1.Struktuer en tarieding prinsipe fan cellulose ether
Figuer 1 lit de typyske struktuer fan cellulose-ethers sjen. Elke bD-anhydroglucose-ienheid (de werheljende ienheid fan cellulose) ferfangt ien groep op 'e C (2), C (3) en C (6) posysjes, dat is, d'r kinne maksimaal trije ethergroepen wêze. Troch de intra-chain en inter-chain wetterstofbindingen fancellulose makromolekulen, it is dreech om te ûntbinen yn wetter en hast alle organyske solvents. De ynfiering fan ethergroepen troch etherifikaasje ferneatiget intramolekulêre en intermolekulêre wetterstofbânen, ferbetteret har hydrofilisiteit en ferbetteret har oplosberens yn wettermedia sterk.
Typyske etherified substituenten binne alkoxygroepen mei leech molekulêre gewicht (1 oant 4 koalstofatomen) of hydroxyalkylgroepen, dy't dan kinne wurde ferfongen troch oare funksjonele groepen lykas karboksyl-, hydroxyl- of aminogroepen. Substituten kinne fan ien, twa of mear ferskillende soarten wêze. Lâns de makromolekulêre keten fan cellulose wurde de hydroxylgroepen op 'e C (2), C (3) en C (6) posysjes fan elke glukoaze-ienheid yn ferskate ferhâldingen ferfongen. Strictly speaking, cellulose ether oer it algemien net hawwe in definitive gemyske struktuer, útsein foar dy produkten dy't folslein ferfongen troch ien soarte fan groep (alle trije hydroxyl groepen wurde ferfongen). Dizze produkten kinne allinich brûkt wurde foar laboratoariumanalyse en ûndersyk, en hawwe gjin kommersjele wearde.
(a) De algemiene struktuer fan twa anhydroglucose-ienheden fan 'e molekulêre keten fan cellulose-ether, R1~R6=H, as in organyske substituint;
(b) In molekulêre ketenfragmint fan carboxymethylhydroxyethyl cellulose, de graad fan substitúsje fan carboxymethyl is 0,5, de graad fan substitution fan hydroxyethyl is 2,0, en de graad fan substitúsje fan molar is 3,0. Dizze struktuer stiet foar it gemiddelde substitúsjenivo fan etherified groepen, mar de substituenten binne eins willekeurich.
Foar elke substituint wurdt it totale bedrach fan etherifikaasje útdrukt troch de graad fan substitúsje DS-wearde. It berik fan DS is 0 ~ 3, wat lykweardich is oan it gemiddelde oantal hydroxylgroepen ferfongen troch etherifikaasjegroepen op elke anhydroglucose-ienheid.
Foar hydroxyalkylcellulose-ethers sil de substitúsjereaksje etherifikaasje begjinne fan nije frije hydroxylgroepen, en de graad fan substitúsje kin wurde kwantifisearre troch de MS-wearde, dat is de molêre graad fan substitúsje. It fertsjintwurdiget it gemiddelde oantal molen fan etherifying agent reactant tafoege oan elke anhydroglucose ienheid. In typyske reactant is ethylene okside en it produkt hat in hydroxyethyl substituent. Yn figuer 1 is de MS-wearde fan it produkt 3.0.
Teoretysk is d'r gjin boppegrins foar de MS-wearde. As de DS-wearde fan 'e graad fan substitúsje op elke glukoaze-ringgroep bekend is, is de gemiddelde kettinglingte fan' e eter-sideketen. Guon fabrikanten brûke ek faak de massafraksje (wt%) fan ferskate etherifikaasjegroepen (lykas -OCH3 of -OC2H4OH) om it substitúsjenivo en graad te fertsjintwurdigjen ynstee fan DS- en MS-wearden. De massafraksje fan elke groep en har DS- as MS-wearde kinne wurde konvertearre troch ienfâldige berekkening.
De measte cellulose-ethers binne wetteroplosbere polymers, en guon binne ek foar in part oplosber yn organyske solvents. Cellulose ether hat de skaaimerken fan hege effisjinsje, lege priis, maklike ferwurking, lege toxisiteit en breed ferskaat, en de fraach- en tapassingsfjilden wreidzje noch hieltyd út. As helpmiddel hat cellulose ether in grut tapassingspotinsjeel yn ferskate fjilden fan 'e yndustry. kin krigen wurde troch MS / DS.
