Cellulose Ether là gì?

Ete xenlulozalà một hợp chất polyme có cấu trúc ete được tạo thành từ cellulose. Mỗi vòng glucosyl trong đại phân tử cellulose chứa ba nhóm hydroxyl, nhóm hydroxyl chính trên nguyên tử carbon thứ sáu, nhóm hydroxyl thứ cấp trên nguyên tử carbon thứ hai và thứ ba, và hydro trong nhóm hydroxyl được thay thế bằng một nhóm hydrocarbon để tạo ra các dẫn xuất ether cellulose. Đây là một sản phẩm trong đó hydro của nhóm hydroxyl trong polyme cellulose được thay thế bằng một nhóm hydrocarbon. Cellulose là một hợp chất polyme polyhydroxy không hòa tan cũng không nóng chảy. Sau khi ete hóa, cellulose hòa tan trong nước, dung dịch kiềm loãng và dung môi hữu cơ và có tính nhiệt dẻo.

Cellulose là hợp chất polyhydroxy polymer không tan cũng không nóng chảy. Sau khi ete hóa, cellulose hòa tan trong nước, dung dịch kiềm loãng và dung môi hữu cơ, có tính nhiệt dẻo.

1. Thiên nhiên:

Độ hòa tan của xenlulo sau khi ete hóa thay đổi đáng kể. Nó có thể hòa tan trong nước, axit loãng, kiềm loãng hoặc dung môi hữu cơ. Độ hòa tan chủ yếu phụ thuộc vào ba yếu tố: (1) Đặc điểm của các nhóm được đưa vào trong quá trình ete hóa, nhóm được đưa vào càng lớn thì độ hòa tan càng thấp và độ phân cực của nhóm được đưa vào càng mạnh thì ete xenlulo càng dễ hòa tan trong nước; (2) Mức độ thay thế và sự phân bố của các nhóm ete hóa trong đại phân tử. Hầu hết các ete xenlulo chỉ có thể hòa tan trong nước ở một mức độ thay thế nhất định và mức độ thay thế nằm trong khoảng từ 0 đến 3; (3) Mức độ trùng hợp của ete xenlulo, mức độ trùng hợp càng cao thì độ hòa tan càng thấp; Mức độ thay thế có thể hòa tan trong nước càng thấp thì phạm vi càng rộng. Có nhiều loại ete xenlulo có hiệu suất tuyệt vời và chúng được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, xi măng, dầu mỏ, thực phẩm, dệt may, chất tẩy rửa, sơn, y học, sản xuất giấy và linh kiện điện tử và các ngành công nghiệp khác.

2. Phát triển：

Trung Quốc là nước sản xuất và tiêu thụ ete cellulose lớn nhất thế giới, với tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm hơn 20%. Theo thống kê sơ bộ, có khoảng 50 doanh nghiệp sản xuất ete cellulose tại Trung Quốc, công suất sản xuất thiết kế của ngành ete cellulose đã vượt quá 400.000 tấn và có khoảng 20 doanh nghiệp có công suất hơn 10.000 tấn, chủ yếu phân phối ở Sơn Đông, Hà Bắc, Trùng Khánh và Giang Tô. , Chiết Giang, Thượng Hải và các nơi khác.

3. Cần:

Năm 2011, năng lực sản xuất CMC của Trung Quốc đạt khoảng 300.000 tấn. Với nhu cầu ngày càng tăng đối với ete cellulose chất lượng cao trong các ngành công nghiệp như y học, thực phẩm và hóa chất hàng ngày, nhu cầu trong nước đối với các sản phẩm ete cellulose khác ngoài CMC đang tăng lên. , năng lực sản xuất MC/HPMC là khoảng 120.000 tấn và năng lực sản xuất HEC là khoảng 20.000 tấn. PAC vẫn đang trong giai đoạn thúc đẩy và ứng dụng tại Trung Quốc. Với sự phát triển của các mỏ dầu ngoài khơi lớn và sự phát triển của các ngành công nghiệp vật liệu xây dựng, thực phẩm, hóa chất và các ngành công nghiệp khác, số lượng và lĩnh vực PAC đang tăng lên và mở rộng theo từng năm, với năng lực sản xuất hơn 10.000 tấn.

