Ефір целюлозице полімерна сполука зі структурою ефіру, виготовлена з целюлози. Кожне глюкозильне кільце в макромолекулі целюлози містить три гідроксильні групи, первинну гідроксильну групу на шостому атомі вуглецю, вторинну гідроксильну групу на другому та третьому атомах вуглецю, а водень у гідроксильній групі замінюється вуглеводневою групою для створення похідних ефіру целюлози. Це продукт, в якому водень гідроксильної групи в целюлозному полімері заміщений вуглеводневою групою. Целюлоза — полігідроксиполімерна сполука, яка не розчиняється і не плавиться. Після етерифікації целюлоза розчиняється у воді, розведеному розчині лугу та органічному розчиннику та має термопластичність.
Целюлоза — полігідроксиполімерна сполука, яка не розчиняється і не плавиться. Після етерифікації целюлоза розчиняється у воді, розведеному розчині лугу та органічному розчиннику та має термопластичність.
1. Природа:
Розчинність целюлози після етерифікації істотно змінюється. Його можна розчинити у воді, розведеній кислоті, розведеному лугу або органічному розчиннику. Розчинність в основному залежить від трьох факторів: (1) Характеристики груп, введених у процесі етерифікації, введених. Чим більша група, тим нижча розчинність і чим сильніша полярність введеної групи, тим легше ефір целюлози розчиняється у воді; (2) Ступінь заміщення та розподіл етеризованих груп у макромолекулі. Більшість ефірів целюлози можна розчинити у воді лише за певного ступеня заміщення, і ступінь заміщення становить від 0 до 3; (3) Ступінь полімеризації ефіру целюлози, чим вищий ступінь полімеризації, тим менш розчинний; Чим нижчий ступінь заміщення, який можна розчинити у воді, тим ширший діапазон. Існує багато видів ефірів целюлози з відмінними характеристиками, і вони широко використовуються в будівництві, цементній, нафтовій, харчовій, текстильній, мийних засобах, фарбі, медицині, виробництві паперу та електронних компонентів та інших галузях.
2. Розробити:
Китай є найбільшим у світі виробником і споживачем ефіру целюлози із середньорічним темпом зростання понад 20%. Згідно з попередніми статистичними даними, у Китаї налічується близько 50 підприємств з виробництва ефіру целюлози, проектна виробнича потужність промисловості ефіру целюлози перевищила 400 000 тонн, і є близько 20 підприємств з понад 10 000 тонн, в основному розподілених у Шаньдуні, Хебеї, Чунціні та Цзянсу. , Чжецзян, Шанхай та інші місця.
3. Потрібно:
У 2011 році потужність виробництва КМЦ у Китаї становила близько 300 000 тонн. Зі зростанням попиту на високоякісні ефіри целюлози в таких галузях, як медицина, харчова промисловість і побутова хімія, зростає внутрішній попит на інші ефірні продукти целюлози, крім CMC. виробнича потужність MC/HPMC становить близько 120 000 тонн, а HEC – близько 20 000 тонн. PAC все ще перебуває на стадії просування та застосування в Китаї. З розробкою великих морських нафтових родовищ і розвитком будівельних матеріалів, харчової, хімічної та інших галузей промисловості, кількість і родовища PAC збільшуються і розширюються з кожним роком, з виробничою потужністю понад 10 000 тонн.
4. Класифікація:
Відповідно до класифікації хімічної структури замісники їх можна розділити на аніонні, катіонні та неіонні прості ефіри. Залежно від використовуваного агента етерифікації розрізняють метилцелюлозу, гідроксиетилметилцелюлозу, карбоксиметилцелюлозу, етилцелюлозу, бензилцелюлозу, гідроксиетилцелюлозу, гідроксипропілметилцелюлозу, ціаноетилцелюлозу, бензилціаноетилцелюлозу, карбоксиметилгідроксіетилцелюлозу та фенілцелюлозу тощо. Метилцелюлоза целюлоза і етилцелюлоза більш практичні.
