Эфир целлюлозы получают из целлюлозы путем реакции этерификации с участием одного или нескольких этерифицирующих агентов и сухого измельчения. В зависимости от химической структуры эфирных заместителей эфиры целлюлозы можно разделить на анионные, катионные и неионогенные. К ионным эфирам целлюлозы относятся в основном карбоксиметилцеллюлозный эфир (КМЦ); к неионогенным эфирам целлюлозы относятся в основном метилцеллюлозный эфир (МЦ), гидроксипропилметилцеллюлозный эфир (ГПМЦ) и гидроксиэтилцеллюлозный эфир, хлорный эфир (ГХ) и другие. Неионогенные эфиры делятся на водорастворимые и маслорастворимые, причем неионогенные водорастворимые эфиры в основном используются в строительных растворах. В присутствии ионов кальция ионный эфир целлюлозы нестабилен, поэтому его редко используют в сухих строительных растворах, в которых в качестве цементирующих материалов используются цемент, гашеная известь и т. д. Неионогенные водорастворимые эфиры целлюлозы широко используются в строительной промышленности благодаря своей суспензионной стабильности и способности удерживать воду.
1. Химические свойства эфира целлюлозы
Каждый эфир целлюлозы имеет основную структуру целлюлозы — структуру ангидроглюкозы. В процессе производства эфира целлюлозы целлюлозное волокно сначала нагревают в щелочном растворе, а затем обрабатывают этерифицирующим агентом. Полученный волокнистый продукт реакции очищают и измельчают до образования однородного порошка определенной тонкости.
В процессе производства МС в качестве этерифицирующего агента используется только метилхлорид; помимо метилхлорида, при производстве ГПМЦ для получения гидроксипропильных замещающих групп используется также оксид пропилена. Различные эфиры целлюлозы имеют разное соотношение метильных и гидроксипропильных замещений, что влияет на органическую совместимость и температуру термического гелеобразования растворов эфиров целлюлозы.
2. Сценарии применения целлюлозного эфира
Эфир целлюлозы — это неионогенный полусинтетический полимер, растворимый в воде и растворителях. Он оказывает различное воздействие в разных отраслях промышленности. Например, в химической строительной отрасли он обладает следующими комплексными свойствами:
①Водоудерживающий агент ②Загуститель ③Выравнивающие свойства ④Пленкообразующие свойства ⑤Связующее вещество
В поливинилхлоридной промышленности он используется в качестве эмульгатора и диспергатора; в фармацевтической промышленности — в качестве связующего вещества и материала для каркасов с медленным и контролируемым высвобождением и т. д. Благодаря разнообразию композитных свойств целлюлозы, сфера её применения также весьма обширна. Далее мы рассмотрим использование и функции эфира целлюлозы в различных строительных материалах.
(1) В латексной краске:
В лакокрасочной промышленности для выбора гидроксиэтилцеллюлозы обычно используется гидроксиэтилцеллюлоза с вязкостью RT30000-50000 сП, что соответствует спецификации HBR250, а рекомендуемая дозировка составляет примерно 1,5‰-2‰. Основная функция гидроксиэтилцеллюлозы в латексной краске заключается в загущении, предотвращении гелеобразования пигмента, улучшении дисперсии пигмента, стабильности латекса и повышении вязкости компонентов, что способствует выравниванию строительного слоя. Гидроксиэтилцеллюлоза более удобна в использовании. Она растворяется как в холодной, так и в горячей воде и не зависит от значения pH. Ее можно использовать без опасений, если значение PI находится в диапазоне от 2 до 12. Способы применения следующие: I. Непосредственное добавление в процессе производства: Для этого метода следует выбирать гидроксиэтилцеллюлозу замедленного действия, используя гидроксиэтилцеллюлозу со временем растворения более 30 минут. Этапы приготовления следующие: ① Поместите в емкость, оборудованную высокоскоростной мешалкой. Добавьте необходимое количество чистой воды. ② Начните непрерывное перемешивание на низкой скорости, одновременно медленно и равномерно добавляя гидроксиэтил в раствор. ③ Продолжайте перемешивание до полного растворения всех гранулированных материалов. ④ Добавьте другие добавки, щелочные добавки и т. д. ⑤ Перемешивайте до полного растворения гидроксиэтила, затем добавьте остальные компоненты в рецептуру и измельчайте до получения готового продукта. II. Подготовка маточного раствора для дальнейшего использования: В этом методе можно использовать быстрорастворимую целлюлозу, обладающую противогрибковым эффектом. Преимущество этого метода заключается в большей гибкости и возможности непосредственного добавления в латексную краску. Способ приготовления аналогичен этапам ①-④. III. Приготовление каши для дальнейшего использования: Поскольку органические растворители плохо растворяют гидроксиэтил, их можно использовать для приготовления каши. В составах латексных красок чаще всего используются органические растворители, такие как этиленгликоль, пропиленгликоль и пленкообразующие вещества (например, диэтиленгликольбутилацетат). Гидроксиэтилцеллюлозу можно добавлять непосредственно в краску. Продолжайте перемешивать до полного растворения.
