Čo je celulózový éter?

éter celulózyje polymérna zlúčenina s éterovou štruktúrou vyrobená z celulózy. Každý glukozylový kruh v makromolekule celulózy obsahuje tri hydroxylové skupiny, primárnu hydroxylovú skupinu na šiestom atóme uhlíka, sekundárnu hydroxylovú skupinu na druhom a treťom atóme uhlíka a vodík v hydroxylovej skupine je nahradený uhľovodíkovou skupinou za vzniku derivátov celulózového éteru. Je to produkt, v ktorom je vodík hydroxylovej skupiny v celulózovom polyméri nahradený uhľovodíkovou skupinou. Celulóza je polyhydroxypolymérna zlúčenina, ktorá sa nerozpúšťa ani netaví. Po éterifikácii je celulóza rozpustná vo vode, zriedenom alkalickom roztoku a organickom rozpúšťadle a má termoplastickosť.

Celulóza je polyhydroxypolymérna zlúčenina, ktorá sa nerozpúšťa ani netaví. Po éterifikácii je celulóza rozpustná vo vode, zriedenom alkalickom roztoku a organickom rozpúšťadle a má termoplastické vlastnosti.

1. Príroda：

Rozpustnosť celulózy po éterifikácii sa výrazne mení. Môže byť rozpustná vo vode, zriedenej kyseline, zriedenej zásade alebo organickom rozpúšťadle. Rozpustnosť závisí hlavne od troch faktorov: (1) Charakteristiky skupín zavedených v procese éterifikácie, čím väčšia je skupina, tým nižšia je rozpustnosť a čím silnejšia je polarita zavedenej skupiny, tým ľahšie sa éter celulózy rozpúšťa vo vode; (2) Stupeň substitúcie a distribúcia éterifikovaných skupín v makromolekule. Väčšina éterov celulózy sa môže rozpustiť vo vode iba za určitého stupňa substitúcie, pričom stupeň substitúcie je medzi 0 a 3; (3) Stupeň polymerizácie éteru celulózy, čím vyšší je stupeň polymerizácie, tým je menej rozpustný; Čím nižší je stupeň substitúcie, ktorý sa môže éter celulózy rozpustiť vo vode, tým širší je rozsah rozpustnosti. Existuje mnoho druhov éterov celulózy s vynikajúcim výkonom a široko sa používajú v stavebníctve, cementárstve, rope, potravinárstve, textile, čistiacim prostriedkom, farbách, medicíne, papierenskom priemysle a elektronických súčiastkach a ďalších odvetviach.

2. Rozvíjať：

Čína je najväčším svetovým výrobcom a spotrebiteľom celulózových éterov s priemernou ročnou mierou rastu viac ako 20 %. Podľa predbežných štatistík existuje v Číne približne 50 podnikov na výrobu celulózových éterov, pričom projektovaná výrobná kapacita priemyslu s celulózovými étermi presiahla 400 000 ton a približne 20 podnikov má viac ako 10 000 ton, ktoré sú distribuované najmä v provinciách Shandong, Che-pej, Čchung-čching a Ťiang-su, Zhejiang, Šanghaj a ďalších oblastiach.

3. Potreba：

V roku 2011 bola výrobná kapacita CMC v Číne približne 300 000 ton. S rastúcim dopytom po vysokokvalitných éteroch celulózy v odvetviach, ako je medicína, potravinárstvo a každodenné chemikálie, sa zvyšuje domáci dopyt po iných produktoch z éterov celulózy okrem CMC. Výrobná kapacita MC/HPMC je približne 120 000 ton a HEC približne 20 000 ton. PAC je v Číne stále vo fáze propagácie a aplikácie. S rozvojom veľkých ropných polí na mori a rozvojom stavebných materiálov, potravinárskeho, chemického a iných odvetví sa množstvo a oblasť PAC z roka na rok zvyšuje a rozširuje s výrobnou kapacitou viac ako 10 000 ton.

4. Klasifikácia：

Podľa klasifikácie chemickej štruktúry substituentov ich možno rozdeliť na aniónové, katiónové a neiónové étery. V závislosti od použitého éterifikačného činidla existuje metylcelulóza, hydroxyetylmetylcelulóza, karboxymetylcelulóza, etylcelulóza, benzylcelulóza, hydroxyetylcelulóza, hydroxypropylmetylcelulóza, kyanoetylcelulóza, benzylkyanoetylcelulóza, karboxymetylhydroxyetylcelulóza a fenylcelulóza atď. Praktickejšie sú metylcelulóza a etylcelulóza.

