Czym jest eter celulozy?

Eter celulozowyCeluloza jest związkiem polimerowym o strukturze eterowej, zbudowanym z celulozy. Każdy pierścień glukozylowy w makrocząsteczce celulozy zawiera trzy grupy hydroksylowe: pierwszorzędową grupę hydroksylową na szóstym atomie węgla, drugorzędową grupę hydroksylową na drugim i trzecim atomie węgla, a wodór w grupie hydroksylowej jest zastępowany grupą węglowodorową, tworząc eterowe pochodne celulozy. Jest to produkt, w którym wodór w grupie hydroksylowej polimeru celulozy jest zastępowany grupą węglowodorową. Celuloza jest polihydroksylowym związkiem polimerowym, który nie rozpuszcza się ani nie topi. Po eteryfikacji celuloza jest rozpuszczalna w wodzie, rozcieńczonych roztworach alkalicznych i rozpuszczalnikach organicznych oraz wykazuje termoplastyczność.

Celuloza to związek polimeru polihydroksylowego, który nie rozpuszcza się ani nie topi. Po eteryfikacji celuloza rozpuszcza się w wodzie, rozcieńczonych roztworach alkalicznych i rozpuszczalnikach organicznych oraz wykazuje 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 mniejsza rozpuszczalność; 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, elektronicznym i innych gałęziach przemysłu.

2. Rozwijaj：

Chiny są największym producentem i konsumentem eteru celulozowego na świecie, ze średnim rocznym wskaźnikiem wzrostu przekraczającym 20%. Według wstępnych danych statystycznych w Chinach działa około 50 przedsiębiorstw produkujących eter celulozowy. Planowana zdolność produkcyjna branży eteru celulozowego przekroczyła 400 000 ton. Działa około 20 przedsiębiorstw o ​​wydajności przekraczającej 10 000 ton, zlokalizowanych głównie w prowincjach Shandong, Hebei, Chongqing i Jiangsu, Zhejiang, Szanghaju i innych.

3. Potrzeba:

W 2011 roku chińskie moce produkcyjne CMC wynosiły około 300 000 ton. Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na wysokiej jakości etery celulozowe w takich branżach jak medycyna, żywność i chemikalia codziennego użytku, rośnie krajowe zapotrzebowanie na inne produkty z eterów celulozowych niż 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 przemysłu materiałów budowlanych, spożywczego, chemicznego i innych gałęzi przemysłu, ilość i złoża PAC rosną i rozszerzają się z roku na rok, a ich 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, wyróżnia się metylocelulozę, hydroksyetylometylocelulozę, karboksymetylocelulozę, etylocelulozę, benzylocelulozę, hydroksyetylocelulozę, hydroksypropylometylocelulozę, cyjanoetylocelulozę, benzylocyjanoetylocelulozę, karboksymetylohydroksyetylocelulozę i fenylocelulozę. Metyloceluloza i etyloceluloza są bardziej praktyczne.

Metyloceluloza:

Po obróbce rafinowanej bawełny alkaliami, eter celulozy powstaje w wyniku szeregu reakcji z chlorkiem metanu jako czynnikiem eteryfikującym. Zazwyczaj stopień podstawienia wynosi 1,6–2,0, a rozpuszczalność jest różna w zależności od stopnia podstawienia. Należy on do niejonowych eterów celulozy.

(1) Metyloceluloza rozpuszcza się w zimnej wodzie, a w gorącej będzie trudna do rozpuszczenia. Jej wodny roztwór jest bardzo stabilny w zakresie pH 3–12. Wykazuje dobrą kompatybilność ze skrobią, gumą guar itp. oraz wieloma surfaktantami. Żelowanie następuje po osiągnięciu temperatury żelowania.

(2) Retencja wody w metylocelulozie zależy od jej ilości dodanej, lepkości, wielkości cząstek i szybkości rozpuszczania. Ogólnie rzecz biorąc, im większa ilość dodanej substancji, tym mniejszy stopień rozdrobnienia i większa lepkość, tym wyższa retencja wody. Spośród nich, ilość dodanej substancji ma największy wpływ na szybkość retencji wody, a poziom lepkości nie jest wprost proporcjonalny do poziomu retencji wody. Szybkość rozpuszczania zależy głównie od stopnia modyfikacji powierzchni cząstek celulozy i ich rozdrobnienia. Spośród powyższych eterów celulozy, metyloceluloza i hydroksypropylometyloceluloza charakteryzują się wyższą retencją 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 odczuwalnej między narzędziem aplikatora a podłożem ściany, czyli wytrzymałości zaprawy na ścinanie. Przyczepność jest wysoka, wytrzymałość zaprawy na ścinanie jest duża, a wytrzymałość wymagana przez pracowników w procesie użytkowania jest również duża, a właściwości konstrukcyjne zaprawy są słabe. Spójność metylocelulozy w produktach na bazie eteru celulozy jest na średnim poziomie.

