تعديل إيثر السليلوز

01. مقدمة عن السليلوز

السليلوز عديد سكاريد جزيئي كبير، يتكون من الجلوكوز. لا يذوب في الماء والمذيبات العضوية العامة. وهو المكون الرئيسي لجدار الخلية النباتية، وهو أيضًا أكثر عديد السكاريد انتشارًا ووفرة في الطبيعة.

السليلوز هو أكثر الموارد المتجددة وفرةً على وجه الأرض، وهو أيضًا البوليمر الطبيعي الأكثر تراكمًا. يتميز بكونه متجددًا، وقابلًا للتحلل الحيوي تمامًا، وتوافقًا حيويًا جيدًا.

02. أسباب تعديل السليلوز

تحتوي جزيئات السليلوز الكبيرة على عدد كبير من مجموعات -OH. نظرًا لتأثير الروابط الهيدروجينية، تكون القوة بين الجزيئات الكبيرة كبيرة نسبيًا، مما يؤدي إلى محتوى حراري كبير للذوبان △H؛ من ناحية أخرى، توجد حلقات في جزيئات السليلوز الكبيرة. مثل البنية، تكون صلابة السلسلة الجزيئية أكبر، مما يؤدي إلى تغيير أصغر في إنتروبيا الانصهار ΔS. هذان السببان يجعلان درجة حرارة السليلوز المنصهر (= △H / △S) أعلى، ودرجة حرارة تحلل السليلوز منخفضة نسبيًا. لذلك، عندما يتم تسخين السليلوز إلى درجة حرارة معينة، ستظهر الألياف الظاهرة التي تشير إلى أن السليلوز قد تحلل قبل أن يبدأ في الذوبان، وبالتالي، لا يمكن لمعالجة مواد السليلوز اعتماد طريقة الذوبان أولاً ثم القولبة.

03. أهمية تعديل السليلوز

مع الاستنزاف التدريجي للموارد الأحفورية والمشاكل البيئية المتزايدة الخطورة الناجمة عن نفايات منسوجات الألياف الكيميائية، أصبح تطوير واستخدام مواد الألياف الطبيعية المتجددة من أبرز المجالات التي تحظى باهتمام كبير. يُعد السليلوز أكثر الموارد الطبيعية المتجددة وفرةً في الطبيعة، ويتميز بخصائص ممتازة، مثل الامتصاصية الجيدة للرطوبة، ومقاومة الكهرباء الساكنة، ونفاذية الهواء العالية، وسهولة الصباغة، والراحة في الارتداء، وسهولة معالجة المنسوجات، وقابلية التحلل البيولوجي. كما يتميز بخصائص لا تُضاهى بالألياف الكيميائية.

تحتوي جزيئات السليلوز على عدد كبير من مجموعات الهيدروكسيل، مما يسهل تكوين روابط هيدروجينية بين الجزيئات وداخلها، ويتحلل في درجات حرارة عالية دون أن ينصهر. ومع ذلك، يتميز السليلوز بتفاعلية جيدة، ويمكن تدمير رابطته الهيدروجينية عن طريق التعديل الكيميائي أو تفاعل التطعيم، مما يخفض درجة الانصهار بشكل فعال. يُستخدم السليلوز، كأحد المنتجات الصناعية المتنوعة، على نطاق واسع في المنسوجات، وفصل الأغشية، والبلاستيك، والتبغ، والطلاء.

04. تعديل إيثر السليلوز

إيثر السليلوز هو نوع من مشتقات السليلوز، يُحصل عليه عن طريق تعديل السليلوز بالأثير. يُستخدم على نطاق واسع بفضل خصائصه الممتازة في التكثيف، والاستحلاب، والتعليق، وتكوين الأغشية، والحماية الغروانية، والاحتفاظ بالرطوبة، والالتصاق. يُستخدم في الأغذية، والأدوية، وصناعة الورق، والدهانات، ومواد البناء، وغيرها.

إيثر السليلوز هو سلسلة من المشتقات الناتجة عن تفاعل مجموعات الهيدروكسيل في السلسلة الجزيئية للسليلوز مع عوامل ألكلة في ظل ظروف قلوية. يُقلل استهلاك مجموعات الهيدروكسيل من عدد الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات، مما يُقلل من القوى الجزيئية، مما يُحسّن الاستقرار الحراري للسليلوز، ويُحسّن أداء معالجة المواد، ويُخفض في الوقت نفسه درجة انصهاره.

أمثلة على تأثيرات تعديل الأثير على الوظائف الأخرى للسليلوز:

باستخدام القطن المكرر كمادة خام أساسية، استخدم الباحثون عملية إيثرية أحادية الخطوة لتحضير إيثر كاربوكسي ميثيل هيدروكسي بروبيل سليلوز معقد يتميز بتفاعل موحد، ولزوجة عالية، ومقاومة جيدة للأحماض والأملاح من خلال تفاعلات القلوية والأثيرة. باستخدام عملية الإيثرية أحادية الخطوة، يتميز كاربوكسي ميثيل هيدروكسي بروبيل سليلوز الناتج بمقاومة جيدة للأملاح والأحماض وقابلية ذوبان جيدة. بتغيير الكميات النسبية لأكسيد البروبيلين وحمض الكلورو أسيتيك، يمكن تحضير منتجات ذات محتوى مختلف من كاربوكسي ميثيل وهيدروكسي بروبيل. أظهرت نتائج الاختبار أن كاربوكسي ميثيل هيدروكسي بروبيل سليلوز المنتج بطريقة الخطوة الواحدة يتميز بدورة إنتاج قصيرة، واستهلاك منخفض للمذيبات، ومقاومة ممتازة للأملاح أحادية التكافؤ وثنائية التكافؤ، ومقاومة جيدة للأحماض.

05. آفاق تعديل إيثر السليلوز

السليلوز مادة كيميائية خام مهمة، غنية بالموارد، وصديقة للبيئة، ومتجددة. تتميز مشتقات تعديل إيثر السليلوز بأداء ممتاز، ونطاق استخدام واسع، وتأثيرات استخدام ممتازة، وتلبي احتياجات الاقتصاد الوطني بشكل كبير. ومع التقدم التكنولوجي المستمر وتحقيق التسويق التجاري في المستقبل، إذا أمكن تطوير المواد الخام والطرق التركيبية لمشتقات السليلوز صناعيًا، فسيتم استخدامها بشكل كامل، وستتوسع تطبيقاتها.