Метилцелюлоза:
Після того, як очищену бавовну обробляють лугом, ефір целюлози виробляється через серію реакцій з хлоридом метану як агентом етерифікації. Як правило, ступінь заміщення становить 1,6~2,0, і розчинність також різна з різними ступенями заміщення. Він належить до неіонного ефіру целюлози.
(1) Метилцелюлоза розчинна в холодній воді, і її буде важко розчинити в гарячій воді. Його водний розчин дуже стабільний в діапазоні pH=3~12. Має хорошу сумісність з крохмалем, гуаровою камідлю тощо та багатьма поверхнево-активними речовинами. Коли температура досягає температури гелеутворення, відбувається гелеутворення.
(2) Утримання води метилцелюлозою залежить від кількості її додавання, в’язкості, розміру частинок і швидкості розчинення. Як правило, якщо кількість додавання велика, тонкість невелика, а в’язкість велика, швидкість утримання води висока. Серед них кількість додавання має найбільший вплив на швидкість утримання води, а рівень в'язкості не є прямо пропорційним рівню швидкості утримання води. Швидкість розчинення в основному залежить від ступеня модифікації поверхні частинок целюлози та тонкості частинок. Серед наведених вище простих ефірів целюлози метилцелюлоза та гідроксипропілметилцелюлоза мають вищі показники утримання води.
(3) Зміни температури можуть серйозно вплинути на утримання води метилцелюлозою. Як правило, чим вища температура, тим гірше утримується вода. Якщо температура розчину перевищує 40°C, водоутримання метилцелюлози значно зменшиться, що серйозно вплине на конструкцію розчину.
(4)Метилцелюлозасуттєво впливає на легкоукладальність і когезію розчину. Термін «адгезія» тут стосується сили з’єднання, яка відчувається між інструментом для нанесення працівника та основою стіни, тобто стійкістю розчину до зсуву. Адгезивність висока, стійкість до зсуву розчину велика, міцність, необхідна працівникам у процесі використання, також велика, а будівельні характеристики розчину погані. Когезія метилцелюлози знаходиться на середньому рівні в продуктах ефіру целюлози.
Гідроксипропілметилцелюлоза:
Гідроксипропілметилцелюлоза — різновид целюлози, виробництво та споживання якої швидко зростає. Це неіонний змішаний ефір целюлози, виготовлений із очищеної бавовни після підлужнення з використанням пропіленоксиду та метилхлориду як агента етерифікації за допомогою серії реакцій. Ступінь заміщення зазвичай становить 1,2~2,0. Його властивості змінюються залежно від співвідношення вмісту метоксилу до вмісту гідроксипропілу.
(1) Гідроксипропілметилцелюлоза легко розчиняється в холодній воді, і вона зіткнеться з труднощами при розчиненні в гарячій воді. Але його температура гелеутворення в гарячій воді значно вища, ніж у метилцелюлози. Розчинність у холодній воді також значно покращена порівняно з метилцелюлозою.
(2) В’язкість гідроксипропілметилцелюлози пов’язана з її молекулярною масою, і чим більша молекулярна маса, тим вища в’язкість. Температура також впливає на його в'язкість, при підвищенні температури в'язкість зменшується. Однак вплив його високої в'язкості та температури є меншим, ніж вплив метилцелюлози. Його розчин стабільний при зберіганні при кімнатній температурі.
(3) Утримання води гідроксипропілметилцелюлози залежить від її доданої кількості, в’язкості тощо, і її швидкість утримання води при тій же кількості додавання вища, ніж у метилцелюлози.
(4)Гідроксипропілметилцелюлозастійкий до кислот і лугів, а його водний розчин дуже стабільний у діапазоні pH=2~12. Каустична сода і вапняна вода мало впливають на його роботу, але луг може прискорити його розчинення і трохи збільшити в'язкість. Гідроксипропілметилцелюлоза стійка до звичайних солей, але коли концентрація розчину солі висока, в'язкість розчину гідроксипропілметилцелюлози має тенденцію до збільшення.
