Kaj je celulozni eter?

Celulozni eterje polimerna spojina z etrsko strukturo, sestavljena iz celuloze. Vsak glukozilni obroč v celulozni makromolekuli vsebuje tri hidroksilne skupine, primarno hidroksilno skupino na šestem atomu ogljika, sekundarno hidroksilno skupino na drugem in tretjem atomu ogljika, vodik v hidroksilni skupini pa je nadomeščen z ogljikovodikovo skupino, da nastanejo derivati ​​celuloznega etra. Je produkt, pri katerem je vodik hidroksilne skupine v celuloznem polimeru nadomeščen z ogljikovodikovo skupino. Celuloza je polihidroksi polimerna spojina, ki se ne raztopi in ne tali. Po eterifikaciji je celuloza topna v vodi, razredčeni alkalni raztopini in organskem topilu ter ima termoplastičnost.

Celuloza je polihidroksi polimerna spojina, ki se ne raztopi in ne topi. Po eterifikaciji je celuloza topna v vodi, razredčeni alkalni raztopini in organskem topilu ter ima termoplastičnost.

1. Narava：

Topnost celuloze se po eterifikaciji bistveno spremeni. Lahko se raztopi v vodi, razredčeni kislini, razredčeni bazi ali organskem topilu. Topnost je odvisna predvsem od treh dejavnikov: (1) značilnosti skupin, uvedenih med postopkom eterifikacije, večja kot je skupina, nižja je topnost in močnejša kot je polarnost uvedene skupine, lažje se celulozni eter raztopi v vodi; (2) stopnje substitucije in porazdelitve eterificiranih skupin v makromolekuli. Večina celuloznih etrov se lahko raztopi v vodi le pod določeno stopnjo substitucije, stopnja substitucije pa je med 0 in 3; (3) stopnje polimerizacije celuloznega etra, višja kot je stopnja polimerizacije, manj je topen; nižja kot je stopnja substitucije, ki se lahko raztopi v vodi, širši je razpon. Obstaja veliko vrst celuloznih etrov z odličnimi lastnostmi, ki se pogosto uporabljajo v gradbeništvu, cementni, naftni, živilski, tekstilni, detergentni, barvni, medicinski, papirni in elektronski industriji ter drugih industrijah.

2. Razvoj:

Kitajska je največji svetovni proizvajalec in porabnik celuloznega etra s povprečno letno stopnjo rasti več kot 20 %. Po predhodnih statističnih podatkih je na Kitajskem približno 50 podjetij za proizvodnjo celuloznega etra, načrtovana proizvodna zmogljivost industrije celuloznega etra pa je presegla 400.000 ton, približno 20 podjetij pa ima več kot 10.000 ton, večinoma pa so razporejena v provincah Shandong, Hebei, Chongqing, Jiangsu, Zhejiang, Šanghaj in drugod.

3. Potreba:

Leta 2011 je bila kitajska proizvodna zmogljivost CMC približno 300.000 ton. Z naraščajočim povpraševanjem po visokokakovostnih celuloznih etrih v panogah, kot so medicina, živilska industrija in kemikalije za vsakodnevno uporabo, se povečuje domače povpraševanje po drugih izdelkih iz celuloznih etrov, razen CMC. Proizvodna zmogljivost MC/HPMC je približno 120.000 ton, proizvodna zmogljivost HEC pa približno 20.000 ton. PAC je na Kitajskem še vedno v fazi promocije in uporabe. Z razvojem velikih naftnih polj na morju in razvojem gradbenih materialov, živilske, kemične in drugih industrij se količina in področje PAC iz leta v leto povečujeta in širita, s proizvodno zmogljivostjo več kot 10.000 ton.

4. Razvrstitev:

Glede na klasifikacijo kemijske strukture substituentov jih lahko razdelimo na anionske, kationske in neionske etre. Glede na uporabljeno eterifikacijsko sredstvo obstajajo metilceluloza, hidroksietilmetilceluloza, karboksimetilceluloza, etilceluloza, benzilceluloza, hidroksietilceluloza, hidroksipropilmetilceluloza, cianoetilceluloza, benzilcianoetilceluloza, karboksimetilhidroksietilceluloza in fenilceluloza itd. Metilceluloza in etilceluloza sta bolj praktični.

