सेल्युलोज इथरची रचना आणि प्रकार काय आहेत?

1.सेल्युलोज इथरची रचना आणि तयारी तत्त्व

आकृती 1 सेल्युलोज इथरची विशिष्ट रचना दर्शविते. प्रत्येक bD-anhydroglucose एकक (सेल्युलोजचे पुनरावृत्ती होणारे एकक) C (2), C (3) आणि C (6) स्थानांवर एका गटाची जागा घेते, म्हणजेच तेथे तीन इथर गट असू शकतात. च्या इंट्रा-चेन आणि इंटर-चेन हायड्रोजन बंधांमुळेसेल्युलोज मॅक्रोमोलेक्यूल्स, पाण्यात आणि जवळजवळ सर्व सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्समध्ये विरघळणे कठीण आहे. इथरिफिकेशनद्वारे इथर गटांचा परिचय इंट्रामोलेक्युलर आणि इंटरमॉलिक्युलर हायड्रोजन बंध नष्ट करतो, त्याची हायड्रोफिलिसिटी सुधारतो आणि पाण्याच्या माध्यमात त्याची विद्राव्यता मोठ्या प्रमाणात सुधारते.

ठराविक इथरिफाइड पर्याय म्हणजे कमी आण्विक वजनाचे अल्कोक्सी गट (1 ते 4 कार्बन अणू) किंवा हायड्रॉक्सयल्काइल गट, जे नंतर कार्बोक्सिल, हायड्रॉक्सिल किंवा एमिनो गटांसारख्या इतर कार्यात्मक गटांद्वारे बदलले जाऊ शकतात. पर्याय एक, दोन किंवा अधिक वेगवेगळ्या प्रकारचे असू शकतात. सेल्युलोज मॅक्रोमोलेक्युलर साखळीसह, प्रत्येक ग्लुकोज युनिटच्या C(2), C(3) आणि C(6) स्थानांवर हायड्रॉक्सिल गट वेगवेगळ्या प्रमाणात बदलले जातात. काटेकोरपणे सांगायचे तर, सेल्युलोज इथरची सामान्यतः एक निश्चित रासायनिक रचना नसते, त्या उत्पादनांशिवाय जी पूर्णपणे एका प्रकारच्या गटाद्वारे बदलली जातात (सर्व तीन हायड्रॉक्सिल गट बदलले जातात). ही उत्पादने केवळ प्रयोगशाळा विश्लेषण आणि संशोधनासाठी वापरली जाऊ शकतात आणि त्यांचे कोणतेही व्यावसायिक मूल्य नाही.

(a) सेल्युलोज इथर आण्विक साखळी, R1~R6=H, किंवा सेंद्रिय पदार्थाच्या दोन एनहायड्रोग्लुकोज युनिट्सची सामान्य रचना;

(b) कार्बोक्झिमिथाइलचा आण्विक साखळीचा तुकडाहायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज, कार्बोक्झिमेथिलच्या प्रतिस्थापनाची डिग्री 0.5 आहे, हायड्रॉक्सीथिलच्या प्रतिस्थापनाची डिग्री 2.0 आहे आणि मोलरच्या प्रतिस्थापनाची डिग्री 3.0 आहे. ही रचना इथरिफाइड गटांच्या सरासरी प्रतिस्थापन पातळीचे प्रतिनिधित्व करते, परंतु पर्याय प्रत्यक्षात यादृच्छिक असतात.

प्रत्येक प्रतिस्थापकासाठी, इथरिफिकेशनची एकूण रक्कम प्रतिस्थापन DS मूल्याच्या अंशाने व्यक्त केली जाते. DS ची श्रेणी 0~3 आहे, जी प्रत्येक एनहायड्रोग्लुकोज युनिटवर इथरिफिकेशन गटांद्वारे बदललेल्या हायड्रॉक्सिल गटांच्या सरासरी संख्येच्या समतुल्य आहे.

