Шта је целулозни етар?

Целулозни етарје полимерно једињење са етарском структуром направљено од целулозе. Сваки глукозилни прстен у макромолекулу целулозе садржи три хидроксилне групе, примарну хидроксилну групу на шестом атому угљеника, секундарну хидроксилну групу на другом и трећем атому угљеника, а водоник у хидроксилној групи је замењен угљоводоничном групом да би се добили деривати целулозног етра. То је производ у коме је водоник хидроксилне групе у целулозном полимеру замењен угљоводоничном групом. Целулоза је полихидрокси полимерно једињење које се не раствара нити топи. Након етерификације, целулоза је растворљива у води, разблаженом алкалном раствору и органском растварачу и има термопластичност.

Целулоза је полихидроксиполимерно једињење које се не раствара нити топи. Након етерификације, целулоза је растворљива у води, разблаженом алкалном раствору и органском растварачу и поседује термопластичност.

1. Природа：

Растворљивост целулозе након етерификације значајно се мења. Може се растворити у води, разблаженој киселини, разблаженој бази или органском растварачу. Растворљивост углавном зависи од три фактора: (1) Карактеристике група уведених у процесу етерификације, што је група већа, што је растворљивост мања и што је поларност уведене групе јача, то се целулозни етар лакше раствара у води; (2) Степен супституције и расподела етерификованих група у макромолекулу. Већина целулозних етара може се растворити у води само под одређеним степеном супституције, а степен супституције је између 0 и 3; (3) Степен полимеризације целулозног етра, што је већи степен полимеризације, то је мање растворљив; Што је нижи степен супституције који се може растворити у води, то је шири опсег. Постоји много врста целулозних етара са одличним перформансама и широко се користе у грађевинарству, цементу, нафти, прехрамбеној, текстилној, детерџентној, фарбачкој, медицинској, производњи папира и електронских компоненти и другим индустријама.

2. Развити：

Кина је највећи светски произвођач и потрошач целулозног етра, са просечном годишњом стопом раста од преко 20%. Према прелиминарним статистикама, у Кини постоји око 50 предузећа за производњу целулозног етра, пројектовани производни капацитет индустрије целулозног етра је премашио 400.000 тона, а постоји око 20 предузећа са више од 10.000 тона, углавном распоређених у Шандонгу, Хебеју, Чонгћингу и Ђангсуу, Џеђангу, Шангају и другим местима.

3. Потреба：

У 2011. години, производни капацитет CMC-а у Кини био је око 300.000 тона. Са растућом потражњом за висококвалитетним целулозним етрима у индустријама као што су медицина, храна и свакодневне хемикалије, домаћа потражња за другим производима од целулозних етара, осим CMC-а, расте. Производни капацитет MC/HPMC-а је око 120.000 тона, а HEC-а око 20.000 тона. PAC је још увек у фази промоције и примене у Кини. Са развојем великих приобалних нафтних поља и развојем грађевинског материјала, прехрамбене, хемијске и других индустрија, количина и област PAC-а се повећавају и шире из године у годину, са производним капацитетом већим од 10.000 тона.

4. Класификација：

Према класификацији хемијске структуре супституената, могу се поделити на анјонске, катјонске и нејонске етре. У зависности од коришћеног средства за етерификацију, постоје метил целулоза, хидроксиетил метил целулоза, карбоксиметил целулоза, етил целулоза, бензил целулоза, хидроксиетил целулоза, хидроксипропил метил целулоза, цијаноетил целулоза, бензил цијаноетил целулоза, карбоксиметил хидроксиетил целулоза и фенил целулоза итд. Метил целулоза и етил целулоза су практичније.

Метилцелулоза：

Након што се рафинисани памук третира алкалијама, целулозни етар се производи кроз низ реакција са метан хлоридом као средством за етерификацију. Генерално, степен супституције је 1,6~2,0, а растворљивост је такође различита у зависности од степена супституције. Спада у нејонске целулозне етре.

(1) Метилцелулоза је растворљива у хладној води, а тешко се раствара у врућој води. Њен водени раствор је веома стабилан у опсегу pH = 3~12. Добро је компатибилан са скробом, гуар гумом итд. и многим сурфактантима. Када температура достигне температуру желатинирања, долази до желатинирања.

(2) Задржавање воде метил целулозе зависи од количине додатка, вискозности, величине честица и брзине растварања. Генерално, ако је количина додатка велика, финоћа је мала, а вискозност велика, брзина задржавања воде је висока. Међу њима, количина додатка има највећи утицај на брзину задржавања воде, а ниво вискозности није директно пропорционалан нивоу брзине задржавања воде. Брзина растварања углавном зависи од степена модификације површине целулозних честица и финоће честица. Међу горе наведеним целулозним етрима, метил целулоза и хидроксипропил метил целулоза имају већу брзину задржавања воде.