4. Phân loại：

Theo phân loại cấu trúc hóa học của các chất thay thế, chúng có thể được chia thành các ete anion, cation và không ion. Tùy thuộc vào tác nhân ete hóa được sử dụng, có methyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, etyl cellulose, benzyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose cellulose, cyanoethyl cellulose, benzyl cyanoethyl cellulose, carboxymethyl hydroxyethyl cellulose và phenyl cellulose, v.v. Methyl cellulose và etyl cellulose thực tế hơn.

Methylcellulose:

Sau khi bông tinh chế được xử lý bằng kiềm, ete cellulose được sản xuất thông qua một loạt các phản ứng với metan clorua làm tác nhân ete hóa. Nói chung, mức độ thay thế là 1,6 ~ 2,0 và độ hòa tan cũng khác nhau theo các mức độ thay thế khác nhau. Nó thuộc về ete cellulose không ion.

(1) Methylcellulose hòa tan trong nước lạnh, và sẽ khó hòa tan trong nước nóng. Dung dịch nước của nó rất ổn định trong phạm vi pH = 3 ~ 12. Nó có khả năng tương thích tốt với tinh bột, guar gum, v.v. và nhiều chất hoạt động bề mặt. Khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ gel hóa, quá trình gel hóa xảy ra.

(2) Độ giữ nước của metyl xenluloza phụ thuộc vào lượng bổ sung, độ nhớt, kích thước hạt và tốc độ hòa tan. Nhìn chung, nếu lượng bổ sung lớn, độ mịn nhỏ, độ nhớt lớn, tốc độ giữ nước cao. Trong số đó, lượng bổ sung có tác động lớn nhất đến tốc độ giữ nước và mức độ nhớt không tỷ lệ thuận với mức độ tốc độ giữ nước. Tốc độ hòa tan chủ yếu phụ thuộc vào mức độ biến đổi bề mặt của các hạt xenluloza và độ mịn của hạt. Trong số các ete xenluloza trên, metyl xenluloza và hydroxypropyl metyl xenluloza có tốc độ giữ nước cao hơn.

(3) Nhiệt độ thay đổi có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng giữ nước của methyl cellulose. Nhìn chung, nhiệt độ càng cao thì khả năng giữ nước càng kém. Nếu nhiệt độ vữa vượt quá 40°C, khả năng giữ nước của methyl cellulose sẽ giảm đáng kể, ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình thi công vữa.

(4)Metyl xenlulozacó tác động đáng kể đến khả năng thi công và độ kết dính của vữa. “Độ bám dính” ở đây là lực liên kết cảm nhận được giữa dụng cụ thi công của công nhân và nền tường, tức là khả năng chịu cắt của vữa. Độ bám dính cao, khả năng chịu cắt của vữa lớn, cường độ mà công nhân cần trong quá trình sử dụng cũng lớn, hiệu suất thi công của vữa kém. Độ kết dính của methyl cellulose ở mức trung bình trong các sản phẩm ether cellulose.

Hydroxypropylmetylcellulose:

Hydroxypropyl methylcellulose là một loại cellulose có sản lượng và mức tiêu thụ đang tăng nhanh chóng. Đây là ete hỗn hợp cellulose không ion được tạo ra từ bông tinh chế sau khi kiềm hóa, sử dụng propylen oxit và methyl chloride làm tác nhân ether hóa, thông qua một loạt các phản ứng. Mức độ thay thế thường là 1,2 ~ 2,0. Tính chất của nó thay đổi tùy thuộc vào tỷ lệ hàm lượng methoxyl so với hàm lượng hydroxypropyl.