Metilceluloza:

Po obdelavi rafiniranega bombaža z alkalijami se z vrsto reakcij z metan kloridom kot eterifikacijskim sredstvom proizvede celulozni eter. Stopnja substitucije je običajno 1,6~2,0, topnost pa se razlikuje glede na stopnjo substitucije. Spada med neionske celulozne etere.

(1) Metilceluloza je topna v hladni vodi, v vroči vodi pa se težko raztopi. Njena vodna raztopina je zelo stabilna v območju pH = 3~12. Dobro se ujema s škrobom, guar gumijem itd. in številnimi površinsko aktivnimi snovmi. Ko temperatura doseže temperaturo želiranja, pride do želiranja.

(2) Zadrževanje vode metilceluloze je odvisno od količine dodane snovi, viskoznosti, velikosti delcev in hitrosti raztapljanja. Na splošno velja, da če je dodana količina velika, je finost majhna in je viskoznost velika, je stopnja zadrževanja vode visoka. Med njimi ima količina dodane snovi največji vpliv na stopnjo zadrževanja vode, raven viskoznosti pa ni neposredno sorazmerna s stopnjo zadrževanja vode. Stopnja raztapljanja je odvisna predvsem od stopnje površinske modifikacije celuloznih delcev in finosti delcev. Med zgoraj navedenimi celuloznimi etri imata metilceluloza in hidroksipropilmetilceluloza višjo stopnjo zadrževanja vode.

(3) Spremembe temperature lahko resno vplivajo na zadrževanje vode v metilcelulozi. Na splošno velja, da višja kot je temperatura, slabše je zadrževanje vode. Če temperatura malte preseže 40 °C, se zadrževanje vode v metilcelulozi znatno zmanjša, kar resno vpliva na konstrukcijo malte.

(4)Metil celulozaima pomemben vpliv na obdelavnost in kohezijo malte. »Lepljivost« se tukaj nanaša na silo vezi med orodjem delavca za nanašanje in stensko podlago, torej na strižno odpornost malte. Lepljivost je visoka, strižna odpornost malte je velika, trdnost, ki jo delavci potrebujejo med uporabo, je prav tako velika, konstrukcijska učinkovitost malte pa je slaba. Kohezija metilceluloze je pri izdelkih iz celuloznega etra na srednji ravni.

Hidroksipropilmetilceluloza:

Hidroksipropil metilceluloza je vrsta celuloze, katere proizvodnja in poraba hitro naraščata. Gre za neionski mešani eter celuloze, izdelan iz rafiniranega bombaža po alkalizaciji z uporabo propilen oksida in metil klorida kot sredstva za eterifikacijo, z vrsto reakcij. Stopnja substitucije je običajno 1,2~2,0. Njene lastnosti se razlikujejo glede na razmerje med vsebnostjo metoksila in vsebnostjo hidroksipropila.

(1) Hidroksipropil metilceluloza je zlahka topna v hladni vodi, v vroči vodi pa se bo težko raztopila. Vendar je njena temperatura želiranja v vroči vodi bistveno višja kot pri metilcelulozi. Tudi topnost v hladni vodi je v primerjavi z metilcelulozo močno izboljšana.

(2) Viskoznost hidroksipropil metilceluloze je povezana z njeno molekulsko maso, in večja kot je molekulska masa, višja je viskoznost. Temperatura vpliva tudi na njeno viskoznost, z naraščanjem temperature se viskoznost zmanjšuje. Vendar je vpliv njene visoke viskoznosti in temperature manjši kot pri metilcelulozi. Njena raztopina je stabilna pri shranjevanju pri sobni temperaturi.

(3) Zadrževanje vode hidroksipropil metilceluloze je odvisno od količine dodane snovi, viskoznosti itd., stopnja zadrževanja vode pri enaki količini dodane snovi pa je višja kot pri metilcelulozi.

(4)Hidroksipropil metilcelulozaJe stabilen na kisline in alkalije, njegova vodna raztopina pa je zelo stabilna v območju pH = 2~12. Kavstična soda in apnena voda imata le majhen vpliv na njegovo delovanje, vendar lahko alkalije pospešijo njeno raztapljanje in nekoliko povečajo njeno viskoznost. Hidroksipropil metilceluloza je stabilna na navadne soli, vendar se pri visoki koncentraciji raztopine soli viskoznost raztopine hidroksipropil metilceluloze ponavadi poveča.

