Ete xenlulozaCellulose là một hợp chất polymer có cấu trúc ete được tạo thành từ cellulose. Mỗi vòng glucosyl trong đại phân tử cellulose chứa ba nhóm hydroxyl, nhóm hydroxyl bậc nhất nằm trên nguyên tử carbon thứ sáu, nhóm hydroxyl bậc hai nằm trên nguyên tử carbon thứ hai và thứ ba, và hydro trong nhóm hydroxyl được thay thế bằng nhóm hydrocarbon để tạo ra các dẫn xuất ete của cellulose. Đó là sản phẩm trong đó hydro của nhóm hydroxyl trong polymer cellulose được thay thế bằng nhóm hydrocarbon. Cellulose là một hợp chất polymer polyhydroxy không tan cũng không nóng chảy. Sau khi ete hóa, cellulose tan được trong nước, dung dịch kiềm loãng và dung môi hữu cơ, và có tính dẻo nhiệt.
Cellulose là một hợp chất polymer polyhydroxy không tan cũng không nóng chảy. Sau quá trình ete hóa, cellulose hòa tan trong nước, dung dịch kiềm loãng và dung môi hữu cơ, đồng thời có tính dẻo nhiệt.
1. Thiên nhiên:
Độ hòa tan của cellulose 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 cellulose càng dễ hòa tan trong nước; (2) Mức độ thế và sự phân bố của các nhóm ete hóa trong đại phân tử. Hầu hết các ete cellulose chỉ có thể hòa tan trong nước ở một mức độ thế nhất định, và mức độ thế nằm trong khoảng từ 0 đến 3; (3) Mức độ trùng hợp của ete cellulose, mức độ trùng hợp càng cao thì độ hòa tan càng thấp; mức độ thế càng thấp thì phạm vi hòa tan trong nước càng rộng. Có nhiều loại ete cellulose với hiệu suất tuyệt vời, và chúng được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, xi măng, dầu khí, thực phẩm, dệt may, chất tẩy rửa, sơn, dược phẩm, sản xuất giấy và linh kiện điện tử và các ngành công nghiệp khác.
2. Phát triển:
Trung Quốc là nhà sản xuất và tiêu thụ ete xenluloza 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 xenluloza tại Trung Quốc, với tổng công suất thiết kế của ngành công nghiệp ete xenluloza vượt quá 400.000 tấn, trong đó có khoảng 20 doanh nghiệp có công suất hơn 10.000 tấn, chủ yếu phân bố ở Sơn Đông, Hà Bắc, Trùng Khánh, Giang Tô, Chiết Giang, Thượng Hải và các nơi khác.
3. Nhu cầu:
Năm 2011, năng lực sản xuất CMC của Trung Quốc đạt khoảng 300.000 tấn. Với nhu cầu ngày càng tăng đối với các loại ete xenluloza chất lượng cao trong các ngành công nghiệp như dược phẩm, thực phẩm và hóa chất tiêu dùng, nhu cầu trong nước đối với các sản phẩm ete xenluloza khác ngoài CMC cũng đang tăng lên. Năng lực sản xuất MC/HPMC đạt khoảng 120.000 tấn, và HEC đạt khoảng 20.000 tấn. PAC vẫn đang trong giai đoạn quảng bá 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 khác, sản lượng và lĩnh vực sản xuất PAC đang tăng lên và mở rộng từng năm, với năng lực sản xuất hơn 10.000 tấn.
4. Phân loại:
Theo phân loại cấu trúc hóa học của các nhóm thế, chúng có thể được chia thành ete anion, cation và không ion. Tùy thuộc vào chất ete hóa được sử dụng, có các loại như metyl cellulose, hydroxyethyl metyl cellulose, carboxymethyl cellulose, etyl cellulose, benzyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl metyl cellulose, cyanoethyl cellulose, benzyl cyanoethyl cellulose, carboxymethyl hydroxyethyl cellulose và phenyl cellulose, v.v. Metyl cellulose và etyl cellulose thực tế hơn.
