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对每个取代基,醚化的总量用取代度(DS)表示。DS的范围是0~3,相当于每个脱水葡萄糖单元上羟基被醚化基团取代的数目的平均值2。对于羟烷基纤维素,取代反应会从新的自由羟基上再开始醚化,其取代程度可由MS值进行量化,即摩尔取代度。它表示加在每个脱水葡萄糖单元上的醚化剂反应物的平均物质的量。一种典型的反应物是环氧乙烷,产物具有羟乙基取代基。理论上值没有上限,如果已知每个葡萄糖环基上的取代度(DS),醚侧链的平均链长可由MS/DS得到。
一些生产商也常采用不同醚化基团(如-OCH3或-OC2H4OH)的质量分数表示取代水平和程度,而不是通过DS值和MS值。各个基团质量分数与其DS值或MS值可通过简单计算换算。
纤维素醚的种类
纤维素醚可以是单醚,也可以是混合醚,其性能有一定的差异。在纤维素大分子上有低取代的亲水性基团,如羟乙基基团,就可赋予产物一定的水溶性,而对于憎水性基团,如甲基、乙基等,只有中等取代度才能赋予产物一定的水溶性,低取代的产物在水中仅发生溶胀或能够溶解在稀碱溶液中。
随着人们对纤维素醚性能研究的深入,新型的纤维素醚及其应用领域将不断得到开发和生产。根据纤维素醚的取代基种类、电离性能和溶解性差异,可以将纤维素醚进行如下分类。
按照取代基种类,可以分为单一醚和混合醚。单一醚中又分为烷基醚(甲基纤维素、乙基纤维素、丁基纤维素)、羟烷基醚(羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、二羟丙基纤维素)及其他醚类(羧甲基纤维素、氰乙基纤维素)。混合醚中包括乙基羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基羧甲基纤维素、羟丙基羧甲基纤维素等。由HEC和2,3-环氧丙烷三甲基氯化铵反应生成的聚季铵盐-0是早一个在调理香波中使用的阳离子聚合物。吴文君等人叫利用光学技术发现聚季铵盐10可形成均一、透明和有光泽的膜,可能会改善头发外观。另外聚季铵盐-10还具有适中的附着亲和性,没有累积。除了阳离子纤维素聚合物所带来的直接调理效果外,更有研究显示出它在吸附头发负电荷的过程中与硅油有协同效应叫。阳离子纤维素能防止硅油沉积,不会使头发失去体感,不会产生油腻感,达到理想、的调理效果。HEC的阳离子衍生物在护发香波中应用广泛。有名品牌有爱美高公司的 UCARE聚合物JR-400、JR-30M、LR-400和LR-30M。
羟乙基纤维素在其他领域的应用
除了上述主要应用领域外,HEC还应用于国民生计的很多领域中。如在纺织领域中,HEC处理的棉、合成纤维或混纺物可提高它们的耐磨性、染色性、耐火性和抗污性等性能,以及改善它们的体稳性(收缩性)和耐穿性,特别对合成纤维,可使它们具有透气性和减少电。在印染浆中有增稠作用并可作为染料的载体,使染料良好分散,提供优越的渗透性以及图案、颜色的正确性、稳定性。另外在造纸领域中,HEC可以作为施胶剂、增强剂和纸质改性剂。
3羟乙基纤维素的市场现状
国外羟乙基纤维素的市场现状
纤维素醚首次报道于1905年,是由 Suida将碱溶胀的纤维素与硫酸二甲酯反应而制得,但当时未能得到完全分离的纤维素醚:1912年首次出现有关制备纤维素醚类的专利;1920年 Hubert制得HEC,并获得专利:1932年美国 Union Carbid Co.首先实现HEC工业化生产,产品以 Cellosize为牌号销售1.目前世界上HEC生产量较大的公司主要集中在国外,其中以美国道化学公司( Dow Chemical co.)和赫克力士公司( Hercules co.)生产能力强,其次是英国、日本、荷兰、德国和俄罗斯等。美国、俄罗斯等主要用于涂料和石油开采,日本一些公司主要用于涂料。2012年全球纤维素醚生产总能力已超过100万吨库左右。
经过多年的发展,发达的HEC市场已日趋成熟,发展中的市场仍处于成长阶段,是未来全球HEC消费增长的主要推动力
2012年全球 HEC/CMHEO的需求量为12.19万吨,消费量为11.62万吨。其中,涂料级消费量多,为465万吨:其次是石油级,消费量为291万吨:然后是建材级和聚合级,消费量均为1.16万吨;医 级和日化级消费量较少,均为0.58万吨:其它消费量为0.58万吨。
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