সেলুলোজ ইথারগুলির কাঠামো এবং প্রকারগুলি কী কী?

1. সেলুলোজ ইথারের স্ট্রাকচার এবং প্রস্তুতি নীতি

চিত্র 1 সেলুলোজ ইথারগুলির সাধারণ কাঠামো দেখায়। প্রতিটি বিডি-অ্যানহাইড্রোগ্লুকোজ ইউনিট (সেলুলোজের পুনরাবৃত্তি ইউনিট) সি (2), সি (3) এবং সি (6) পজিশনে একটি গ্রুপকে প্রতিস্থাপন করে, অর্থাৎ তিনটি ইথার গ্রুপ থাকতে পারে। ইন্ট্রা-চেইন এবং আন্তঃ-চেইন হাইড্রোজেন বন্ডের কারণেসেলুলোজ ম্যাক্রোমোলিকুলস, জল এবং প্রায় সমস্ত জৈব দ্রাবক মধ্যে দ্রবীভূত করা কঠিন। ইথেরিকেশনের মাধ্যমে ইথার গ্রুপগুলির প্রবর্তন ইন্ট্রামোলেকুলার এবং আন্তঃআণু হাইড্রোজেন বন্ডগুলি ধ্বংস করে দেয়, এর হাইড্রোফিলিটি উন্নত করে এবং জল মিডিয়াতে এর দ্রবণীয়তাটিকে ব্যাপকভাবে উন্নত করে।

সাধারণ ইথেরিফাইড বিকল্পগুলি হ'ল কম আণবিক ওজন অ্যালকোক্সি গ্রুপ (1 থেকে 4 কার্বন পরমাণু) বা হাইড্রোক্সিয়ালকাইল গ্রুপ, যা পরে কার্বক্সাইল, হাইড্রোক্সিল বা অ্যামিনো গ্রুপগুলির মতো অন্যান্য কার্যকরী গোষ্ঠী দ্বারা প্রতিস্থাপিত হতে পারে। বিকল্পগুলি এক, দুই বা আরও বেশি ধরণের হতে পারে। সেলুলোজ ম্যাক্রোমোলিকুলার চেইনের পাশাপাশি, প্রতিটি গ্লুকোজ ইউনিটের সি (2), সি (3) এবং সি (6) অবস্থানের হাইড্রোক্সিল গ্রুপগুলি বিভিন্ন অনুপাতে প্রতিস্থাপিত হয়। কড়া কথায় বলতে গেলে, সেলুলোজ ইথারের সাধারণত একটি নির্দিষ্ট রাসায়নিক কাঠামো থাকে না, সেই পণ্যগুলি ব্যতীত যেগুলি এক ধরণের গোষ্ঠীর দ্বারা সম্পূর্ণরূপে প্রতিস্থাপিত হয় (তিনটি হাইড্রোক্সিল গ্রুপ প্রতিস্থাপন করা হয়)। এই পণ্যগুলি কেবল পরীক্ষাগার বিশ্লেষণ এবং গবেষণার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে এবং এর কোনও বাণিজ্যিক মূল্য নেই।

(ক) সেলুলোজ ইথার আণবিক চেইনের দুটি অ্যানহাইড্রোগ্লুকোজ ইউনিটের সাধারণ কাঠামো, আর 1 ~ আর 6 = এইচ, বা একটি জৈব বিকল্প;

(খ) কার্বক্সিমেথাইলের একটি আণবিক চেইন খণ্ডহাইড্রোক্সিথাইল সেলুলোজ, কার্বক্সিমিথাইলের প্রতিস্থাপনের ডিগ্রি 0.5, হাইড্রোক্সিথাইলের প্রতিস্থাপনের ডিগ্রি 2.0, এবং মোলার প্রতিস্থাপনের ডিগ্রি 3.0। এই কাঠামোটি ইথেরিফাইড গ্রুপগুলির গড় প্রতিস্থাপন স্তরকে উপস্থাপন করে তবে বিকল্পগুলি আসলে এলোমেলো।