(1) Hydroxypropyl methylcellulose dễ tan trong nước lạnh, và sẽ gặp khó khăn khi hòa tan trong nước nóng. Nhưng nhiệt độ gel hóa của nó trong nước nóng cao hơn đáng kể so với methyl cellulose. Độ hòa tan trong nước lạnh cũng được cải thiện rất nhiều so với methyl cellulose.

(2) Độ nhớt của hydroxypropyl methylcellulose liên quan đến trọng lượng phân tử của nó, trọng lượng phân tử càng lớn thì độ nhớt càng cao. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của nó, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm. Tuy nhiên, ảnh hưởng của độ nhớt và nhiệt độ cao của nó thấp hơn methyl cellulose. Dung dịch của nó ổn định khi được bảo quản ở nhiệt độ phòng.

(3) Khả năng giữ nước của hydroxypropyl methylcellulose phụ thuộc vào lượng bổ sung, độ nhớt, v.v. và tốc độ giữ nước của nó dưới cùng một lượng bổ sung cao hơn so với methyl cellulose.

(4)Hydroxypropyl metyl xenlulozaổn định với axit và kiềm, và dung dịch nước của nó rất ổn định trong phạm vi pH = 2 ~ 12. Xút và nước vôi có ít ảnh hưởng đến hiệu suất của nó, nhưng kiềm có thể tăng tốc độ hòa tan của nó và làm tăng nhẹ độ nhớt của nó. Hydroxypropyl methylcellulose ổn định với muối thông thường, nhưng khi nồng độ dung dịch muối cao, độ nhớt của dung dịch hydroxypropyl methylcellulose có xu hướng tăng lên.

(5) Hydroxypropyl methylcellulose có thể được trộn với các hợp chất polyme hòa tan trong nước để tạo thành dung dịch có độ nhớt đồng đều và cao hơn. Chẳng hạn như polyvinyl alcohol, ete tinh bột, kẹo cao su thực vật, v.v.

(6) Hydroxypropyl methylcellulose có khả năng chống lại enzyme tốt hơn methylcellulose và dung dịch của nó ít có khả năng bị enzyme phân hủy hơn methylcellulose.

(7) Độ bám dính của hydroxypropyl methylcellulose vào kết cấu vữa cao hơn methylcellulose.

Hydroxyethyl cellulose:

Được làm từ bông tinh chế xử lý bằng kiềm, phản ứng với etylen oxit làm tác nhân ete hóa khi có mặt isopropanol. Mức độ thay thế của nó thường là 1,5~2,0. Nó có tính ưa nước mạnh và dễ hấp thụ độ ẩm.

(1) Hydroxyethyl cellulose hòa tan trong nước lạnh, nhưng khó hòa tan trong nước nóng. Dung dịch của nó ổn định ở nhiệt độ cao mà không bị đông lại. Nó có thể được sử dụng trong thời gian dài ở nhiệt độ cao trong vữa, nhưng khả năng giữ nước của nó thấp hơn methyl cellulose.

(2) Hydroxyethyl cellulose ổn định với axit và kiềm nói chung, kiềm có thể đẩy nhanh quá trình hòa tan và tăng nhẹ độ nhớt của nó. Độ phân tán của nó trong nước kém hơn một chút so với methyl cellulose và hydroxypropyl methyl cellulose.

(3) Hydroxyethyl cellulose có hiệu suất chống chảy xệ tốt đối với vữa, nhưng thời gian đông cứng của xi măng lại lâu hơn.

(4) Hiệu suất của hydroxyethyl cellulose do một số doanh nghiệp trong nước sản xuất rõ ràng thấp hơn methyl cellulose do hàm lượng nước và hàm lượng tro cao.

(5) Nấm mốc của dung dịch nước hydroxyethyl cellulose tương đối nghiêm trọng, ở nhiệt độ khoảng 40°C, nấm mốc có thể xuất hiện trong vòng 3 đến 5 ngày, điều này sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của nó.

