सेल्यूलोज इथर की संरचनाएं और प्रकार क्या हैं?

1. सेल्यूलोज ईथर का प्रचुर और तैयारी सिद्धांत

चित्रा 1 सेल्यूलोज इथर की विशिष्ट संरचना को दर्शाता है। प्रत्येक BD-Anhydroglucose इकाई (सेल्यूलोज की दोहराव इकाई) C (2), C (3) और C (6) पदों पर एक समूह की जगह लेती है, अर्थात, तीन ईथर समूह तक हो सकते हैं। के इंट्रा-चेन और इंटर-चेन हाइड्रोजन बॉन्ड के कारणसेल्यूलोज मैक्रोमोलेक्यूलस, पानी में और लगभग सभी कार्बनिक सॉल्वैंट्स को भंग करना मुश्किल है। ईथर के माध्यम से ईथर समूहों की शुरूआत इंट्रामोल्युलर और इंटरमॉलेक्युलर हाइड्रोजन बॉन्ड को नष्ट कर देती है, इसकी हाइड्रोफिलिसिटी में सुधार करती है, और जल मीडिया में इसकी घुलनशीलता में बहुत सुधार करती है।

विशिष्ट ईथरित प्रतिस्थापन कम आणविक भार एल्कॉक्सी समूह (1 से 4 कार्बन परमाणु) या हाइड्रॉक्सलॉकिल समूह हैं, जिन्हें तब कार्बोक्सिल, हाइड्रॉक्सिल या एमिनो समूहों जैसे अन्य कार्यात्मक समूहों द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। सब्सिनेट्स एक, दो या अधिक अलग -अलग प्रकार के हो सकते हैं। सेल्यूलोज मैक्रोमोलेक्युलर श्रृंखला के साथ, प्रत्येक ग्लूकोज इकाई के सी (2), सी (3) और सी (6) पदों पर हाइड्रॉक्सिल समूहों को अलग -अलग अनुपात में प्रतिस्थापित किया जाता है। कड़ाई से, सेल्यूलोज ईथर में आम तौर पर एक निश्चित रासायनिक संरचना नहीं होती है, सिवाय उन उत्पादों को छोड़कर जो पूरी तरह से एक प्रकार के समूह द्वारा प्रतिस्थापित किए जाते हैं (सभी तीन हाइड्रॉक्सिल समूहों को प्रतिस्थापित किया जाता है)। इन उत्पादों का उपयोग केवल प्रयोगशाला विश्लेषण और अनुसंधान के लिए किया जा सकता है, और इसका कोई व्यावसायिक मूल्य नहीं है।

(ए) सेल्यूलोज ईथर आणविक श्रृंखला के दो एनहाइड्रोग्लुकोज इकाइयों की सामान्य संरचना, आर 1 ~ आर 6 = एच, या एक कार्बनिक विकल्प;

(बी) कार्बोक्सिमिथाइल का एक आणविक श्रृंखला टुकड़ाजल -रोपण, कार्बोक्सिमिथाइल के प्रतिस्थापन की डिग्री 0.5 है, हाइड्रॉक्सीथाइल के प्रतिस्थापन की डिग्री 2.0 है, और दाढ़ के प्रतिस्थापन की डिग्री 3.0 है। यह संरचना Etherified समूहों के औसत प्रतिस्थापन स्तर का प्रतिनिधित्व करती है, लेकिन प्रतिस्थापन वास्तव में यादृच्छिक हैं।

प्रत्येक प्रतिस्थापन के लिए, ईथरिफिकेशन की कुल राशि प्रतिस्थापन डीएस मूल्य की डिग्री द्वारा व्यक्त की जाती है। डीएस की सीमा 0 ~ 3 है, जो प्रत्येक एनहाइड्रोग्लुकोज यूनिट पर ईथरिफिकेशन समूहों द्वारा प्रतिस्थापित हाइड्रॉक्सिल समूहों की औसत संख्या के बराबर है।

Hydroxyalkyl सेल्यूलोज इथर के लिए, प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया नए मुक्त हाइड्रॉक्सिल समूहों से ईथरीकरण शुरू करेगी, और प्रतिस्थापन की डिग्री को एमएस मूल्य द्वारा निर्धारित किया जा सकता है, अर्थात, प्रतिस्थापन की दाढ़ की डिग्री। यह प्रत्येक एनहाइड्रोग्लुकोज यूनिट में जोड़े गए ईथरिंग एजेंट अभिकारक के मोल्स की औसत संख्या का प्रतिनिधित्व करता है। एक विशिष्ट अभिकारक एथिलीन ऑक्साइड है और उत्पाद में एक हाइड्रॉक्सीथाइल प्रतिस्थापन होता है। चित्रा 1 में, उत्पाद का एमएस मान 3.0 है।

