১. সেলুলোজ ইথারের গঠন এবং প্রস্তুতির নীতি
চিত্র ১ সেলুলোজ ইথারের সাধারণ গঠন দেখায়। প্রতিটি bD-অ্যানহাইড্রোগ্লুকোজ ইউনিট (সেলুলোজের পুনরাবৃত্তি ইউনিট) C (2), C (3) এবং C (6) অবস্থানে একটি গ্রুপকে প্রতিস্থাপন করে, অর্থাৎ, তিনটি পর্যন্ত ইথার গ্রুপ থাকতে পারে। ইন্ট্রা-চেইন এবং ইন্টার-চেইন হাইড্রোজেন বন্ধনের কারণেসেলুলোজ ম্যাক্রোমোলিকিউলস, এটি পানিতে এবং প্রায় সকল জৈব দ্রাবকে দ্রবীভূত করা কঠিন। ইথারিফিকেশনের মাধ্যমে ইথার গ্রুপের প্রবর্তন ইন্ট্রামোলিকুলার এবং ইন্টারমোলিকুলার হাইড্রোজেন বন্ধন ধ্বংস করে, এর হাইড্রোফিলিসিটি উন্নত করে এবং জল মাধ্যমে এর দ্রবণীয়তা ব্যাপকভাবে উন্নত করে।
সাধারণ ইথারিফাইড সাবস্টিটিউয়েন্ট হল কম আণবিক ওজনের অ্যালকক্সি গ্রুপ (১ থেকে ৪টি কার্বন পরমাণু) অথবা হাইড্রোক্সিয়ালকাইল গ্রুপ, যা পরবর্তীতে কার্বক্সিল, হাইড্রোক্সিল বা অ্যামিনো গ্রুপের মতো অন্যান্য কার্যকরী গ্রুপ দ্বারা প্রতিস্থাপিত হতে পারে। সাবস্টিটিউয়েন্ট এক, দুই বা ততোধিক ধরণের হতে পারে। সেলুলোজ ম্যাক্রোমলিকুলার চেইন বরাবর, প্রতিটি গ্লুকোজ ইউনিটের C(2), C(3) এবং C(6) অবস্থানে থাকা হাইড্রোক্সিল গ্রুপগুলি বিভিন্ন অনুপাতে প্রতিস্থাপিত হয়। স্পষ্টভাবে বলতে গেলে, সেলুলোজ ইথারের সাধারণত একটি নির্দিষ্ট রাসায়নিক গঠন থাকে না, শুধুমাত্র সেই পণ্যগুলি ছাড়া যা সম্পূর্ণরূপে এক ধরণের গ্রুপ দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয় (তিনটি হাইড্রোক্সিল গ্রুপই প্রতিস্থাপিত হয়)। এই পণ্যগুলি শুধুমাত্র পরীক্ষাগার বিশ্লেষণ এবং গবেষণার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে এবং এর কোনও বাণিজ্যিক মূল্য নেই।
(ক) সেলুলোজ ইথার আণবিক শৃঙ্খলের দুটি অ্যানহাইড্রোগ্লুকোজ এককের সাধারণ গঠন, R1~R6=H, অথবা একটি জৈব প্রতিস্থাপক;
(খ) কার্বক্সিমিথাইলের একটি আণবিক শৃঙ্খল খণ্ডহাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ, কার্বক্সিমিথাইলের প্রতিস্থাপনের মাত্রা 0.5, হাইড্রোক্সিইথাইলের প্রতিস্থাপনের মাত্রা 2.0 এবং মোলারের প্রতিস্থাপনের মাত্রা 3.0। এই কাঠামোটি ইথারিফাইড গ্রুপের গড় প্রতিস্থাপন স্তরকে প্রতিনিধিত্ব করে, তবে বিকল্পগুলি আসলে এলোমেলো।
