Ce este eterul de celuloză?

Eter de celulozăCeluloza este un compus polimeric cu structură eterică, format din celuloză. Fiecare inel glucozil din macromolecula de celuloză conține trei grupări hidroxil, gruparea hidroxil primară la al șaselea atom de carbon, gruparea hidroxil secundară la al doilea și al treilea atom de carbon, iar hidrogenul din gruparea hidroxil este înlocuit cu o grupare hidrocarbonată pentru a genera derivați eterici ai celulozei. Este un produs în care hidrogenul grupării hidroxil din polimerul de celuloză este înlocuit cu o grupare hidrocarbonată. Celuloza este un compus polimeric polihidroxilat care nu se dizolvă și nu se topește. După eterificare, celuloza este solubilă în apă, soluții alcaline diluate și solvent organic și are termoplasticitate.

Celuloza este un compus polimeric polihidroxilat care nu se dizolvă și nu se topește. După eterificare, celuloza este solubilă în apă, soluții alcaline diluate și solvent organic și are termoplasticitate.

1. Natură:

Solubilitatea celulozei după eterificare se modifică semnificativ. Aceasta poate fi dizolvată în apă, acid diluat, alcali diluat sau solvent organic. Solubilitatea depinde în principal de trei factori: (1) Caracteristicile grupărilor introduse în procesul de eterificare. Cu cât gruparea introdusă este mai mare, cu atât solubilitatea este mai mică și cu cât polaritatea grupării introduse 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 al eterului de celuloză: cu cât gradul de polimerizare este mai mare, cu atât este mai puțin solubil; Cu cât gradul de substituție este mai mic și poate fi dizolvat în apă, cu atât gama de valori este mai largă. Există multe tipuri de eteri de celuloză cu performanțe excelente și sunt utilizați pe scară largă în construcții, ciment, petrol, alimente, textile, detergenți, vopsele, medicamente, fabricarea hârtiei, componente electronice și alte industrii.

2. Dezvoltare:

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 producătoare de eter de celuloză, capacitatea de producție proiectată a industriei eterului de celuloză a depășit 400.000 de tone și aproximativ 20 de întreprinderi cu o producție de peste 10.000 de tone, distribuite în principal în Shandong, Hebei, Chongqing și Jiangsu, precum și în Zhejiang, Shanghai și în alte locuri.

3. Nevoie:

În 2011, capacitatea de producție a CMC a Chinei era de aproximativ 300.000 de tone. Având în vedere cererea tot mai mare de eteri de celuloză de înaltă calitate în industrii precum medicina, alimentară și substanțele chimice de uz zilnic, cererea internă pentru alte produse din 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 stadiul de promovare și aplicare în China. Odată cu dezvoltarea unor câmpuri petroliere offshore mari și dezvoltarea materialelor de construcții, a alimentelor, chimice și a altor industrii, cantitatea și domeniul de aplicare al 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 metilceluloză, hidroxietilmetilceluloză, carboximetilceluloză, etilceluloză, benzilceluloză, hidroxietilceluloză, hidroxipropilmetilceluloză, cianoetilceluloză, benzilcianoetilceluloză, carboximetilhidroxietilceluloză, fenilceluloză etc. Metilceluloza și etilceluloza 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, iar solubilitatea este, de asemenea, diferită în funcție de grade de substituție. Acesta aparține eterilor de celuloză neionici.

(1) Metilceluloza este solubilă în apă rece și se dizolvă dificil în apă fierbinte. Soluția sa apoasă este foarte stabilă în intervalul de pH = 3 ~ 12. Are o bună compatibilitate cu amidonul, guma de guar etc. și cu mulți surfactanți. Gelificarea are loc atunci când temperatura atinge temperatura de gelificare.

(2) Retenția de apă a metilcelulozei depinde de cantitatea adăugată, vâscozitatea, dimensiunea particulelor și rata de dizolvare. În general, dacă cantitatea adăugată este mare, finețea este mică, iar vâscozitatea este mare, rata de retenție a apei este mare. Dintre acestea, cantitatea adăugată are cel mai mare impact asupra ratei de retenție a apei, iar nivelul vâscozității nu este direct proporțional cu nivelul ratei de retenție a apei. Rata de dizolvare depinde în principal de gradul de modificare a suprafeței particulelor de celuloză și de finețea particulelor. Printre eterii de celuloză menționați mai sus, metilceluloza și hidroxipropilmetilceluloza au rate de retenție a apei mai mari.