सैद्धांतिक रूप से, एमएस मूल्य के लिए कोई ऊपरी सीमा नहीं है। यदि प्रत्येक ग्लूकोज रिंग समूह पर प्रतिस्थापन की डिग्री का डीएस मूल्य ज्ञात है, तो ईथर साइड चेनसोम निर्माताओं की औसत श्रृंखला लंबाई भी अक्सर डीएस और एमएस मानों के बजाय प्रतिस्थापन स्तर और डिग्री का प्रतिनिधित्व करने के लिए विभिन्न ईथरिफिकेशन समूहों (जैसे -och3 या -oc2H4OH) के द्रव्यमान अंश (wt%) का उपयोग करती है। प्रत्येक समूह और उसके डीएस या एमएस मूल्य के द्रव्यमान अंश को सरल गणना द्वारा परिवर्तित किया जा सकता है।

अधिकांश सेल्यूलोज इथर पानी में घुलनशील पॉलिमर हैं, और कुछ कार्बनिक सॉल्वैंट्स में आंशिक रूप से घुलनशील भी हैं। सेल्यूलोज ईथर में उच्च दक्षता, कम कीमत, आसान प्रसंस्करण, कम विषाक्तता और विस्तृत विविधता की विशेषताएं हैं, और मांग और अनुप्रयोग क्षेत्र अभी भी विस्तार कर रहे हैं। एक सहायक एजेंट के रूप में, सेल्यूलोज ईथर में उद्योग के विभिन्न क्षेत्रों में महान अनुप्रयोग क्षमता है। एमएस/डीएस द्वारा प्राप्त किया जा सकता है।

सेल्यूलोज इथर को सब्सिनेटिक की रासायनिक संरचना के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है, जो कि एनोनिक, cationic और nonionic eaters में होता है। नॉनोनिक इथर को पानी में घुलनशील और तेल-घुलनशील उत्पादों में विभाजित किया जा सकता है।

जिन उत्पादों का औद्योगिकीकरण किया गया है, उन्हें तालिका 1 के ऊपरी भाग में सूचीबद्ध किया गया है। तालिका 1 का निचला भाग कुछ ज्ञात ईथरिफिकेशन समूहों को सूचीबद्ध करता है, जो अभी तक महत्वपूर्ण वाणिज्यिक उत्पाद नहीं बन गए हैं।

मिश्रित ईथर प्रतिस्थापन के संक्षिप्त क्रम को वर्णमाला क्रम या संबंधित डीएस (एमएस) के स्तर के अनुसार नामित किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, 2-हाइड्रॉक्सीथाइल मिथाइलसेलुलोज के लिए, संक्षिप्त नाम एचईएमसी है, और इसे मिथाइल विकल्प को उजागर करने के लिए एमएचईसी के रूप में भी लिखा जा सकता है।

सेल्यूलोज पर हाइड्रॉक्सिल समूह ईथरिफिकेशन एजेंटों द्वारा आसानी से सुलभ नहीं होते हैं, और ईथरिफिकेशन प्रक्रिया आमतौर पर क्षारीय परिस्थितियों में किया जाता है, आमतौर पर NaOH जलीय घोल की एक निश्चित एकाग्रता का उपयोग करते हुए। सेल्यूलोज पहले NaOH जलीय घोल के साथ सूजे हुए क्षार सेल्यूलोज में बनता है, और फिर ईथरिफिकेशन एजेंट के साथ ईथरिफिकेशन प्रतिक्रिया से गुजरता है। मिश्रित पंखों के उत्पादन और तैयारी के दौरान, एक ही समय में विभिन्न प्रकार के ईथरिफिकेशन एजेंटों का उपयोग किया जाना चाहिए, या आहार में आहार (यदि आवश्यक हो) द्वारा कदम से कदम से कदम रखा जाना चाहिए। सेल्यूलोज के ईथरिफिकेशन में चार प्रतिक्रिया प्रकार हैं, जिन्हें प्रतिक्रिया सूत्र द्वारा संक्षेपित किया गया है (सेल्यूलोसिक को सेल-ओएच द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है) निम्नानुसार है:

समीकरण (1) विलियमसन ईथरिफिकेशन प्रतिक्रिया का वर्णन करता है। आरएक्स एक अकार्बनिक एसिड एस्टर है, और एक्स हैलोजेन बीआर, सीएल या सल्फ्यूरिक एसिड एस्टर है। क्लोराइड आर-सीएल का उपयोग आमतौर पर उद्योग में किया जाता है, उदाहरण के लिए, मिथाइल क्लोराइड, एथिल क्लोराइड या क्लोरोएसेटिक एसिड। इस तरह की प्रतिक्रियाओं में आधार की एक स्टोइकोमेट्रिक मात्रा का सेवन किया जाता है। औद्योगिक सेल्यूलोज ईथर उत्पाद मिथाइल सेल्यूलोज, एथिल सेल्यूलोज और कार्बोक्सिमेथाइल सेलूलोज़ विलियमसन ईथरिफिकेशन प्रतिक्रिया के उत्पाद हैं।

प्रतिक्रिया सूत्र (2) आधार-उत्प्रेरित एपॉक्साइड्स (जैसे कि आर = एच, सीएच 3, या सी 2 एच 5) और हाइड्रॉक्सिल समूहों की सेल्यूलोज अणुओं पर बिना किसी आधार के अतिरिक्त प्रतिक्रिया है। यह प्रतिक्रिया जारी रहने की संभावना है क्योंकि प्रतिक्रिया के दौरान नए हाइड्रॉक्सिल समूह उत्पन्न होते हैं, जिससे ओलिगोकेलेथिलीन ऑक्साइड साइड चेन का गठन होता है: 1-आज़िरिडीन (एज़िरिडीन) के साथ एक समान प्रतिक्रिया एमिनोइथाइल ईथर: सेल-ओ-सीएच 2-एनएच 2 का निर्माण करेगी। हाइड्रॉक्सीथाइल सेल्यूलोज, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल सेल्यूलोज और हाइड्रॉक्सीब्यूटाइल सेलूलोज़ जैसे उत्पाद बेस-उत्प्रेरित एपॉक्सीडेशन के सभी उत्पाद हैं।

प्रतिक्रिया सूत्र (3) सेल-ओएच और कार्बनिक यौगिकों के बीच प्रतिक्रिया है जिसमें क्षारीय माध्यम में सक्रिय डबल बॉन्ड होते हैं, y एक इलेक्ट्रॉन-विथ्रॉइंग समूह है, जैसे कि CN, CONH2, या SO3-NA+। आज इस प्रकार की प्रतिक्रिया शायद ही कभी औद्योगिक रूप से उपयोग की जाती है।

प्रतिक्रिया सूत्र (4), डायज़ोकेन के साथ ईथरिफिकेशन को अभी तक औद्योगिक नहीं किया गया है।

1. सेल्यूलोज इथर के प्रकार

सेल्यूलोज ईथर मोनोइथर या मिश्रित ईथर हो सकता है, और इसके गुण अलग हैं। सेल्यूलोज मैक्रोमोलेक्यूल पर कम-प्रतिस्थापित हाइड्रोफिलिक समूह हैं, जैसे कि हाइड्रॉक्सीथाइल समूह, जो उत्पाद को कुछ हद तक पानी की घुलनशीलता के साथ समाप्त कर सकते हैं, जबकि हाइड्रोफोबिक समूहों, जैसे कि मिथाइल, एथिल, आदि के लिए, केवल मध्यम प्रतिस्थापन उच्च डिग्री एक निश्चित जल सॉल्यूबिलिटी दे सकता है, और कम-खलि भटक कर सकता है। सेल्यूलोज इथर के गुणों पर गहराई से शोध के साथ, नए सेल्यूलोज इथर और उनके एप्लिकेशन फ़ील्ड को लगातार विकसित और उत्पादित किया जाएगा, और सबसे बड़ी ड्राइविंग बल व्यापक और लगातार परिष्कृत एप्लिकेशन बाजार है।

घुलनशीलता गुणों पर मिश्रित पंखों में समूहों के प्रभाव का सामान्य कानून है:

1) ईथर के हाइड्रोफोबिसिटी को बढ़ाने और जेल बिंदु को कम करने के लिए उत्पाद में हाइड्रोफोबिक समूहों की सामग्री को बढ़ाएं;