প্রতিটি প্রতিস্থাপকের জন্য, ইথারিফিকেশনের মোট পরিমাণ প্রতিস্থাপন DS মানের ডিগ্রি দ্বারা প্রকাশ করা হয়। DS এর পরিসর 0~3, যা প্রতিটি অ্যানহাইড্রোগ্লুকোজ ইউনিটে ইথারিফিকেশন গ্রুপ দ্বারা প্রতিস্থাপিত হাইড্রোক্সিল গ্রুপের গড় সংখ্যার সমতুল্য।
হাইড্রোক্সিঅ্যালকাইল সেলুলোজ ইথারের ক্ষেত্রে, প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া নতুন মুক্ত হাইড্রোক্সিল গ্রুপ থেকে ইথারিফিকেশন শুরু করবে এবং প্রতিস্থাপনের মাত্রা MS মান দ্বারা পরিমাপ করা যেতে পারে, অর্থাৎ, প্রতিস্থাপনের মোলার ডিগ্রি। এটি প্রতিটি অ্যানহাইড্রোগ্লুকোজ ইউনিটে যোগ করা ইথারিফাইং এজেন্ট রিঅ্যাক্ট্যান্টের মোলের গড় সংখ্যা প্রতিনিধিত্ব করে। একটি সাধারণ বিক্রিয়ক হল ইথিলিন অক্সাইড এবং পণ্যটিতে একটি হাইড্রোক্সিইথাইল প্রতিস্থাপনকারী থাকে। চিত্র 1-এ, পণ্যটির MS মান 3.0।
তাত্ত্বিকভাবে, MS মানের কোন ঊর্ধ্বসীমা নেই। যদি প্রতিটি গ্লুকোজ রিং গ্রুপের প্রতিস্থাপনের ডিগ্রির DS মান জানা থাকে, তাহলে ইথার সাইড চেইনের গড় চেইন দৈর্ঘ্য। কিছু নির্মাতারা প্রায়শই DS এবং MS মানের পরিবর্তে প্রতিস্থাপন স্তর এবং ডিগ্রি উপস্থাপন করতে বিভিন্ন ইথারিফিকেশন গ্রুপের (যেমন -OCH3 বা -OC2H4OH) ভর ভগ্নাংশ (wt%) ব্যবহার করেন। প্রতিটি গ্রুপের ভর ভগ্নাংশ এবং এর DS বা MS মান সহজ গণনার মাধ্যমে রূপান্তর করা যেতে পারে।
বেশিরভাগ সেলুলোজ ইথার হল জলে দ্রবণীয় পলিমার, এবং কিছু জৈব দ্রাবকগুলিতে আংশিকভাবে দ্রবণীয়। সেলুলোজ ইথারের বৈশিষ্ট্য হল উচ্চ দক্ষতা, কম দাম, সহজ প্রক্রিয়াকরণ, কম বিষাক্ততা এবং বিস্তৃত বৈচিত্র্য, এবং চাহিদা এবং প্রয়োগের ক্ষেত্রগুলি এখনও প্রসারিত হচ্ছে। একটি সহায়ক এজেন্ট হিসাবে, সেলুলোজ ইথারের শিল্পের বিভিন্ন ক্ষেত্রে প্রচুর প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে। MS/DS দ্বারা প্রাপ্ত করা যেতে পারে।
সেলুলোজ ইথারগুলিকে বিকল্প পদার্থের রাসায়নিক গঠন অনুসারে অ্যানিওনিক, ক্যাটানিক এবং নন-আয়োনিক ইথারে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। নন-আয়োনিক ইথারগুলিকে জলে দ্রবণীয় এবং তেলে দ্রবণীয় পণ্যে ভাগ করা যায়।
শিল্পায়িত পণ্যগুলি সারণি ১-এর উপরের অংশে তালিকাভুক্ত করা হয়েছে। সারণি ১-এর নীচের অংশে কিছু পরিচিত ইথারিফিকেশন গ্রুপের তালিকা রয়েছে, যেগুলি এখনও গুরুত্বপূর্ণ বাণিজ্যিক পণ্যে পরিণত হয়নি।