(2) В шпаклевке для стен:
В настоящее время в большинстве городов моей страны люди в основном ценят водостойкую и износостойкую экологически чистую шпатлевку. Она производится путем реакции ацеталя винилового спирта и формальдегида. Поэтому этот материал постепенно вытесняется, и его заменяют продукты на основе эфиров целлюлозы. Иными словами, для разработки экологически чистых строительных материалов целлюлоза в настоящее время является единственным доступным материалом. Водостойкая шпатлевка делится на два типа: сухая порошковая шпатлевка и шпатлевочная паста. Среди этих двух видов шпатлевки следует выбирать модифицированную метилцеллюлозу и гидроксипропилметилцеллюлозу. Вязкость обычно составляет от 30000 до 60000 сП. Основные функции целлюлозы в шпатлевке — удержание воды, сцепление и смазка. Поскольку составы шпатлевки разных производителей различаются (некоторые используют серый кальций, светлый кальций, белый цемент и т. д., а другие — гипсовый порошок, серый кальций, светлый кальций и т. д.), характеристики, вязкость и проникновение целлюлозы в двух составах также различаются. Количество добавляемой целлюлозы составляет около 2‰-3‰. При строительстве стен с использованием шпатлевки, поскольку базовая поверхность стены имеет определенную степень водопоглощения (водопоглощение кирпичной стены составляет 13%, а бетона — 3-5%), а также испарение влаги извне, слишком быстрая потеря воды шпатлевкой может привести к образованию трещин или отслаиванию порошка, что ослабит прочность шпатлевки. Поэтому добавление эфира целлюлозы решает эту проблему. Но качество наполнителя, особенно качество кальциевой золы, также имеет чрезвычайно важное значение. Благодаря высокой вязкости целлюлозы, повышается также плавучесть шпатлевки, предотвращается провисание во время строительства, а также обеспечивается более комфортное и трудоемкое удаление шпатлевки. Добавление эфира целлюлозы в порошкообразную шпатлевку более удобно. Ее производство и использование более удобны. Наполнитель и добавки могут равномерно смешиваться в сухом порошке.
(3) Бетонный раствор:
Для достижения максимальной прочности бетонного раствора необходимо полное увлажнение цемента. Особенно в летний период строительства бетонный раствор слишком быстро теряет воду, и для обеспечения полного увлажнения используются методы поддержания влажности путем полива. Это приводит к растрате ресурсов и неудобствам в эксплуатации. Ключевой момент заключается в том, что вода находится только на поверхности, а внутреннее увлажнение остается неполным. Поэтому решение этой проблемы заключается в добавлении в бетонный раствор восьми водоудерживающих добавок, обычно выбирая гидроксипропилметилцеллюлозу или метилцеллюлозу, с вязкостью от 20000 до 60000 сП, и количеством добавки 2-3%. Коэффициент водоудержания может быть увеличен до более чем 85%. Способ применения в бетонном растворе заключается в равномерном смешивании сухого порошка и добавлении его в воду.
(4) В гипсовой штукатурке, гипсе на связке, гипсе для герметизации швов:
С быстрым развитием строительной отрасли спрос на новые строительные материалы также растет с каждым днем. В связи с повышением осведомленности населения об охране окружающей среды и постоянным совершенствованием эффективности строительства, цементно-гипсовые изделия получили стремительное развитие. В настоящее время наиболее распространенными гипсовыми изделиями являются гипсовая штукатурка, гипсовая стяжка, гипсовая облицовка и плиточный клей. Гипсовая штукатурка – это высококачественный штукатурный материал для внутренних стен и потолков. Оштукатуренная им поверхность стены получается гладкой и ровной. Новый строительный клей для гипсокартона – это клейкий материал, изготовленный из гипса в качестве основы и различных добавок. Он подходит для склеивания различных неорганических строительных стеновых материалов. Он нетоксичен, не имеет запаха, обладает быстрой прочностью и схватыванием, обеспечивает прочное сцепление и другие характеристики. Он является несущим материалом для строительных плит и блоков; гипсовый герметик – это заполнитель зазоров между гипсокартонами и ремонтный материал для стен и трещин. Эти гипсовые изделия выполняют ряд различных функций. Помимо роли самого гипса и связанных с ним наполнителей, ключевую роль играют добавки на основе эфиров целлюлозы. Поскольку гипс делится на безводный гипс и полугидратный гипс, разные виды гипса по-разному влияют на характеристики продукта, поэтому загущение, водоудержание и замедление схватывания определяют качество гипсовых строительных материалов. Распространенной проблемой этих материалов является образование пустот и трещин, а также недостижение начальной прочности. Для решения этой проблемы необходимо выбрать тип целлюлозы и способ применения замедлителя схватывания. В этом отношении обычно выбирают метил- или гидроксипропилметилметил-30000 –60000 сП, количество добавки составляет 1,5%–2%. При этом целлюлоза обеспечивает водоудержание и замедление смазывания. Однако полагаться только на эфир целлюлозы в качестве замедлителя высыхания невозможно, и для смешивания и использования необходимо добавить замедлитель на основе лимонной кислоты, не влияя на начальную прочность. Водоудержание обычно относится к тому, сколько воды будет теряться естественным путем без внешнего впитывания. Если стена слишком сухая, впитывание воды и естественное испарение с поверхности основания приведут к слишком быстрой потере влаги материалом, а также к образованию пустот и трещин. Этот способ применения предполагает смешивание с сухим порошком. Если вы готовите раствор, пожалуйста, обратитесь к способу приготовления раствора.
