O que é éter de celulose?

Éter de celuloseÉ um composto polimérico com estrutura éter, feito de celulose. Cada anel glicosil na macromolécula de celulose contém três grupos hidroxila: o grupo hidroxila primário está no sexto átomo de carbono, o grupo hidroxila secundário está no segundo e terceiro átomos de carbono, e o hidrogênio no grupo hidroxila é substituído por um grupo hidrocarboneto, gerando derivados de éter de celulose. É um produto no qual o hidrogênio do grupo hidroxila no polímero de celulose é substituído por um grupo hidrocarboneto. A celulose é um composto poli-hidroxipolimérico que não se dissolve nem funde. Após a eterificação, a celulose é solúvel em água, solução alcalina diluída e solvente orgânico, e apresenta termoplasticidade.

A celulose é um composto poli-hidroxipolímero que não se dissolve nem funde. Após a eterificação, a celulose é solúvel em água, solução alcalina diluída e solvente orgânico, e possui termoplasticidade.

1. Natureza:

A solubilidade da celulose após a eterificação muda significativamente. Ela pode ser dissolvida em água, ácido diluído, álcali diluído ou solvente orgânico. A solubilidade depende principalmente de três fatores: (1) As características dos grupos introduzidos no processo de eterificação, o introduzido Quanto maior o grupo, menor a solubilidade e quanto mais forte a polaridade do grupo introduzido, mais fácil é o éter de celulose se dissolver em água; (2) O grau de substituição e a distribuição dos grupos eterificados na macromolécula. A maioria dos éteres de celulose só pode ser dissolvida em água sob um certo grau de substituição, e o grau de substituição está entre 0 e 3; (3) O grau de polimerização do éter de celulose, quanto maior o grau de polimerização, menos solúvel; Quanto menor o grau de substituição que pode ser dissolvido em água, mais ampla a faixa. Existem muitos tipos de éteres de celulose com excelente desempenho e são amplamente utilizados em construção, cimento, petróleo, alimentos, têxteis, detergentes, tintas, medicamentos, fabricação de papel e componentes eletrônicos e outras indústrias.

2. Desenvolver:

A China é o maior produtor e consumidor mundial de éter de celulose, com uma taxa média de crescimento anual superior a 20%. De acordo com estatísticas preliminares, existem cerca de 50 empresas produtoras de éter de celulose na China. A capacidade de produção projetada da indústria de éter de celulose ultrapassou 400.000 toneladas, e há cerca de 20 empresas com mais de 10.000 toneladas, distribuídas principalmente em Shandong, Hebei, Chongqing, Jiangsu, Zhejiang, Xangai e outras regiões.

3. Necessidade:

Em 2011, a capacidade de produção de CMC na China era de cerca de 300.000 toneladas. Com a crescente demanda por éteres de celulose de alta qualidade em indústrias como medicina, alimentos e produtos químicos de uso diário, a demanda doméstica por outros produtos de éter de celulose além do CMC está aumentando. A capacidade de produção de MC/HPMC é de cerca de 120.000 toneladas e a de HEC é de cerca de 20.000 toneladas. O PAC ainda está em fase de promoção e aplicação na China. Com o desenvolvimento de grandes campos de petróleo offshore e o desenvolvimento de materiais de construção, alimentos, produtos químicos e outras indústrias, a quantidade e o campo de aplicação do PAC estão aumentando e se expandindo ano a ano, com uma capacidade de produção de mais de 10.000 toneladas.

4. Classificação:

De acordo com a classificação da estrutura química dos substituintes, eles podem ser divididos em éteres aniônicos, catiônicos e não iônicos. Dependendo do agente de eterificação utilizado, existem metilcelulose, hidroxietilmetilcelulose, carboximetilcelulose, etilcelulose, benzilcelulose, hidroxietilcelulose, hidroxipropilmetilcelulose, cianoetilcelulose, benzilcianoetilcelulose, carboximetilhidroxietilcelulose e fenilcelulose, etc. Metilcelulose e etilcelulose são mais práticas.