Cellulose-ethers wurde yndield neffens de gemyske struktuer fan 'e substituenten yn anionyske, kationyske en nonionyske ethers. Nonionyske ethers kinne wurde ferdield yn wetteroplosbere en oaljeoplosbere produkten.
Produkten dy't yndustrialisearre binne binne neamd yn it boppeste diel fan Tabel 1. It ûnderste diel fan Tabel 1 listet inkele bekende etherifikaasjegroepen, dy't noch gjin wichtige kommersjele produkten wurden binne.
De ôfkoartingsfolchoarder fan 'e mingde ethersubstituenten kin neamd wurde neffens de alfabetyske folchoarder of it nivo fan 'e respektivelike DS (MS), bygelyks foar 2-hydroxyethylmethylcellulose is de ôfkoarting HEMC, en it kin ek skreaun wurde as MHEC nei markearje de methylsubstituint.
De hydroxylgroepen op cellulose binne net maklik te berikken troch etherifikaasje-aginten, en it etherifikaasjeproses wurdt normaal útfierd ûnder alkaline omstannichheden, yn 't algemien mei in bepaalde konsintraasje fan wetterige NaOH-oplossing. De cellulose wurdt earst foarme yn swollen alkali cellulose mei NaOH waterige oplossing, en dan ûndergiet etherification reaksje mei etherification agent. Tidens de produksje en tarieding fan mingde ethers moatte ferskate soarten etherifikaasje-aginten tagelyk brûkt wurde, of etherifikaasje moat stap foar stap útfierd wurde troch intermitterende fieding (as nedich). D'r binne fjouwer reaksjetypen yn 'e etherifikaasje fan cellulose, dy't wurde gearfette troch de reaksjeformule (cellulosic wurdt ferfongen troch Cell-OH) as folget:
Fergeliking (1) beskriuwt de Williamson etherification reaksje. RX is in anorganyske soerester, en X is halogen Br, Cl of sulfuric acid ester. Chloride R-Cl wurdt algemien brûkt yn 'e yndustry, bygelyks, methyl chloride, ethyl chloride of chloroacetic acid. In stoichiometrysk bedrach fan base wurdt konsumearre yn sokke reaksjes. De yndustrialisearre cellulose-etherprodukten methylcellulose, ethylcellulose en carboxymethylcellulose binne de produkten fan Williamson-etherifikaasjereaksje.
Reaksje formule (2) is de tafoeging reaksje fan base-katalysearre epoxides (lykas R = H, CH3, of C2H5) en hydroxyl groepen op cellulose molekulen sûnder konsumearjen base. Dizze reaksje sil nei alle gedachten trochgean as nije hydroxylgroepen wurde generearre tidens de reaksje, dy't liedt ta de foarming fan oligoalkylethylene okside sydketens: In ferlykbere reaksje mei 1-aziridine (aziridine) sil aminoethyl ether foarmje: Cell-O-CH2-CH2-NH2 . Produkten lykas hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose en hydroxybutylcellulose binne allegear produkten fan basis-katalysearre epoxidaasje.
Reaksjeformule (3) is de reaksje tusken Cell-OH en organyske ferbiningen dy't aktive dûbele ferbiningen befetsje yn alkaline medium, Y is in elektroanen weromlûkende groep, lykas CN, CONH2, of SO3-Na+. Tsjintwurdich wurdt dit soarte reaksje selden yndustrieel brûkt.
Reaksjeformule (4), etherifikaasje mei diazoalkaan is noch net yndustrialisearre.