মিশ্র ইথার বিকল্পগুলির সংক্ষিপ্ত ক্রম বর্ণানুক্রমিক ক্রম বা সংশ্লিষ্ট DS (MS) এর স্তর অনুসারে নামকরণ করা যেতে পারে, উদাহরণস্বরূপ, 2-হাইড্রোক্সিইথাইল মিথাইলসেলুলোজের জন্য, সংক্ষিপ্ত রূপ হল HEMC, এবং মিথাইল বিকল্পকে হাইলাইট করার জন্য এটি MHEC হিসাবেও লেখা যেতে পারে।
সেলুলোজের হাইড্রোক্সিল গ্রুপগুলি ইথারিফিকেশন এজেন্টদের দ্বারা সহজে অ্যাক্সেসযোগ্য নয় এবং ইথারিফিকেশন প্রক্রিয়াটি সাধারণত ক্ষারীয় পরিস্থিতিতে পরিচালিত হয়, সাধারণত NaOH জলীয় দ্রবণের একটি নির্দিষ্ট ঘনত্ব ব্যবহার করে। সেলুলোজ প্রথমে NaOH জলীয় দ্রবণের সাথে ফোলা ক্ষারীয় সেলুলোজে গঠিত হয় এবং তারপরে ইথারিফিকেশন এজেন্টের সাথে ইথারিফিকেশন বিক্রিয়া ঘটে। মিশ্র ইথার উৎপাদন এবং প্রস্তুতির সময়, একই সময়ে বিভিন্ন ধরণের ইথারিফিকেশন এজেন্ট ব্যবহার করা উচিত, অথবা পর্যায়ক্রমে খাওয়ানোর মাধ্যমে (প্রয়োজনে) ইথারিফিকেশন করা উচিত। সেলুলোজের ইথারিফিকেশনে চারটি ধরণের বিক্রিয়া রয়েছে, যা বিক্রিয়া সূত্র (সেলুলোসিককে সেল-OH দ্বারা প্রতিস্থাপিত করা হয়) দ্বারা নিম্নরূপ সংক্ষিপ্ত করা হয়েছে:
সমীকরণ (1) উইলিয়ামসন ইথারিফিকেশন বিক্রিয়ার বর্ণনা করে। RX হল একটি অজৈব অ্যাসিড এস্টার, এবং X হল হ্যালোজেন Br, Cl বা সালফিউরিক অ্যাসিড এস্টার। ক্লোরাইড R-Cl সাধারণত শিল্পে ব্যবহৃত হয়, উদাহরণস্বরূপ, মিথাইল ক্লোরাইড, ইথাইল ক্লোরাইড বা ক্লোরোএসেটিক অ্যাসিড। এই ধরনের বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে একটি স্টোইচিওমেট্রিক পরিমাণ বেস ব্যবহার করা হয়। শিল্পায়িত সেলুলোজ ইথার পণ্য মিথাইল সেলুলোজ, ইথাইল সেলুলোজ এবং কার্বক্সিমিথাইল সেলুলোজ হল উইলিয়ামসন ইথারিফিকেশন বিক্রিয়ার উৎপাদ।
বিক্রিয়ার সূত্র (২) হল বেস-অনুঘটকিত ইপোক্সাইড (যেমন R=H, CH3, অথবা C2H5) এবং সেলুলোজ অণুতে হাইড্রোক্সিল গ্রুপের যোগ বিক্রিয়া, যা বেস গ্রহণ না করে। এই বিক্রিয়াটি অব্যাহত থাকার সম্ভাবনা রয়েছে কারণ বিক্রিয়ার সময় নতুন হাইড্রোক্সিল গ্রুপ তৈরি হয়, যার ফলে অলিগোঅ্যালকাইলেথিলিন অক্সাইড পার্শ্ব শৃঙ্খল তৈরি হয়: 1-অ্যাজিরিডিন (অ্যাজিরিডিন) এর সাথে একই রকম বিক্রিয়া অ্যামিনোইথাইল ইথার তৈরি করবে: সেল-O-CH2-CH2-NH2। হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ, হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল সেলুলোজ এবং হাইড্রোক্সিবিউটাইল সেলুলোজের মতো পণ্যগুলি বেস-অনুঘটকিত ইপোক্সিডেশনের সমস্ত পণ্য।
