Что такое эфир целлюлозы?

Эфир целлюлозыпредставляет собой полимерное соединение с эфирной структурой, изготовленное из целлюлозы. Каждое глюкозильное кольцо в макромолекуле целлюлозы содержит три гидроксильные группы, первичную гидроксильную группу на шестом атоме углерода, вторичную гидроксильную группу на втором и третьем атомах углерода, а водород в гидроксильной группе заменяется углеводородной группой для получения производных эфира целлюлозы. Это продукт, в котором водород гидроксильной группы в полимере целлюлозы заменяется углеводородной группой. Целлюлоза представляет собой полигидроксильное полимерное соединение, которое не растворяется и не плавится. После этерификации целлюлоза растворяется в воде, разбавленном растворе щелочи и органическом растворителе и обладает термопластичностью.

Целлюлоза — это полигидроксиполимерное соединение, которое не растворяется и не плавится. После этерификации целлюлоза растворяется в воде, разбавленном щелочном растворе и органическом растворителе, а также обладает термопластичностью.

1.Природа：

Растворимость целлюлозы после этерификации значительно меняется. Она может быть растворена в воде, разбавленной кислоте, разбавленной щелочи или органическом растворителе. Растворимость в основном зависит от трех факторов: (1) Характеристики групп, введенных в процессе этерификации, введенная Чем больше группа, тем ниже растворимость и чем сильнее полярность введенной группы, тем легче эфир целлюлозы растворяется в воде; (2) Степень замещения и распределение этерифицированных групп в макромолекуле. Большинство эфиров целлюлозы могут быть растворены в воде только при определенной степени замещения, а степень замещения составляет от 0 до 3; (3) Степень полимеризации эфира целлюлозы, чем выше степень полимеризации, тем меньше растворимость; Чем ниже степень замещения, которая может быть растворена в воде, тем шире диапазон. Существует много видов эфиров целлюлозы с превосходными характеристиками, и они широко используются в строительстве, цементной, нефтяной, пищевой, текстильной, моющей, лакокрасочной, медицинской, бумажной и электронной промышленности, а также в других отраслях.

2. Развивать：

Китай является крупнейшим в мире производителем и потребителем эфира целлюлозы, со среднегодовым темпом роста более 20%. По предварительным данным, в Китае насчитывается около 50 предприятий по производству эфира целлюлозы, проектная производственная мощность промышленности эфира целлюлозы превысила 400 000 тонн, и имеется около 20 предприятий с объемом производства более 10 000 тонн, в основном распределенных в провинциях Шаньдун, Хэбэй, Чунцин и Цзянсу, Чжэцзян, Шанхай и других местах.

3. Необходимость：

В 2011 году мощность производства КМЦ в Китае составляла около 300 000 тонн. С ростом спроса на высококачественные эфиры целлюлозы в таких отраслях, как медицина, продукты питания и бытовая химия, внутренний спрос на другие продукты эфиров целлюлозы, отличные от КМЦ, увеличивается. Мощность производства МЦ/ГПМЦ составляет около 120 000 тонн, а ГЭЦ — около 20 000 тонн. ПАУ все еще находится на стадии продвижения и применения в Китае. С разработкой крупных морских нефтяных месторождений и развитием промышленности строительных материалов, пищевой, химической и других отраслей промышленности количество и область применения ПАУ увеличиваются и расширяются с каждым годом, с производственной мощностью более 10 000 тонн.

4. Классификация：

Согласно классификации химической структуры заместителей, их можно разделить на анионные, катионные и неионные эфиры. В зависимости от используемого этерифицирующего агента различают метилцеллюлозу, гидроксиэтилметилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу, этилцеллюлозу, бензилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, гидроксипропилметилцеллюлозу, целлюлозу, цианоэтилцеллюлозу, бензилцианоэтилцеллюлозу, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу и фенилцеллюлозу и т. д. Метилцеллюлоза и этилцеллюлоза более практичны.