Hydroksypropylometyloceluloza:

Hydroksypropylometyloceluloza to odmiana celulozy, której produkcja i zużycie gwałtownie rosną. Jest to niejonowy eter celulozy, otrzymywany z rafinowanej bawełny po alkalizacji, z użyciem tlenku propylenu i chlorku metylu jako środka eteryfikującego, w serii reakcji. Stopień podstawienia wynosi zazwyczaj 1,2–2,0. Jej właściwości różnią się w zależności od stosunku zawartości grup metoksylowych do zawartości grup hydroksypropylowych.

(1) Hydroksypropylometyloceluloza jest łatwo rozpuszczalna w zimnej wodzie, ale trudno ją rozpuścić w gorącej. 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 lepkość – wraz ze wzrostem temperatury lepkość maleje. Jednak wpływ wysokiej lepkości i temperatury jest mniejszy niż w przypadku metylocelulozy. Jej roztwór jest stabilny w temperaturze pokojowej.

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

(4)HydroksypropylometylocelulozaJest odporna na działanie kwasów i zasad, a jej wodny roztwór jest bardzo stabilny w zakresie pH 2–12. Soda kaustyczna i woda wapienna mają niewielki wpływ na jej działanie, ale zasady mogą przyspieszyć jej rozpuszczanie i nieznacznie zwiększyć lepkość. Hydroksypropylometyloceluloza jest stabilna w obecności soli, ale przy wysokim stężeniu roztworu soli lepkość roztworu hydroksypropylometylocelulozy ma tendencję do wzrostu.

(5) Hydroksypropylometylocelulozę można mieszać z rozpuszczalnymi w wodzie związkami polimerowymi, aby uzyskać jednorodny roztwór o wyższej lepkości, np. z alkoholem poliwinylowym, eterem skrobiowym, gumą roślinną itp.

(6) Hydroksypropylometyloceluloza ma lepszą odporność na enzymy niż metyloceluloza i jest mniej podatna na degradację jej roztworu przez enzymy niż metyloceluloza.

(7) Przyczepność hydroksypropylometylocelulozy do zaprawy murarskiej jest większa niż metylocelulozy.

Hydroksyetyloceluloza:

Jest wytwarzany z rafinowanej bawełny, traktowanej alkaliami i poddawanej reakcji z tlenkiem etylenu jako czynnikiem eteryfikującym w obecności izopropanolu. Jego stopień podstawienia wynosi zazwyczaj 1,5–2,0. Charakteryzuje się silną hydrofilowością i łatwo absorbuje wilgoć.

(1) Hydroksyetyloceluloza jest rozpuszczalna w zimnej wodzie, ale trudno ją rozpuścić w gorącej. Jej roztwór jest stabilny w wysokiej temperaturze bez żelowania. Można ją stosować przez długi czas w wysokiej temperaturze w zaprawie, 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 lepkość. Jej dyspergowalność w wodzie jest nieco gorsza niż metylocelulozy i hydroksypropylometylocelulozy.

(3) Hydroksyetyloceluloza ma dobre właściwości zapobiegające spływaniu 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 w wodnym roztworze hydroksyetylocelulozy jest stosunkowo poważna. W temperaturze około 40°C pleśń może pojawić się w ciągu 3 do 5 dni, co wpłynie na jej działanie.

Karboksymetyloceluloza:

Eter celulozy jonitowej jest wytwarzany z włókien naturalnych (bawełny itp.) po obróbce alkalicznej, z użyciem monochlorooctanu sodu jako czynnika eteryfikującego, a następnie poddawany szeregowi reakcji chemicznych. Stopień podstawienia wynosi zazwyczaj 0,4–1,4, a jego wydajność w dużym stopniu zależy od stopnia podstawienia.

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

(2) Wodny roztwór karboksymetylocelulozy nie tworzy żelu, a jego lepkość maleje wraz ze wzrostem temperatury. Po przekroczeniu temperatury 50°C lepkość staje się nieodwracalna.