বিক্রিয়া সূত্র (3) হল কোষ-OH এবং ক্ষারীয় মাধ্যমে সক্রিয় দ্বিবন্ধন ধারণকারী জৈব যৌগের মধ্যে বিক্রিয়া, Y হল একটি ইলেকট্রন-প্রত্যাহারকারী গ্রুপ, যেমন CN, CONH2, অথবা SO3-Na+। আজকাল এই ধরণের বিক্রিয়া শিল্পে খুব কমই ব্যবহৃত হয়।
বিক্রিয়া সূত্র (4), ডায়াজোয়ালকেনের সাথে ইথারিফিকেশন এখনও শিল্পায়িত হয়নি।
- সেলুলোজ ইথারের প্রকারভেদ
সেলুলোজ ইথার মনোইথার বা মিশ্র ইথার হতে পারে এবং এর বৈশিষ্ট্য ভিন্ন। সেলুলোজ ম্যাক্রোমোলিকিউলে কম-প্রতিস্থাপিত হাইড্রোফিলিক গ্রুপ রয়েছে, যেমন হাইড্রোক্সিইথাইল গ্রুপ, যা পণ্যটিকে একটি নির্দিষ্ট মাত্রার জল দ্রাব্যতা প্রদান করতে পারে, অন্যদিকে মিথাইল, ইথাইল ইত্যাদি হাইড্রোফোবিক গ্রুপের জন্য, শুধুমাত্র মাঝারি প্রতিস্থাপন উচ্চ মাত্রার পণ্যটিকে একটি নির্দিষ্ট পানি দ্রাব্যতা প্রদান করতে পারে, এবং কম-প্রতিস্থাপিত পণ্যটি কেবল পানিতে ফুলে ওঠে বা পাতলা ক্ষারীয় দ্রবণে দ্রবীভূত হতে পারে। সেলুলোজ ইথারের বৈশিষ্ট্যগুলির উপর গভীর গবেষণার মাধ্যমে, নতুন সেলুলোজ ইথার এবং তাদের প্রয়োগ ক্ষেত্রগুলি ক্রমাগত বিকশিত এবং উত্পাদিত হবে এবং সবচেয়ে বড় চালিকা শক্তি হল বিস্তৃত এবং ক্রমাগত পরিমার্জিত প্রয়োগ বাজার।
দ্রাব্যতার বৈশিষ্ট্যের উপর মিশ্র ইথারের গোষ্ঠীগুলির প্রভাবের সাধারণ সূত্র হল:
১) ইথারের হাইড্রোফোবিসিটি বাড়াতে এবং জেল পয়েন্ট কমাতে পণ্যটিতে হাইড্রোফোবিক গ্রুপের পরিমাণ বৃদ্ধি করুন;
২) এর জেল পয়েন্ট বাড়ানোর জন্য হাইড্রোফিলিক গ্রুপের (যেমন হাইড্রোক্সিইথাইল গ্রুপ) পরিমাণ বৃদ্ধি করুন;
৩) হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল গ্রুপটি বিশেষ, এবং সঠিক হাইড্রোক্সিপ্রোপাইলেশন পণ্যের জেল তাপমাত্রা কমাতে পারে, এবং মাঝারি হাইড্রোক্সিপ্রোপাইলেটেড পণ্যের জেল তাপমাত্রা আবার বৃদ্ধি পাবে, তবে উচ্চ স্তরের প্রতিস্থাপন তার জেল পয়েন্ট হ্রাস করবে; কারণ হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল গ্রুপের বিশেষ কার্বন শৃঙ্খল দৈর্ঘ্যের কাঠামো, নিম্ন-স্তরের হাইড্রোক্সিপ্রোপাইলেশন, সেলুলোজ ম্যাক্রোমোলিকিউলের অণুতে এবং এর মধ্যে দুর্বল হাইড্রোজেন বন্ধন এবং শাখা শৃঙ্খলে হাইড্রোফিলিক হাইড্রোক্সিল গ্রুপ। জল প্রাধান্য পায়। অন্যদিকে, প্রতিস্থাপন উচ্চ হলে, পার্শ্ব গ্রুপে পলিমারাইজেশন হবে, হাইড্রোক্সিল গ্রুপের আপেক্ষিক উপাদান হ্রাস পাবে, হাইড্রোফোবিসিটি বৃদ্ধি পাবে এবং পরিবর্তে দ্রাব্যতা হ্রাস পাবে।