Metylcelulóza：

Po alkalickej úprave rafinovanej bavlny sa sériou reakcií s metánchloridom ako éterifikačným činidlom vyrobí éter celulózy. Stupeň substitúcie je vo všeobecnosti 1,6 až 2,0 a rozpustnosť sa tiež líši v závislosti od stupňa substitúcie. Patrí medzi neiónové étery celulózy.

(1) Metylcelulóza je rozpustná v studenej vode, ale v horúcej vode sa ťažko rozpúšťa. Jej vodný roztok je veľmi stabilný v rozmedzí pH = 3 až 12. Má dobrú kompatibilitu so škrobom, guarovou gumou atď. a mnohými povrchovo aktívnymi látkami. Keď teplota dosiahne teplotu gélovania, dochádza ku gélovaniu.

(2) Retencia vody v metylcelulóze závisí od pridaného množstva, viskozity, veľkosti častíc a rýchlosti rozpúšťania. Vo všeobecnosti platí, že ak je pridané množstvo veľké, jemnosť je malá a viskozita je veľká, miera zadržiavania vody je vysoká. Množstvo pridaného množstva má najväčší vplyv na mieru zadržiavania vody a úroveň viskozity nie je priamo úmerná úrovni miery zadržiavania vody. Rýchlosť rozpúšťania závisí hlavne od stupňa povrchovej modifikácie celulózových častíc a jemnosti častíc. Z vyššie uvedených éterov celulózy majú metylcelulóza a hydroxypropylmetylcelulóza vyššiu mieru zadržiavania vody.

(3) Zmeny teploty môžu vážne ovplyvniť zadržiavanie vody metylcelulózou. Vo všeobecnosti platí, že čím vyššia je teplota, tým horšia je zadržiavanie vody. Ak teplota malty prekročí 40 °C, zadržiavanie vody metylcelulózou sa výrazne zníži, čo vážne ovplyvní konštrukciu malty.

(4)Metylcelulózamá významný vplyv na spracovateľnosť a súdržnosť malty. „Priľnavosť“ sa tu vzťahuje na spojovaciu silu medzi aplikačným nástrojom pracovníka a podkladom steny, teda na šmykovú odolnosť malty. Priľnavosť je vysoká, šmyková odolnosť malty je veľká a pevnosť požadovaná pracovníkmi v procese používania je tiež veľká a stavebné vlastnosti malty sú nízke. Súdržnosť metylcelulózy je v produktoch z éteru celulózy na strednej úrovni.

Hydroxypropylmetylcelulóza:

Hydroxypropylmetylcelulóza je druh celulózy, ktorého produkcia a spotreba rýchlo rastú. Je to neiónový zmesný éter celulózy vyrobený z rafinovanej bavlny po alkalizácii s použitím propylénoxidu a metylchloridu ako éterifikačného činidla prostredníctvom série reakcií. Stupeň substitúcie je vo všeobecnosti 1,2 až 2,0. Jej vlastnosti sa líšia v závislosti od pomeru obsahu metoxylových skupín k obsahu hydroxypropylových skupín.

(1) Hydroxypropylmetylcelulóza je ľahko rozpustná v studenej vode a jej rozpustnosť v horúcej vode bude ťažká. Jej teplota želatínovania v horúcej vode je však výrazne vyššia ako u metylcelulózy. Rozpustnosť v studenej vode je tiež výrazne lepšia v porovnaní s metylcelulózou.

(2) Viskozita hydroxypropylmetylcelulózy súvisí s jej molekulovou hmotnosťou a čím väčšia je molekulová hmotnosť, tým vyššia je viskozita. Teplota tiež ovplyvňuje jej viskozitu, so zvyšujúcou sa teplotou sa viskozita znižuje. Vplyv jej vysokej viskozity a teploty je však menší ako vplyv metylcelulózy. Jej roztok je stabilný pri skladovaní pri izbovej teplote.

(3) Retencia vody hydroxypropylmetylcelulózy závisí od jej pridaného množstva, viskozity atď. a jej miera retencie vody pri rovnakom pridanom množstve je vyššia ako u metylcelulózy.

(4)HydroxypropylmetylcelulózaJe stabilný voči kyselinám a zásadám a jeho vodný roztok je veľmi stabilný v rozmedzí pH = 2 až 12. Hydroxid sodný a vápenná voda majú malý vplyv na jeho účinnosť, ale zásady môžu urýchliť jeho rozpúšťanie a mierne zvýšiť jeho viskozitu. Hydroxypropylmetylcelulóza je stabilná voči bežným soliam, ale keď je koncentrácia soľného roztoku vysoká, viskozita roztoku hydroxypropylmetylcelulózy má tendenciu sa zvyšovať.