(5) Теплоизоляционный раствор
Изоляционный раствор — это новый тип материала для внутренней теплоизоляции стен, распространенный в северных регионах. Это стеновой материал, синтезированный из изоляционного материала, раствора и связующего вещества. В этом материале целлюлоза играет ключевую роль в обеспечении сцепления и повышении прочности. Обычно используется метилцеллюлоза с высокой вязкостью (около 10000 ед. э.с.), дозировка, как правило, составляет от 2‰ до 3‰, а способ применения — смешивание сухого порошка.
(6) интерфейсный агент
Для связующего вещества выбирайте HPNC 20000 сПс, для плиточного клея — 60000 сПс или выше, и уделяйте особое внимание загустителю в связующем веществе, который может улучшить прочность на растяжение и противозадирные свойства. Используется в качестве влагоудерживающего агента при склеивании плитки, предотвращая ее слишком быстрое высыхание и отслаивание.
3. Ситуация в производственной цепочке
(1) Добывающая промышленность
В качестве основного сырья для производства целлюлозного эфира используются очищенный хлопок (или древесная целлюлоза) и некоторые распространенные химические растворители, такие как оксид пропилена, метилхлорид, жидкий каустический натр, каустическая сода, оксид этилена, толуол и другие вспомогательные материалы. К предприятиям, расположенным выше по цепочке поставок, относятся предприятия по производству очищенного хлопка, древесной целлюлозы и некоторые химические предприятия. Колебания цен на вышеупомянутое основное сырье оказывают различное влияние на себестоимость производства и отпускную цену целлюлозного эфира.
Стоимость рафинированного хлопка относительно высока. В качестве примера рассмотрим целлюлозный эфир строительного качества. В отчетный период стоимость рафинированного хлопка составляла 31,74%, 28,50%, 26,59% и 26,90% от себестоимости продаж целлюлозного эфира строительного качества соответственно. Колебания цен на рафинированный хлопок влияют на себестоимость производства целлюлозного эфира. Основным сырьем для производства рафинированного хлопка является хлопковый линтер. Хлопковый линтер — один из побочных продуктов в процессе производства хлопка, в основном используемый для производства хлопковой целлюлозы, рафинированного хлопка, нитроцеллюлозы и других продуктов. Полезные свойства и использование хлопкового линтера и хлопка существенно различаются, и его цена, очевидно, ниже, чем у хлопка, но существует определенная корреляция с колебаниями цен на хлопок. Колебания цен на хлопковый линтер влияют на цену рафинированного хлопка.
Резкие колебания цен на рафинированный хлопок оказывают различное влияние на контроль производственных затрат, ценообразование продукции и рентабельность предприятий этой отрасли. Когда цена на рафинированный хлопок высока, а цена на древесную целлюлозу относительно низка, для снижения затрат древесная целлюлоза может использоваться в качестве заменителя и дополнения к рафинированному хлопку, главным образом для производства целлюлозных эфиров с низкой вязкостью, таких как фармацевтические и пищевые целлюлозные эфиры. Согласно данным с сайта Национального бюро статистики, в 2013 году площадь посевов хлопка в нашей стране составляла 4,35 млн гектаров, а национальный объем производства хлопка — 6,31 млн тонн. По статистике Китайской ассоциации целлюлозной промышленности, в 2014 году общий объем производства рафинированного хлопка крупными отечественными производителями составил 332 000 тонн, и запасы сырья были обильными.
Основными сырьевыми материалами для производства графитового химического оборудования являются сталь и графитовый углерод. Цена стали и графитового углерода составляет относительно высокую долю в себестоимости производства графитового химического оборудования. Колебания цен на эти сырьевые материалы окажут определенное влияние на себестоимость производства и отпускную цену графитового химического оборудования.