প্রতিটি বিকল্পের জন্য, ইথেরিফিকেশন মোট পরিমাণ প্রতিস্থাপন ডিএস মান ডিগ্রি দ্বারা প্রকাশ করা হয়। ডিএসের পরিসীমা 0 ~ 3, যা প্রতিটি অ্যানহাইড্রোগ্লুকোজ ইউনিটে ইথেরাইফিকেশন গ্রুপ দ্বারা প্রতিস্থাপিত হাইড্রোক্সিল গ্রুপগুলির গড় সংখ্যার সমতুল্য।

হাইড্রোক্সিয়ালকিল সেলুলোজ ইথারগুলির জন্য, প্রতিস্থাপনের প্রতিক্রিয়াটি নতুন ফ্রি হাইড্রোক্সিল গ্রুপগুলি থেকে ইথেরিফিকেশন শুরু করবে এবং প্রতিস্থাপনের ডিগ্রি এমএস মান দ্বারা পরিমাপ করা যেতে পারে, অর্থাৎ, প্রতিস্থাপনের মোলার ডিগ্রি। এটি প্রতিটি অ্যানহাইড্রোগ্লুকোজ ইউনিটে যুক্ত ইথেরাইফিং এজেন্ট রিঅ্যাক্ট্যান্টের মোলগুলির গড় সংখ্যার প্রতিনিধিত্ব করে। একটি সাধারণ রিঅ্যাক্ট্যান্ট হ'ল ইথিলিন অক্সাইড এবং পণ্যটিতে হাইড্রোক্সিথাইল বিকল্প রয়েছে। চিত্র 1 এ, পণ্যের এমএস মান 3.0।

তাত্ত্বিকভাবে, এমএস মানের জন্য কোনও উপরের সীমা নেই। যদি প্রতিটি গ্লুকোজ রিং গ্রুপে প্রতিস্থাপনের ডিগ্রির ডিএস মানটি জানা যায়, তবে ইথার সাইড চেইনসোম নির্মাতাদের গড় চেইন দৈর্ঘ্য প্রায়শই ডিএস এবং এমএস মানগুলির পরিবর্তে প্রতিস্থাপনের স্তর এবং ডিগ্রি উপস্থাপনের জন্য বিভিন্ন ইথেরিফিকেশন গ্রুপগুলির (যেমন -ওসি 3 বা -OC2H4OH) ভর ভগ্নাংশ (ডাব্লুটি%) ব্যবহার করে। প্রতিটি গ্রুপের ভর ভগ্নাংশ এবং এর ডিএস বা এমএস মান সাধারণ গণনা দ্বারা রূপান্তর করা যেতে পারে।

বেশিরভাগ সেলুলোজ ইথারগুলি জল দ্রবণীয় পলিমার এবং কিছু জৈব দ্রাবকগুলিতেও আংশিকভাবে দ্রবণীয়। সেলুলোজ ইথারের উচ্চ দক্ষতা, কম দাম, সহজ প্রক্রিয়াকরণ, কম বিষাক্ততা এবং বিভিন্ন ধরণের বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং চাহিদা এবং অ্যাপ্লিকেশন ক্ষেত্রগুলি এখনও প্রসারিত হচ্ছে। সহায়ক এজেন্ট হিসাবে, সেলুলোজ ইথারের শিল্পের বিভিন্ন ক্ষেত্রে দুর্দান্ত প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে। এমএস/ডিএস দ্বারা প্রাপ্ত করা যেতে পারে।

সেলুলোজ ইথারগুলি বিকল্পগুলির রাসায়নিক কাঠামো অনুসারে অ্যানিয়োনিক, কেশনিক এবং নোনিয়োনিক ইথারগুলিতে শ্রেণিবদ্ধ করা হয়। নোনিয়োনিক ইথারগুলি জল দ্রবণীয় এবং তেল দ্রবণীয় পণ্যগুলিতে বিভক্ত করা যেতে পারে।

যে পণ্যগুলি শিল্পায়ন করা হয়েছে সেগুলি সারণি 1 এর উপরের অংশে তালিকাভুক্ত করা হয়েছে। সারণী 1 এর নীচের অংশে কিছু পরিচিত ইথেরিফিকেশন গ্রুপ তালিকাভুক্ত করা হয়েছে, যা এখনও গুরুত্বপূর্ণ বাণিজ্যিক পণ্য হয়ে উঠেনি।