Carboxymethyl xenlulozơ：

Ete cellulose Lonic được làm từ sợi tự nhiên (bông, v.v.) sau khi xử lý kiềm, sử dụng natri monochloroacetate làm tác nhân ete hóa và trải qua một loạt các xử lý phản ứng. Mức độ thay thế nói chung là 0,4 ~ 1,4 và hiệu suất của nó bị ảnh hưởng rất nhiều bởi mức độ thay thế.

(1) Carboxymethyl cellulose hút ẩm nhiều hơn và sẽ chứa nhiều nước hơn khi được bảo quản trong điều kiện thông thường.

(2) Dung dịch nước carboxymethyl cellulose không tạo gel, độ nhớt giảm khi nhiệt độ tăng. Khi nhiệt độ vượt quá 50°C, độ nhớt không thể đảo ngược.

(3) Độ ổn định của nó bị ảnh hưởng rất lớn bởi độ pH. Nói chung, nó có thể được sử dụng trong vữa gốc thạch cao, nhưng không phải trong vữa gốc xi măng. Khi có tính kiềm cao, nó sẽ mất độ nhớt.

(4) Độ giữ nước của nó thấp hơn nhiều so với methyl cellulose. Nó có tác dụng làm chậm vữa gốc thạch cao và làm giảm cường độ của vữa. Tuy nhiên, giá của carboxymethyl cellulose thấp hơn đáng kể so với methyl cellulose.

Ete Alkyl Cellulose:

Tiêu biểu là methyl cellulose và etyl cellulose. Trong sản xuất công nghiệp, metyl clorua hoặc etyl clorua thường được sử dụng làm tác nhân ete hóa, phản ứng như sau:

Trong công thức, R biểu thị CH3 hoặc C2H5. Nồng độ kiềm không chỉ ảnh hưởng đến mức độ ete hóa mà còn ảnh hưởng đến mức tiêu thụ alkyl halide. Nồng độ kiềm càng thấp thì quá trình thủy phân alkyl halide càng mạnh. Để giảm mức tiêu thụ chất ete hóa, phải tăng nồng độ kiềm. Tuy nhiên, khi nồng độ kiềm quá cao, hiệu ứng trương nở của xenluloza bị giảm, không có lợi cho phản ứng ete hóa và do đó mức độ ete hóa bị giảm. Vì mục đích này, có thể thêm kiềm cô đặc hoặc kiềm rắn trong quá trình phản ứng. Lò phản ứng phải có thiết bị khuấy và xé tốt để kiềm có thể phân bố đều. Methyl cellulose được sử dụng rộng rãi như chất làm đặc, chất kết dính và keo bảo vệ, v.v. Nó cũng có thể được sử dụng như một chất phân tán cho quá trình trùng hợp nhũ tương, một chất phân tán liên kết cho hạt giống, một hỗn hợp dệt, một chất phụ gia cho thực phẩm và mỹ phẩm, một chất kết dính y tế, một vật liệu phủ thuốc và được sử dụng trong sơn latex, mực in, sản xuất gốm sứ và trộn vào xi măng Được sử dụng để kiểm soát thời gian đông kết và tăng cường độ ban đầu, v.v. Các sản phẩm ethyl cellulose có độ bền cơ học, độ linh hoạt, khả năng chịu nhiệt và khả năng chịu lạnh cao. Ethyl cellulose thay thế thấp hòa tan trong nước và dung dịch kiềm loãng, và các sản phẩm thay thế cao hòa tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ. Nó có khả năng tương thích tốt với nhiều loại nhựa và chất hóa dẻo. Nó có thể được sử dụng để sản xuất nhựa, màng, vecni, chất kết dính, mủ cao su và vật liệu phủ cho thuốc, v.v. Việc đưa nhóm hydroxyalkyl vào ete alkyl xenlulo có thể cải thiện độ hòa tan của nó, giảm độ nhạy của nó với muối, tăng nhiệt độ tạo gel và cải thiện các đặc tính nóng chảy, v.v. Mức độ thay đổi các đặc tính trên thay đổi tùy theo bản chất của các chất thay thế và tỷ lệ giữa các nhóm alkyl với hydroxyalkyl.

