Ce este eterul de celuloză?

Eter de celulozăeste un compus polimeric cu o structură eterică din celuloză. Fiecare inel glucozil din macromolecula de celuloză conține trei grupe hidroxil, gruparea hidroxil primară pe al șaselea atom de carbon, gruparea hidroxil secundară pe al doilea și al treilea atom de carbon, iar hidrogenul din grupa hidroxil este înlocuit cu o grupare hidrocarbură pentru a genera derivați de eter de celuloză. Este un produs în care hidrogenul grupării hidroxil din polimerul celulozei este înlocuit cu o grupare hidrocarbură. Celuloza este un compus polimeric polihidroxi care nici nu se dizolvă și nici nu se topește. După eterificare, celuloza este solubilă în apă, soluție alcalină diluată și solvent organic și are termoplasticitate.

Celuloza este un compus polimeric polihidroxi care nici nu se dizolvă și nici nu se topește. După eterificare, celuloza este solubilă în apă, soluție alcalină diluată și solvent organic și are termoplasticitate.

1.Natura:

Solubilitatea celulozei după eterificare se modifică semnificativ. Poate fi dizolvat în apă, acid diluat, alcali diluat sau solvent organic. Solubilitatea depinde în principal de trei factori: (1) Caracteristicile grupărilor introduse în procesul de eterificare, cele introduse Cu cât grupul este mai mare, cu atât solubilitatea este mai mică și cu cât polaritatea grupului introdus este mai puternică, cu atât eterul de celuloză se dizolvă mai ușor în apă; (2) Gradul de substituție și distribuția grupărilor eterificate în macromoleculă. Majoritatea eterilor de celuloză pot fi dizolvați în apă doar sub un anumit grad de substituție, iar gradul de substituție este între 0 și 3; (3) Gradul de polimerizare a eterului de celuloză, cu cât este mai mare gradul de polimerizare, cu atât este mai puțin solubil; Cu cât este mai mic gradul de substituție care poate fi dizolvat în apă, cu atât intervalul este mai larg. Există multe tipuri de eteri de celuloză cu performanțe excelente și sunt utilizați pe scară largă în construcții, ciment, petrol, alimente, textile, detergent, vopsea, medicină, fabricarea hârtiei și componente electronice și alte industrii.

2. Dezvoltați:

China este cel mai mare producător și consumator de eter de celuloză din lume, cu o rată medie anuală de creștere de peste 20%. Conform statisticilor preliminare, în China există aproximativ 50 de întreprinderi de producție de eter de celuloză, capacitatea de producție proiectată a industriei de eter de celuloză a depășit 400.000 de tone și există aproximativ 20 de întreprinderi cu peste 10.000 de tone, distribuite în principal în Shandong, Hebei, Chongqing și Jiangsu. , Zhejiang, Shanghai și alte locuri.

3. Nevoie:

În 2011, capacitatea de producție a CMC a Chinei a fost de aproximativ 300.000 de tone. Odată cu cererea tot mai mare de eteri de celuloză de înaltă calitate în industrii precum medicina, alimentele și produsele chimice de zi cu zi, cererea internă pentru alte produse cu eter de celuloză, altele decât CMC, este în creștere. , capacitatea de producție a MC/HPMC este de aproximativ 120.000 de tone, iar cea a HEC este de aproximativ 20.000 de tone. PAC este încă în etapa de promovare și aplicare în China. Odată cu dezvoltarea câmpurilor petroliere mari din larg și dezvoltarea materialelor de construcție, a industriilor alimentare, chimice și a altor industrii, cantitatea și domeniul de PAC cresc și se extind de la an la an, cu o capacitate de producție de peste 10.000 de tone.

4. Clasificare:

Conform clasificării structurii chimice a substituenților, aceștia pot fi împărțiți în eteri anionici, cationici și neionici. În funcție de agentul de eterificare utilizat, există metil celuloză, hidroxietil metil celuloză, carboximetil celuloză, etil celuloză, benzil celuloză, hidroxietil celuloză, hidroxipropil metil celuloză, cianoetil celuloză, benzil cianoetil celuloză, carboximetil hidroxietil celuloză și etc. celuloza sunt mai practice.

