1.Struktur lan asas preparation saka selulosa eter
Gambar 1 nuduhake struktur khas eter selulosa. Saben unit bD-anhydroglucose (unit selulosa sing mbaleni) ngganti siji klompok ing posisi C (2), C (3) lan C (6), yaiku, bisa nganti telung klompok eter. Amarga ikatan hidrogen intra-chain lan inter-chain sakamakromolekul selulosa, angel larut ing banyu lan meh kabeh pelarut organik. Introduksi gugus eter liwat eterifikasi ngrusak ikatan hidrogen intramolekul lan intermolekul, ningkatake hidrofilik, lan ningkatake kelarutan ing media banyu.
Substituen eterifikasi sing umum yaiku gugus alkoksi bobot molekul sing sithik (1 nganti 4 atom karbon) utawa gugus hidroksialkil, sing banjur bisa diganti karo gugus fungsi liyane kayata gugus karboksil, hidroksil utawa amino. Substituen bisa dadi siji, loro utawa luwih macem-macem. Sadawane rantai makromolekul selulosa, gugus hidroksil ing posisi C(2), C(3) lan C(6) saben unit glukosa diganti kanthi proporsi sing beda. Tegese, eter selulosa umume ora nduweni struktur kimia sing pasti, kajaba kanggo produk sing disubstitusi kanthi lengkap dening siji jinis gugus (kabeh telung gugus hidroksil diganti). Produk kasebut mung bisa digunakake kanggo analisis lan riset laboratorium, lan ora duwe nilai komersial.
(a) Struktur umum saka rong unit anhidroglukosa saka rantai molekul eter selulosa, R1~R6=H, utawa substituen organik;
(b) Fragmen rantai molekul karboksimetilhidroksietil selulosa, derajat substitusi karboksimetil yaiku 0,5, derajat substitusi hidroksietil yaiku 2,0, lan derajat substitusi molar yaiku 3,0. Struktur iki nggambarake tingkat substitusi rata-rata klompok etherified, nanging substituen kasebut bener-bener acak.
Kanggo saben substituen, jumlah total eterifikasi dituduhake kanthi tingkat nilai DS substitusi. Kisaran DS yaiku 0 ~ 3, sing padha karo jumlah rata-rata gugus hidroksil sing diganti dening gugus eterifikasi ing saben unit anhydroglucose.
Kanggo eter selulosa hidroksialkil, reaksi substitusi bakal miwiti eterifikasi saka gugus hidroksil bebas anyar, lan derajat substitusi bisa diukur kanthi nilai MS, yaiku, derajat substitusi molar. Iki nuduhake jumlah rata-rata mol reaktan agen etherifying sing ditambahake ing saben unit anhydroglucose. Reaktan khas yaiku etilena oksida lan produk kasebut nduweni substituen hidroksietil. Ing Gambar 1, nilai MS produk yaiku 3.0.
Secara teoritis, ora ana watesan ndhuwur kanggo nilai MS. Yen nilai DS saka derajat substitusi ing saben klompok dering glukosa dikenal, dawa rantai rata-rata rantai sisih eter Sawetara pabrikan uga asring nggunakake fraksi massa (wt%) saka klompok eterifikasi sing beda (kayata -OCH3 utawa -OC2H4OH) kanggo makili tingkat substitusi lan gelar tinimbang nilai DS lan MS. Fraksi massa saben klompok lan nilai DS utawa MS bisa diowahi kanthi pitungan prasaja.
Umume eter selulosa minangka polimer sing larut ing banyu, lan sawetara uga larut sebagian ing pelarut organik. Eter selulosa nduweni karakteristik efisiensi dhuwur, rega murah, proses gampang, keracunan sing sithik lan macem-macem, lan lapangan permintaan lan aplikasi isih terus berkembang. Minangka agen tambahan, selulosa eter nduweni potensial aplikasi gedhe ing macem-macem lapangan industri. bisa dipikolehi dening MS / DS.
Eter selulosa diklasifikasikaké miturut struktur kimia substituen dadi eter anionik, kationik lan nonionik. Eter nonionik bisa dipérang dadi produk sing larut ing banyu lan produk sing larut ing lenga.
Produk sing wis diindustrialisasi dicathet ing sisih ndhuwur Tabel 1. Bagean ngisor Tabel 1 nyathet sawetara klompok eterifikasi sing dikenal, sing durung dadi produk komersial sing penting.
Urutan singkatan saka substituen eter campuran bisa dijenengi miturut urutan abjad utawa tingkat DS (MS) masing-masing, contone, kanggo 2-hydroxyethyl methylcellulose, singkatan kasebut HEMC, lan bisa uga ditulis minangka MHEC kanggo nyorot substituen metil.
Gugus hidroksil ing selulosa ora gampang diakses dening agen eterifikasi, lan proses eterifikasi biasane ditindakake ing kondisi alkalin, umume nggunakake konsentrasi larutan banyu NaOH tartamtu. Selulosa pisanan dibentuk dadi selulosa alkali sing bengkak kanthi larutan banyu NaOH, lan banjur ngalami reaksi eterifikasi kanthi agen eterifikasi. Sajrone produksi lan nyiapake campuran eter, macem-macem jinis agen eterifikasi kudu digunakake bebarengan, utawa eterifikasi kudu ditindakake kanthi langkah-langkah kanthi pakan intermiten (yen perlu). Ana papat jinis reaksi ing eterifikasi selulosa, sing diringkes kanthi rumus reaksi (selulosa diganti karo Sel-OH) kaya ing ngisor iki:
Persamaan (1) nggambarake reaksi eterifikasi Williamson. RX minangka ester asam anorganik, lan X minangka halogen Br, Cl utawa ester asam sulfat. Klorida R-Cl umume digunakake ing industri, contone, metil klorida, etil klorida utawa asam kloroasetat. Jumlah basa stoikiometri sing dikonsumsi ing reaksi kasebut. Produk eter selulosa industri metil selulosa, etil selulosa lan selulosa karboksimetil minangka produk reaksi eterifikasi Williamson.