Methylcellulose:
Sau khi bông tinh chế được xử lý bằng kiềm, ete xenluloza được tạo ra thông qua một loạt các phản ứng với metan clorua làm chất ete hóa. Nói chung, mức độ thế là 1,6~2,0, và độ hòa tan cũng khác nhau tùy thuộc vào mức độ thế. Nó thuộc loại ete xenluloza không ion.
(1) Methylcellulose hòa tan trong nước lạnh và khó hòa tan trong nước nóng. Dung dịch nước của nó rất ổn định trong khoảng 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 tạo gel, quá trình tạo gel sẽ xảy ra.
(2) Khả năng giữ nước của metyl cellulose phụ thuộc vào lượng thêm vào, độ nhớt, kích thước hạt và tốc độ hòa tan. Nói chung, nếu lượng thêm vào lớn, độ mịn nhỏ và độ nhớt lớn thì tỷ lệ giữ nước cao. Trong đó, lượng thêm vào có tác động lớn nhất đến tỷ lệ giữ nước, và độ nhớt không tỷ lệ thuận trực tiếp với tỷ lệ giữ nước. Tốc độ hòa tan chủ yếu phụ thuộc vào mức độ biến đổi bề mặt của các hạt cellulose và độ mịn của hạt. Trong số các ete cellulose nêu trên, metyl cellulose và hydroxypropyl metyl cellulose có tỷ lệ giữ nước cao hơn.
(3) Sự thay đổi nhiệt độ có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng giữ nước của metyl cellulose. Nói 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 metyl cellulose sẽ giảm đáng kể, ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc thi công vữa.
(4)Methyl celluloseNó có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng thi công và độ kết dính của vữa. "Độ bám dính" ở đây đề cập đến lực liên kết mà người thi công cảm nhận được giữa dụng cụ thi công và bề mặt tường, tức là khả năng chịu cắt của vữa. Độ bám dính cao, khả năng chịu cắt của vữa lớn, và cường độ mà người thi công cần trong quá trình sử dụng cũng lớn, dẫn đến hiệu suất thi công của vữa kém. Độ kết dính của metyl cellulose ở mức trung bình trong các sản phẩm ete cellulose.
Hydroxypropylmetylcellulose:
Hydroxypropyl methylcellulose là một loại cellulose có sản lượng và tiêu thụ đang tăng nhanh. Nó là một loại ete hỗn hợp cellulose không ion được sản xuất từ bông tinh chế sau quá trình kiềm hóa, sử dụng propylene oxide và methyl chloride làm chất ete hóa, thông qua một loạt các phản ứng. Mức độ 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 tan trong nước nóng. Tuy nhiên, nhiệt độ tạo gel của nó trong nước nóng cao hơn đáng kể so với methyl cellulose. Độ hòa tan trong nước lạnh cũng được cải thiện đáng kể so với methyl cellulose.
(2) Độ nhớt của hydroxypropyl methylcellulose có liên quan đến trọng lượng phân tử của nó, và 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 thì độ nhớt giảm. Tuy nhiên, ảnh hưởng của độ nhớt cao và nhiệt độ của nó thấp hơn so với 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 tỷ lệ giữ nước của nó dưới cùng một lượng bổ sung cao hơn so với methyl cellulose.
(4)Hydroxypropyl methylcelluloseHydroxypropyl methylcellulose ổn định với axit và kiềm, và dung dịch nước của nó rất ổn định trong khoảng pH = 2~12. Natri hydroxit và nước vôi trong ít ảnh hưởng đến tính chất của nó, nhưng kiềm có thể đẩy nhanh quá trình hòa tan và làm tăng nhẹ độ nhớt. Hydroxypropyl methylcellulose ổn định với các 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 đồng nhất và có độ nhớt cao hơn. Ví dụ như polyvinyl alcohol, ete tinh bột, gôm thực vật, v.v.