(5) Гідроксипропілметилцелюлозу можна змішувати з водорозчинними полімерними сполуками для утворення однорідного розчину з більшою в’язкістю. Такі як полівініловий спирт, ефір крохмалю, рослинна камедь тощо.
(6) Гідроксипропілметилцелюлоза має кращу стійкість до ферментів, ніж метилцелюлоза, і її розчин менш імовірно розкладається ферментами, ніж метилцелюлоза.
(7) Адгезія гідроксипропілметилцелюлози до будівельного розчину вища, ніж адгезія метилцелюлози.
Гідроксіетилцелюлоза:
Він виготовляється з очищеної бавовни, обробленої лугом, і реагує з етиленоксидом як агентом етерифікації в присутності ізопропанолу. Його ступінь заміщення зазвичай становить 1,5-2,0. Має сильну гідрофільність і легко вбирає вологу.
(1) Гідроксіетилцелюлоза розчинна в холодній воді, але її важко розчинити в гарячій воді. Його розчин стабільний при високій температурі без гелеутворення. Його можна використовувати протягом тривалого часу при високій температурі в розчині, але його водоутримання нижче, ніж у метилцелюлози.
(2) Гідроксіетилцелюлоза стійка до загальної кислоти та лугу, а луг може прискорити її розчинення та трохи збільшити її в’язкість. Його диспергність у воді трохи гірша, ніж у метилцелюлози та гідроксипропілметилцелюлози.
(3) Гідроксіетилцелюлоза має хороші властивості проти просідання розчину, але має довший час затримки для цементу.
(4) Ефективність гідроксиетилцелюлози, виробленої на деяких вітчизняних підприємствах, очевидно нижча, ніж у метилцелюлози через високий вміст води та високий вміст золи.
(5) Пліснява водного розчину гідроксиетилцелюлози є відносно серйозною. При температурі близько 40°C протягом 3-5 днів може з’явитися пліснява, що вплине на продуктивність.
Карбоксиметилцелюлоза:
Ефір целюлози Lonic виготовляється з натуральних волокон (бавовни та ін.) після обробки лугом, використовуючи монохлорацетат натрію як агент етерифікації та проходячи ряд реакційних обробок. Ступінь заміщення, як правило, становить 0,4~1,4, і його продуктивність сильно залежить від ступеня заміщення.
(1) Карбоксиметилцелюлоза є більш гігроскопічною, і вона міститиме більше води при зберіганні за звичайних умов.
(2) Водний розчин карбоксиметилцелюлози не утворює гелю, а в’язкість зменшується з підвищенням температури. Коли температура перевищує 50°C, в'язкість є незворотною.
(3) На його стабільність сильно впливає pH. Як правило, його можна використовувати в розчині на основі гіпсу, але не в розчині на основі цементу. У сильнолужному стані він втрачає в’язкість.
(4) Його утримання води набагато нижче, ніж метилцелюлоза. На гіпсовий розчин діє уповільнює і знижує його міцність. Однак ціна карбоксиметилцелюлози значно нижча, ніж метилцелюлози.