(3) Промене температуре могу озбиљно утицати на задржавање воде метил целулозе. Генерално, што је температура виша, то је задржавање воде горе. Ако температура малтера пређе 40°C, задржавање воде метил целулозе ће бити значајно смањено, што ће озбиљно утицати на конструкцију малтера.

(4)Метил целулозаима значајан утицај на обрадивост и кохезију малтера. „Лепљивост“ се овде односи на силу везивања која се осећа између алата за наношење радника и подлоге зида, односно на отпорност малтера на смицање. Лепљивост је висока, отпорност малтера на смицање је велика, а чврстоћа коју радници захтевају у процесу употребе је такође велика, а грађевинске перформансе малтера су лоше. Кохезија метил целулозе је на средњем нивоу код производа од целулозног етра.

Хидроксипропилметилцелулоза:

Хидроксипропил метилцелулоза је врста целулозе чија производња и потрошња брзо расту. То је нејонски мешани етар целулозе направљен од рафинисаног памука након алкализације, коришћењем пропилен оксида и метил хлорида као средства за етерификацију, кроз низ реакција. Степен супституције је генерално 1,2~2,0. Његова својства варирају у зависности од односа садржаја метоксила и садржаја хидроксипропила.

(1) Хидроксипропил метилцелулоза је лако растворљива у хладној води, а тешкоће ће јој бити да се раствори у врућој води. Међутим, њена температура желирања у врућој води је знатно виша него код метил целулозе. Растворљивост у хладној води је такође знатно побољшана у поређењу са метил целулозом.

(2) Вискозност хидроксипропил метилцелулозе је повезана са њеном молекулском тежином, и што је већа молекулска тежина, то је већа вискозност. Температура такође утиче на њену вискозност, како температура расте, вискозност се смањује. Међутим, утицај њене високе вискозности и температуре је мањи него код метилцелулозе. Њен раствор је стабилан када се чува на собној температури.

(3) Задржавање воде хидроксипропил метилцелулозе зависи од количине додатка, вискозности итд., а брзина задржавања воде при истој количини додатка је већа него код метилцелулозе.

(4)Хидроксипропил метилцелулозаСтабилан је на киселине и алкалије, а његов водени раствор је веома стабилан у опсегу pH = 2~12. Каустична сода и кречна вода имају мали утицај на његове перформансе, али алкалије могу убрзати његово растварање и благо повећати његов вискозитет. Хидроксипропил метилцелулоза је стабилна на обичне соли, али када је концентрација раствора соли висока, вискозитет раствора хидроксипропил метилцелулозе има тенденцију повећања.

(5) Хидроксипропил метилцелулоза се може мешати са полимерним једињењима растворљивим у води да би се формирао уједначен раствор веће вискозности. Као што су поливинил алкохол, етар скроба, биљна гума итд.

(6) Хидроксипропил метилцелулоза има бољу отпорност на ензиме од метилцелулозе, а њен раствор је мање склон разградњи ензимима него метилцелулоза.

(7) Адхезија хидроксипропил метилцелулозе на малтер је већа него код метилцелулозе.

Хидроксиетил целулоза:

Направљен је од рафинисаног памука третираног алкалијама, и реаговао је са етилен оксидом као средством за етерификацију у присуству изопропанола. Његов степен супституције је генерално 1,5~2,0. Има јаку хидрофилност и лако апсорбује влагу.

(1) Хидроксиетил целулоза је растворљива у хладној води, али се тешко раствара у врућој води. Њен раствор је стабилан на високој температури без желирања. Може се користити дуже време на високој температури у малтеру, али је њено задржавање воде ниже него код метил целулозе.

(2) Хидроксиетил целулоза је стабилна на опште киселине и алкалије, а алкалије могу убрзати њено растварање и благо повећати вискозност. Њена дисперзибилност у води је нешто лошија од метил целулозе и хидроксипропил метил целулозе.

(3) Хидроксиетил целулоза има добре особине против слегања малтера, али има дуже време успоравања везивања цемента.

(4) Перформансе хидроксиетил целулозе коју производе нека домаћа предузећа су очигледно ниже од перформанси метил целулозе због високог садржаја воде и високог садржаја пепела.

