সেলুলোজ ইথারগুলির গঠন এবং প্রকারগুলি কী কী?

1. সেলুলোজ ইথারের গঠন এবং প্রস্তুতির নীতি

চিত্র 1 সেলুলোজ ইথারগুলির সাধারণ গঠন দেখায়। প্রতিটি bD-এনহাইড্রোগ্লুকোজ ইউনিট (সেলুলোজের পুনরাবৃত্তিকারী একক) C (2), C (3) এবং C (6) অবস্থানে একটি গ্রুপকে প্রতিস্থাপন করে, অর্থাৎ, তিনটি ইথার গ্রুপ থাকতে পারে। এর ইন্ট্রা-চেইন এবং ইন্টার-চেইন হাইড্রোজেন বন্ধনের কারণেসেলুলোজ ম্যাক্রোমোলিকুলস, এটা জল এবং প্রায় সব জৈব দ্রাবক মধ্যে দ্রবীভূত করা কঠিন. ইথারিফিকেশনের মাধ্যমে ইথার গ্রুপের প্রবর্তন ইন্ট্রামলিকুলার এবং আন্তঃআণবিক হাইড্রোজেন বন্ধনকে ধ্বংস করে, এর হাইড্রোফিলিসিটি উন্নত করে এবং জলের মিডিয়াতে এর দ্রবণীয়তাকে ব্যাপকভাবে উন্নত করে।

সাধারণ ইথেরিফাইড বিকল্পগুলি হল কম আণবিক ওজনের অ্যালকোক্সি গ্রুপ (1 থেকে 4 কার্বন পরমাণু) বা হাইড্রোক্সিয়ালকিল গ্রুপ, যেগুলি কার্বক্সিল, হাইড্রক্সিল বা অ্যামিনো গ্রুপের মতো অন্যান্য কার্যকরী গ্রুপ দ্বারা প্রতিস্থাপিত হতে পারে। বিকল্প এক, দুই বা ততোধিক বিভিন্ন ধরণের হতে পারে। সেলুলোজ ম্যাক্রোমোলিকুলার চেইন বরাবর, প্রতিটি গ্লুকোজ ইউনিটের C(2), C(3) এবং C(6) অবস্থানের হাইড্রক্সিল গ্রুপগুলি বিভিন্ন অনুপাতে প্রতিস্থাপিত হয়। কঠোরভাবে বলতে গেলে, সেলুলোজ ইথারের সাধারণত একটি নির্দিষ্ট রাসায়নিক গঠন থাকে না, সেই সমস্ত পণ্যগুলি ছাড়া যেগুলি সম্পূর্ণরূপে এক ধরণের গ্রুপ দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয় (তিনটি হাইড্রক্সিল গ্রুপ প্রতিস্থাপিত হয়)। এই পণ্যগুলি শুধুমাত্র পরীক্ষাগার বিশ্লেষণ এবং গবেষণার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, এবং কোন বাণিজ্যিক মূল্য নেই।

(a) সেলুলোজ ইথার আণবিক চেইনের দুটি অ্যানহাইড্রোগ্লুকোজ ইউনিটের সাধারণ গঠন, R1~R6=H, বা একটি জৈব বিকল্প;

(b) কার্বক্সিমিথাইলের একটি আণবিক শৃঙ্খল খণ্ডহাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ, কার্বক্সিইথাইলের প্রতিস্থাপনের ডিগ্রী হল 0.5, হাইড্রোক্সিইথাইলের প্রতিস্থাপনের ডিগ্রী হল 2.0, এবং মোলার প্রতিস্থাপনের ডিগ্রী হল 3.0। এই কাঠামোটি ইথারিফাইড গোষ্ঠীর গড় প্রতিস্থাপন স্তরের প্রতিনিধিত্ব করে, তবে প্রতিস্থাপনগুলি আসলে এলোমেলো।