Алкіловий ефір целюлози:
Представниками є метилцелюлоза та етилцелюлоза. У промисловому виробництві метилхлорид або етилхлорид зазвичай використовується як етерифікатор, і реакція виглядає наступним чином:
У формулі R означає CH3 або C2H5. Концентрація лугу впливає не тільки на ступінь етерифікації, але й на витрату алкілгалогенідів. Чим менша концентрація лугу, тим сильніший гідроліз алкілгалогеніду. Щоб зменшити витрату етерифікатора, необхідно збільшити концентрацію лугу. Однак, коли концентрація лугу занадто висока, ефект набухання целюлози знижується, що не сприяє реакції етерифікації, і, отже, ступінь етерифікації знижується. Для цього під час реакції можна додавати концентрований луг або твердий луг. Реактор повинен мати хороший пристрій для перемішування та розриву, щоб луг міг рівномірно розподілятися. Метилцелюлоза широко використовується як загусник, адгезив і захисний колоїд тощо. Її також можна використовувати як диспергатор для емульсійної полімеризації, зв’язувальний диспергатор для насіння, текстильну суспензію, добавку для продуктів харчування та косметики, медичний клей, матеріал для покриття ліків, а також використовувати в латексній фарбі, друкарській фарбі, виробництві кераміки та змішувати з цементом. Використовується для контролю налаштування час і підвищення початкової міцності та ін. Вироби з этилцелюлози мають високу механічну міцність, гнучкість, жаростійкість і морозостійкість. Низькозаміщена етилцелюлоза розчинна у воді та розбавлених розчинах лугів, а високозаміщена — у більшості органічних розчинників. Має хорошу сумісність з різними смолами і пластифікаторами. Його можна використовувати для виготовлення пластмас, плівок, лаків, клеїв, латексу та матеріалів для покриття ліків тощо. Введення гідроксиалкільних груп до алкілових ефірів целюлози може покращити її розчинність, зменшити її чутливість до висолювання, підвищити температуру гелеутворення та покращити властивості гарячого розплаву тощо. Ступінь зміни вищевказаних властивостей залежить від природи замісників і співвідношення алкілу до гідроксиалкільні групи.
Гідроксіалкіловий ефір целюлози:
Представниками є гідроксиетилцелюлоза та гідроксипропілцелюлоза. Етерифікуючі агенти - це епоксиди, такі як етиленоксид і пропіленоксид. Використовуйте кислоту або основу як каталізатор. Промислове виробництво полягає в взаємодії лужної целюлози з етерифікатором:гідроксиетилцелюлозаз високою цінністю заміщення розчиняється як у холодній, так і в гарячій воді. Гідроксипропілцелюлоза з високим значенням заміщення розчинна лише в холодній воді, але не в гарячій воді. Гідроксіетилцелюлозу можна використовувати як загусник для латексних покриттів, паст для друку та фарбування текстилю, матеріалів для проклеювання паперу, клеїв і захисних колоїдів. Використання гідроксипропілцелюлози подібне до використання гідроксиетилцелюлози. Гідроксипропілцелюлоза з низькою цінністю заміщення може бути використана як фармацевтична допоміжна речовина, яка може мати як зв'язувальні, так і дезінтегруючі властивості.
Карбоксиметилцелюлоза, англійська абревіатура CMC, зазвичай існує у формі натрієвої солі. Етерифікуючим агентом є монохлороцтова кислота, і реакція відбувається наступним чином:
Карбоксиметилцелюлоза є найбільш широко використовуваним водорозчинним ефіром целюлози. У минулому її в основному використовували як буровий розчин, але тепер її розширили, щоб використовувати як добавку до миючих засобів, розчину для одягу, латексної фарби, покриття картону та паперу тощо. Чисту карбоксиметилцелюлозу можна використовувати в продуктах харчування, медицині, косметиці, а також як клей для кераміки та форм.
Поліаніонна целюлоза (PAC) є іонним ефіром целюлози та є високоякісним продуктом-замінником карбоксиметилцелюлози (CMC). Це білий, брудно-білий або злегка жовтий порошок або гранула, нетоксичний, несмачний, легко розчиняється у воді з утворенням прозорого розчину з певною в’язкістю, має кращу термостійкість, стійкість до солі та сильні антибактеріальні властивості. Без цвілі та псування. Він має характеристики високої чистоти, високого ступеня заміщення та рівномірного розподілу замісників. Його можна використовувати як сполучну речовину, загусник, модифікатор реології, зменшувач втрати рідини, стабілізатор суспензії тощо. Поліаніонна целюлоза (PAC) широко використовується в усіх галузях промисловості, де може застосовуватися CMC, що може значно зменшити дозування, полегшити використання, забезпечити кращу стабільність і відповідати вищим вимогам процесу.