মিশ্র ইথার বিকল্পগুলির সংক্ষিপ্তকরণ ক্রমটি বর্ণানুক্রমিক ক্রম বা সংশ্লিষ্ট ডিএস (এমএস) এর স্তর অনুযায়ী নামকরণ করা যেতে পারে, উদাহরণস্বরূপ, 2-হাইড্রোক্সিথাইল মেথাইলসেলুলোজের জন্য, সংক্ষিপ্তসারটি এইচএমসি, এবং এটি মিথাইল সাবস্টেন্টেন্ট হাইলাইট করার জন্য এমএইচইসি হিসাবেও লেখা যেতে পারে।

সেলুলোজে হাইড্রোক্সিল গ্রুপগুলি ইথেরিফিকেশন এজেন্টদের দ্বারা সহজেই অ্যাক্সেসযোগ্য হয় না এবং ইথেরিফিকেশন প্রক্রিয়াটি সাধারণত ক্ষারীয় অবস্থার অধীনে পরিচালিত হয়, সাধারণত নাওএইচ জলীয় দ্রবণটির একটি নির্দিষ্ট ঘনত্ব ব্যবহার করে। সেলুলোজ প্রথমে নওএইচ জলীয় দ্রবণ সহ ফোলা ক্ষারীয় সেলুলোজে গঠিত হয় এবং তারপরে ইথেরিফিকেশন এজেন্টের সাথে ইথেরিফিকেশন প্রতিক্রিয়া সহ্য করে। মিশ্র ইথারগুলির উত্পাদন এবং প্রস্তুতির সময়, বিভিন্ন ধরণের ইথেরিফিকেশন এজেন্ট একই সময়ে ব্যবহার করা উচিত, বা ইথেরিফিকেশনটি মাঝে মাঝে খাওয়ানোর মাধ্যমে ধাপে ধাপে চালানো উচিত (যদি প্রয়োজন হয়)। সেলুলোজের ইথেরিফিকেশনটিতে চারটি প্রতিক্রিয়ার ধরণ রয়েছে, যা প্রতিক্রিয়া সূত্র দ্বারা সংক্ষিপ্ত করা হয় (সেলুলোজিক সেল-ওএইচ দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়) নিম্নরূপ:

সমীকরণ (1) উইলিয়ামসন ইথেরিফিকেশন প্রতিক্রিয়া বর্ণনা করে। আরএক্স একটি অজৈব অ্যাসিড এস্টার, এবং এক্স হলেন হ্যালোজেন বিআর, সিএল বা সালফিউরিক অ্যাসিড এস্টার। ক্লোরাইড আর-সিএল সাধারণত শিল্পে ব্যবহৃত হয়, উদাহরণস্বরূপ, মিথাইল ক্লোরাইড, ইথাইল ক্লোরাইড বা ক্লোরোসেটিক অ্যাসিড। এই জাতীয় প্রতিক্রিয়াগুলিতে একটি স্টোচিওমেট্রিক পরিমাণ বেস গ্রাস করা হয়। শিল্পায়িত সেলুলোজ ইথার পণ্যগুলি মিথাইল সেলুলোজ, ইথাইল সেলুলোজ এবং কার্বক্সিমিথাইল সেলুলোজ হ'ল উইলিয়ামসন ইথেরিফিকেশন প্রতিক্রিয়ার পণ্য।

বিক্রিয়া সূত্র (2) হ'ল বেস-অনুঘটকযুক্ত ইপোক্সাইডগুলির (যেমন আর = এইচ, সিএইচ 3, বা সি 2 এইচ 5) এবং সেলুলোজ অণুতে হাইড্রোক্সিল গ্রুপগুলির অতিরিক্ত প্রতিক্রিয়া যা বেস গ্রাস ছাড়াই সেলুলোজ অণুতে। প্রতিক্রিয়া চলাকালীন নতুন হাইড্রোক্সিল গ্রুপগুলি উত্পন্ন হওয়ার কারণে এই প্রতিক্রিয়াটি অব্যাহত থাকবে, যার ফলে অলিগোয়ালকিলিথিলিন অক্সাইড সাইড চেইন গঠনের দিকে পরিচালিত হয়: 1-আজিরিডিন (অ্যাজিরিডিন) এর সাথে একই রকম প্রতিক্রিয়া অ্যামিনোথাইল ইথার গঠন করবে: সেল-ও-সিএইচ 2-সিএইচ 2-এনএইচ 2। হাইড্রোক্সিথাইল সেলুলোজ, হাইড্রোক্সপ্রোপাইল সেলুলোজ এবং হাইড্রোক্সিবিউটাইল সেলুলোজের মতো পণ্যগুলি বেস-অনুঘটকযুক্ত মহাসাগরের সমস্ত পণ্য।