প্রতিটি প্রতিস্থাপনের জন্য, ইথারিফিকেশনের মোট পরিমাণ প্রতিস্থাপন ডিএস মানের ডিগ্রী দ্বারা প্রকাশ করা হয়। DS-এর পরিসর হল 0~3, যা প্রতিটি অ্যানহাইড্রোগ্লুকোজ ইউনিটে ইথারিফিকেশন গ্রুপ দ্বারা প্রতিস্থাপিত হাইড্রক্সিল গ্রুপের গড় সংখ্যার সমতুল্য।

হাইড্রোক্সালকিল সেলুলোজ ইথারগুলির জন্য, প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়া নতুন ফ্রি হাইড্রক্সিল গ্রুপ থেকে ইথারিফিকেশন শুরু করবে এবং প্রতিস্থাপনের ডিগ্রি এমএস মান দ্বারা পরিমাপ করা যেতে পারে, অর্থাৎ প্রতিস্থাপনের মোলার ডিগ্রি। এটি প্রতিটি অ্যানহাইড্রোগ্লুকোজ ইউনিটে যোগ করা ইথারিফাইং এজেন্ট বিক্রিয়াকের মোলের গড় সংখ্যা উপস্থাপন করে। একটি সাধারণ বিক্রিয়াকারী হল ইথিলিন অক্সাইড এবং পণ্যটির একটি হাইড্রোক্সিইথাইল বিকল্প রয়েছে। চিত্র 1-এ, পণ্যটির MS মান হল 3.0।

তাত্ত্বিকভাবে, MS মানের জন্য কোন উচ্চ সীমা নেই। প্রতিটি গ্লুকোজ রিং গ্রুপে প্রতিস্থাপনের ডিগ্রির ডিএস মান জানা থাকলে, ইথার সাইড চেইনের গড় চেইন দৈর্ঘ্য কিছু নির্মাতারাও প্রায়শই বিভিন্ন ইথারিফিকেশন গ্রুপের ভর ভগ্নাংশ (wt%) ব্যবহার করে (যেমন -OCH3 বা -OC2H4OH) ডিএস এবং এমএস মানের পরিবর্তে প্রতিস্থাপন স্তর এবং ডিগ্রি প্রতিনিধিত্ব করতে। প্রতিটি গোষ্ঠীর ভর ভগ্নাংশ এবং এর DS বা MS মানকে সাধারণ গণনার মাধ্যমে রূপান্তর করা যেতে পারে।

বেশিরভাগ সেলুলোজ ইথার হল জলে দ্রবণীয় পলিমার, এবং কিছু জৈব দ্রাবকগুলিতে আংশিকভাবে দ্রবণীয়। সেলুলোজ ইথারের উচ্চ দক্ষতা, কম দাম, সহজ প্রক্রিয়াকরণ, কম বিষাক্ততা এবং বিস্তৃত বৈচিত্র্যের বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং চাহিদা এবং প্রয়োগের ক্ষেত্র এখনও প্রসারিত হচ্ছে। একটি সহায়ক এজেন্ট হিসাবে, সেলুলোজ ইথারের শিল্পের বিভিন্ন ক্ষেত্রে দুর্দান্ত প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে। MS/DS দ্বারা প্রাপ্ত করা যেতে পারে।

সেলুলোজ ইথারগুলিকে রাসায়নিক গঠন অনুসারে অ্যানিওনিক, ক্যাটানিক এবং ননিওনিক ইথারে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। Nonionic ethers জল দ্রবণীয় এবং তেল দ্রবণীয় পণ্য বিভক্ত করা যেতে পারে.