Metilceluloză:

După ce bumbacul rafinat este tratat cu alcali, eterul de celuloză este produs printr-o serie de reacții cu clorură de metan ca agent de eterificare. În general, gradul de substituție este de 1,6 ~ 2,0 și solubilitatea este, de asemenea, diferită cu diferite grade de substituție. Aparține eterului de celuloză neionic.

(1) Metilceluloza este solubilă în apă rece și va fi dificil de dizolvat în apă fierbinte. Soluția sa apoasă este foarte stabilă în intervalul pH=3~12. Are compatibilitate bună cu amidonul, guma de guar etc. și cu mulți agenți tensioactivi. Când temperatura atinge temperatura de gelificare, are loc gelificarea.

(2) Retenția de apă a metilcelulozei depinde de cantitatea de adăugare, de vâscozitate, de dimensiunea particulelor și de viteza de dizolvare. În general, dacă cantitatea de adăugare este mare, finețea este mică și vâscozitatea este mare, rata de retenție a apei este ridicată. Dintre acestea, cantitatea de adăugare are cel mai mare impact asupra ratei de retenție a apei, iar nivelul de vâscozitate nu este direct proporțional cu nivelul ratei de retenție a apei. Viteza de dizolvare depinde în principal de gradul de modificare a suprafeței particulelor de celuloză și de finețea particulelor. Dintre eterii de celuloză de mai sus, metil celuloza și hidroxipropil metil celuloza au rate mai mari de retenție a apei.

(3) Schimbările de temperatură pot afecta grav retenția de apă a metilcelulozei. În general, cu cât temperatura este mai mare, cu atât reținerea apei este mai proastă. Dacă temperatura mortarului depășește 40°C, retenția de apă a metilcelulozei va fi redusă semnificativ, afectând grav construcția mortarului.

(4)Metil celulozăare un efect semnificativ asupra lucrabilității și coeziunii mortarului. „Adezivitatea” se referă aici la forța de lipire resimțită între instrumentul de aplicare al lucrătorului și substratul de perete, adică rezistența la forfecare a mortarului. Adezivitatea este mare, rezistența la forfecare a mortarului este mare, iar rezistența cerută de muncitori în procesul de utilizare este, de asemenea, mare, iar performanța de construcție a mortarului este slabă. Coeziunea metilcelulozei este la un nivel mediu în produșii eterici de celuloză.

Hidroxipropilmetilceluloză:

Hidroxipropilmetilceluloza este o varietate de celuloză a cărei producție și consum cresc rapid. Este un eter mixt de celuloză neionică realizat din bumbac rafinat după alcalinizare, folosind oxid de propilenă și clorură de metil ca agent de eterificare, printr-o serie de reacții. Gradul de substituție este în general 1,2~2,0. Proprietățile sale variază în funcție de raportul dintre conținutul de metoxil și conținutul de hidroxipropil.

(1) Hidroxipropilmetilceluloza este ușor solubilă în apă rece și va întâmpina dificultăți în dizolvarea în apă fierbinte. Dar temperatura sa de gelificare în apă fierbinte este semnificativ mai mare decât cea a metilcelulozei. Solubilitatea în apă rece este, de asemenea, mult îmbunătățită în comparație cu metilceluloza.

(2) Vâscozitatea hidroxipropilmetilcelulozei este legată de greutatea sa moleculară, iar cu cât greutatea moleculară este mai mare, cu atât vascozitatea este mai mare. Temperatura îi afectează și vâscozitatea, pe măsură ce temperatura crește, vâscozitatea scade. Cu toate acestea, influența vâscozității și temperaturii sale ridicate este mai mică decât cea a metilcelulozei. Soluția sa este stabilă atunci când este păstrată la temperatura camerei.

(3) Retenția de apă a hidroxipropil metilcelulozei depinde de cantitatea de adăugare, de vâscozitate etc., iar rata de reținere a apei sub aceeași cantitate de adiție este mai mare decât cea a metilcelulozei.

(4)Hidroxipropil metilcelulozăeste stabilă la acizi și alcalii, iar soluția sa apoasă este foarte stabilă în intervalul pH=2~12. Soda caustică și apa de var au puțin efect asupra performanței sale, dar alcalii îi pot accelera dizolvarea și îi pot crește ușor vâscozitatea. Hidroxipropil metilceluloza este stabilă la sărurile comune, dar când concentrația de soluție de sare este mare, vâscozitatea soluției de hidroxipropil metilceluloză tinde să crească.