বিক্রিয়া সূত্র (3) হ'ল সেল-ওএইচ এবং ক্ষারীয় মাধ্যমের সক্রিয় ডাবল বন্ডযুক্ত জৈব যৌগগুলির মধ্যে প্রতিক্রিয়া, y হ'ল একটি বৈদ্যুতিন-প্রত্যাহারকারী গ্রুপ, যেমন সিএন, সিওএনএইচ 2, বা এসও 3-এনএ+। আজ এই ধরণের প্রতিক্রিয়া খুব কমই শিল্পে ব্যবহৃত হয়।

প্রতিক্রিয়া সূত্র (4), ডায়াজোয়ালকানে সহ ইথেরিফিকেশন এখনও শিল্পায়ন করা হয়নি।

1. সেলুলোজ ইথারগুলির প্রকার

সেলুলোজ ইথার একচেটিয়া বা মিশ্রিত ইথার হতে পারে এবং এর বৈশিষ্ট্যগুলি আলাদা। সেলুলোজ ম্যাক্রোমোলিকুলে যেমন হাইড্রোক্সিথাইল গ্রুপগুলিতে স্বল্প-সহায়ক হাইড্রোফিলিক গ্রুপ রয়েছে, যা হাইড্রোফোবিক গ্রুপগুলির জন্য যেমন নির্দিষ্ট ডিগ্রি, যেমন মিথাইল, ইথাইল ইত্যাদির জন্য পণ্যকে একটি নির্দিষ্ট জলীয়তার মধ্যে একটি নির্দিষ্ট জলের দ্রবণীয়তা দিতে পারে, এবং কেবলমাত্র নিম্ন-সুস্টিউটিজকে কম-সুবাসকে ডেকে আনতে পারে। সেলুলোজ ইথারগুলির বৈশিষ্ট্যগুলি সম্পর্কে গভীরতর গবেষণার সাথে, নতুন সেলুলোজ ইথারস এবং তাদের অ্যাপ্লিকেশন ক্ষেত্রগুলি অবিচ্ছিন্নভাবে বিকাশিত এবং উত্পাদিত হবে এবং সবচেয়ে বড় চালিকা শক্তি হ'ল বিস্তৃত এবং অবিচ্ছিন্নভাবে পরিশোধিত অ্যাপ্লিকেশন বাজার।

দ্রবণীয় বৈশিষ্ট্যগুলিতে মিশ্রিত ইথারগুলিতে গ্রুপগুলির প্রভাবের সাধারণ আইন হ'ল:

1) ইথারের হাইড্রোফোবিসিটি বাড়ানোর জন্য পণ্যটিতে হাইড্রোফোবিক গ্রুপগুলির সামগ্রী বৃদ্ধি করুন এবং জেল পয়েন্টটি কম করুন;

2) এর জেল পয়েন্ট বাড়ানোর জন্য হাইড্রোফিলিক গ্রুপগুলির (যেমন হাইড্রোক্সিথাইল গ্রুপগুলির মতো) সামগ্রী বৃদ্ধি করুন;