যে পণ্যগুলি শিল্পোন্নত হয়েছে তা সারণী 1 এর উপরের অংশে তালিকাভুক্ত করা হয়েছে৷ সারণী 1 এর নীচের অংশে কিছু পরিচিত ইথারিফিকেশন গ্রুপ তালিকাভুক্ত করা হয়েছে, যেগুলি এখনও গুরুত্বপূর্ণ বাণিজ্যিক পণ্য হয়ে ওঠেনি৷

মিশ্র ইথার বিকল্পগুলির সংক্ষিপ্ত নাম বর্ণানুক্রমিক ক্রম অনুসারে বা সংশ্লিষ্ট ডিএস (এমএস) এর স্তর অনুসারে নামকরণ করা যেতে পারে, উদাহরণস্বরূপ, 2-হাইড্রোক্সিইথাইল মিথাইলসেলুলোজের জন্য, সংক্ষিপ্ত নামটি HEMC এবং এটিকে MHEC হিসাবেও লেখা যেতে পারে। মিথাইলের বিকল্পটি হাইলাইট করুন।

সেলুলোজের হাইড্রক্সিল গ্রুপগুলি ইথারিফিকেশন এজেন্টদের দ্বারা সহজে অ্যাক্সেসযোগ্য নয় এবং ইথারিফিকেশন প্রক্রিয়াটি সাধারণত ক্ষারীয় অবস্থার অধীনে পরিচালিত হয়, সাধারণত NaOH জলীয় দ্রবণের একটি নির্দিষ্ট ঘনত্ব ব্যবহার করে। সেলুলোজ প্রথমে NaOH জলীয় দ্রবণে ফোলা ক্ষার সেলুলোজে গঠিত হয় এবং তারপর ইথারিফিকেশন এজেন্টের সাথে ইথারিফিকেশন প্রতিক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায়। মিশ্র ইথার উৎপাদন ও প্রস্তুতির সময়, বিভিন্ন ধরনের ইথারিফিকেশন এজেন্ট একই সময়ে ব্যবহার করা উচিত, অথবা ইথারিফিকেশন ধাপে ধাপে বিরতিহীন খাওয়ানোর (যদি প্রয়োজন হয়) করা উচিত। সেলুলোজের ইথারিফিকেশনে চারটি প্রতিক্রিয়া প্রকার রয়েছে, যা প্রতিক্রিয়া সূত্র দ্বারা সংক্ষিপ্ত করা হয় (সেলুলোসিক সেল-ওএইচ দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়) নিম্নরূপ:

সমীকরণ (1) উইলিয়ামসন ইথারিফিকেশন প্রতিক্রিয়া বর্ণনা করে। RX হল একটি অজৈব এসিড এস্টার, এবং X হল হ্যালোজেন Br, Cl বা সালফিউরিক এসিড এস্টার। ক্লোরাইড R-Cl সাধারণত শিল্পে ব্যবহৃত হয়, উদাহরণস্বরূপ, মিথাইল ক্লোরাইড, ইথাইল ক্লোরাইড বা ক্লোরোএসেটিক অ্যাসিড। এই ধরনের প্রতিক্রিয়ায় একটি স্টোইচিওমেট্রিক পরিমাণ বেস খাওয়া হয়। শিল্পায়িত সেলুলোজ ইথার পণ্য মিথাইল সেলুলোজ, ইথাইল সেলুলোজ এবং কার্বক্সিমিথাইল সেলুলোজ উইলিয়ামসন ইথারিফিকেশন প্রতিক্রিয়ার পণ্য।

বিক্রিয়া সূত্র (2) হল বেস-অনুঘটক ইপোক্সাইড (যেমন R=H, CH3, বা C2H5) এবং সেলুলোজ অণুর উপর হাইড্রোক্সিল গ্রুপের সংযোজন বিক্রিয়া, বেস গ্রহণ ছাড়াই। এই প্রতিক্রিয়াটি অব্যাহত থাকার সম্ভাবনা রয়েছে কারণ প্রতিক্রিয়ার সময় নতুন হাইড্রক্সিল গ্রুপ তৈরি হয়, যার ফলে অলিগোয়ালকাইলেথাইলিন অক্সাইড সাইড চেইন তৈরি হয়: 1-অ্যাজিরিডিন (অ্যাজিরিডিন) এর সাথে অনুরূপ প্রতিক্রিয়া অ্যামিনোইথিল ইথার গঠন করবে: সেল-ও-সিএইচ2-CH2-NH2 . হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ, হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল সেলুলোজ এবং হাইড্রোক্সিবিউটাইল সেলুলোজের মতো পণ্যগুলি হল বেস-অনুঘটক ইপোক্সিডেশনের পণ্য।