(5) Hidroxipropil metilceluloza poate fi amestecată cu compuși polimerici solubili în apă pentru a forma o soluție uniformă și cu vâscozitate mai mare. Cum ar fi alcoolul polivinilic, eterul de amidon, guma vegetală etc.

(6) Hidroxipropilmetilceluloza are o rezistență mai bună la enzime decât metilceluloza, iar soluția sa este mai puțin probabil să fie degradată de enzime decât metilceluloza.

(7) Aderența hidroxipropil metilcelulozei la construcția mortarului este mai mare decât cea a metilcelulozei.

Hidroxietil celuloză:

Este fabricat din bumbac rafinat tratat cu alcali și reacționat cu oxid de etilenă ca agent de eterificare în prezența izopropanolului. Gradul său de substituție este în general 1,5~2,0. Are hidrofilitate puternică și este ușor de absorbit umiditatea.

(1) Hidroxietil celuloza este solubilă în apă rece, dar este dificil de dizolvat în apă fierbinte. Soluția sa este stabilă la temperatură ridicată fără gelificare. Poate fi folosit timp îndelungat la temperatură ridicată în mortar, dar retenția sa de apă este mai mică decât cea a metilcelulozei.

(2) Hidroxietil celuloza este stabilă la acizi generali și alcalii, iar alcalii își pot accelera dizolvarea și își pot crește ușor vâscozitatea. Dispersabilitatea sa în apă este puțin mai slabă decât cea a metilcelulozei și a hidroxipropilmetilcelulozei.

(3) Hidroxietil celuloza are performanțe bune anti-sag pentru mortar, dar are un timp de întârziere mai lung pentru ciment.

(4) Performanța hidroxietilcelulozei produsă de unele întreprinderi autohtone este evident mai mică decât cea a metilcelulozei datorită conținutului ridicat de apă și conținutului ridicat de cenușă.

(5) Mucegaiul soluției apoase de hidroxietil celuloză este relativ gravă. La o temperatură de aproximativ 40°C, mucegaiul poate apărea în decurs de 3 până la 5 zile, ceea ce îi va afecta performanța.

Carboximetil celuloză:

Eterul de celuloză lonic este realizat din fibre naturale (bumbac etc.) după tratament alcalin, folosind monocloracetat de sodiu ca agent de eterificare și supus unei serii de tratamente de reacție. Gradul de substituție este în general de 0,4 ~ 1,4, iar performanța sa este foarte afectată de gradul de substituție.

(1) Carboximetil celuloza este mai higroscopică și va conține mai multă apă atunci când este depozitată în condiții generale.

(2) Soluția apoasă de carboximetil celuloză nu produce gel, iar vâscozitatea scade odată cu creșterea temperaturii. Când temperatura depășește 50°C, vâscozitatea este ireversibilă.

(3) Stabilitatea sa este foarte afectată de pH. In general, poate fi folosit in mortar pe baza de gips, dar nu si in mortar pe baza de ciment. Când este foarte alcalin, își va pierde vâscozitatea.

(4) Retenția sa de apă este mult mai mică decât metil celuloza. Are un efect de întârziere asupra mortarului pe bază de gips și îi reduce rezistența. Cu toate acestea, prețul carboximetil celulozei este semnificativ mai mic decât cel al metilcelulozei.

Alchil eter de celuloză:

Cele reprezentative sunt metil celuloza și etilceluloza. În producția industrială, clorura de metil sau clorura de etil este în general utilizată ca agent de eterificare, iar reacția este următoarea:

În formulă, R reprezintă CH3 sau C2H5. Concentrația alcaline nu afectează doar gradul de eterificare, ci afectează și consumul de halogenuri de alchil. Cu cât concentrația de alcali este mai mică, cu atât hidroliza halogenurii de alchil este mai puternică. Pentru a reduce consumul de agent de eterificare, concentrația de alcali trebuie crescută. Cu toate acestea, atunci când concentrația de alcali este prea mare, efectul de umflare al celulozei este redus, ceea ce nu conduce la reacția de eterificare și, prin urmare, gradul de eterificare este redus. În acest scop, se poate adăuga leșie concentrată sau leșie solidă în timpul reacției. Reactorul trebuie să aibă un dispozitiv bun de agitare și rupere, astfel încât alcalii să poată fi distribuite uniform. Metilceluloza este utilizată pe scară largă ca agent de îngroșare, adeziv și coloid de protecție etc. Poate fi folosită și ca dispersant pentru polimerizarea în emulsie, dispersant de lipire pentru semințe, suspensie textilă, aditiv pentru alimente și cosmetice, adeziv medical, material de acoperire cu medicamente și folosit în vopsea latex, cerneală de imprimare, producția de ciment ceramic și timp de amestecare pentru a crește rezistența la priza inițială etc. Produsele din etilceluloză au rezistență mecanică ridicată, flexibilitate, rezistență la căldură și rezistență la frig. Etilceluloza slab substituită este solubilă în apă și soluții alcaline diluate, iar produsele cu substituție ridicată sunt solubile în majoritatea solvenților organici. Are compatibilitate bună cu diverse rășini și plastifianți. Poate fi folosit pentru fabricarea de materiale plastice, filme, lacuri, adezivi, latex și materiale de acoperire pentru medicamente etc. Introducerea grupărilor hidroxialchil în alchil eteri de celuloză îi poate îmbunătăți solubilitatea, reduce sensibilitatea la sărare, crește temperatura de gelificare și îmbunătăți proprietățile topiturii la cald, etc. grupuri.

Eter hidroxialchilic de celuloză:

Cele reprezentative sunt hidroxietil celuloza și hidroxipropil celuloza. Agenții de eterificare sunt epoxizi, cum ar fi oxidul de etilenă și oxidul de propilenă. Utilizați acid sau bază ca catalizator. Producția industrială este să reacționeze celuloza alcalină cu agentul de eterificare:hidroxietil celulozăcu valoare de substituție mare este solubilă atât în ​​apă rece, cât și în apă caldă. Hidroxipropil celuloza cu valoare de substituție ridicată este solubilă numai în apă rece, dar nu și în apă fierbinte. Hidroxietilceluloza poate fi folosită ca agent de îngroșare pentru acoperiri cu latex, paste de imprimare și vopsire textile, materiale de dimensionare a hârtiei, adezivi și coloizi de protecție. Utilizarea hidroxipropil celulozei este similară cu cea a hidroxietil celulozei. Hidroxipropil celuloza cu valoare de substituție scăzută poate fi utilizată ca excipient farmaceutic, care poate avea atât proprietăți de legare, cât și proprietăți de dezintegrare.

Carboximetil celuloza, abrevierea engleză CMC, există în general sub formă de sare de sodiu. Agentul de eterificare este acidul monocloroacetic, iar reacția este după cum urmează:

Carboximetil celuloza este cel mai utilizat eter de celuloză solubil în apă. În trecut, a fost folosit în principal ca noroi de foraj, dar acum a fost extins pentru a fi folosit ca aditiv de detergent, nămol de îmbrăcăminte, vopsea latex, acoperire de carton și hârtie, etc. Carboximetil celuloza pură poate fi folosită în alimente, medicamente, cosmetice și, de asemenea, ca adeziv pentru ceramică și matrițe.

Celuloza polianionică (PAC) este un eter ionic de celuloză și este un produs substitut de ultimă generație pentru carboximetil celuloza (CMC). Este o pulbere sau granulă albă, aproape albă sau ușor galbenă, netoxică, fără gust, ușor de dizolvat în apă pentru a forma o soluție transparentă cu o anumită vâscozitate, are o mai bună stabilitate la căldură și rezistență la sare și proprietăți antibacteriene puternice. Fără mucegai și deteriorare. Are caracteristicile de puritate ridicată, grad ridicat de substituție și distribuție uniformă a substituenților. Poate fi folosit ca liant, agent de îngroșare, modificator de reologie, reducător de pierderi de fluid, stabilizator de suspensie etc. Celuloza polianionică (PAC) este utilizată pe scară largă în toate industriile în care se poate aplica CMC, ceea ce poate reduce foarte mult dozajul, facilita utilizarea, oferă o stabilitate mai bună și îndeplinește cerințele mai ridicate ale procesului.