3) হাইড্রোক্সপ্রোপাইল গ্রুপটি বিশেষ, এবং সঠিক হাইড্রোক্সপ্রোপিলেশন পণ্যের জেল তাপমাত্রা হ্রাস করতে পারে এবং মাঝারি হাইড্রোক্সাইপ্রোপাইলেটেড পণ্যটির জেল তাপমাত্রা আবার বৃদ্ধি পাবে, তবে একটি উচ্চ স্তরের প্রতিস্থাপন তার জেল পয়েন্টকে হ্রাস করবে; কারণটি হ'ল হাইড্রোক্সাইপ্রোপিল গ্রুপের বিশেষ কার্বন চেইন দৈর্ঘ্যের কাঠামোর কারণে, নিম্ন-স্তরের হাইড্রোক্সাইপ্রোপিলেশন, সেলুলোজ ম্যাক্রোমোলিকুলের অণুগুলির মধ্যে এবং হাইড্রোফিলিক হাইড্রোক্সিল গ্রুপগুলির মধ্যে এবং হাইড্রোফিলিক হাইড্রোক্সিল গ্রুপগুলির মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধনকে দুর্বল করে দেয়। জল প্রভাবশালী। অন্যদিকে, যদি প্রতিস্থাপনটি বেশি হয় তবে পাশের গ্রুপে পলিমারাইজেশন থাকবে, হাইড্রোক্সিল গ্রুপের আপেক্ষিক সামগ্রী হ্রাস পাবে, হাইড্রোফোবিসিটি বৃদ্ধি পাবে এবং তার পরিবর্তে দ্রবণীয়তা হ্রাস পাবে।

উত্পাদন এবং গবেষণাসেলুলোজ ইথারএকটি দীর্ঘ ইতিহাস আছে। 1905 সালে, সুইডা প্রথমে সেলুলোজের ইথেরিফিকেশন জানিয়েছিল, যা ডাইমেথাইল সালফেট দিয়ে মেথিলিটেড ছিল। নোনিয়োনিক অ্যালকাইল ইথারগুলি যথাক্রমে জল-দ্রবণীয় বা তেল দ্রবণীয় সেলুলোজ ইথারদের জন্য লিলিয়েনফেল্ড (1912), ড্রেইফাস (1914) এবং লিউচস (1920) দ্বারা পেটেন্ট করা হয়েছিল। বুচলার এবং গমবার্গ ১৯২১ সালে বেনজিল সেলুলোজ প্রযোজনা করেছিলেন, কার্বক্সিমিথাইল সেলুলোজ ১৯১৮ সালে জ্যানসেন প্রথম প্রযোজনা করেছিলেন এবং হুবার্ট ১৯২০ সালে হাইড্রোক্সিথাইল সেলুলোজ তৈরি করেছিলেন। ১৯৩37 থেকে ১৯৩৮ সাল পর্যন্ত এমসি এবং এইচইসি -র শিল্প উত্পাদন মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে উপলব্ধি করা হয়েছিল। সুইডেন 1945 সালে জল দ্রবণীয় ইএইচইসি উত্পাদন শুরু করেছিলেন। 1945 এর পরে, সেলুলোজ ইথারের উত্পাদন পশ্চিম ইউরোপ, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র এবং জাপানে দ্রুত প্রসারিত হয়েছিল। ১৯৫7 সালের শেষে, চীন সিএমসি প্রথমে সাংহাই সেলুলয়েড কারখানায় উত্পাদন করা হয়েছিল। 2004 এর মধ্যে, আমার দেশের উত্পাদন ক্ষমতা 30,000 টন আয়নিক ইথার এবং 10,000 টন নন-আয়নিক ইথার হবে। 2007 এর মধ্যে, এটি 100,000 টন আয়নিক ইথার এবং 40,000 টন নোনিয়োনিক ইথারে পৌঁছে যাবে। দেশ এবং বিদেশে যৌথ প্রযুক্তি সংস্থাগুলিও ক্রমাগত উত্থিত হয় এবং চীনের সেলুলোজ ইথার উত্পাদন ক্ষমতা এবং প্রযুক্তিগত স্তর ক্রমাগত উন্নতি করছে।

সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, বিভিন্ন ডিএস মান, সান্দ্রতা, বিশুদ্ধতা এবং রিওলজিকাল বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে অনেকগুলি সেলুলোজ মনোথার এবং মিশ্র ইথারগুলি ক্রমাগত বিকাশিত হয়েছে। বর্তমানে সেলুলোজ ইথারগুলির ক্ষেত্রে উন্নয়নের কেন্দ্রবিন্দু হ'ল উন্নত উত্পাদন প্রযুক্তি, নতুন প্রস্তুতি প্রযুক্তি, নতুন সরঞ্জাম, নতুন পণ্য, উচ্চ-মানের পণ্য এবং পদ্ধতিগত পণ্যগুলি প্রযুক্তিগতভাবে গবেষণা করা উচিত।