(5) Hidroksipropil metilcelulozo lahko zmešamo z vodotopnimi polimernimi spojinami, da tvorimo enakomerno raztopino z višjo viskoznostjo. Na primer s polivinil alkoholom, škrobnim eterjem, rastlinskim gumijem itd.

(6) Hidroksipropil metilceluloza ima boljšo encimsko odpornost kot metilceluloza, njeno raztopino pa encimi manj verjetno razgradijo kot metilcelulozo.

(7) Oprijem hidroksipropil metilceluloze na malto je večji kot pri metilcelulozi.

Hidroksietil celuloza:

Izdelan je iz rafiniranega bombaža, obdelanega z alkalijami, in reagira z etilen oksidom kot eterifikacijskim sredstvom v prisotnosti izopropanola. Njegova stopnja substitucije je običajno 1,5~2,0. Ima močno hidrofilnost in zlahka absorbira vlago.

(1) Hidroksietilceluloza je topna v hladni vodi, težko pa se raztopi v vroči vodi. Njena raztopina je stabilna pri visoki temperaturi brez želiranja. Lahko se dolgo časa uporablja v malti pri visoki temperaturi, vendar je njeno zadrževanje vode slabše kot pri metilcelulozi.

(2) Hidroksietilceluloza je stabilen na splošno kisline in alkalije, alkalije pa lahko pospešijo njegovo raztapljanje in nekoliko povečajo njegovo viskoznost. Njegova disperzibilnost v vodi je nekoliko slabša kot pri metilcelulozi in hidroksipropilmetilcelulozi.

(3) Hidroksietil celuloza ima dobro odpornost proti posedanju malte, vendar ima daljši čas zakasnitve vezanja cementa.

(4) Učinkovitost hidroksietil celuloze, ki jo proizvajajo nekatera domača podjetja, je zaradi visoke vsebnosti vode in pepela očitno nižja od učinkovitosti metil celuloze.

(5) Plesen vodne raztopine hidroksietilceluloze je relativno resna. Pri temperaturi približno 40 °C se lahko plesen pojavi v 3 do 5 dneh, kar vpliva na njeno delovanje.

Karboksimetil celuloza:

Jonski celulozni eter je izdelan iz naravnih vlaken (bombaž itd.) po alkalijski obdelavi z uporabo natrijevega monokloroacetata kot eterifikacijskega sredstva in po vrsti reakcijskih obdelav. Stopnja substitucije je običajno 0,4~1,4, na njegovo delovanje pa močno vpliva stopnja substitucije.

(1) Karboksimetil celuloza je bolj higroskopična in bo pri shranjevanju v splošnih pogojih vsebovala več vode.

(2) Vodna raztopina karboksimetil celuloze ne tvori gela, viskoznost pa se z naraščanjem temperature zmanjšuje. Ko temperatura preseže 50 °C, je viskoznost nepovratna.

(3) Na njegovo stabilnost močno vpliva pH. Na splošno se lahko uporablja v malti na osnovi mavca, ne pa v malti na osnovi cementa. Pri visoki alkalnosti izgubi viskoznost.

(4) Zadržuje vodo veliko manj kot metilceluloza. Ima zaviralni učinek na malto na osnovi mavca in zmanjšuje njeno trdnost. Vendar pa je cena karboksimetilceluloze bistveno nižja od cene metilceluloze.

Celulozni alkil eter:

Reprezentativni primeri so metilceluloza in etilceluloza. V industrijski proizvodnji se kot sredstvo za eterifikacijo običajno uporablja metilklorid ali etilklorid, reakcija pa poteka takole:

V formuli R predstavlja CH3 ali C2H5. Koncentracija alkalij ne vpliva le na stopnjo eterifikacije, temveč tudi na porabo alkil halogenidov. Nižja kot je koncentracija alkalij, močnejša je hidroliza alkil halogenida. Da bi zmanjšali porabo eterifikacijskega sredstva, je treba povečati koncentracijo alkalij. Ko pa je koncentracija alkalij previsoka, se zmanjša učinek nabrekanja celuloze, kar ne prispeva k reakciji eterifikacije, zato se zmanjša stopnja eterifikacije. V ta namen se lahko med reakcijo doda koncentrirana lug ali trdna lug. Reaktor mora imeti dobro mešalno in ločilno napravo, da se alkalije enakomerno porazdelijo. Metilceluloza se pogosto uporablja kot zgoščevalec, lepilni in zaščitni koloid itd. Uporablja se lahko tudi kot dispergator za emulzijsko polimerizacijo, vezni dispergator za semena, tekstilna suspenzija, dodatek za živila in kozmetiko, medicinsko lepilo, material za premaze zdravil, uporablja pa se tudi v lateks barvah, tiskarskih barvah, proizvodnji keramike in se meša s cementom. Uporablja se za nadzor časa vezanja in povečanje začetne trdnosti itd. Izdelki iz etilceluloze imajo visoko mehansko trdnost, prožnost, toplotno odpornost in odpornost proti mrazu. Nizko substituirana etilceluloza je topna v vodi in razredčenih alkalnih raztopinah, visoko substituirani izdelki pa so topni v večini organskih topil. Ima dobro združljivost z različnimi smolami in mehčali. Uporablja se lahko za izdelavo plastike, filmov, lakov, lepil, lateksa in premaznih materialov za zdravila itd. Uvedba hidroksialkilnih skupin v celulozne alkilne etre lahko izboljša njihovo topnost, zmanjša občutljivost na izoljenje, poveča temperaturo želiranja in izboljša lastnosti vročega taljenja itd. Stopnja spremembe zgornjih lastnosti se spreminja glede na naravo substituentov in razmerje med alkilnimi in hidroksialkilnimi skupinami.

Celulozni hidroksialkil eter:

Reprezentativni primeri so hidroksietilceluloza in hidroksipropilceluloza. Eterifikacijska sredstva so epoksidi, kot sta etilen oksid in propilen oksid. Kot katalizator se uporabi kislina ali baza. Industrijska proizvodnja vključuje reakcijo alkalne celuloze z eterifikacijskim sredstvom:hidroksietil celulozaz visoko substitucijsko vrednostjo je topna tako v hladni kot vroči vodi. Hidroksipropil celuloza z visoko substitucijsko vrednostjo je topna le v hladni vodi, ne pa tudi v vroči vodi. Hidroksietil celuloza se lahko uporablja kot zgoščevalec za lateks premaze, paste za tiskanje in barvanje tekstila, materiale za klejanje papirja, lepila in zaščitne koloide. Uporaba hidroksipropil celuloze je podobna uporabi hidroksietil celuloze. Hidroksipropil celuloza z nizko substitucijsko vrednostjo se lahko uporablja kot farmacevtska pomožna snov, ki ima lahko tako vezivne kot razgradljive lastnosti.

Karboksimetil celuloza, angleška okrajšava CMC, običajno obstaja v obliki natrijeve soli. Eterifikacijsko sredstvo je monokloroocetna kislina, reakcija pa poteka na naslednji način:

Karboksimetil celuloza je najpogosteje uporabljen vodotopni celulozni eter. V preteklosti se je uporabljal predvsem kot vrtalni eter, zdaj pa se je razširil na uporabo kot dodatek detergentom, gnojevki za oblačila, lateks barvam, premazom za karton in papir itd. Čista karboksimetil celuloza se lahko uporablja v hrani, medicini, kozmetiki in tudi kot lepilo za keramiko in kalupe.

Polianionska celuloza (PAC) je ionski celulozni eter in je visokokakovosten nadomestek za karboksimetilcelulozo (CMC). Je bel, umazano bel ali rahlo rumen prah ali granulat, nestrupen, brez okusa, se zlahka raztopi v vodi in tvori prozorno raztopino z določeno viskoznostjo, ima boljšo toplotno stabilnost in odpornost na sol ter močne antibakterijske lastnosti. Ne tvori plesni in se ne kvari. Ima značilnosti visoke čistosti, visoke stopnje substitucije in enakomerne porazdelitve substituentov. Uporablja se lahko kot vezivo, zgoščevalec, modifikator reologije, sredstvo za zmanjšanje izgube tekočine, stabilizator suspenzije itd. Polianionska celuloza (PAC) se pogosto uporablja v vseh panogah, kjer se lahko uporablja CMC, kar lahko znatno zmanjša odmerek, olajša uporabo, zagotovi boljšo stabilnost in izpolni višje procesne zahteve.