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

(4)Metilcelulozăare un efect semnificativ asupra lucrabilității și coeziunii mortarului. „Aderența” se referă aici la forța de legătură resimțită între unealta de aplicare a lucrătorului și substratul peretelui, adică rezistența la forfecare a mortarului. Aderența este ridicată, rezistența la forfecare a mortarului este mare, iar rezistența necesară lucrătorilor în procesul de utilizare este, de asemenea, mare, iar performanța constructivă a mortarului este slabă. Coeziunea metilcelulozei este la un nivel mediu în produsele din eter de celuloză.

Hidroxipropilmetilceluloză:

Hidroxipropilmetilceluloza este o varietate de celuloză a cărei producție și consum sunt în creștere rapidă. Este un eter mixt de celuloză neionic, obținut 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 de 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 la dizolvarea în apă fierbinte. Cu toate acestea, 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 vâscozitatea este mai mare. Temperatura îi afectează, de asemenea, vâscozitatea, pe măsură ce temperatura crește, vâscozitatea scade. Cu toate acestea, influența vâscozității sale ridicate și a temperaturii este mai mică decât cea a metilcelulozei. Soluția sa este stabilă atunci când este depozitată la temperatura camerei.

(3) Retenția de apă a hidroxipropilmetilcelulozei depinde de cantitatea adăugată, de vâscozitate etc., iar rata de retenție a apei sub aceeași cantitate adăugată este mai mare decât cea a metilcelulozei.

(4)Hidroxipropilmetilcelulozăeste stabilă în fața acizilor și a bazelor, iar soluția sa apoasă este foarte stabilă în intervalul de pH = 2 ~ 12. Soda caustică și apa de var au un efect redus asupra performanței sale, dar bazele îi pot accelera dizolvarea și îi pot crește ușor vâscozitatea. Hidroxipropilmetilceluloza este stabilă în fața sărurilor comune, dar atunci când concentrația soluției saline este mare, vâscozitatea soluției de hidroxipropilmetilceluloză tinde să crească.

(5) Hidroxipropilmetilceluloza 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 enzimatică mai bună decât metilceluloza, iar soluția sa este mai puțin probabil să fie degradată de enzime decât metilceluloza.

(7) Aderența hidroxipropilmetilcelulozei la mortarul de construcție este mai mare decât cea a metilcelulozei.

Hidroxietilceluloză:

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 de 1,5~2,0. Are o hidrofilicitate puternică și absoarbe ușor umezeala.

(1) Hidroxietilceluloza este solubilă în apă rece, dar este dificil de dizolvat în apă fierbinte. Soluția sa este stabilă la temperaturi ridicate, fără a forma gel. Poate fi utilizată mult timp la temperaturi ridicate în mortar, dar retenția de apă este mai mică decât cea a metilcelulozei.

(2) Hidroxietilceluloza este stabilă în general față de acizi și alcali, iar alcalii îi pot accelera dizolvarea și îi pot crește ușor vâscozitatea. Dispersabilitatea sa în apă este puțin mai slabă decât cea a metilcelulozei și hidroxipropilmetilcelulozei.

(3) Hidroxietilceluloza are o bună performanță anti-curgere pentru mortar, dar are un timp de întârziere mai lung pentru ciment.

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

(5) Mucegaiul produs de soluția apoasă de hidroxietilceluloză este relativ grav. La o temperatură de aproximativ 40°C, mucegaiul poate apărea în decurs de 3 până la 5 zile, ceea ce îi va afecta performanța.

Carboximetilceluloză:

Eterul de celuloză ionică este fabricat din fibre naturale (bumbac etc.) după tratament alcalin, folosind monocloroacetat 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 influențată în mare măsură de gradul de substituție.

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

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

(3) Stabilitatea sa este influențată în mare măsură de pH. În general, poate fi utilizat în mortare pe bază de gips, dar nu și în mortare pe bază de ciment. Când este foarte alcalin, își va pierde vâscozitatea.