উৎপাদন এবং গবেষণাসেলুলোজ ইথারএর দীর্ঘ ইতিহাস রয়েছে। ১৯০৫ সালে, সুইডা প্রথম সেলুলোজের ইথারিফিকেশনের কথা জানায়, যা ডাইমিথাইল সালফেট দিয়ে মিথাইলেটেড ছিল। জলে দ্রবণীয় বা তেলে দ্রবণীয় সেলুলোজ ইথারের জন্য যথাক্রমে লিলিয়েনফেল্ড (১৯১২), ড্রেফাস (১৯১৪) এবং লিউচস (১৯২০) ননিওনিক অ্যালকাইল ইথার পেটেন্ট করেছিলেন। বুচলার এবং গমবার্গ ১৯২১ সালে বেনজিল সেলুলোজ তৈরি করেছিলেন, ১৯১৮ সালে জ্যানসেন কার্বক্সিমিথাইল সেলুলোজ তৈরি করেছিলেন এবং ১৯২০ সালে হুবার্ট হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ তৈরি করেছিলেন। ১৯২০-এর দশকের গোড়ার দিকে, জার্মানিতে কার্বক্সিমিথাইল সেলুলোজ বাণিজ্যিকীকরণ করা হয়েছিল। ১৯৩৭ থেকে ১৯৩৮ সাল পর্যন্ত, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে MC এবং HEC-এর শিল্প উৎপাদন বাস্তবায়িত হয়েছিল। ১৯৪৫ সালে সুইডেন জলে দ্রবণীয় EHEC উৎপাদন শুরু করে। ১৯৪৫ সালের পর, পশ্চিম ইউরোপ, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র এবং জাপানে সেলুলোজ ইথারের উৎপাদন দ্রুত প্রসারিত হয়। ১৯৫৭ সালের শেষের দিকে, চীনের সিএমসি প্রথম সাংহাই সেলুলয়েড কারখানায় উৎপাদন শুরু করে। ২০০৪ সালের মধ্যে, আমার দেশের উৎপাদন ক্ষমতা হবে ৩০,০০০ টন আয়নিক ইথার এবং ১০,০০০ টন নন-আয়নিক ইথার। ২০০৭ সালের মধ্যে, এটি ১০০,০০০ টন আয়নিক ইথার এবং ৪০,০০০ টন নন-আয়নিক ইথারে পৌঁছাবে। দেশে এবং বিদেশে যৌথ প্রযুক্তি কোম্পানিগুলিও ক্রমাগতভাবে উত্থিত হচ্ছে, এবং চীনের সেলুলোজ ইথার উৎপাদন ক্ষমতা এবং প্রযুক্তিগত স্তর ক্রমাগত উন্নত হচ্ছে।
সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, বিভিন্ন ডিএস মান, সান্দ্রতা, বিশুদ্ধতা এবং রিওলজিক্যাল বৈশিষ্ট্য সহ অনেক সেলুলোজ মনোয়েথার এবং মিশ্র ইথার ক্রমাগত বিকশিত হয়েছে। বর্তমানে, সেলুলোজ ইথারের ক্ষেত্রে উন্নয়নের কেন্দ্রবিন্দু হল উন্নত উৎপাদন প্রযুক্তি, নতুন প্রস্তুতি প্রযুক্তি, নতুন সরঞ্জাম, নতুন পণ্য, উচ্চমানের পণ্য এবং পদ্ধতিগত পণ্যগুলি প্রযুক্তিগতভাবে গবেষণা করা।
পোস্টের সময়: এপ্রিল-২৮-২০২৪