(2) Отрасль переработки эфира целлюлозы
В качестве «промышленного глутамата натрия» эфир целлюлозы имеет низкую долю эфира целлюлозы и широкий спектр применения. Отрасли, занимающиеся его переработкой, распространены во всех сферах национальной экономики.
Как правило, строительная и риэлторская отрасли оказывают определенное влияние на темпы роста спроса на целлюлозный эфир строительного класса. Когда отечественная строительная и риэлторская отрасли быстро растут, спрос на целлюлозный эфир строительного класса на внутреннем рынке также быстро растет. Когда темпы роста отечественной строительной и риэлторской отраслей замедляются, замедляются и темпы роста спроса на целлюлозный эфир строительного класса на внутреннем рынке, что усиливает конкуренцию в этой отрасли и ускоряет процесс выживания наиболее сильных предприятий.
Начиная с 2012 года, в условиях замедления темпов роста отечественной строительной и риэлторской отрасли, спрос на целлюлозный эфир для строительных материалов на внутреннем рынке существенно не колебался. Основные причины: 1. Общий масштаб отечественной строительной и риэлторской отрасли велик, и общий рыночный спрос относительно велик; основной потребительский рынок целлюлозного эфира для строительных материалов постепенно расширяется из экономически развитых регионов и городов первого и второго уровня в центральные и западные регионы и города третьего уровня, что создает потенциал роста внутреннего спроса и расширение площадей; 2. Доля целлюлозного эфира в себестоимости строительных материалов низка, объем потребления одним потребителем невелик, а потребители разбросаны, что обуславливает жесткость спроса, и общий спрос на рынке сбыта относительно стабилен; 3. Изменение рыночной цены является важным фактором, влияющим на изменение структуры спроса на целлюлозный эфир для строительных материалов. С 2012 года отпускная цена целлюлозного эфира строительного класса значительно снизилась, что привело к существенному падению цен на продукцию среднего и высокого ценового сегмента, привлекая больше покупателей и увеличивая спрос на продукцию этого сегмента и сужая рыночный спрос и ценовое пространство для обычных моделей.
Степень развития фармацевтической промышленности и темпы ее роста будут влиять на спрос на целлюлозный эфир фармацевтического качества. Повышение уровня жизни населения и развитие пищевой промышленности способствуют росту рыночного спроса на целлюлозный эфир пищевого качества.
4. Тенденции развития целлюлозного эфира
Ввиду структурных различий в рыночном спросе на целлюлозный эфир, компании с разными сильными и слабыми сторонами могут сосуществовать. Учитывая очевидную структурную дифференциацию рыночного спроса, отечественные производители целлюлозного эфира приняли дифференцированные стратегии конкуренции, основанные на собственных сильных сторонах, и одновременно должны хорошо понимать тенденции и направление развития рынка.
(1) Обеспечение стабильности качества продукции по-прежнему будет ключевым конкурентным преимуществом предприятий по производству целлюлозного эфира.
Эфир целлюлозы составляет небольшую долю производственных затрат большинства предприятий, работающих в этой отрасли, но оказывает значительное влияние на качество продукции. Потребители среднего и высокого ценового сегмента должны проводить эксперименты с рецептурами, прежде чем использовать определенную марку эфира целлюлозы. После формирования стабильной рецептуры замена других марок продукции обычно затруднена, и одновременно к стабильности качества эфира целлюлозы предъявляются более высокие требования. Это явление особенно заметно в высокотехнологичных отраслях, таких как крупные производители строительных материалов в стране и за рубежом, фармацевтические вспомогательные вещества, пищевые добавки и ПВХ. Для повышения конкурентоспособности продукции производители должны обеспечивать длительное сохранение качества и стабильности различных партий поставляемого эфира целлюлозы, чтобы сформировать лучшую рыночную репутацию.
(2) Повышение уровня технологий применения продукции является направлением развития отечественных предприятий по производству целлюлозного эфира.
Благодаря все более совершенным технологиям производства целлюлозного эфира, повышение уровня технологий его применения способствует улучшению комплексной конкурентоспособности предприятий и формированию стабильных отношений с клиентами. Известные компании по производству целлюлозного эфира в развитых странах в основном используют конкурентную стратегию «ориентация на крупных высококлассных клиентов + развитие вариантов применения и использования в последующих сегментах», разрабатывая способы применения и формулы использования целлюлозного эфира, а также формируя линейку продуктов в соответствии с различными областями применения, чтобы облегчить использование продукции клиентами и стимулировать спрос на рынке последующих сегментов. Конкуренция предприятий по производству целлюлозного эфира в развитых странах перешла от конкуренции за продукт к конкуренции в области технологий применения.
Дата публикации: 27 февраля 2023 г.