(6) Hydroxypropyl methylcellulose có khả năng kháng enzyme tốt hơn methylcellulose và dung dịch của nó ít có khả năng bị phân hủy bởi enzyme hơn methylcellulose.
(7) Độ bám dính của hydroxypropyl methylcellulose với cấu trúc vữa cao hơn so với methylcellulose.
Hydroxyethyl cellulose:
Nó được làm từ bông tinh chế xử lý bằng kiềm, và phản ứng với etylen oxit làm chất ete hóa với sự có mặt của isopropanol. Mức độ thế của nó thường là 1,5~2,0. Nó có tính ưa nước mạnh và dễ dàng 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 đặc. 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 so với methyl cellulose.
(2) Hydroxyethyl cellulose ổn định với axit và kiềm thông thường, và kiềm có thể đẩy nhanh quá trình hòa tan của nó và làm tăng nhẹ độ nhớt. Khả năng phân tán của nó trong nước kém hơn một chút so với methyl cellulose và hydroxypropyl methyl cellulose.
(3) Hydroxyethyl cellulose có hiệu quả chống chảy xệ tốt cho vữa nhưng có thời gian làm chậm quá trình đông kết xi măng lâu hơn.
(4) Hiệu suất của hydroxyethyl cellulose do một số doanh nghiệp trong nước sản xuất rõ ràng thấp hơn so với 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, ảnh hưởng đến hiệu suất của nó.
Carboxymethyl cellulose:
Ete cellulose ion được sản xuất từ các sợi tự nhiên (bông, v.v.) sau khi xử lý kiềm, sử dụng natri monocloroaxetat làm chất ete hóa và trải qua một loạt các phản ứng xử lý. Mức độ thế thường là 0,4~1,4, và hiệu suất của nó bị ảnh hưởng rất nhiều bởi mức độ thế.
(1) Carboxymethyl cellulose có khả năng hút ẩm cao hơn và sẽ chứa nhiều nước hơn khi được bảo quản trong điều kiện chung.
(2) Dung dịch carboxymethyl cellulose trong nước không tạo thành gel và 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 nhiều bởi độ pH. Nói chung, nó có thể được sử dụng trong vữa gốc thạch cao, nhưng không thể sử dụng trong vữa gốc xi măng. Khi có tính kiềm cao, nó sẽ mất độ nhớt.
(4) Khả năng giữ nước của nó thấp hơn nhiều so với metyl cellulose. Nó có tác dụng làm chậm quá trình đông kết vữa gốc thạch cao và làm giảm cường độ của nó. Tuy nhiên, giá của carboxymetyl cellulose thấp hơn đáng kể so với metyl cellulose.
Cellulose Alkyl Ether:
Các chất tiêu biểu là metyl cellulose và etyl cellulose. Trong sản xuất công nghiệp, metyl clorua hoặc etyl clorua thường được sử dụng làm chất ete hóa, và phản ứng diễn ra như sau:
Trong công thức, R đại diện cho CH3 hoặc C2H5. Nồng độ kiềm không chỉ ảnh hưởng đến mức độ ete hóa mà còn ảnh hưởng đến sự tiêu thụ ankyl halogenua. Nồng độ kiềm càng thấp, quá trình thủy phân ankyl halogenua càng mạnh. Để giảm sự tiêu thụ chất ete hóa, cần 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 dung dịch kiềm đậm đặc hoặc dung dịch kiềm rắn trong quá trình phản ứng. Lò phản ứng cần có thiết bị khuấy và đảo tốt để kiềm được phân bố đều. Methyl cellulose được sử dụng rộng rãi làm chất làm đặc, chất kết dính và chất keo bảo vệ, v.v. Nó cũng có thể được sử dụng làm chất phân tán cho quá trình trùng hợp nhũ tương, chất phân tán kết dính cho hạt giống, chất phụ gia dệt may, chất phụ gia cho thực phẩm và mỹ phẩm, chất kết dính y tế, vật liệu phủ thuốc, và được sử dụng trong sơn latex, mực in, sản xuất gốm sứ, và trộn vào xi măng 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 cao, tính dẻo, khả năng chịu nhiệt và chịu lạnh. Ethyl cellulose có độ thế thấp hòa tan trong nước và dung dịch kiềm loãng, còn các sản phẩm có độ 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 dược phẩm, v.v. Việc đưa các nhóm hydroxyalkyl vào ete alkyl xenlulo có thể cải thiện độ hòa tan, giảm độ nhạy cảm với hiện tượng kết tủa muối, tăng nhiệt độ tạo gel và cải thiện các tính chất nóng chảy, v.v. Mức độ thay đổi của các tính chất trên phụ thuộc vào bản chất của các nhóm thế và tỷ lệ giữa nhóm alkyl và nhóm hydroxyalkyl.