(5) Hydroxypropylmetylcelulóza sa môže zmiešať s vo vode rozpustnými polymérnymi zlúčeninami za vzniku jednotného roztoku s vyššou viskozitou. Napríklad polyvinylalkohol, škrobový éter, rastlinná guma atď.

(6) Hydroxypropylmetylcelulóza má lepšiu odolnosť voči enzýmom ako metylcelulóza a jej roztok je menej náchylný na degradáciu enzýmami ako metylcelulóza.

(7) Priľnavosť hydroxypropylmetylcelulózy k maltovej konštrukcii je vyššia ako priľnavosť metylcelulózy.

Hydroxyetylcelulóza：

Vyrába sa z rafinovanej bavlny upravenej alkáliami a reaguje s etylénoxidom ako éterifikačným činidlom v prítomnosti izopropanolu. Jeho stupeň substitúcie je zvyčajne 1,5 až 2,0. Má silnú hydrofilnosť a ľahko absorbuje vlhkosť.

(1) Hydroxyetylcelulóza je rozpustná v studenej vode, ale ťažko sa rozpúšťa v horúcej vode. Jej roztok je stabilný pri vysokej teplote bez gélovania. Môže sa dlhodobo používať v malte pri vysokej teplote, ale jej retencia vody je nižšia ako u metylcelulózy.

(2) Hydroxyetylcelulóza je stabilná voči všeobecným kyselinám a zásadám a zásady môžu urýchliť jej rozpúšťanie a mierne zvýšiť jej viskozitu. Jej dispergovateľnosť vo vode je o niečo horšia ako u metylcelulózy a hydroxypropylmetylcelulózy.

(3) Hydroxyetylcelulóza má dobrý protistekavý účinok pre maltu, ale má dlhší čas spomalenia tuhnutia pre cement.

(4) Výkon hydroxyetylcelulózy vyrábanej niektorými domácimi podnikmi je zjavne nižší ako výkon metylcelulózy kvôli jej vysokému obsahu vody a vysokému obsahu popola.

(5) Pleseň vodného roztoku hydroxyetylcelulózy je pomerne vážne ochorenie. Pri teplote približne 40 °C sa môže pleseň objaviť do 3 až 5 dní, čo ovplyvní jeho výkon.

Karboxymetylcelulóza：

Iónový celulózový éter sa vyrába z prírodných vlákien (bavlna atď.) po alkalickej úprave s použitím monochlóracetanu sodného ako éterifikačného činidla a následne sa podrobí sérii reakčných spracovaní. Stupeň substitúcie je vo všeobecnosti 0,4 až 1,4 a jeho výkon je výrazne ovplyvnený stupňom substitúcie.

(1) Karboxymetylcelulóza je hygroskopickejšia a pri skladovaní za bežných podmienok obsahuje viac vody.

(2) Vodný roztok karboxymetylcelulózy netvorí gél a viskozita klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Keď teplota prekročí 50 °C, viskozita je nevratná.

(3) Jeho stabilita je výrazne ovplyvnená pH. Vo všeobecnosti sa môže použiť v maltách na báze sadry, ale nie v maltách na báze cementu. Pri vysokej zásaditosti stráca viskozitu.

(4) Jeho retencia vody je oveľa nižšia ako u metylcelulózy. Má spomaľovací účinok na maltu na báze sadry a znižuje jej pevnosť. Cena karboxymetylcelulózy je však výrazne nižšia ako cena metylcelulózy.

Alkyléter celulózy：

Reprezentatívnymi príkladmi sú metylcelulóza a etylcelulóza. V priemyselnej výrobe sa ako éterifikačné činidlo zvyčajne používa metylchlorid alebo etylchlorid a reakcia prebieha nasledovne:

Vo vzorci R predstavuje CH3 alebo C2H5. Koncentrácia alkálií ovplyvňuje nielen stupeň éterifikácie, ale aj spotrebu alkylhalogenidov. Čím nižšia je koncentrácia alkálií, tým silnejšia je hydrolýza alkylhalogenidov. Aby sa znížila spotreba éterifikačného činidla, musí sa zvýšiť koncentrácia alkálií. Ak je však koncentrácia alkálií príliš vysoká, znižuje sa napučiavací účinok celulózy, čo neprispieva k éterifikačnej reakcii, a preto sa znižuje stupeň éterifikácie. Na tento účel sa počas reakcie môže pridať koncentrovaný lúh alebo pevný lúh. Reaktor by mal mať dobré miešacie a oddeľovacie zariadenie, aby sa alkálie rovnomerne rozložili. Metylcelulóza sa široko používa ako zahusťovadlo, lepidlo a ochranný koloid atď. Môže sa tiež použiť ako dispergačné činidlo pre emulznú polymerizáciu, spojovacie dispergačné činidlo pre semená, textilnú suspenziu, prísadu do potravín a kozmetiky, lekárske lepidlo, materiál na poťahovanie liekov a používa sa v latexových farbách, tlačiarenských farbách, výrobe keramiky a primiešava sa do cementu. Používa sa na kontrolu času tuhnutia a zvýšenie počiatočnej pevnosti atď. Produkty z etylcelulózy majú vysokú mechanickú pevnosť, flexibilitu, tepelnú odolnosť a odolnosť voči chladu. Nízko substituovaná etylcelulóza je rozpustná vo vode a zriedených alkalických roztokoch a vysoko substituované produkty sú rozpustné vo väčšine organických rozpúšťadiel. Má dobrú kompatibilitu s rôznymi živicami a zmäkčovadlami. Môže sa použiť na výrobu plastov, filmov, lakov, lepidiel, latexu a poťahových materiálov pre lieky atď. Zavedenie hydroxyalkylových skupín do alkyléterov celulózy môže zlepšiť ich rozpustnosť, znížiť ich citlivosť na vysoľovanie, zvýšiť teplotu gélovatenia a zlepšiť vlastnosti tavenia za tepla atď. Stupeň zmeny vyššie uvedených vlastností sa mení v závislosti od povahy substituentov a pomeru alkylových skupín k hydroxyalkylovým skupinám.

Hydroxyalkyléter celulózy:

Reprezentatívnymi príkladmi sú hydroxyetylcelulóza a hydroxypropylcelulóza. Éterifikačné činidlá sú epoxidy, ako je etylénoxid a propylénoxid. Ako katalyzátor sa používa kyselina alebo zásada. Priemyselná výroba spočíva v reakcii alkalickej celulózy s éterifikačným činidlom:hydroxyetylcelulózas vysokou substitučnou hodnotou je rozpustná v studenej aj horúcej vode. Hydroxypropylcelulóza s vysokou substitučnou hodnotou je rozpustná iba v studenej vode, ale nie v horúcej vode. Hydroxyetylcelulóza sa môže použiť ako zahusťovadlo pre latexové nátery, textilné tlačiarenské a farbiace pasty, papierové glejivá, lepidlá a ochranné koloidy. Použitie hydroxypropylcelulózy je podobné ako u hydroxyetylcelulózy. Hydroxypropylcelulóza s nízkou substitučnou hodnotou sa môže použiť ako farmaceutická pomocná látka, ktorá môže mať spojivové aj dezintegračné vlastnosti.

Karboxymetylcelulóza, anglická skratka CMC, sa vo všeobecnosti vyskytuje vo forme sodnej soli. Éterifikačným činidlom je kyselina monochlóroctová a reakcia prebieha nasledovne:

Karboxymetylcelulóza je najpoužívanejší vo vode rozpustný éter celulózy. V minulosti sa používala hlavne ako vrtný kal, ale teraz sa rozšírila aj na prísadu do detergentov, odevných kalov, latexových farieb, náterov kartónu a papiera atď. Čistá karboxymetylcelulóza sa môže používať v potravinárstve, medicíne, kozmetike a tiež ako lepidlo na keramiku a formy.

Polyaniónová celulóza (PAC) je iónový éter celulózy a je špičkovým náhradným produktom za karboxymetylcelulózu (CMC). Je to biely, sivobiely alebo mierne žltý prášok alebo granulát, netoxický, bez chuti, ľahko sa rozpúšťa vo vode za vzniku priehľadného roztoku s určitou viskozitou, má lepšiu tepelnú stabilitu a odolnosť voči soliam a silné antibakteriálne vlastnosti. Nepodlieha plesniam a znehodnoteniu. Vyznačuje sa vysokou čistotou, vysokým stupňom substitúcie a rovnomerným rozložením substituentov. Môže sa použiť ako spojivo, zahusťovadlo, modifikátor reológie, reduktor straty tekutín, stabilizátor suspenzií atď. Polyaniónová celulóza (PAC) sa široko používa vo všetkých odvetviach, kde sa môže CMC aplikovať, čo môže výrazne znížiť dávkovanie, uľahčiť použitie, zabezpečiť lepšiu stabilitu a splniť vyššie procesné požiadavky.

