(1) Löslichkeit
Die Löslichkeit von Celluloseether in alkalischer wässriger Lösung, Wasser oder organischen Lösungsmitteln hängt von der Art der Veretherungsgruppe und dem Substitutionsgrad (DS) ab. Stoffe mit einem DS-Wert unter 0,1 sind im Allgemeinen unlöslich und unterscheiden sich von Cellulose nur in einigen physikalischen und technischen Parametern, wie z. B. der Zugfestigkeit, der potenziellen Oberflächenenergie, dem Wasseraufnahmevermögen oder der Färbbarkeit. Die Modifizierung von Cellulose in diesem Umfang wird hauptsächlich für die Wiederaufbereitung von Cellulose in der Textil- und Papierindustrie verwendet und nicht als Celluloseether-Produkte vermarktet.
Wenn der DS-Bereich des Produkts 0,2~0,5 erreicht, beginnt es sich in einer wässrigen Alkalilösung, wie 5%~8% NaOH, aufzulösen. Die Auflösungsleistung hängt von der Veretherungsgruppe ab. Mit zunehmendem Substitutionsgrad löst sich der Celluloseether allmählich in Wasser auf. Bei anionischen und stark hydrophilen nichtionischen Typen bleibt die gute Löslichkeit auch bei sehr hohen DS-Werten erhalten, aber wenn hydrophobe Substituenten dominieren, verschwindet die Löslichkeit bei höheren DS-Werten.
Viele industriell hergestellte Celluloseether sind in Wasser und organischen Lösungsmitteln löslich. Für die Wasserlöslichkeit des anionischen Typs muss der DS-Wert über 0,4 liegen; für den nichtionischen Typ muss der DS-Wert über 1 liegen. Wenn hydrophobe veretternde Gruppen dominieren, verschwindet die Wasserlöslichkeit bei DS-Werten über 2, und der Ether ist in protischen oder polaren aprotischen Lösungsmitteln, wie niedrig-aliphatischen Alkoholen, Ketonen oder Ethern, löslich. Hydrophobe Celluloseether sind auch in Chlorkohlenwasserstoffen löslich, weniger jedoch in reinen Kohlenwasserstoffen. Celluloseether, die nur anionische Gruppen enthalten, sind in organischen Lösungsmitteln in allen DS-Bereichen praktisch unlöslich, außer in polaren aprotischen Lösungsmitteln wie Dimethylsulfoxid. In allen Fällen sind Celluloseether mit geringerem Molekulargewicht besser löslich. Die Löslichkeit von hydrophoben Ethern in Wasser wird bei hohen Temperaturen beeinträchtigt. Die gelösten Produkte gelieren oder agglomerieren bei Erwärmung und lösen sich bei Kälte wieder auf. Dies ist die einzigartige Thermogelbildungseigenschaft von hydrophoben Celluloseethern, die erhebliche Auswirkungen auf die Produktion und Anwendung hat.
Die meisten Anwendungen erfordern, dass Celluloseetherlösungen präzise oder sogar transparent sind, aber einige Celluloseetherprodukte bilden nur trübe Lösungen, die unlösliche Partikel oder freie Faserstränge enthalten können. Der Hauptgrund dafür ist, dass die Reaktanten während der Reaktion nicht ausreichend gerührt und gemischt werden, oder dass die Molekülkette der Cellulose sehr unregelmäßig ist (die Molekulargewichtsverteilung ist zu breit, und die Rohstoffquellen variieren stark) und die Aggregatstruktur ungleichmäßig ist (hochkristalline Bereiche sind schwer zu ersetzen), was auf eine ungleichmäßige Substitution zurückzuführen ist. Verunreinigungen in den Zelluloserohstoffen, wie Lignin, Asche usw., oder das Vorhandensein von Vernetzungsmitteln in den Veretherungsreaktanten können unlösliche Rückstände erzeugen.
(2) Die Viskosität der Lösung
Der Viskositätsbereich der Celluloseetherlösung ist sehr groß. Bei Raumtemperatur kann der Viskositätsbereich von 2%iger neutraler wässriger Celluloseetherlösung 5-10⁵ mPa-s oder noch mehr erreichen. Die Größe der Viskosität hängt von der Konzentration, der Temperatur, der durchschnittlichen Kettenlänge der Makromoleküle (oder dem Polymerisationsgrad) sowie von Salzen oder anderen Zusätzen ab. Die Kettenlänge der rohen Zellulosemakromoleküle kann durch chemische Behandlung während des Zelluloseether-Herstellungsverfahrens verkürzt werden, um das gewünschte Endprodukt mit geringerer Viskosität zu erhalten.