Metilcelulose:

Após o tratamento alcalino do algodão refinado, o éter de celulose é produzido por meio de uma série de reações com cloreto de metano como agente de eterificação. Geralmente, o grau de substituição é de 1,6 a 2,0, e a solubilidade também varia com o grau de substituição. Pertence ao grupo dos éteres de celulose não iônicos.

(1) A metilcelulose é solúvel em água fria e dificilmente se dissolve em água quente. Sua solução aquosa é muito estável na faixa de pH = 3 a 12. Possui boa compatibilidade com amido, goma guar, etc., e com diversos surfactantes. Quando a temperatura atinge a temperatura de gelificação, ocorre a gelificação.

(2) A retenção de água da metilcelulose depende da quantidade adicionada, viscosidade, tamanho de partícula e taxa de dissolução. Geralmente, se a quantidade adicionada for grande, a finura será pequena e a viscosidade for grande, a taxa de retenção de água será alta. Entre eles, a quantidade adicionada tem o maior impacto na taxa de retenção de água, e o nível de viscosidade não é diretamente proporcional ao nível da taxa de retenção de água. A taxa de dissolução depende principalmente do grau de modificação da superfície das partículas de celulose e da finura das partículas. Entre os éteres de celulose acima, a metilcelulose e a hidroxipropilmetilcelulose apresentam maiores taxas de retenção de água.

(3) Mudanças de temperatura podem afetar seriamente a retenção de água da metilcelulose. Geralmente, quanto maior a temperatura, pior a retenção de água. Se a temperatura da argamassa ultrapassar 40 °C, a retenção de água da metilcelulose será significativamente reduzida, afetando seriamente a construção da argamassa.

(4)Metilcelulosetem um efeito significativo na trabalhabilidade e coesão da argamassa. A "adesividade" aqui se refere à força de ligação sentida entre a ferramenta aplicadora do trabalhador e o substrato da parede, ou seja, a resistência ao cisalhamento da argamassa. A adesividade é alta, a resistência ao cisalhamento da argamassa é grande e a resistência exigida pelos trabalhadores no processo de uso também é alta, e o desempenho da construção da argamassa é baixo. A coesão da metilcelulose está em um nível médio em produtos de éter de celulose.

Hidroxipropilmetilcelulose:

A hidroxipropilmetilcelulose é uma variedade de celulose cuja produção e consumo estão aumentando rapidamente. Trata-se de um éter misto de celulose não iônico, obtido a partir de algodão refinado após alcalinização, utilizando óxido de propileno e cloreto de metila como agentes de eterificação, por meio de uma série de reações. O grau de substituição é geralmente de 1,2 a 2,0. Suas propriedades variam dependendo da proporção entre o teor de metoxila e o teor de hidroxipropila.

(1) A hidroxipropilmetilcelulose é facilmente solúvel em água fria e apresenta dificuldade de dissolução em água quente. No entanto, sua temperatura de gelificação em água quente é significativamente maior do que a da metilcelulose. A solubilidade em água fria também é significativamente melhorada em comparação com a metilcelulose.

(2) A viscosidade da hidroxipropilmetilcelulose está relacionada ao seu peso molecular, e quanto maior o peso molecular, maior a viscosidade. A temperatura também afeta sua viscosidade: à medida que a temperatura aumenta, a viscosidade diminui. No entanto, a influência de sua alta viscosidade e temperatura é menor do que a da metilcelulose. Sua solução é estável quando armazenada em temperatura ambiente.

(3) A retenção de água da hidroxipropilmetilcelulose depende da quantidade de adição, viscosidade, etc., e sua taxa de retenção de água sob a mesma quantidade de adição é maior do que a da metilcelulose.

(4)HidroxipropilmetilceluloseÉ estável a ácidos e álcalis, e sua solução aquosa é muito estável na faixa de pH = 2 a 12. A soda cáustica e a água de cal têm pouco efeito em seu desempenho, mas o álcali pode acelerar sua dissolução e aumentar ligeiramente sua viscosidade. A hidroxipropilmetilcelulose é estável a sais comuns, mas quando a concentração da solução salina é alta, a viscosidade da solução de hidroxipropilmetilcelulose tende a aumentar.