Cellulose Hydroxyalkyl Ether:

Tiêu biểu là hydroxyethyl cellulose và hydroxypropyl cellulose. Các tác nhân ete hóa là các epoxit như ethylene oxide và propylene oxide. Sử dụng axit hoặc bazơ làm chất xúc tác. Sản xuất công nghiệp là phản ứng cellulose kiềm với tác nhân ete hóa:hydroxyethyl cellulosecó giá trị thay thế cao có thể hòa tan trong cả nước lạnh và nước nóng. Hydroxypropyl cellulose có giá trị thay thế cao chỉ hòa tan trong nước lạnh nhưng không hòa tan trong nước nóng. Hydroxyethyl cellulose có thể được sử dụng làm chất làm đặc cho lớp phủ latex, bột nhão in và nhuộm vải, vật liệu hồ giấy, chất kết dính và keo bảo vệ. Việc sử dụng hydroxypropyl cellulose tương tự như hydroxyethyl cellulose. Hydroxypropyl cellulose có giá trị thay thế thấp có thể được sử dụng làm tá dược dược phẩm, có thể có cả đặc tính liên kết và phân hủy.

Carboxymethyl cellulose, viết tắt tiếng Anh là CMC, thường tồn tại dưới dạng muối natri. Chất tạo ete là axit monochloroacetic và phản ứng như sau:

Carboxymethyl cellulose là ete cellulose hòa tan trong nước được sử dụng rộng rãi nhất. Trước đây, nó chủ yếu được sử dụng làm bùn khoan, nhưng hiện nay nó đã được mở rộng để sử dụng làm chất phụ gia của chất tẩy rửa, bùn quần áo, sơn latex, lớp phủ bìa cứng và giấy, v.v. Carboxymethyl cellulose tinh khiết có thể được sử dụng trong thực phẩm, thuốc men, mỹ phẩm và cũng có thể làm chất kết dính cho gốm sứ và khuôn mẫu.

Polyanionic cellulose (PAC) là một ete cellulose ion và là sản phẩm thay thế cao cấp cho carboxymethyl cellulose (CMC). Đây là bột hoặc hạt màu trắng, trắng ngà hoặc hơi vàng, không độc hại, không vị, dễ hòa tan trong nước để tạo thành dung dịch trong suốt có độ nhớt nhất định, có độ ổn định chịu nhiệt và chịu muối tốt hơn, và có đặc tính kháng khuẩn mạnh. Không bị nấm mốc và hư hỏng. Nó có các đặc tính là độ tinh khiết cao, mức độ thay thế cao và phân phối đồng đều các chất thay thế. Nó có thể được sử dụng làm chất kết dính, chất làm đặc, chất điều chỉnh lưu biến, chất giảm mất chất lỏng, chất ổn định huyền phù, v.v. Polyanionic cellulose (PAC) được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành công nghiệp có thể áp dụng CMC, có thể giảm đáng kể liều lượng, tạo điều kiện sử dụng, cung cấp độ ổn định tốt hơn và đáp ứng các yêu cầu quy trình cao hơn.

Cyanoethyl cellulose là sản phẩm phản ứng của cellulose và acrylonitrile dưới sự xúc tác của kiềm.

Cyanoethyl cellulose có hằng số điện môi cao và hệ số tổn thất thấp và có thể được sử dụng làm ma trận nhựa cho đèn phát quang và đèn huỳnh quang điện. Cyanoethyl cellulose thay thế thấp có thể được sử dụng làm giấy cách điện cho máy biến áp.

Các ete rượu béo cao hơn, ete alkenyl và ete rượu thơm của xenlulo đã được điều chế nhưng chưa được sử dụng trong thực tế.