Ціаноетилцелюлоза є продуктом реакції целюлози та акрилонітрилу при каталізі лугом.
Ціаноетилцелюлоза має високу діелектричну проникність і низький коефіцієнт втрат і може використовуватися як смоляна матриця для люмінофорних і електролюмінесцентних ламп. Як ізоляційний папір для трансформаторів може бути використана низькозаміщена ціаноетилцелюлоза.
Отримано ефіри вищих жирних спиртів, алкенілових ефірів і ароматичних спиртових ефірів целюлози, які не знайшли практичного застосування.
Методи отримання ефіру целюлози можна розділити на метод водного середовища, метод розчинника, метод замішування, метод суспензії, метод газо-твердої речовини, метод рідкої фази та комбінацію вищевказаних методів.
5. Принцип приготування:
Целюлозну масу з високим вмістом α-целюлози просочують лужним розчином для її набухання, щоб знищити більше водневих зв’язків, полегшити дифузію реагентів і генерувати лужну целюлозу, а потім реагувати з агентом етерифікації для отримання ефіру целюлози. Етерифікуючі агенти включають галогеніди (або сульфати) вуглеводнів, епоксиди, α і β ненасичені сполуки з акцепторами електронів.
6. Базова продуктивність:
Домішки відіграють ключову роль у покращенні характеристик будівельного сухого розчину, і на них припадає понад 40% вартості матеріалів у сухому розчині. Значна частина домішки на вітчизняний ринок постачається зарубіжними виробниками, а також еталонне дозування продукту надається постачальником. Як наслідок, вартість сухих розчинів залишається високою, а звичайні кладочні та штукатурні розчини важко популяризувати у великій кількості та широкому асортименті. Ринкова продукція високого класу контролюється іноземними компаніями, а виробники сухих будівельних сумішей мають низькі прибутки та низьку ціну; застосування домішок не має систематичних і цілеспрямованих досліджень і сліпо слідує іноземним формулам.
Водоутримувач є ключовою домішкою для покращення водоутримуючої здатності сухого розчину, а також є однією з ключових домішок для визначення вартості матеріалів для сухого розчину. Основною функцією ефіру целюлози є утримання води.
Ефір целюлози — це загальний термін для серії продуктів, отриманих реакцією лужної целюлози та етерифікуючого агента за певних умов. Лужну целюлозу замінюють різними етерифікуючими речовинами для отримання різних ефірів целюлози. Відповідно до іонізаційних властивостей замісників прості ефіри целюлози можна розділити на дві категорії: іонні (такі як карбоксиметилцелюлоза) і неіонні (такі як метилцелюлоза). За типом замісника ефір целюлози можна розділити на моноефір (наприклад, метилцелюлоза) і змішаний ефір (наприклад, гідроксипропілметилцелюлоза). Відповідно до різної розчинності, його можна розділити на розчинність у воді (наприклад, гідроксиетилцелюлоза) і розчинність в органічних розчинниках (наприклад, етилцелюлоза). Сухий будівельний розчин складається переважно з водорозчинної целюлози, а водорозчинну целюлозу поділяють на розчинну целюлозу миттєвого розчинення та оброблену поверхню з уповільненим розчиненням.
Механізм дії ефіру целюлози в розчині наступний:
(1) Післяефір целюлозиу розчині розчиняється у воді, ефективний і рівномірний розподіл цементного матеріалу в системі забезпечується за рахунок поверхневої активності, а ефір целюлози, як захисний колоїд, «огортає» тверді частинки, і на його зовнішній поверхні утворюється шар змащувальної плівки, що робить розчинну систему більш стабільною, а також покращує текучість розчину в процесі змішування та гладкість конструкції.
(2) Завдяки власній молекулярній структурі розчин ефіру целюлози не легко втрачає вологу в будівельному розчині та поступово вивільняє його протягом тривалого періоду часу, забезпечуючи будівельний розчин хорошим водоутримуванням і придатністю до обробки.
Час публікації: 28 квітня 2024 р