বিক্রিয়া সূত্র (3) হল সেল-OH এবং ক্ষারীয় মাধ্যমে সক্রিয় ডবল বন্ড ধারণকারী জৈব যৌগের মধ্যে বিক্রিয়া, Y হল একটি ইলেকট্রন-প্রত্যাহারকারী গ্রুপ, যেমন CN, CONH2, বা SO3-Na+। আজ এই ধরনের প্রতিক্রিয়া শিল্পে খুব কমই ব্যবহৃত হয়।

প্রতিক্রিয়া সূত্র (4), ডায়াজোলকেন সহ ইথারিফিকেশন এখনও শিল্পায়ন হয়নি।

1. সেলুলোজ ইথারের প্রকারভেদ

সেলুলোজ ইথার মনোথার বা মিশ্র ইথার হতে পারে এবং এর বৈশিষ্ট্যগুলি আলাদা। সেলুলোজ ম্যাক্রোমোলিকুলে কম-প্রতিস্থাপিত হাইড্রোফিলিক গ্রুপ রয়েছে, যেমন হাইড্রোক্সিথাইল গ্রুপ, যা পণ্যটিকে একটি নির্দিষ্ট মাত্রার জল দ্রবণীয়তা প্রদান করতে পারে, অন্যদিকে হাইড্রোফোবিক গ্রুপগুলির জন্য, যেমন মিথাইল, ইথাইল, ইত্যাদি, শুধুমাত্র মাঝারি প্রতিস্থাপন উচ্চ ডিগ্রী হতে পারে। পণ্যটিকে একটি নির্দিষ্ট জলের দ্রবণীয়তা দিন এবং কম প্রতিস্থাপিত পণ্যটি কেবল জলে ফুলে যায় বা হতে পারে পাতলা ক্ষার দ্রবণে দ্রবীভূত। সেলুলোজ ইথারগুলির বৈশিষ্ট্যগুলির উপর গভীর গবেষণার সাথে, নতুন সেলুলোজ ইথার এবং তাদের প্রয়োগের ক্ষেত্রগুলি ক্রমাগত বিকশিত এবং উত্পাদিত হবে এবং সবচেয়ে বড় চালিকা শক্তি হল বিস্তৃত এবং ক্রমাগত পরিমার্জিত অ্যাপ্লিকেশন বাজার।

দ্রবণীয়তা বৈশিষ্ট্যের উপর মিশ্র ইথারে গোষ্ঠীর প্রভাবের সাধারণ নিয়ম হল:

1) ইথারের হাইড্রোফোবিসিটি বাড়াতে এবং জেল পয়েন্ট কমাতে পণ্যে হাইড্রোফোবিক গ্রুপের বিষয়বস্তু বাড়ান;

2) এর জেল পয়েন্ট বাড়ানোর জন্য হাইড্রোফিলিক গ্রুপ (যেমন হাইড্রোক্সিইথাইল গ্রুপ) এর বিষয়বস্তু বাড়ান;

3) হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল গ্রুপটি বিশেষ, এবং সঠিক হাইড্রোক্সিপ্রোপাইলেশন পণ্যের জেল তাপমাত্রা কমাতে পারে এবং মাঝারি হাইড্রোক্সিপ্রোপাইলেড পণ্যের জেল তাপমাত্রা আবার বাড়বে, তবে একটি উচ্চ স্তরের প্রতিস্থাপন এর জেল পয়েন্ট কমিয়ে দেবে; কারণ হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল গ্রুপের বিশেষ কার্বন চেইন দৈর্ঘ্যের কাঠামো, নিম্ন-স্তরের হাইড্রোক্সিপ্রোপাইলেশন, সেলুলোজ ম্যাক্রোমোলিকুলের অণুতে এবং তার মধ্যে দুর্বল হাইড্রোজেন বন্ধন এবং শাখা শৃঙ্খলে হাইড্রোফিলিক হাইড্রোক্সিল গ্রুপ। জলের প্রাধান্য। অন্যদিকে, প্রতিস্থাপন বেশি হলে, পাশের গোষ্ঠীতে পলিমারাইজেশন হবে, হাইড্রক্সিল গ্রুপের আপেক্ষিক বিষয়বস্তু হ্রাস পাবে, হাইড্রোফোবিসিটি বাড়বে এবং পরিবর্তে দ্রবণীয়তা হ্রাস পাবে।