2) अपने जेल बिंदु को बढ़ाने के लिए हाइड्रोफिलिक समूहों (जैसे हाइड्रॉक्सीथाइल समूहों) की सामग्री को बढ़ाएं;

3) हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल समूह विशेष है, और उचित हाइड्रॉक्सीप्रोपाइलेशन उत्पाद के जेल तापमान को कम कर सकता है, और मध्यम हाइड्रॉक्सीप्रोपाइलेटेड उत्पाद का जेल तापमान फिर से बढ़ेगा, लेकिन उच्च स्तर का प्रतिस्थापन इसके जेल बिंदु को कम करेगा; इसका कारण हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल समूह की विशेष कार्बन श्रृंखला लंबाई संरचना, निम्न-स्तरीय हाइड्रॉक्सीप्रोपाइलेशन, सेल्यूलोज मैक्रोमोलेक्यूल में अणुओं के बीच और हाइड्रोफिलिक हाइड्रॉक्सिल समूहों के बीच में हाइड्रोजन बॉन्ड को कमजोर कर दिया गया है। पानी प्रमुख है। दूसरी ओर, यदि प्रतिस्थापन अधिक है, तो साइड ग्रुप पर पॉलीमराइजेशन होगा, हाइड्रॉक्सिल समूह की सापेक्ष सामग्री कम हो जाएगी, हाइड्रोफोबिसिटी बढ़ेगी, और इसके बजाय घुलनशीलता कम हो जाएगी।

का उत्पादन और अनुसंधानसेल्यूलोज ईथरएक लंबा इतिहास है। 1905 में, सुइदा ने पहली बार सेल्यूलोज के ईथर को रिपोर्ट किया, जिसे डाइमिथाइल सल्फेट के साथ मेथिलेट किया गया था। नॉनोनिक एल्काइल इथर को क्रमशः लिलिएनफेल्ड (1912), ड्रेफस (1914) और लेउच (1920) द्वारा पानी में घुलनशील या तेल-घुलनशील सेल्यूलोज इथर के लिए पेटेंट कराया गया था। बुचलर और गोमबर्ग ने 1921 में बेंज़िल सेल्यूलोज का उत्पादन किया, कार्बोक्सिमेथाइल सेल्यूलोज को पहली बार 1918 में जानसेन द्वारा निर्मित किया गया था, और ह्यूबर्ट ने 1920 में हाइड्रॉक्सीथाइल सेल्यूलोज का उत्पादन किया था। 1920 के दशक की शुरुआत में, कार्बोक्सिमिथाइलसेलुलोज को जर्मनी में व्यवसायिक किया गया था। 1937 से 1938 तक, संयुक्त राज्य अमेरिका में MC और HEC के औद्योगिक उत्पादन का एहसास हुआ। स्वीडन ने 1945 में पानी में घुलनशील EHEC का उत्पादन शुरू किया। 1945 के बाद, पश्चिमी यूरोप, संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान में सेल्यूलोज ईथर का उत्पादन तेजी से बढ़ा। 1957 के अंत में, चीन सीएमसी को पहली बार शंघाई सेल्युलाइड कारखाने में उत्पादन में रखा गया था। 2004 तक, मेरे देश की उत्पादन क्षमता 30,000 टन आयनिक ईथर और 10,000 टन गैर-आयनिक ईथर होगी। 2007 तक, यह 100,000 टन आयनिक ईथर और 40,000 टन नॉनोनिक ईथर तक पहुंच जाएगा। घर और विदेश में संयुक्त प्रौद्योगिकी कंपनियां भी लगातार उभर रही हैं, और चीन की सेल्यूलोज ईथर उत्पादन क्षमता और तकनीकी स्तर में लगातार सुधार हो रहा है।

हाल के वर्षों में, विभिन्न डीएस मूल्यों, चिपचिपाहट, पवित्रता और रियोलॉजिकल गुणों के साथ कई सेल्यूलोज मोनोएथर्स और मिश्रित पंखों को लगातार विकसित किया गया है। वर्तमान में, सेल्यूलोज इथर के क्षेत्र में विकास का ध्यान उन्नत उत्पादन प्रौद्योगिकी, नई तैयारी प्रौद्योगिकी, नए उपकरण, नए उत्पाद, उच्च गुणवत्ता वाले उत्पादों और व्यवस्थित उत्पादों को अपनाना है, तकनीकी रूप से शोध किया जाना चाहिए।