Cianoetilceluloza je reakcijski produkt celuloze in akrilonitrila pod vplivom alkalij.

Cianoetilceluloza ima visoko dielektrično konstanto in nizek koeficient izgub ter se lahko uporablja kot smolna matrica za fosforne in elektroluminiscenčne sijalke. Nizko substituirana cianoetilceluloza se lahko uporablja kot izolacijski papir za transformatorje.

Pripravljeni so bili višji maščobni alkoholni etri, alkenilni etri in aromatski alkoholni etri celuloze, vendar v praksi še niso bili uporabljeni.

Metode priprave celuloznega etra lahko razdelimo na metodo z vodnim medijem, metodo s topilom, metodo gnetenja, metodo z gnojevko, metodo s plinom in trdno snovjo, metodo s tekočo fazo in kombinacijo zgornjih metod.

5. Načelo priprave:

Visoko α-celulozna celuloza se namoči v alkalno raztopino, da nabrekne in uniči več vodikovih vezi, olajša difuzijo reagentov in ustvari alkalno celulozo, nato pa reagira z eterifikacijskim sredstvom, da dobimo celulozni eter. Eterifikacijska sredstva vključujejo ogljikovodikove halogenide (ali sulfate), epokside ter α in β nenasičene spojine z akceptorji elektronov.

6. Osnovna zmogljivost:

Dodatki igrajo ključno vlogo pri izboljšanju učinkovitosti suho mešane gradbene malte in predstavljajo več kot 40 % stroškov materiala v suho mešani malti. Precejšen del dodatkov na domačem trgu dobavljajo tuji proizvajalci, dobavitelj pa zagotavlja tudi referenčni odmerek izdelka. Posledično so stroški suho mešanih malt še vedno visoki in je težko popularizirati običajne zidarske in ometne malte z veliko količino in široko paleto. Izdelke na trgu visokega cenovnega razreda nadzorujejo tuja podjetja, proizvajalci suho mešanih malt pa imajo nizek dobiček in slabo cenovno dostopnost; pri uporabi dodatkov manjkajo sistematične in ciljno usmerjene raziskave ter se slepo sledi tujim formulam.

Sredstvo za zadrževanje vode je ključni dodatek za izboljšanje zadrževanja vode v suho mešani malti in je tudi eden ključnih dodatkov, ki določajo stroške suho mešanih maltnih materialov. Glavna funkcija celuloznega etra je zadrževanje vode.

Celulozni eter je splošen izraz za vrsto produktov, ki nastanejo z reakcijo alkalne celuloze in eterifikacijskega sredstva pod določenimi pogoji. Alkalna celuloza se nadomesti z različnimi eterifikacijskimi sredstvi, da se dobijo različni celulozni etri. Glede na ionizacijske lastnosti substituentov lahko celulozne etre razdelimo v dve kategoriji: ionske (kot je karboksimetil celuloza) in neionske (kot je metil celuloza). Glede na vrsto substituenta lahko celulozni eter razdelimo na monoeter (kot je metil celuloza) in mešani eter (kot je hidroksipropil metil celuloza). Glede na različno topnost ga lahko razdelimo na topnost v vodi (kot je hidroksietil celuloza) in topnost v organskih topilih (kot je etil celuloza). Suho mešana malta je v glavnem iz vodotopne celuloze, vodotopna celuloza pa se deli na instant tip in površinsko obdelano vrsto s podaljšanim raztapljanjem.

Mehanizem delovanja celuloznega etra v malti je naslednji:

(1) Pocelulozni eterKo se cement v malti raztopi v vodi, je zaradi površinske aktivnosti zagotovljena učinkovita in enakomerna porazdelitev cementnega materiala v sistemu, celulozni eter kot zaščitni koloid pa "ovije" trdne delce in na njegovi zunanji površini se tvori plast mazalnega filma, zaradi česar je maltni sistem bolj stabilen, poleg tega pa izboljša tekočnost malte med mešanjem in gladkost gradnje.

(2) Zaradi lastne molekularne strukture raztopina celuloznega etra preprečuje enostavno izgubo vlage v malti in jo postopoma sprošča v daljšem časovnem obdobju, kar malti zagotavlja dobro zadrževanje vode in obdelovalnost.