(3) Jego stabilność jest w dużym stopniu zależna od pH. Generalnie można go stosować w zaprawach gipsowych, ale nie w zaprawach cementowych. W warunkach silnej alkaliczności traci on lepkość.

(4) Jego retencja wody jest znacznie niższa niż metylocelulozy. Działa opóźniająco na zaprawy gipsowe i zmniejsza ich wytrzymałość. Jednak cena karboksymetylocelulozy jest znacznie niższa niż metylocelulozy.

Eter alkilowy celulozy:

Reprezentatywne są metyloceluloza i etyloceluloza. W produkcji przemysłowej jako środek eteryfikujący stosuje się zazwyczaj chlorek metylu lub chlorek etylu, a reakcja przebiega następująco:

We wzorze R oznacza CH3 lub C2H5. Stężenie alkaliów wpływa nie tylko na stopień eteryfikacji, ale także na zużycie halogenków alkilowych. Im niższe stężenie alkaliów, tym silniejsza hydroliza halogenku alkilowego. Aby zmniejszyć zużycie czynnika eteryfikującego, należy zwiększyć stężenie alkaliów. Jednakże, gdy stężenie alkaliów jest zbyt wysokie, zmniejsza się efekt pęcznienia celulozy, co nie sprzyja reakcji eteryfikacji, a tym samym zmniejsza się stopień eteryfikacji. W tym celu, w trakcie reakcji można dodać stężony lub stały ług. Reaktor powinien być wyposażony w skuteczne urządzenie mieszające i rozdrabniające, aby umożliwić równomierne rozprowadzenie alkaliów. Metyloceluloza jest szeroko stosowana jako zagęstnik, klej i koloid ochronny itp. Może być również stosowana jako dyspergator w 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 dodawana do cementu. Służy do kontrolowania czasu wiązania i zwiększania wytrzymałości początkowej itp. Produkty etylocelulozowe charakteryzują się wysoką wytrzymałością mechaniczną, elastycznością, odpornością na ciepło i zimno. Niskopodstawiona etyloceluloza rozpuszcza się w wodzie i rozcieńczonych roztworach alkalicznych, a produkty wysokopodstawione rozpuszczają się w większości rozpuszczalników organicznych. Wykazuje 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 alkiloeterów 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. Czynnikami eteryfikującymi są epoksydy, takie jak tlenek etylenu i tlenek propylenu. Jako katalizator stosuje się kwas lub zasadę. Produkcja przemysłowa polega na reakcji alkalicelulozy z czynnikiem eteryfikującym:hydroksyetylocelulozaHydroksypropyloceluloza o wysokiej liczbie podstawienia rozpuszcza się zarówno w zimnej, jak i gorącej wodzie. Hydroksypropyloceluloza o wysokiej liczbie podstawienia rozpuszcza się tylko w zimnej wodzie, ale nie w gorącej. Hydroksyetyloceluloza może być stosowana jako zagęstnik do powłok lateksowych, past do drukowania i barwienia tekstyliów, materiałów do zaklejania papieru, klejów i koloidów ochronnych. Zastosowanie hydroksypropylocelulozy jest podobne do hydroksyetylocelulozy. Hydroksypropyloceluloza o niskiej liczbie podstawienia może być stosowana jako farmaceutyczna substancja pomocnicza, która może mieć zarówno właściwości wiążące, jak i rozsadzające.

Karboksymetyloceluloza, w skrócie CMC, występuje zazwyczaj w postaci soli sodowej. Czynnikiem eteryfikującym jest kwas monochlorooctowy, a reakcja przebiega następująco:

Karboksymetyloceluloza to najszerzej stosowany rozpuszczalny w wodzie eter celulozy. W przeszłości była stosowana głównie jako płuczka wiertnicza, ale obecnie jest stosowana jako dodatek do detergentów, szlamów odzieżowych, farb lateksowych, powłok do tektury i papieru itp. Czysta karboksymetyloceluloza może być stosowana w przemyśle spożywczym, medycynie, kosmetykach, a także jako klej do ceramiki i form.