Kyanoetylcelulóza je reakčný produkt celulózy a akrylonitrilu za katalýzy alkáliou.

Kyanoetylcelulóza má vysokú dielektrickú konštantu a nízky stratový koeficient a môže sa použiť ako živicová matrica pre fosforové a elektroluminiscenčné lampy. Nízko substituovaná kyanoetylcelulóza sa môže použiť ako izolačný papier pre transformátory.

Étery vyšších mastných alkoholov, alkenylétery a aromatické alkoholétery celulózy boli pripravené, ale v praxi sa nepoužili.

Metódy prípravy celulózového éteru možno rozdeliť na metódu vodného média, metódu rozpúšťadla, metódu miesenia, metódu suspenzie, metódu plyn-pevná látka, metódu kvapalnej fázy a kombináciu vyššie uvedených metód.

5. Princíp prípravy:

Buničina s vysokým obsahom α-celulózy sa nasiakne alkalickým roztokom, aby napučala a zničila viac vodíkových väzieb, uľahčila difúziu činidiel a vytvorila alkalickú celulózu, a potom reaguje s éterifikačným činidlom za vzniku éteru celulózy. Éterifikačné činidlá zahŕňajú halogenidy uhľovodíkov (alebo sírany), epoxidy a α a β nenasýtené zlúčeniny s akceptormi elektrónov.

6. Základný výkon:

Prísady zohrávajú kľúčovú úlohu pri zlepšovaní výkonnosti suchých miešaných mált a predstavujú viac ako 40 % nákladov na materiál v suchých miešaných maltách. Značnú časť prísad na domácom trhu dodávajú zahraniční výrobcovia a dodávateľ poskytuje aj referenčné dávkovanie produktu. V dôsledku toho zostávajú náklady na suché miešané malty vysoké a je ťažké popularizovať bežné murovacie a omietkové malty s veľkým množstvom a širokým sortimentom. Produkty na trhu s luxusnými výrobkami sú kontrolované zahraničnými spoločnosťami a výrobcovia suchých miešaných mált majú nízke zisky a nízku cenovú dostupnosť; pri používaní prísad chýba systematický a cielený výskum a slepo sa nasledujú zahraničné receptúry.

Vodotesná prísada je kľúčovou prísadou na zlepšenie zadržiavania vody v suchej malte a je tiež jednou z kľúčových prísad, ktoré určujú cenu suchých maltových materiálov. Hlavnou funkciou éteru celulózy je zadržiavanie vody.

Éter celulózy je všeobecný termín pre sériu produktov vyrobených reakciou alkalickej celulózy a éterifikačného činidla za určitých podmienok. Alkalická celulóza sa nahrádza rôznymi éterifikačnými činidlami, čím sa získajú rôzne étery celulózy. Podľa ionizačných vlastností substituentov možno étery celulózy rozdeliť do dvoch kategórií: iónové (ako je karboxymetylcelulóza) a neiónové (ako je metylcelulóza). Podľa typu substituentu možno éter celulózy rozdeliť na monoéterové (ako je metylcelulóza) a zmiešané éterové (ako je hydroxypropylmetylcelulóza). Podľa rozdielnej rozpustnosti ich možno rozdeliť na rozpustnosť vo vode (ako je hydroxyetylcelulóza) a rozpustnosť v organických rozpúšťadlách (ako je etylcelulóza). Suchá malta je prevažne z vo vode rozpustnej celulózy a vo vode rozpustná celulóza sa delí na instantný typ a povrchovo upravený typ s oneskoreným rozpúšťaním.

Mechanizmus účinku éteru celulózy v malte je nasledovný:

(1) Poéter celulózyKeď sa cement v malte rozpustí vo vode, vďaka povrchovej aktivite je zabezpečené efektívne a rovnomerné rozloženie cementového materiálu v systéme a éter celulózy ako ochranný koloid „obaľuje“ pevné častice a na jeho vonkajšom povrchu sa vytvorí vrstva mazacieho filmu, vďaka čomu je maltový systém stabilnejší a zároveň sa zlepšuje tekutosť malty počas miešania a hladkosť stavby.

(2) Vďaka svojej vlastnej molekulárnej štruktúre roztok celulózového éteru zabraňuje ľahkému úniku vlhkosti z malty a postupne ju uvoľňuje počas dlhého časového obdobia, čím malta dobre zadržiava vodu a je dobre spracovateľná.