(5) Плесни воденог раствора хидроксиетил целулозе су релативно озбиљне. На температури од око 40°C, плесни се могу појавити у року од 3 до 5 дана, што ће утицати на њихове перформансе.

Карбоксиметил целулоза:

Јонски целулозни етар се прави од природних влакана (памук, итд.) након алкалне обраде, користећи натријум монохлороацетат као средство за етерификацију, и подвргава се низу реакционих третмана. Степен супституције је генерално 0,4~1,4, а његове перформансе су у великој мери зависне од степена супституције.

(1) Карбоксиметил целулоза је хигроскопнија и садржаће више воде када се складишти под општим условима.

(2) Водени раствор карбоксиметил целулозе не производи гел, а вискозност се смањује са повећањем температуре. Када температура пређе 50°C, вискозност је неповратна.

(3) Његова стабилност је у великој мери под утицајем pH вредности. Генерално, може се користити у малтеру на бази гипса, али не и у малтеру на бази цемента. Када је веома алкално, губиће вискозност.

(4) Његово задржавање воде је знатно ниже него код метил целулозе. Има успоравање стврдњавања малтера на бази гипса и смањује његову чврстоћу. Међутим, цена карбоксиметил целулозе је знатно нижа од цене метил целулозе.

Целулозни алкил етар:

Репрезентативни примери су метил целулоза и етил целулоза. У индустријској производњи, метил хлорид или етил хлорид се генерално користи као средство за етерификацију, а реакција је следећа:

У формули, R представља CH3 или C2H5. Концентрација алкалија не утиче само на степен етерификације, већ и на потрошњу алкил халида. Што је концентрација алкалија нижа, то је хидролиза алкил халида јача. Да би се смањила потрошња етерификационог средства, концентрација алкалија мора се повећати. Међутим, када је концентрација алкалија превисока, ефекат бубрења целулозе се смањује, што не погодује реакцији етерификације, па се стога смањује степен етерификације. У ту сврху, током реакције се може додати концентрована лужина или чврста лужина. Реактор треба да има добар уређај за мешање и кидање како би се лужина могла равномерно распоредити. Метил целулоза се широко користи као згушњивач, лепак и заштитни колоид итд. Такође се може користити као дисперзантно средство за емулзиону полимеризацију, средство за везивање семена, текстилна каша, адитив за храну и козметику, медицинско лепило, материјал за премаз лекова, а користи се у латекс бојама, штампарским бојама, производњи керамике и меша се у цемент. Користи се за контролу времена везивања и повећање почетне чврстоће итд. Производи од етил целулозе имају високу механичку чврстоћу, флексибилност, отпорност на топлоту и отпорност на хладноћу. Ниско супституисана етил целулоза је растворљива у води и разблаженим алкалним растворима, а високо супституисани производи су растворљиви у већини органских растварача. Има добру компатибилност са различитим смолама и пластификаторима. Може се користити за израду пластике, филмова, лакова, лепкова, латекса и материјала за премазе за лекове итд. Увођење хидроксиалкил група у алкил етре целулозе може побољшати његову растворљивост, смањити његову осетљивост на исољење, повећати температуру желатинације и побољшати својства топљења итд. Степен промене горе наведених својстава варира у зависности од природе супституената и односа алкил и хидроксиалкил група.

Хидроксиалкил етар целулозе:

Репрезентативни примери су хидроксиетил целулоза и хидроксипропил целулоза. Етерификациони агенси су епоксиди као што су етилен оксид и пропилен оксид. Користи се киселина или база као катализатор. Индустријска производња се састоји у реакцији алкалне целулозе са етерификационим агенсом:хидроксиетил целулозаса високом супституционом вредношћу је растворљива и у хладној и у врућој води. Хидроксипропил целулоза са високом супституционом вредношћу је растворљива само у хладној, али не и у врућој води. Хидроксиетил целулоза се може користити као згушњивач за латекс премазе, пасте за штампање и бојење текстила, материјале за апликацију папира, лепкове и заштитне колоиде. Употреба хидроксипропил целулозе је слична употреби хидроксиетил целулозе. Хидроксипропил целулоза са ниском супституционом вредношћу може се користити као фармацеутски ексципијенс, који може имати и везивна и дезинтеграциона својства.

Карбоксиметил целулоза, енглеска скраћеница CMC, генерално постоји у облику натријумове соли. Етерификационо средство је монохлорсирћетна киселина, а реакција је следећа:

Карбоксиметил целулоза је најчешће коришћени водорастворљиви целулозни етар. У прошлости се углавном користио као блато за бушење, али сада се проширила на употребу као додатак детерџентима, течностима за одећу, латексним бојама, премазима за картон и папир итд. Чиста карбоксиметил целулоза може се користити у храни, медицини, козметици, а такође и као лепак за керамику и калупе.