(5) A hidroxipropilmetilcelulose pode ser misturada com compostos poliméricos solúveis em água para formar uma solução uniforme e de maior viscosidade, como álcool polivinílico, éter de amido, goma vegetal, etc.

(6) A hidroxipropilmetilcelulose tem melhor resistência enzimática do que a metilcelulose e sua solução tem menos probabilidade de ser degradada por enzimas do que a metilcelulose.

(7) A adesão da hidroxipropilmetilcelulose à argamassa é maior do que a da metilcelulose.

Hidroxietilcelulose:

É feito de algodão refinado tratado com álcali e reagido com óxido de etileno como agente de eterificação na presença de isopropanol. Seu grau de substituição é geralmente de 1,5 a 2,0. Possui forte hidrofilicidade e fácil absorção de umidade.

(1) A hidroxietilcelulose é solúvel em água fria, mas é difícil de dissolver em água quente. Sua solução é estável em altas temperaturas sem gelificar. Pode ser usada por muito tempo em argamassas de alta temperatura, mas sua retenção de água é menor que a da metilcelulose.

(2) A hidroxietilcelulose é estável a ácidos e álcalis em geral, e o álcali pode acelerar sua dissolução e aumentar ligeiramente sua viscosidade. Sua dispersibilidade em água é ligeiramente pior do que a da metilcelulose e da hidroxipropilmetilcelulose.

(3) A hidroxietilcelulose tem bom desempenho anti-flacidez para argamassa, mas tem um tempo de retardo mais longo para cimento.

(4) O desempenho da hidroxietilcelulose produzida por algumas empresas nacionais é obviamente inferior ao da metilcelulose devido ao seu alto teor de água e alto teor de cinzas.

(5) O mofo da solução aquosa de hidroxietilcelulose é relativamente grave. A uma temperatura de cerca de 40 °C, o mofo pode ocorrer em 3 a 5 dias, o que afetará seu desempenho.

Carboximetilcelulose:

O éter de celulose iônico é produzido a partir de fibras naturais (algodão, etc.) após tratamento alcalino, utilizando monocloroacetato de sódio como agente de eterificação e passando por uma série de tratamentos de reação. O grau de substituição é geralmente de 0,4 a 1,4, e seu desempenho é bastante afetado pelo grau de substituição.

(1) A carboximetilcelulose é mais higroscópica e conterá mais água quando armazenada em condições gerais.

(2) A solução aquosa de carboximetilcelulose não produz gel e a viscosidade diminui com o aumento da temperatura. Quando a temperatura ultrapassa 50 °C, a viscosidade é irreversível.

(3) Sua estabilidade é bastante afetada pelo pH. Geralmente, pode ser usado em argamassas à base de gesso, mas não em argamassas à base de cimento. Quando altamente alcalino, perde viscosidade.

(4) Sua retenção de água é muito menor do que a da metilcelulose. Ela tem um efeito retardador na argamassa à base de gesso e reduz sua resistência. No entanto, o preço da carboximetilcelulose é significativamente menor do que o da metilcelulose.

Éter alquil de celulose:

Os mais representativos são a metilcelulose e a etilcelulose. Na produção industrial, o cloreto de metila ou cloreto de etila é geralmente utilizado como agente de eterificação, e a reação ocorre da seguinte forma:

Na fórmula, R representa CH3 ou C2H5. A concentração de álcali não afeta apenas o grau de eterificação, mas também o consumo de haletos de alquila. Quanto menor a concentração de álcali, mais intensa é a hidrólise do haleto de alquila. Para reduzir o consumo de agente eterificante, a concentração de álcali deve ser aumentada. No entanto, quando a concentração de álcali é muito alta, o efeito de intumescimento da celulose é reduzido, o que não é propício para a reação de eterificação, e, portanto, o grau de eterificação é reduzido. Para isso, pode-se adicionar lixívia concentrada ou sólida durante a reação. O reator deve ter um bom dispositivo de agitação e trituração para que a álcali possa ser distribuída uniformemente. A metilcelulose é amplamente utilizada como espessante, adesivo e colóide protetor, etc. Também pode ser usada como dispersante para polimerização em emulsão, dispersante de ligação para sementes, pasta têxtil, aditivo para alimentos e cosméticos, adesivo médico, material de revestimento de medicamentos e usada em tinta látex, tinta de impressão, produção de cerâmica e mistura em cimento. Usado para controlar o tempo de pega e aumentar a resistência inicial, etc. Os produtos de etilcelulose apresentam alta resistência mecânica, flexibilidade, resistência ao calor e ao frio. A etilcelulose de baixa substituição é solúvel em água e soluções alcalinas diluídas, e os produtos de alta substituição são solúveis na maioria dos solventes orgânicos. Possui boa compatibilidade com diversas resinas e plastificantes. Pode ser usado para fazer plásticos, filmes, vernizes, adesivos, látex e materiais de revestimento para medicamentos, etc. A introdução de grupos hidroxialquila em éteres alquílicos de celulose pode melhorar sua solubilidade, reduzir sua sensibilidade à formação de sal, aumentar a temperatura de gelificação e melhorar as propriedades de fusão a quente, etc. O grau de alteração nas propriedades acima varia com a natureza dos substituintes e a proporção de grupos alquila para hidroxialquila.

Éter Hidroxialquílico de Celulose:

Os exemplos mais representativos são a hidroxietilcelulose e a hidroxipropilcelulose. Os agentes eterificantes são epóxidos, como óxido de etileno e óxido de propileno. Use ácido ou base como catalisador. A produção industrial consiste em reagir celulose alcalina com um agente eterificante:hidroxietilcelulosecom alto valor de substituição, é solúvel tanto em água fria quanto em água quente. A hidroxipropilcelulose com alto valor de substituição é solúvel apenas em água fria, mas não em água quente. A hidroxietilcelulose pode ser usada como espessante para revestimentos de látex, pastas para impressão e tingimento têxtil, materiais de colagem de papel, adesivos e colóides protetores. O uso da hidroxipropilcelulose é semelhante ao da hidroxietilcelulose. A hidroxipropilcelulose com baixo valor de substituição pode ser usada como excipiente farmacêutico, podendo apresentar propriedades tanto de ligação quanto de desintegração.

A carboximetilcelulose, abreviação em inglês CMC, geralmente se apresenta na forma de sal de sódio. O agente eterificante é o ácido monocloroacético, e a reação ocorre da seguinte forma:

A carboximetilcelulose é o éter de celulose solúvel em água mais amplamente utilizado. No passado, era usada principalmente como lama de perfuração, mas agora foi expandida para uso como aditivo em detergentes, lama para roupas, tinta látex, revestimento de papelão e papel, etc. A carboximetilcelulose pura pode ser usada em alimentos, medicamentos, cosméticos e também como adesivo para cerâmica e moldes.

A celulose polianiônica (PAC) é um éter iônico de celulose e um substituto de alta qualidade para a carboximetilcelulose (CMC). É um pó ou grânulo branco, esbranquiçado ou levemente amarelado, atóxico, insípido, fácil de dissolver em água para formar uma solução transparente com certa viscosidade, possui melhor estabilidade térmica e salina, além de fortes propriedades antibacterianas. Não apresenta mofo nem deterioração. Possui características de alta pureza, alto grau de substituição e distribuição uniforme de substituintes. Pode ser usada como aglutinante, espessante, modificador de reologia, redutor de perda de fluidos, estabilizador de suspensão, etc. A celulose polianiônica (PAC) é amplamente utilizada em todas as indústrias onde a CMC pode ser aplicada, o que pode reduzir significativamente a dosagem, facilitar o uso, proporcionar melhor estabilidade e atender aos requisitos mais exigentes do processo.