Rumus reaksi (2) yaiku reaksi tambahan saka epoksida sing dikatalisis basa (kayata R=H, CH3, utawa C2H5) lan gugus hidroksil ing molekul selulosa tanpa nganggo basa. Reaksi iki bisa uga terus amarga gugus hidroksil anyar diasilake sajrone reaksi, sing nyebabake pembentukan rantai samping oligoalkylethylene oxide: Reaksi sing padha karo 1-aziridine (aziridine) bakal mbentuk aminoetil eter: Sel-O-CH2-CH2-NH2 . Produk kayata hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose lan hydroxybutyl cellulose minangka produk saka epoksidasi basa-katalis.
Rumus reaksi (3) yaiku reaksi antara Sel-OH lan senyawa organik sing ngandhut ikatan rangkap aktif ing medium alkalin, Y minangka gugus penarik elektron, kayata CN, CONH2, utawa SO3-Na+. Saiki jinis reaksi iki arang digunakake ing industri.
Rumus reaksi (4), eterifikasi karo diazoalkana durung diindustrialisasi.
- Jinis eter selulosa
Eter selulosa bisa monoether utawa campuran eter, lan sifate beda. Ana gugus hidrofilik sing disubstitusi ing makromolekul selulosa, kayata gugus hidroksietil, sing bisa nyedhiyakake prodhuk kanthi tingkat kelarutan banyu tartamtu, dene kanggo gugus hidrofobik, kayata metil, etil, lan liya-liyane, mung substitusi moderat Gelar dhuwur bisa. menehi prodhuk kelarutan banyu tartamtu, lan produk kurang diganti mung swells ing banyu utawa bisa dipun bibaraken ing solusi alkalin encer. Kanthi riset sing jero babagan sifat eter selulosa, eter selulosa anyar lan lapangan aplikasi bakal terus dikembangake lan diprodhuksi, lan tenaga pendorong paling gedhe yaiku pasar aplikasi sing wiyar lan terus ditapis.
Hukum umum babagan pengaruh klompok ing eter campuran ing sifat kelarutan yaiku:
1) Nambah isi gugus hidrofobik ing prodhuk kanggo nambah hidrofobik eter lan ngedhunake titik gel;
2) Tambah isi gugus hidrofilik (kayata gugus hidroksietil) kanggo nambah titik gel;
3) Klompok hydroxypropyl khusus, lan hydroxypropylation sing tepat bisa ngedhunake suhu gel produk, lan suhu gel produk hydroxypropylated medium bakal munggah maneh, nanging tingkat substitusi sing dhuwur bakal nyuda titik gel; Alesane amarga struktur dawa rantai karbon khusus saka gugus hidroksipropil, hidroksipropilasi tingkat rendah, ikatan hidrogen sing lemah ing lan ing antarane molekul ing makromolekul selulosa, lan gugus hidroksil hidrofilik ing rantai cabang. Banyu dominan. Ing sisih liya, yen substitusi dhuwur, bakal ana polimerisasi ing gugus sisih, isi relatif saka gugus hidroksil bakal ngurangi, hidrofobik bakal nambah, lan kelarutan bakal suda.
Produksi lan riset sakaselulosa eternduweni sejarah sing dawa. Ing taun 1905, Suida pisanan nglaporake eterifikasi selulosa, sing dimetilasi karo dimetil sulfat. Eter alkil nonionik dipatenkan dening Lilienfeld (1912), Dreyfus (1914) lan Leuchs (1920) kanggo eter selulosa sing larut banyu utawa larut lenga. Buchler lan Gomberg ngasilake benzyl cellulose ing taun 1921, carboxymethyl cellulose pisanan diprodhuksi dening Jansen ing taun 1918, lan Hubert ngasilake hydroxyethyl cellulose ing taun 1920. Ing wiwitan taun 1920-an, carboxymethylcellulose dikomersialake ing Jerman. Saka 1937 nganti 1938, produksi industri MC lan HEC diwujudake ing Amerika Serikat. Swedia miwiti produksi EHEC larut banyu ing taun 1945. Sawise taun 1945, produksi eter selulosa berkembang kanthi cepet ing Eropa Kulon, Amerika Serikat lan Jepang. Ing pungkasan taun 1957, China CMC pisanan dilebokake ing Pabrik Seluloid Shanghai. Ing taun 2004, kapasitas produksi negaraku bakal dadi 30.000 ton eter ionik lan 10.000 ton eter non-ionik. Ing taun 2007, bakal tekan 100.000 ton eter ionik lan 40.000 ton eter Nonionik. Perusahaan teknologi gabungan ing omah lan ing luar negeri uga terus berkembang, lan kapasitas produksi eter selulosa China lan tingkat teknis terus saya tambah.
Ing taun-taun pungkasan, akeh monoethers selulosa lan eter campuran kanthi nilai DS, viskositas, kemurnian lan sifat rheologis sing beda-beda wis dikembangake kanthi terus-terusan. Saiki, fokus pangembangan ing bidang eter selulosa yaiku nggunakake teknologi produksi maju, teknologi persiapan anyar, peralatan anyar, produk anyar, produk berkualitas tinggi, lan produk sistematis kudu diteliti kanthi teknis.
Wektu kirim: Apr-28-2024