हायड्रॉक्सयल्काइल सेल्युलोज इथरसाठी, प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया नवीन मुक्त हायड्रॉक्सिल गटांमधून इथरिफिकेशन सुरू करेल आणि प्रतिस्थापनाची डिग्री MS मूल्याद्वारे, म्हणजे, प्रतिस्थापनाच्या मोलर डिग्रीने परिमाण केली जाऊ शकते. हे प्रत्येक एनहायड्रोग्लुकोज युनिटमध्ये जोडलेल्या इथरफायिंग एजंट रिएक्टंटच्या मोलची सरासरी संख्या दर्शवते. एक सामान्य अभिक्रियाक म्हणजे इथिलीन ऑक्साईड आणि उत्पादनामध्ये हायड्रॉक्सीथिल पर्याय असतो. आकृती 1 मध्ये, उत्पादनाचे एमएस मूल्य 3.0 आहे.

सैद्धांतिकदृष्ट्या, एमएस मूल्यासाठी कोणतीही उच्च मर्यादा नाही. प्रत्येक ग्लुकोज रिंग गटावरील प्रतिस्थापनाच्या डिग्रीचे DS मूल्य ज्ञात असल्यास, इथर बाजूच्या साखळीची सरासरी साखळी लांबी काही उत्पादक देखील अनेकदा वेगवेगळ्या इथरिफिकेशन गटांचे वस्तुमान अपूर्णांक (wt%) वापरतात (जसे की -OCH3 किंवा -OC2H4OH) DS आणि MS मूल्यांऐवजी प्रतिस्थापन पातळी आणि पदवी दर्शवण्यासाठी. प्रत्येक गटाचा वस्तुमान अपूर्णांक आणि त्याचे DS किंवा MS मूल्य साध्या गणनेने रूपांतरित केले जाऊ शकते.

बहुतेक सेल्युलोज इथर हे पाण्यात विरघळणारे पॉलिमर असतात आणि काही सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्समध्ये अंशतः विरघळणारे देखील असतात. सेल्युलोज इथरमध्ये उच्च कार्यक्षमता, कमी किंमत, सुलभ प्रक्रिया, कमी विषारीपणा आणि विस्तृत विविधता ही वैशिष्ट्ये आहेत आणि मागणी आणि अनुप्रयोग फील्ड अजूनही विस्तारत आहेत. सहाय्यक एजंट म्हणून, सेल्युलोज इथरला उद्योगाच्या विविध क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणात वापरण्याची क्षमता आहे. MS/DS द्वारे मिळू शकते.

सेल्युलोज इथरचे वर्गीकरण घटकांच्या रासायनिक संरचनेनुसार ॲनिओनिक, कॅशनिक आणि नॉनिओनिक इथरमध्ये केले जाते. नॉनिओनिक इथर पाण्यात विरघळणारे आणि तेल-विद्रव्य उत्पादनांमध्ये विभागले जाऊ शकतात.

औद्योगिकीकरण झालेली उत्पादने तक्ता 1 च्या वरच्या भागात सूचीबद्ध आहेत. तक्ता 1 च्या खालच्या भागात काही ज्ञात ईथरिफिकेशन गटांची सूची आहे, जी अद्याप महत्त्वाची व्यावसायिक उत्पादने बनलेली नाहीत.

मिश्रित ईथर पर्यायांच्या संक्षेप क्रमाला वर्णक्रमानुसार किंवा संबंधित डीएस (एमएस) च्या पातळीनुसार नाव दिले जाऊ शकते, उदाहरणार्थ, 2-हायड्रॉक्सीथिल मिथाइलसेल्युलोजसाठी, संक्षेप HEMC आहे आणि ते MHEC म्हणून देखील लिहिले जाऊ शकते. मिथाइल पर्याय हायलाइट करा.