Полианјонска целулоза (PAC) је јонски целулозни етар и представља врхунску замену за карбоксиметил целулозу (CMC). То је бели, прљаво бели или благо жути прах или гранула, нетоксичан, без укуса, лако се раствара у води и формира провидни раствор одређене вискозности, има бољу отпорност на топлоту, отпорност на соли и јака антибактеријска својства. Не ствара буђ и не квари се. Има карактеристике високе чистоће, високог степена супституције и равномерне расподеле супституената. Може се користити као везиво, згушњивач, модификатор реологије, средство за смањење губитка течности, стабилизатор суспензије итд. Полианјонска целулоза (PAC) се широко користи у свим индустријама где се може применити CMC, што може значајно смањити дозу, олакшати употребу, обезбедити бољу стабилност и испунити више захтеве процеса.

Цијаноетил целулоза је производ реакције целулозе и акрилонитрила под катализом алкалија.

Цијаноетил целулоза има високу диелектричну константу и низак коефицијент губитака и може се користити као смолна матрица за фосфорне и електролуминесцентне лампе. Ниско супституисана цијаноетил целулоза може се користити као изолациони папир за трансформаторе.

Етри виших масних алкохола, алкенил етри и ароматични алкохолни етри целулозе су припремљени, али нису коришћени у пракси.

Методе припреме целулозног етра могу се поделити на методу водене средине, методу растварача, методу гњечења, методу суспензије, методу гасно-чврсте фазе, методу течне фазе и комбинацију горе наведених метода.

5. Принцип припреме:

Пулпа са високим садржајем α-целулозе се натапа алкалним раствором да би набубрила и уништила више водоничних веза, олакшала дифузију реагенса и генерисала алкалну целулозу, а затим реагује са средством за етерификацију да би се добио целулозни етар. Средства за етерификацију укључују угљоводонични халиди (или сулфате), епоксиде и α и β незасићена једињења са акцепторима електрона.

6. Основне перформансе:

Додаци играју кључну улогу у побољшању перформанси суво мешаног малтера за грађевинарство и чине више од 40% трошкова материјала за суво мешани малтер. Значајан део додатака на домаћем тржишту испоручују страни произвођачи, а референтну дозу производа такође обезбеђује добављач. Као резултат тога, цена производа од суво мешаног малтера остаје висока и тешко је популаризовати уобичајене малтере за зидање и малтерисање са великом количином и широким асортиманом. Производе на високом тржишту контролишу стране компаније, а произвођачи суво мешаног малтера имају низак профит и лошу приступачност цена; примени додатака недостаје систематско и циљано истраживање и слепо се прате стране формуле.

Средство за задржавање воде је кључни додатак за побољшање перформанси задржавања воде суво мешаног малтера, а такође је један од кључних додатака који одређују цену суво мешаних малтера. Главна функција целулозног етра је задржавање воде.

Целулозни етар је општи термин за низ производа добијених реакцијом алкалне целулозе и етерификујућег средства под одређеним условима. Алкална целулоза се замењује различитим етерификујућим средствима да би се добили различити целулозни етри. Према јонизационим својствима супституената, целулозни етри се могу поделити у две категорије: јонски (као што је карбоксиметил целулоза) и нејонски (као што је метил целулоза). Према типу супституента, целулозни етар се може поделити на моноетар (као што је метил целулоза) и мешани етар (као што је хидроксипропил метил целулоза). Према различитој растворљивости, може се поделити на растворљивост у води (као што је хидроксиетил целулоза) и растворљивост у органским растварачима (као што је етил целулоза). Сува мешавина малтера је углавном растворљива у води од целулозе, а растворљива у води се дели на инстант тип и површински третирани тип са одложеним растварањем.

Механизам деловања целулозног етра у малтеру је следећи:

(1) Наконцелулозни етарКада се малтер раствори у води, ефикасна и равномерна расподела цементног материјала у систему је обезбеђена захваљујући површинској активности, а целулозни етар, као заштитни колоид, „обавија“ чврсте честице и на његовој спољашњој површини се формира слој мазивајућег филма, што чини систем малтера стабилнијим, а такође побољшава флуидност малтера током процеса мешања и глаткоћу градње.

(2) Због своје молекуларне структуре, раствор целулозног етра спречава лако губитак влаге у малтеру и постепено је ослобађа током дужег временског периода, пружајући малтеру добро задржавање воде и обрадивост.