- Soarten cellulose-ethers
Cellulose ether kin monoether as mingde ether wêze, en har eigenskippen binne oars. D'r binne leechsubstitute hydrofiele groepen op 'e cellulose-makromolekule, lykas hydroxyethylgroepen, dy't it produkt in beskate graad fan wetteroplosberens jaan kinne, wylst foar hydrofobe groepen, lykas methyl, ethyl, ensfh., allinich matige substitúsje Hege graad kin jou it produkt in beskate wetteroplosberens, en it leech-substitute produkt swollet allinich yn wetter of kin oplost wurde yn fertinne alkali-oplossing. Mei it yngeande ûndersyk nei de eigenskippen fan cellulose-ethers, sille nije cellulose-ethers en har tapassingsfjilden kontinu wurde ûntwikkele en produsearre, en de grutste driuwende krêft is de brede en kontinu ferfine applikaasjemerk.
De algemiene wet fan 'e ynfloed fan groepen yn mingde ethers op oplosberenseigenskippen is:
1) Ferheegje de ynhâld fan hydrofobe groepen yn it produkt om de hydrofobisiteit fan eter te ferheegjen en it gelpunt te ferleegjen;
2) Ferheegje de ynhâld fan hydrofiele groepen (lykas hydroxyethylgroepen) om har gelpunt te ferheegjen;
3) De hydroxypropylgroep is spesjaal, en goede hydroxypropylaasje kin de geltemperatuer fan it produkt ferleegje, en de geltemperatuer fan it medium hydroxypropylearre produkt sil wer opstean, mar in heech nivo fan substitúsje sil har gelpunt ferminderje; De reden komt troch de spesjale koalstofketen-lingtestruktuer fan 'e hydroxypropylgroep, hydroxypropylaasje op leech nivo, ferswakke wetterstofbânen yn en tusken molekulen yn' e cellulosemakromolekule, en hydrofiele hydroxylgroepen op 'e tûkeketen. Wetter is dominant. Oan 'e oare kant, as de substitúsje heech is, sil d'r polymerisaasje wêze op' e sydgroep, de relative ynhâld fan 'e hydroxylgroep sil ôfnimme, de hydrofobisiteit sil tanimme, en de oplosberens sil ynstee wurde fermindere.
De produksje en ûndersyk fancellulose etherhat in lange skiednis. Yn 1905 rapportearre Suida foar it earst de etherifikaasje fan cellulose, dy't methylearre waard mei dimethylsulfaat. Nonionyske alkylethers waarden patintearre troch Lilienfeld (1912), Dreyfus (1914) en Leuchs (1920) foar respektivelik wetter-oplosbere of oalje-oplosbere cellulose-ethers. Buchler en Gomberg produsearre benzyl cellulose yn 1921, carboxymethyl cellulose waard earst produsearre troch Jansen yn 1918, en Hubert produsearre hydroxyethyl cellulose yn 1920. Yn de iere jierren 1920 waard carboxymethylcellulose kommersjalisearre yn Dútslân. Fan 1937 oant 1938 waard de yndustriële produksje fan MC en HEC yn 'e Feriene Steaten realisearre. Sweden begûn mei de produksje fan wetteroplosbere EHEC yn 1945. Nei 1945 wreide de produksje fan cellulose-ether hurd út yn West-Jeropa, de Feriene Steaten en Japan. Oan 'e ein fan 1957, China CMC waard earst yn produksje yn Shanghai Celluloid Factory. Tsjin 2004 sil de produksjekapasiteit fan myn lân 30.000 ton ionyske eter en 10.000 ton net-ionyske eter wêze. Tsjin 2007 sil it 100.000 ton ionyske eter en 40.000 ton nonionyske eter berikke. Gemeentlike technologybedriuwen yn binnen- en bûtenlân komme ek hieltyd op, en de produksjekapasiteit en technyske nivo fan cellulose-ether fan Sina wurde hieltyd ferbetterjen.
Yn 'e ôfrûne jierren binne in protte cellulosemonoethers en mingde ethers mei ferskate DS-wearden, viskositeiten, suverens en rheologyske eigenskippen kontinu ûntwikkele. Op it stuit is de fokus fan ûntwikkeling op it mêd fan cellulose-ethers om avansearre produksjetechnology, nije tariedingtechnology, nije apparatuer oan te nimmen, Nije produkten, produkten fan hege kwaliteit, en systematyske produkten moatte technysk ûndersocht wurde.
Post tiid: Apr-28-2024