Cianoetilcelulose é o produto da reação da celulose e do acrilonitrila sob a catálise de álcali.

A cianoetilcelulose possui alta constante dielétrica e baixo coeficiente de perdas, podendo ser utilizada como matriz de resina para lâmpadas de fósforo e eletroluminescentes. A cianoetilcelulose de baixa substituição pode ser utilizada como papel isolante para transformadores.

Éteres de álcoois graxos superiores, éteres alquenílicos e éteres de álcoois aromáticos de celulose foram preparados, mas não foram utilizados na prática.

Os métodos de preparação do éter de celulose podem ser divididos em método de meio aquoso, método de solvente, método de amassamento, método de pasta, método gás-sólido, método de fase líquida e a combinação dos métodos acima.

5. Princípio de preparação:

A polpa com alto teor de α-celulose é embebida em solução alcalina para inchar e destruir mais ligações de hidrogênio, facilitando a difusão dos reagentes e gerando celulose alcalina. Em seguida, reage com o agente de eterificação para obter o éter de celulose. Os agentes eterificantes incluem haletos de hidrocarbonetos (ou sulfatos), epóxidos e compostos α e β insaturados com aceptores de elétrons.

6. Desempenho básico:

Os aditivos desempenham um papel fundamental na melhoria do desempenho da argamassa de construção, representando mais de 40% do custo do material. Uma parte considerável dos aditivos no mercado nacional é fornecida por fabricantes estrangeiros, e a dosagem de referência do produto também é fornecida pelo fornecedor. Como resultado, o custo dos produtos de argamassa de construção continua alto, dificultando a popularização de argamassas comuns para alvenaria e reboco em grande quantidade e com ampla variedade. Os produtos de alta qualidade do mercado são controlados por empresas estrangeiras, e os fabricantes de argamassa de construção apresentam baixos lucros e preços baixos; a aplicação de aditivos carece de pesquisa sistemática e direcionada, seguindo cegamente fórmulas estrangeiras.

O agente retentor de água é um aditivo essencial para melhorar o desempenho de retenção de água da argamassa seca, sendo também um dos aditivos essenciais para determinar o custo dos materiais de argamassa seca. A principal função do éter de celulose é a retenção de água.

Éter de celulose é um termo geral para uma série de produtos produzidos pela reação de celulose alcalina e agente eterificante sob certas condições. A celulose alcalina é substituída por diferentes agentes eterificantes para obter diferentes éteres de celulose. De acordo com as propriedades de ionização dos substituintes, os éteres de celulose podem ser divididos em duas categorias: iônicos (como a carboximetilcelulose) e não iônicos (como a metilcelulose). De acordo com o tipo de substituinte, o éter de celulose pode ser dividido em monoéter (como a metilcelulose) e éter misto (como a hidroxipropilmetilcelulose). De acordo com diferentes solubilidades, pode ser dividido em solubilidade em água (como a hidroxietilcelulose) e solubilidade em solvente orgânico (como a etilcelulose). A argamassa seca é principalmente celulose solúvel em água, e a celulose solúvel em água é dividida em tipo instantâneo e tipo de dissolução retardada com tratamento de superfície.

O mecanismo de ação do éter de celulose na argamassa é o seguinte:

(1) Após oéter de celulosena argamassa é dissolvido em água, a distribuição eficaz e uniforme do material cimentício no sistema é garantida devido à atividade superficial, e o éter de celulose, como um colóide protetor, “envolve” as partículas sólidas e Uma camada de película lubrificante é formada em sua superfície externa, o que torna o sistema de argamassa mais estável e também melhora a fluidez da argamassa durante o processo de mistura e a suavidade da construção.

(2) Devido à sua própria estrutura molecular, a solução de éter de celulose faz com que a umidade na argamassa não seja facilmente perdida e a libera gradualmente ao longo de um longo período de tempo, dotando a argamassa de boa retenção de água e trabalhabilidade.