Cellulose Hydroxyalkyl Ether:
Các chất tiêu biểu là hydroxyethyl cellulose và hydroxypropyl cellulose. Chất ete hóa là các epoxit như etylen oxit và propylen oxit. Sử dụng axit hoặc bazơ làm chất xúc tác. Sản xuất công nghiệp là phản ứng giữa cellulose kiềm với chất ete hóa:hydroxyethyl celluloseHydroxypropyl cellulose có giá trị thế cao tan được cả trong nước lạnh và nước nóng. Hydroxypropyl cellulose có giá trị thế cao chỉ tan trong nước lạnh chứ không tan trong nước nóng. Hydroxyethyl cellulose có thể được sử dụng làm chất làm đặc cho lớp phủ latex, bột in và nhuộm dệt, vật liệu hồ giấy, chất kết dính và chất keo bảo vệ. Công dụng của hydroxypropyl cellulose tương tự như hydroxyethyl cellulose. Hydroxypropyl cellulose có giá trị thế thấp có thể được sử dụng làm tá dược dược phẩm, có cả tính chất kết dính và phân rã.
Carboxymethyl cellulose, viết tắt trong tiếng Anh là CMC, thường tồn tại ở dạng muối natri. Chất ete hóa là axit monocloroaxetic, và phản ứng diễn ra như sau:
Carboxymethyl cellulose là loại ete cellulose hòa tan trong nước được sử dụng rộng rãi nhất. Trước đây, nó chủ yếu được dùng làm bùn khoan, nhưng hiện nay đã được mở rộng ứng dụng làm phụ gia cho chất tẩy rửa, bùn giặt, sơn latex, lớp phủ bìa cứng và giấy, v.v. Carboxymethyl cellulose tinh khiết có thể được sử dụng trong thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, và cả làm chất kết dính cho gốm sứ và khuôn mẫu.
Cellulose polyanionic (PAC) là một ete cellulose ion và là sản phẩm thay thế cao cấp cho carboxymethyl cellulose (CMC). Nó là một loại bột hoặc hạt màu trắng, trắng ngà hoặc hơi vàng, không độc hại, không mùi vị, dễ hòa tan trong nước 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 đặc điểm là độ tinh khiết cao, mức độ thay thế cao và phân bố đồng đều các chất thay thế. Nó có thể được sử dụng làm chất kết dính, chất làm đặc, chất điều chỉnh độ nhớt, chất giảm mất chất lỏng, chất ổn định huyền phù, v.v. Cellulose polyanionic (PAC) được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành công nghiệp mà CMC có thể được áp dụng, giúp giảm đáng kể liều lượng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc 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 giữa cellulose và acrylonitrile dưới sự xúc tác của kiềm.
Cyanodeyl cellulose có hằng số điện môi cao và hệ số tổn hao thấp, có thể được sử dụng làm chất nền nhựa cho đèn phosphor và đèn phát quang điện. Cyanodeyl cellulose có hàm lượng thế thấp có thể được sử dụng làm giấy cách điện cho máy biến áp.