Cianoetil celuloza este produsul de reacție al celulozei și acrilonitrilului sub cataliza alcaline.

Cianoetil celuloza are o constantă dielectrică ridicată și un coeficient de pierdere scăzut și poate fi utilizată ca matrice de rășină pentru lămpile cu fosfor și electroluminiscente. Cianoetilceluloza slab substituită poate fi folosită ca hârtie izolatoare pentru transformatoare.

Au fost preparați eteri de alcool gras superior, alchenil eteri și eteri de alcool aromatici ai celulozei, dar nu au fost utilizați în practică.

Metodele de preparare a eterului de celuloză pot fi împărțite în metoda mediului de apă, metoda solventului, metoda de frământare, metoda suspensiei, metoda gaz-solid, metoda în fază lichidă și combinația metodelor de mai sus.

5.Principiul de pregătire:

Pulpa bogată în α-celuloză este înmuiată cu soluție alcalină pentru a o umfla pentru a distruge mai multe legături de hidrogen, pentru a facilita difuzia reactanților și pentru a genera celuloză alcalină și apoi reacționează cu agentul de eterificare pentru a obține eterul de celuloză. Agenții de eterificare includ halogenuri de hidrocarburi (sau sulfați), epoxizi și compuși nesaturați α și β cu acceptori de electroni.

6.Performanță de bază:

Aditivii joacă un rol cheie în îmbunătățirea performanței mortarului amestecat uscat și reprezintă mai mult de 40% din costul materialului în mortar amestecat uscat. O parte considerabilă a amestecului de pe piața internă este furnizată de producători străini, iar doza de referință a produsului este furnizată și de furnizor. Ca urmare, costul produselor de mortar uscat-amestecat rămâne ridicat și este dificil să popularizeze mortarele comune pentru zidărie și tencuială cu o cantitate mare și o gamă largă. Produsele de piață de ultimă generație sunt controlate de companii străine, iar producătorii de mortare uscate au profituri scăzute și prețuri accesibile; aplicarea aditivilor lipsește de cercetare sistematică și țintită și urmează orbește formule străine.

Agentul de reținere a apei este un aditiv cheie pentru a îmbunătăți performanța de reținere a apei a mortarului amestecat uscat și este, de asemenea, unul dintre aditivii cheie pentru a determina costul materialelor de mortar amestecat uscat. Funcția principală a eterului de celuloză este reținerea apei.

Eterul de celuloză este un termen general pentru o serie de produse obținute prin reacția celulozei alcaline și a agentului de eterificare în anumite condiții. Celuloza alcalină este înlocuită cu diferiți agenți de eterificare pentru a obține diferiți eteri de celuloză. În funcție de proprietățile de ionizare ale substituenților, eterii de celuloză pot fi împărțiți în două categorii: ionici (cum ar fi carboximetil celuloza) și neionici (cum ar fi metil celuloza). În funcție de tipul de substituent, eterul de celuloză poate fi împărțit în monoeter (cum ar fi metil celuloza) și eter mixt (cum ar fi hidroxipropil metil celuloza). În funcție de solubilitate diferită, acesta poate fi împărțit în solubilitate în apă (cum ar fi hidroxietil celuloza) și solubilitate în solvenți organici (cum ar fi etil celuloza). Mortarul amestecat uscat este în principal celuloză solubilă în apă, iar celuloza solubilă în apă este împărțită în tipul instant și tipul cu dizolvare întârziată tratată la suprafață.

Mecanismul de acțiune al eterului de celuloză în mortar este următorul:

(1) Dupăeter de celulozăîn mortar este dizolvat în apă, distribuția eficientă și uniformă a materialului cimentant în sistem este asigurată datorită activității de suprafață, iar eterul de celuloză, ca coloid protector, „învelește” particulele solide și se formează un strat de peliculă lubrifiantă pe suprafața sa exterioară, ceea ce face sistemul de mortar mai stabil și, de asemenea, îmbunătățește fluiditatea procesului de amestecare a mortarului și fluiditatea construcției.

(2) Datorită propriei sale structuri moleculare, soluția de eter de celuloză face ca umiditatea din mortar să nu se piardă ușor și o eliberează treptat pe o perioadă lungă de timp, dând mortarului o bună retenție a apei și lucrabilitate.