Метилцеллюлоза：

После обработки очищенного хлопка щелочью, эфир целлюлозы получается посредством серии реакций с хлоридом метана в качестве этерифицирующего агента. Обычно степень замещения составляет 1,6~2,0, и растворимость также различна при разных степенях замещения. Он относится к неионным эфирам целлюлозы.

(1) Метилцеллюлоза растворима в холодной воде, и ее будет трудно растворить в горячей воде. Ее водный раствор очень стабилен в диапазоне pH=3~12. Она хорошо совместима с крахмалом, гуаровой камедью и т. д. и многими поверхностно-активными веществами. Когда температура достигает температуры гелеобразования, происходит гелеобразование.

(2) Удержание воды метилцеллюлозой зависит от ее количества добавления, вязкости, размера частиц и скорости растворения. Как правило, если количество добавления велико, тонкость мала, а вязкость велика, скорость удержания воды высока. Среди них количество добавления оказывает наибольшее влияние на скорость удержания воды, а уровень вязкости не прямо пропорционален уровню скорости удержания воды. Скорость растворения в основном зависит от степени модификации поверхности частиц целлюлозы и тонкости частиц. Среди вышеуказанных эфиров целлюлозы метилцеллюлоза и гидроксипропилметилцеллюлоза имеют более высокие скорости удержания воды.

(3) Изменения температуры могут серьезно повлиять на водоудержание метилцеллюлозы. Как правило, чем выше температура, тем хуже водоудержание. Если температура раствора превышает 40°C, водоудержание метилцеллюлозы будет значительно снижено, что серьезно повлияет на структуру раствора.

(4)Метилцеллюлозаоказывает значительное влияние на обрабатываемость и сцепление раствора. «Клейкость» здесь относится к силе сцепления, ощущаемой между рабочим инструментом-аппликатором и основанием стены, то есть к сдвиговому сопротивлению раствора. Клейкость высокая, сдвиговое сопротивление раствора велико, и прочность, требуемая рабочим в процессе использования, также велика, а строительные характеристики раствора плохие. Когезия метилцеллюлозы находится на среднем уровне в продуктах эфира целлюлозы.

Гидроксипропилметилцеллюлоза:

Гидроксипропилметилцеллюлоза — разновидность целлюлозы, выпуск и потребление которой стремительно растут. Это неионный смешанный эфир целлюлозы, полученный из очищенного хлопка после подщелачивания с использованием пропиленоксида и метилхлорида в качестве этерифицирующего агента посредством ряда реакций. Степень замещения обычно составляет 1,2~2,0. Его свойства варьируются в зависимости от соотношения содержания метоксила к содержанию гидроксипропила.

(1) Гидроксипропилметилцеллюлоза легко растворяется в холодной воде, но столкнется с трудностями при растворении в горячей воде. Но ее температура гелеобразования в горячей воде значительно выше, чем у метилцеллюлозы. Растворимость в холодной воде также значительно улучшена по сравнению с метилцеллюлозой.

(2) Вязкость гидроксипропилметилцеллюлозы связана с ее молекулярной массой, и чем больше молекулярная масса, тем выше вязкость. Температура также влияет на ее вязкость, с повышением температуры вязкость уменьшается. Однако влияние ее высокой вязкости и температуры меньше, чем у метилцеллюлозы. Ее раствор стабилен при хранении при комнатной температуре.

(3) Водоудержание гидроксипропилметилцеллюлозы зависит от количества добавляемой добавки, вязкости и т. д., а ее водоудерживающая способность при том же количестве добавляемой добавки выше, чем у метилцеллюлозы.

(4)Гидроксипропилметилцеллюлозаустойчив к кислотам и щелочам, а его водный раствор очень стабилен в диапазоне pH=2~12. Каустическая сода и известковая вода мало влияют на его производительность, но щелочь может ускорить его растворение и немного увеличить его вязкость. Гидроксипропилметилцеллюлоза устойчива к обычным солям, но когда концентрация солевого раствора высока, вязкость раствора гидроксипропилметилцеллюлозы имеет тенденцию к увеличению.