Các ete rượu béo bậc cao, ete ankenyl và ete rượu thơm của xenluloza đã được điều chế nhưng chưa được sử dụng trong thực tế.
Các phương pháp điều chế ete xenluloza có thể được chia thành phương pháp môi trường nước, phương pháp dung môi, phương pháp nhào trộn, phương pháp huyền phù, phương pháp khí-rắn, phương pháp pha lỏng và sự kết hợp của các phương pháp trên.
5. Nguyên tắc chuẩn bị:
Bột giấy có hàm lượng α-cellulose cao được ngâm trong dung dịch kiềm để làm trương nở, phá vỡ nhiều liên kết hydro hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho sự khuếch tán của các chất phản ứng và tạo ra cellulose kiềm, sau đó phản ứng với chất ete hóa để thu được ete cellulose. Các chất ete hóa bao gồm halogenua (hoặc sulfat) hiđrocacbon, epoxit và các hợp chất không bão hòa α và β có chất nhận electron.
6. Hiệu năng cơ bản:
Phụ gia đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất của vữa khô xây dựng, chiếm hơn 40% chi phí vật liệu trong vữa 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 đưa ra. Kết quả là, chi phí sản phẩm vữa khô vẫn ở mức cao, và khó phổ biến các loại vữa xây và trát tường thông dụng với số lượng lớn và chủng loại đa dạng. Các sản phẩm cao cấp trên thị trường bị chi phối bởi các công ty nước ngoài, khiến các nhà sản xuất vữa khô có lợi nhuận thấp và khả năng cạnh tranh về giá cả; việc ứng dụng phụ gia thiếu nghiên cứu có hệ thống và mục tiêu, và chỉ đơn thuần làm theo công thức nước ngoài.
Chất giữ nước là một phụ gia quan trọng để cải thiện khả năng giữ nước của vữa khô trộn sẵn, và cũng là một trong những phụ gia quyết định chi phí vật liệu vữa khô trộn sẵn. Chức năng chính của ete xenluloza là giữ nước.
Ete xenluloza là thuật ngữ chung cho một loạt các sản phẩm được tạo ra từ phản ứng giữa xenluloza kiềm và chất ete hóa trong những điều kiện nhất định. Xenluloza kiềm được thay thế bằng các chất ete hóa khác nhau để thu được các loại ete xenluloza khác nhau. Theo tính chất ion hóa của các nhóm thế, ete xenluloza có thể được chia thành hai loại: ion (như carboxymethyl xenluloza) và không ion (như methyl xenluloza). Theo loại nhóm thế, ete xenluloza có thể được chia thành monoete (như methyl xenluloza) và ete hỗn hợp (như hydroxypropyl methyl xenluloza). Theo độ hòa tan khác nhau, nó có thể được chia thành hòa tan trong nước (như hydroxyethyl xenluloza) và hòa tan trong dung môi hữu cơ (như ethyl xenluloza). Vữa trộn khô chủ yếu là xenluloza hòa tan trong nước, và xenluloza hòa tan trong nước được chia thành loại hòa tan tức thì và loại hòa tan chậm được xử lý bề mặt.
Cơ chế hoạt động của ete xenluloza trong vữa như sau:
(1) Sauete xenlulozaTrong vữa, khi các chất kết dính 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 tính bề mặt, và ete xenluloza, như một chất keo bảo vệ, "bao bọc" các hạt rắn và tạo thành một lớp màng bôi trơn trên bề mặt ngoài của chúng, giúp hệ thống vữa ổn định hơn, đồng thời cải thiện độ lưu động của vữa trong quá trình trộn và độ mịn của công trình.
(2) Do cấu trúc phân tử của nó, dung dịch ete xenluloza làm cho độ ẩm trong vữa không dễ bị mất đi và giải phóng dần dần trong một thời gian dài, giúp vữa có khả năng giữ nước và thi công tốt.
Thời gian đăng bài: 28/04/2024