” cząstki stałe i na jego zewnętrznej powierzchni tworzy się warstwa smarującego filmu, co sprawia, że ​​układ zaprawy jest bardziej stabilny, a także poprawia płynność zaprawy podczas procesu mieszania i gładkość konstrukcji.

(2) Ze względu na swoją strukturę cząsteczkową roztwór eteru celulozowego sprawia, że ​​wilgoć w zaprawie nie odparowuje łatwo i stopniowo uwalnia ją przez długi okres czasu, nadając zaprawie dobrą retencję wody i urabialność.