এর উৎপাদন ও গবেষণাসেলুলোজ ইথারএকটি দীর্ঘ ইতিহাস আছে। 1905 সালে, সুইডা প্রথম সেলুলোজের ইথারিফিকেশন রিপোর্ট করেছিল, যা ডাইমিথাইল সালফেটের সাথে মিথাইলেড ছিল। ননিওনিক অ্যালকাইল ইথারগুলি যথাক্রমে লিলিয়েনফেল্ড (1912), ড্রেফাস (1914) এবং লিউচস (1920) দ্বারা জল-দ্রবণীয় বা তেল-দ্রবণীয় সেলুলোজ ইথারগুলির জন্য পেটেন্ট করা হয়েছিল। বুচলার এবং গোমবার্গ 1921 সালে বেনজিল সেলুলোজ তৈরি করেছিলেন, 1918 সালে জ্যানসেন প্রথম কার্বক্সিইথাইল সেলুলোজ তৈরি করেছিলেন এবং 1920 সালে হুবার্ট হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ তৈরি করেছিলেন। 1920-এর দশকের গোড়ার দিকে, জার্মানিতে কার্বোক্সিমিথাইল সেলুলোজ বাণিজ্যিকীকরণ করা হয়েছিল। 1937 থেকে 1938 সাল পর্যন্ত, এমসি এবং এইচইসির শিল্প উত্পাদন মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে বাস্তবায়িত হয়েছিল। সুইডেন 1945 সালে পানিতে দ্রবণীয় EHEC উৎপাদন শুরু করে। 1945 সালের পর পশ্চিম ইউরোপ, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র এবং জাপানে সেলুলোজ ইথারের উৎপাদন দ্রুত সম্প্রসারিত হয়। 1957 সালের শেষের দিকে, চায়না সিএমসি প্রথম সাংহাই সেলুলয়েড ফ্যাক্টরিতে উৎপাদন করা হয়। 2004 সালের মধ্যে, আমার দেশের উৎপাদন ক্ষমতা হবে 30,000 টন আয়নিক ইথার এবং 10,000 টন নন-আয়নিক ইথার। 2007 সালের মধ্যে, এটি 100,000 টন আয়নিক ইথারে এবং 40,000 টন ননিওনিক ইথারে পৌঁছাবে। দেশে এবং বিদেশে যৌথ প্রযুক্তি কোম্পানিগুলিও ক্রমাগত উত্থিত হচ্ছে এবং চীনের সেলুলোজ ইথার উৎপাদন ক্ষমতা এবং প্রযুক্তিগত স্তর ক্রমাগত উন্নতি করছে।

সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, বিভিন্ন ডিএস মান, সান্দ্রতা, বিশুদ্ধতা এবং রিওলজিকাল বৈশিষ্ট্য সহ অনেক সেলুলোজ মনোথার এবং মিশ্র ইথার ক্রমাগত বিকশিত হয়েছে। বর্তমানে, সেলুলোজ ইথার ক্ষেত্রে উন্নয়নের ফোকাস হল উন্নত উত্পাদন প্রযুক্তি, নতুন প্রস্তুতি প্রযুক্তি, নতুন সরঞ্জাম, নতুন পণ্য, উচ্চ-মানের পণ্য এবং পদ্ধতিগত পণ্যগুলি প্রযুক্তিগতভাবে গবেষণা করা উচিত।