(4) Retenția sa de apă este mult mai mică decât cea a metilcelulozei. Are un efect retardant asupra mortarului pe bază de gips și îi reduce rezistența. Cu toate acestea, prețul carboximetilcelulozei este semnificativ mai mic decât cel al metilcelulozei.

Eter alchilic de celuloză:

Printre acestea se numără metilceluloza și etilceluloza. În producția industrială, clorura de metil sau clorura de etil este utilizată în general ca agent de eterificare, iar reacția este următoarea:

În formulă, R reprezintă CH3 sau C2H5. Concentrația de alcali nu afectează doar gradul de eterificare, ci 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 eterificant, 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 este propice reacției de eterificare și, prin urmare, gradul de eterificare este redus. În acest scop, în timpul reacției se poate adăuga sodă concentrată sau sodă solidă. Reactorul trebuie să aibă un dispozitiv bun de agitare și rupere, astfel încât soda să poată fi distribuită uniform. Metilceluloza este utilizată pe scară largă ca agent de îngroșare, adeziv și coloid protector etc. Poate fi utilizată și ca dispersant pentru polimerizarea în emulsie, dispersant de lipire pentru semințe, suspensie textilă, aditiv pentru alimente și cosmetice, adeziv medical, material de acoperire pentru medicamente și utilizată în vopsele de latex, cerneală tipografică, producția de ceramică și amestecată în ciment pentru a controla timpul de întărire și a crește rezistența 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 o bună compatibilitate cu diverse rășini și plastifianți. Poate fi utilizat pentru fabricarea de materiale plastice, filme, lacuri, adezivi, latex și materiale de acoperire pentru medicamente etc. Introducerea grupărilor hidroxialchil în eterii alchilici ai celulozei poate îmbunătăți solubilitatea acesteia, reduce sensibilitatea la sărare, crește temperatura de gelificare și îmbunătățește proprietățile de topire la cald etc. Gradul de modificare a proprietăților de mai sus variază în funcție de natura substituenților și de raportul dintre grupările alchil și hidroxialchil.

Eter hidroxialchilic de celuloză:

Printre acestea se numără hidroxietilceluloza și hidroxipropilceluloza. Agenții de eterificare sunt epoxizi precum oxidul de etilenă și oxidul de propilenă. Se utilizează acid sau bază drept catalizator. Producția industrială constă în reacția celulozei alcaline cu un agent de eterificare:hidroxietilcelulozăHidroxipropilceluloza cu valoare de substituție ridicată este solubilă atât în ​​apă rece, cât și în apă fierbinte. Hidroxipropilceluloza cu valoare de substituție ridicată este solubilă doar în apă rece, dar nu și în apă fierbinte. Hidroxietilceluloza poate fi utilizată ca agent de îngroșare pentru acoperiri cu latex, paste de imprimare și vopsire a textilelor, materiale de încleiere a hârtiei, adezivi și coloizi protectori. Utilizarea hidroxipropilcelulozei este similară cu cea a hidroxietilcelulozei. Hidroxipropilceluloza cu valoare de substituție scăzută poate fi utilizată ca excipient farmaceutic, care poate avea atât proprietăți de legare, cât și de dezintegrare.

Carboximetilceluloza, abrevierea în limba engleză CMC, există în general sub formă de sare de sodiu. Agentul de eterificare este acidul monocloroacetic, iar reacția este următoarea:

Carboximetilceluloza este cel mai utilizat eter de celuloză solubil în apă. În trecut, era folosită în principal ca nămol de foraj, dar acum a fost extinsă la utilizarea ca aditiv pentru detergenți, nămol pentru îmbrăcăminte, vopsea latex, acoperire pentru carton și hârtie etc. Carboximetilceluloza pură poate fi utilizată în alimente, medicamente, cosmetice, precum și ca adeziv pentru ceramică și matrițe.