Polianionowa celuloza (PAC) to jonowy eter celulozy i wysokiej jakości zamiennik karboksymetylocelulozy (CMC). Jest to biały, białawy lub lekko żółty proszek lub granulat, nietoksyczny, bezsmakowy, łatwo rozpuszczalny w wodzie, tworzący przezroczysty roztwór o określonej lepkości, charakteryzujący się lepszą stabilnością termiczną i odpornością na działanie soli oraz silnymi właściwościami antybakteryjnymi. Nie ulega pleśni ani pogorszeniu. Charakteryzuje się wysoką czystością, wysokim stopniem podstawienia i równomiernym rozkładem podstawników. Może być stosowana jako spoiwo, zagęszczacz, modyfikator reologii, reduktor strat płynów, stabilizator zawiesiny itp. Polianionowa celuloza (PAC) jest szeroko stosowana we wszystkich gałęziach przemysłu, w których można stosować CMC, co pozwala znacznie zmniejszyć dawkę, ułatwić stosowanie, zapewnić lepszą stabilność i spełnić wyższe wymagania procesowe.

Cyjanoetyloceluloza jest produktem reakcji celulozy i akrylonitrylu pod wpływem katalizy alkalicznej.

Cyjanoetyloceluloza charakteryzuje się wysoką stałą dielektryczną i niskim współczynnikiem strat, dzięki czemu może być stosowana jako matryca żywiczna do lamp fosforowych i elektroluminescencyjnych. Niskopodstawiona cyjanoetyloceluloza może być stosowana jako papier izolacyjny w transformatorach.

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

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

5.Zasada przygotowania:

Pulpę celulozową o wysokiej zawartości α-celulozy nasącza się roztworem alkalicznym w celu jej spęcznienia, rozbicia większej liczby wiązań wodorowych, ułatwienia dyfuzji reagentów i wytworzenia alkalicznej celulozy, a następnie poddaje się reakcji z czynnikiem eteryfikującym w celu uzyskania eteru celulozy. Do czynników eteryfikujących należą halogenki (lub siarczany) węglowodorów, epoksydy oraz związki nienasycone α i β z akceptorami elektronów.

6. Wydajność podstawowa:

Domieszki odgrywają kluczową rolę w poprawie właściwości użytkowych suchych zapraw budowlanych i stanowią ponad 40% kosztów materiałów w zaprawach suchych. Znaczna część domieszek na rynku krajowym jest dostarczana przez producentów zagranicznych, a referencyjne dawki produktu są również podawane przez dostawcę. W rezultacie koszt suchych zapraw budowlanych pozostaje wysoki, a popularyzacja popularnych zapraw murarskich i tynkarskich w dużych ilościach i szerokim asortymencie jest trudna. Produkty wysokiej jakości są kontrolowane przez firmy zagraniczne, a producenci suchych zapraw mają niskie zyski i słabą przystępność cenową; stosowanie domieszek nie jest prowadzone w sposób systematyczny i ukierunkowany, a producenci ślepo podążają za zagranicznymi recepturami.

Domieszka zatrzymująca wodę jest kluczowym domieszką poprawiającą właściwości retencji wody w suchych zaprawach, a także jednym z kluczowych czynników wpływających na koszt suchych zapraw. Główną funkcją eteru celulozy jest retencja wody.

Eter celulozy to ogólne określenie serii produktów powstających w reakcji alkalicelulozy i środka eteryfikującego w określonych warunkach. Alkalicelulozę zastępuje się różnymi środkami eteryfikującymi w celu uzyskania różnych eterów celulozy. Ze względu na właściwości jonizacyjne podstawników, etery celulozy można podzielić na dwie kategorie: jonowe (takie jak karboksymetyloceluloza) i niejonowe (takie jak metyloceluloza). Ze względu na rodzaj podstawnika etery celulozy można podzielić na monoetery (takie jak metyloceluloza) i etery mieszane (takie jak hydroksypropylometyloceluloza). Ze względu na rozpuszczalność można je podzielić na rozpuszczalne w wodzie (takie jak hydroksyetyloceluloza) i rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych (takie jak etyloceluloza). Zaprawy suche składają się głównie z celulozy rozpuszczalnej w wodzie, a celuloza rozpuszczalna w wodzie dzieli się na instantyzowaną i o opóźnionym rozpuszczaniu powierzchniowym.

Mechanizm działania eteru celulozy w zaprawie 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, a na jego zewnętrznej powierzchni tworzy się warstwa smaru, która zwiększa stabilność układu zaprawy, a także poprawia płynność zaprawy podczas procesu mieszania i gładkość konstrukcji.

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