(5) Гидроксипропилметилцеллюлозу можно смешивать с водорастворимыми полимерными соединениями для образования однородного и более вязкого раствора. Например, с поливиниловым спиртом, эфиром крахмала, растительной камедь и т. д.

(6) Гидроксипропилметилцеллюлоза обладает лучшей устойчивостью к ферментам, чем метилцеллюлоза, и ее раствор с меньшей вероятностью подвергается разрушению ферментами, чем метилцеллюлоза.

(7) Адгезия гидроксипропилметилцеллюлозы к строительному раствору выше, чем у метилцеллюлозы.

Гидроксиэтилцеллюлоза：

Изготавливается из очищенного хлопка, обработанного щелочью, и реагирует с этиленоксидом в качестве этерифицирующего агента в присутствии изопропанола. Его степень замещения обычно составляет 1,5~2,0. Он обладает сильной гидрофильностью и легко впитывает влагу.

(1) Гидроксиэтилцеллюлоза растворима в холодной воде, но трудно растворяется в горячей воде. Ее раствор стабилен при высокой температуре без гелеобразования. Ее можно использовать в течение длительного времени при высокой температуре в растворе, но ее водоудержание ниже, чем у метилцеллюлозы.

(2) Гидроксиэтилцеллюлоза устойчива к воздействию общих кислот и щелочей, а щелочь может ускорить ее растворение и немного увеличить ее вязкость. Ее диспергируемость в воде немного хуже, чем у метилцеллюлозы и гидроксипропилметилцеллюлозы.

(3) Гидроксиэтилцеллюлоза обладает хорошими противооседающими свойствами для раствора, но для цемента она имеет более длительное время замедления.

(4) Показатели гидроксиэтилцеллюлозы, выпускаемой некоторыми отечественными предприятиями, явно ниже, чем у метилцеллюлозы из-за высокого содержания воды и высокой зольности.

(5) Плесень водного раствора гидроксиэтилцеллюлозы является относительно серьезной. При температуре около 40°C плесень может появиться в течение 3-5 дней, что повлияет на его производительность.

Карбоксиметилцеллюлоза：

Эфир целлюлозы Lonic производится из натуральных волокон (хлопка и т. д.) после щелочной обработки с использованием монохлорацетата натрия в качестве этерифицирующего агента и подвергается серии реакционных обработок. Степень замещения обычно составляет 0,4~1,4, и его эксплуатационные характеристики в значительной степени зависят от степени замещения.

(1) Карбоксиметилцеллюлоза более гигроскопична и будет содержать больше воды при хранении в обычных условиях.

(2) Водный раствор карбоксиметилцеллюлозы не образует гель, а вязкость уменьшается с повышением температуры. Когда температура превышает 50°C, вязкость становится необратимой.

(3) Его стабильность сильно зависит от pH. Как правило, его можно использовать в гипсовых растворах, но не в цементных. При высокой щелочности он теряет вязкость.

(4) Его водоудержание намного ниже, чем у метилцеллюлозы. Он оказывает замедляющее действие на гипсовый раствор и снижает его прочность. Однако цена карбоксиметилцеллюлозы значительно ниже, чем у метилцеллюлозы.

Алкиловый эфир целлюлозы:

Представительными из них являются метилцеллюлоза и этилцеллюлоза. В промышленном производстве в качестве этерифицирующего агента обычно используют метилхлорид или этилхлорид, а реакция выглядит следующим образом:

В формуле R представляет собой CH3 или C2H5. Концентрация щелочи влияет не только на степень этерификации, но и на расход алкилгалогенидов. Чем ниже концентрация щелочи, тем сильнее гидролиз алкилгалогенида. Чтобы уменьшить расход этерифицирующего агента, концентрацию щелочи необходимо увеличить. Однако, когда концентрация щелочи слишком высока, эффект набухания целлюлозы снижается, что не способствует реакции этерификации, и поэтому степень этерификации снижается. Для этой цели во время реакции можно добавлять концентрированный щелок или твердый щелок. Реактор должен иметь хорошее перемешивающее и разрывающее устройство, чтобы щелочь могла равномерно распределяться. Метилцеллюлоза широко используется в качестве загустителя, адгезива и защитного коллоида и т. д. Она также может использоваться в качестве диспергатора для эмульсионной полимеризации, связующего диспергатора для семян, текстильной суспензии, добавки для пищевых продуктов и косметики, медицинского клея, материала для покрытия лекарств, а также использоваться в латексных красках, типографских чернилах, производстве керамики и смешиваться с цементом. Используется для контроля времени схватывания и увеличения начальной прочности и т. д. Изделия из этилцеллюлозы обладают высокой механической прочностью, гибкостью, термостойкостью и морозостойкостью. Низкозамещенная этилцеллюлоза растворима в воде и разбавленных щелочных растворах, а высокозамещенные продукты растворимы в большинстве органических растворителей. Она хорошо совместима с различными смолами и пластификаторами. Его можно использовать для изготовления пластмасс, пленок, лаков, клеев, латексов и покрытий для лекарственных препаратов и т. д. Введение гидроксиалкильных групп в алкиловые эфиры целлюлозы позволяет улучшить ее растворимость, снизить ее чувствительность к высаливанию, повысить температуру гелеобразования и улучшить термоплавкие свойства и т. д. Степень изменения указанных свойств варьируется в зависимости от природы заместителей и соотношения алкильных и гидроксиалкильных групп.

Гидроксиалкиловый эфир целлюлозы:

Представительными являются гидроксиэтилцеллюлоза и гидроксипропилцеллюлоза. Этерифицирующие агенты — эпоксиды, такие как этиленоксид и пропиленоксид. Используйте кислоту или основание в качестве катализатора. Промышленное производство заключается в реакции щелочной целлюлозы с этерифицирующим агентом:гидроксиэтилцеллюлозас высоким значением замещения растворима как в холодной, так и в горячей воде. Гидроксипропилцеллюлоза с высоким значением замещения растворима только в холодной воде, но не в горячей воде. Гидроксиэтилцеллюлоза может использоваться в качестве загустителя для латексных покрытий, текстильных печатных и красящих паст, материалов для проклейки бумаги, клеев и защитных коллоидов. Применение гидроксипропилцеллюлозы аналогично применению гидроксиэтилцеллюлозы. Гидроксипропилцеллюлоза с низким значением замещения может использоваться в качестве фармацевтического вспомогательного вещества, которое может обладать как связывающими, так и дезинтегрирующими свойствами.

Карбоксиметилцеллюлоза, английская аббревиатура CMC, обычно существует в форме натриевой соли. Этерифицирующим агентом является монохлоруксусная кислота, а реакция выглядит следующим образом:

Карбоксиметилцеллюлоза — наиболее широко используемый водорастворимый эфир целлюлозы. Раньше он в основном использовался в качестве бурового раствора, но теперь его стали использовать в качестве добавки к моющим средствам, суспензии для одежды, латексной краске, покрытию картона и бумаги и т. д. Чистая карбоксиметилцеллюлоза может использоваться в пищевой промышленности, медицине, косметике, а также в качестве клея для керамики и форм.

Полианионная целлюлоза (ПАЦ) — это ионный эфир целлюлозы, который является высококачественным заменителем карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). Это белый, грязно-белый или слегка желтый порошок или гранулы, нетоксичные, безвкусные, легко растворяющиеся в воде с образованием прозрачного раствора с определенной вязкостью, обладающие лучшей термостойкостью и солестойкостью, а также сильными антибактериальными свойствами. Не подвержены плесени и порче. Обладают характеристиками высокой чистоты, высокой степени замещения и равномерного распределения заместителей. Их можно использовать в качестве связующего, загустителя, модификатора реологии, понизителя водоотдачи, стабилизатора суспензии и т. д. Полианионная целлюлоза (ПАЦ) широко используется во всех отраслях промышленности, где может применяться КМЦ, что позволяет значительно снизить дозировку, облегчить использование, обеспечить лучшую стабильность и соответствовать более высоким технологическим требованиям.