Các phương pháp điều chế ete xenlulo có thể chia thành phương pháp môi trường nước, phương pháp dung môi, phương pháp nhào, phương pháp bùn, phương pháp khí-rắn, phương pháp pha lỏng và kết hợp các phương pháp trên.

5. Nguyên tắc pha chế:

Bột giấy α-cellulose cao được ngâm trong dung dịch kiềm để làm trương nở nhằm phá hủy nhiều liên kết hydro hơn, tạo điều kiện cho sự khuếch tán của thuốc thử và tạo ra cellulose kiềm, sau đó phản ứng với tác nhân ete hóa để thu được ether cellulose. Các tác nhân ete hóa bao gồm hydrocarbon halide (hoặc sulfat), epoxit và các hợp chất không bão hòa α và β có chất nhận electron.

6. Hiệu suất cơ bản:

Phụ gia đóng vai trò then chốt trong việc cải thiện hiệu suất của vữa trộn khô xây dựng, chiếm hơn 40% chi phí vật liệu trong vữa trộn khô. Một phần đáng kể phụ gia trên thị trường trong nước được cung cấp bởi các nhà sản xuất nước ngoài, và liều lượng tham khảo của sản phẩm cũng do nhà cung cấp cung cấp. Do đó, giá thành của các sản phẩm vữa trộn khô vẫn ở mức cao, và rất khó để phổ biến vữa xây và vữa trát thông thường với số lượng lớn và phạm vi rộng. Các sản phẩm thị trường cao cấp do các công ty nước ngoài kiểm soát, và các nhà sản xuất vữa trộn khô có lợi nhuận thấp và khả năng chi trả giá kém; việc áp dụng phụ gia thiếu nghiên cứu có hệ thống và có mục tiêu, và tuân theo các công thức của nước ngoài một cách mù quáng.

Chất giữ nước là một phụ gia quan trọng để cải thiện hiệu suất giữ nước của vữa trộn khô và cũng là một trong những phụ gia quan trọng để xác định chi phí vật liệu vữa trộn khô. Chức năng chính của ete cellulose là giữ nước.

Cellulose ether là thuật ngữ chung cho một loạt các sản phẩm được tạo ra bởi phản ứng của cellulose kiềm và tác nhân ether hóa trong một số điều kiện nhất định. Cellulose kiềm được thay thế bằng các tác nhân ether hóa khác nhau để thu được các ether cellulose khác nhau. Theo tính chất ion hóa của các chất thay thế, ether cellulose có thể được chia thành hai loại: ion (như carboxylmethyl cellulose) và không ion (như methyl cellulose). Theo loại chất thay thế, ether cellulose có thể được chia thành monoether (như methyl cellulose) và ether hỗn hợp (như hydroxypropyl methyl cellulose). Theo độ hòa tan khác nhau, nó có thể được chia thành độ hòa tan trong nước (như hydroxyethyl cellulose) và độ hòa tan trong dung môi hữu cơ (như etyl cellulose). Vữa trộn khô chủ yếu là cellulose hòa tan trong nước, và cellulose hòa tan trong nước được chia thành loại hòa tan tức thời và loại hòa tan chậm được xử lý bề mặt.

Cơ chế hoạt động của ete xenlulozơ trong vữa như sau:

(1) Sau khiete xenlulozatrong vữa được hòa tan trong nước, sự phân bố hiệu quả và đồng đều của vật liệu xi măng trong hệ thống được đảm bảo nhờ hoạt động bề mặt, và ete xenlulo, như một chất keo bảo vệ, "bao bọc" các hạt rắn và Một lớp màng bôi trơn được hình thành trên bề mặt ngoài của nó, giúp hệ thống vữa ổn định hơn, đồng thời cải thiện tính lưu động của vữa trong quá trình trộn và độ mịn của thi công.

(2) Do cấu trúc phân tử riêng của nó, dung dịch ete xenlulo làm cho độ ẩm trong vữa không dễ mất đi và giải phóng dần dần trong thời gian dài, mang lại cho vữa khả năng giữ nước và khả năng thi công tốt.