Unter bestimmten Konzentrations- und Temperaturbedingungen können die rheologischen Eigenschaften der Lösung je nach Kettenlänge, Substituentenverteilung und Art der veretherten Gruppe newtonsch, pseudoplastisch, thixotrop oder sogar gallertartig sein.
(3) Physikalische Eigenschaften
Celluloseether sind weiße oder gelbliche Feststoffe, in der Regel in Granulatform oder als Pulver (Feuchtigkeitsgehalt bis zu 10%). Der Bereich der scheinbaren Dichte von Pulver liegt bei 0,3~0,5g/cm³. Die scheinbare Dichte einiger (unzerkleinerter) faseriger Produkte ist geringer als 0,2 g/cm³. Je nach Verwendungszweck können die Hersteller unterschiedliche Reinheitsgrade einstellen. Produkte mit hohem Reinheitsgrad sind geruchs- und geschmacksneutral. Unbehandelte Produkte können bis zu 40 % (Massenanteil) an Natriumsalzen wie NaCl, Natriumacetat usw. enthalten. Das Produkt kann mit Additiven gemischt werden, um Stabilität, Kontrollierbarkeit der Auflösung und einfache Verarbeitung zu gewährleisten.
Darüber hinaus können die meisten industriellen Celluloseetherprodukte mit anderen wasserlöslichen Polymeren wie Stärkeprodukten, Naturharzen, natürlichen Kolloiden, Polyacrylamid usw. gemischt werden, um Verbundprodukte mit den erforderlichen rheologischen und anderen physikalischen Eigenschaften zu erhalten.
(4) Stabilität
Celluloseether werden leicht von Cellulasen und Mikroorganismen angegriffen. Das Enzym greift bevorzugt unsubstituierte Anhydroglucoseeinheiten an, was zu Hydrolyse und Spaltung der makromolekularen Ketten führt und die Viskosität des Produkts verringert. Der Ethersubstituent kann die Hauptkette der Cellulose schützen. Daher steigt die Stabilität von Celluloseether mit der Erhöhung des DS oder der Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Substitution, und nur wenige unsubstituierte Anhydroglucoseeinheiten werden von der Hydrolase angegriffen.
Celluloseether ist relativ stabil und wird durch Luft, Feuchtigkeit, Sonnenlicht, mäßige Erwärmung und allgemeine Schadstoffe nicht leicht beeinträchtigt. Starke Oxidationsmittel können Peroxid- und Carbonylgruppen erzeugen, die unter alkalischen Bedingungen zu einem weiteren Abbau der Celluloseether führen. Wird die alkalische Celluloselösung erhitzt, sinkt die Viskosität erheblich. Starke Säuren können Molekülketten auch durch direkte Hydrolyse von Celluloseacetalbindungen abbauen. Wie andere organische Polymere wird auch die Kettenstruktur von Celluloseether durch die Einwirkung energiereicher Strahlung beschädigt und abgebaut. Industrielle Celluloseetherprodukte können mit Bioziden, Puffern oder Reduktionsmitteln versetzt werden, wenn dies je nach Anwendung zulässig ist, um eine langfristige Lagerstabilität und konstante Viskosität unter geeigneten Lagerbedingungen zu erreichen.
Feste Celluloseether sind bei Temperaturen von 80 bis 100 °C stabil. Höhere Temperaturen oder längeres Erhitzen können in einigen Fällen zu einer Vernetzung führen und unlösliche Netzwerke bilden. Im Bereich von 130-150°C wird das feste Produkt leicht abgebaut. Bei Erhitzung auf 160-200°C wird es muskulär abgebaut und färbt sich braun. Dies hängt sowohl mit der Art des Ethers als auch mit den Erhitzungsbedingungen zusammen. Bei neutralen wässrigen Lösungen kommt es nicht zu einer Abnahme der Viskosität, wenn sie lange erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Mäßiges Erhitzen, Gelierung oder Agglomeration haben ebenfalls keinen Einfluss auf die Viskosität.