Цианоэтилцеллюлоза — продукт реакции целлюлозы и акрилонитрила под действием щелочи.

Цианоэтилцеллюлоза имеет высокую диэлектрическую проницаемость и низкий коэффициент потерь и может использоваться в качестве смоляной матрицы для люминофорных и электролюминесцентных ламп. Низкозамещенная цианоэтилцеллюлоза может использоваться в качестве изоляционной бумаги для трансформаторов.

Были получены эфиры высших жирных спиртов, алкениловые эфиры и эфиры ароматических спиртов целлюлозы, но на практике они не использовались.

Методы приготовления эфира целлюлозы можно разделить на метод с использованием водной среды, метод с использованием растворителя, метод замешивания, метод суспензии, метод газо-твердого вещества, метод жидкой фазы и комбинацию вышеперечисленных методов.

5.Принцип приготовления:

Высоко α-целлюлозная пульпа пропитывается щелочным раствором для ее набухания, чтобы разрушить больше водородных связей, облегчить диффузию реагентов и создать щелочную целлюлозу, а затем реагирует с этерифицирующим агентом для получения эфира целлюлозы. Этерифицирующие агенты включают галогениды углеводородов (или сульфаты), эпоксиды и α- и β-ненасыщенные соединения с акцепторами электронов.

6.Основные характеристики:

Добавки играют ключевую роль в улучшении характеристик строительных сухих смесей и составляют более 40% стоимости материалов в сухих смесях. Значительная часть добавок на внутреннем рынке поставляется зарубежными производителями, а эталонная дозировка продукта также предоставляется поставщиком. В результате стоимость сухих смесей остается высокой, и сложно популяризировать обычные кладочные и штукатурные растворы с большим объемом и широким ассортиментом. Высококачественные рыночные продукты контролируются зарубежными компаниями, а производители сухих смесей имеют низкую прибыль и плохую ценовую доступность; применение добавок не имеет систематических и целевых исследований и слепо следует зарубежным формулам.

Водоудерживающий агент является ключевой добавкой для улучшения водоудерживающих свойств сухого строительного раствора, а также одной из ключевых добавок для определения стоимости материалов сухого строительного раствора. Основная функция эфира целлюлозы — водоудержание.

Эфир целлюлозы — это общий термин для ряда продуктов, полученных в результате реакции щелочной целлюлозы и этерифицирующего агента при определенных условиях. Щелочная целлюлоза заменяется различными этерифицирующими агентами для получения различных эфиров целлюлозы. В соответствии со свойствами ионизации заместителей эфиры целлюлозы можно разделить на две категории: ионные (например, карбоксиметилцеллюлоза) и неионные (например, метилцеллюлоза). В зависимости от типа заместителя эфир целлюлозы можно разделить на моноэфир (например, метилцеллюлоза) и смешанный эфир (например, гидроксипропилметилцеллюлоза). В зависимости от растворимости его можно разделить на растворимость в воде (например, гидроксиэтилцеллюлоза) и растворимость в органических растворителях (например, этилцеллюлоза). Сухой смешанный раствор в основном представляет собой водорастворимую целлюлозу, а водорастворимая целлюлоза делится на мгновенного типа и поверхностно обработанный тип с замедленным растворением.

Механизм действия эфира целлюлозы в растворе следующий:

(1) Послеэфир целлюлозыВ растворе растворяется в воде, за счет поверхностной активности обеспечивается эффективное и равномерное распределение вяжущего материала в системе, а эфир целлюлозы, как защитный коллоид, «обволакивает» твердые частицы и на его внешней поверхности образуется слой смазывающей пленки, что делает растворную систему более устойчивой, а также улучшает текучесть раствора в процессе замешивания и гладкость конструкции.

(2) Благодаря своей молекулярной структуре раствор эфира целлюлозы препятствует потере влаги в растворе и постепенно высвобождает ее в течение длительного периода времени, обеспечивая раствору хорошую водоудерживающую способность и удобоукладываемость.