Celuloza polianionică (PAC) este un eter ionic de celuloză și este un produs de înlocuire de înaltă calitate pentru carboximetilceluloza (CMC). Este o pulbere sau granulă albă, alb-gălbuie sau ușor gălbuie, netoxică, fără gust, ușor de dizolvat în apă pentru a forma o soluție transparentă cu o anumită vâscozitate, are o stabilitate mai bună la rezistență la căldură și rezistență la sare și proprietăți antibacteriene puternice. Nu mucegăiește și nu se deteriorează. Are caracteristici de puritate ridicată, grad ridicat de substituție și distribuție uniformă a substituenților. Poate fi utilizată ca liant, agent de îngroșare, modificator reologic, reductor de pierderi de fluide, stabilizator de suspensie etc. Celuloza polianionică (PAC) este utilizată pe scară largă în toate industriile în care se poate aplica CMC, putând reduce considerabil dozajul, facilitând utilizarea, oferind o stabilitate mai bună și îndeplinind cerințe de proces mai ridicate.

Cianoetilceluloza este produsul de reacție al celulozei și acrilonitrilului sub cataliza alcalină.

Cianoetilceluloza are o constantă dielectrică ridicată și un coeficient de pierdere scăzut și poate fi utilizată ca matrice de rășină pentru lămpi cu fosfor și electroluminescente. Cianoetilceluloza cu substituție joasă poate fi utilizată ca hârtie izolatoare pentru transformatoare.

Eterii alcoolilor grași superiori, eterii alchenilici și eterii alcoolici aromatici ai celulozei au fost preparați, dar nu au fost utilizați în practică.

Metodele de preparare a eterului de celuloză pot fi împărțite în metoda mediului apos, metoda solventului, metoda de frământare, metoda suspensiei, metoda gaz-solid, metoda fazei lichide și combinarea metodelor de mai sus.

5. Principiul de preparare:

Pulpa cu conținut ridicat de α-celuloză este îmbibată cu o soluție alcalină pentru a o umfla și a distruge mai multe legături de hidrogen, a facilita difuzia reactivilor și a genera celuloză alcalină, apoi reacționează cu un agent de eterificare pentru a obține eter de celuloză. Agenții de eterificare includ halogenuri de hidrocarburi (sau sulfați), epoxizi și compuși α și β nesaturați cu acceptori de electroni.

6. Performanță de bază:

Aditivii joacă un rol cheie în îmbunătățirea performanței mortarului uscat pentru construcții și reprezintă peste 40% din costul materialului pentru mortarul uscat. O parte considerabilă a aditivilor de pe piața internă este furnizată de producători străini, iar dozajul de referință al produsului este, de asemenea, furnizat de furnizor. Drept urmare, costul produselor de mortar uscat rămâne ridicat și este dificil să se popularizeze mortarele comune pentru zidărie și tencuială într-o cantitate mare și o gamă largă. Produsele de lux de pe piață sunt controlate de companii străine, iar producătorii de mortar uscat au profituri mici și o accesibilitate redusă a prețurilor; aplicarea aditivilor duce lipsă de cercetări sistematice și specifice și urmează orbește formule străine.

Agentul de reținere a apei este un adaos cheie pentru îmbunătățirea performanței de retenție a apei în mortarul uscat și este, de asemenea, unul dintre adaosurile cheie pentru determinarea costului materialelor de mortar uscat. Funcția principală a eterului de celuloză este retenția apei.

Eterul de celuloză este un termen general pentru o serie de produse obținute prin reacția celulozei alcaline cu un agent de eterificare în anumite condiții. Celuloza alcalină este înlocuită cu diferiți agenți de eterificare pentru a obține diferiți eteri de celuloză. Conform proprietăților de ionizare ale substituenților, eterii de celuloză pot fi împărțiți în două categorii: ionici (cum ar fi carboximetilceluloza) și neionici (cum ar fi metilceluloza). În funcție de tipul de substituent, eterul de celuloză poate fi împărțit în monoeter (cum ar fi metilceluloza) și eter mixt (cum ar fi hidroxipropilmetilceluloza). În funcție de solubilitatea diferită, poate fi împărțit în solubilitate în apă (cum ar fi hidroxietilceluloza) și solubilitate în solvent organic (cum ar fi etilceluloza). Mortarul uscat este în principal celuloză solubilă în apă, iar celuloza solubilă în apă este împărțită în tip instant și tip tratat la suprafață cu dizolvare întârziată.

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

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

(2) Datorită propriei 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, conferind mortarului o bună retenție a apei și o lucrabilitate.