सेल्युलोजवरील हायड्रॉक्सिल गट इथरिफिकेशन एजंट्सद्वारे सहज उपलब्ध नसतात आणि इथरिफिकेशन प्रक्रिया सामान्यत: क्षारीय परिस्थितीत पार पाडली जाते, सामान्यत: NaOH जलीय द्रावणाची विशिष्ट एकाग्रता वापरून. सेल्युलोज प्रथम NaOH जलीय द्रावणासह सुजलेल्या अल्कली सेल्युलोजमध्ये तयार होतो आणि नंतर इथरिफिकेशन एजंटसह इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया देतो. मिश्रित इथरचे उत्पादन आणि तयारी दरम्यान, वेगवेगळ्या प्रकारचे इथरिफिकेशन एजंट्स एकाच वेळी वापरावेत किंवा इथरिफिकेशन टप्प्याटप्प्याने मधूनमधून फीडिंग (आवश्यक असल्यास) केले पाहिजे. सेल्युलोजच्या इथरिफिकेशनमध्ये चार प्रतिक्रिया प्रकार आहेत, ज्याचा सारांश प्रतिक्रिया सूत्राद्वारे (सेल्युलोसिक सेल-ओएचने बदलला आहे) खालीलप्रमाणे आहे:

समीकरण (1) विल्यमसन इथरिफिकेशन प्रतिक्रियाचे वर्णन करते. RX एक अजैविक ऍसिड एस्टर आहे आणि X हॅलोजन Br, Cl किंवा सल्फ्यूरिक ऍसिड एस्टर आहे. क्लोराईड R-Cl सामान्यतः उद्योगात वापरले जाते, उदाहरणार्थ, मिथाइल क्लोराईड, इथाइल क्लोराईड किंवा क्लोरोएसिटिक ऍसिड. अशा प्रतिक्रियांमध्ये स्टोचिओमेट्रिक बेसचा वापर केला जातो. औद्योगिक सेल्युलोज इथर उत्पादने मिथाइल सेल्युलोज, इथाइल सेल्युलोज आणि कार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोज ही विल्यमसन इथरिफिकेशन प्रतिक्रियाची उत्पादने आहेत.

अभिक्रिया फॉर्म्युला (2) बेस-उत्प्रेरित इपॉक्साइड्स (जसे की R=H, CH3, किंवा C2H5) आणि सेल्युलोज रेणूंवर बेस न वापरता हायड्रॉक्सिल गटांची अतिरिक्त प्रतिक्रिया आहे. ही प्रतिक्रिया पुढे चालू राहण्याची शक्यता आहे कारण अभिक्रिया दरम्यान नवीन हायड्रॉक्सिल गट तयार होतात, ज्यामुळे ऑलिगोआल्कीलेथिलीन ऑक्साईड साइड चेन तयार होतात: 1-ॲझिरिडाइन (ॲझिरिडाइन) बरोबर समान प्रतिक्रिया एमिनोइथाइल इथर तयार करेल: सेल-ओ-सीएच2-सीएच2-एनएच2 . हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज, हायड्रॉक्सीप्रोपाइल सेल्युलोज आणि हायड्रॉक्सीब्युटाइल सेल्युलोज ही सर्व बेस-उत्प्रेरित इपॉक्सिडेशनची उत्पादने आहेत.

प्रतिक्रिया सूत्र (3) सेल-ओएच आणि अल्कधर्मी माध्यमात सक्रिय दुहेरी बंध असलेले सेंद्रिय संयुगे यांच्यातील प्रतिक्रिया आहे, Y हा CN, CONH2, किंवा SO3-Na+ सारखा इलेक्ट्रॉन-विथड्रॉइंग ग्रुप आहे. आज या प्रकारची प्रतिक्रिया क्वचितच औद्योगिकरित्या वापरली जाते.

प्रतिक्रिया सूत्र (4), डायझोआल्केनसह इथरिफिकेशन अद्याप औद्योगिकीकरण झाले नाही.

1. सेल्युलोज इथरचे प्रकार

सेल्युलोज इथर मोनोथर किंवा मिश्रित ईथर असू शकते आणि त्याचे गुणधर्म भिन्न आहेत. सेल्युलोज मॅक्रोमोलेक्युलवर हायड्रोफिलिक गट आहेत, जसे की हायड्रॉक्सीथिल गट, जे उत्पादनास ठराविक प्रमाणात पाण्यात विद्राव्यता प्रदान करू शकतात, तर हायड्रोफोबिक गटांसाठी, जसे की मिथाइल, इथाइल, फक्त मध्यम प्रतिस्थापन उच्च पदवी असू शकतात. उत्पादनास विशिष्ट पाण्यात विद्राव्यता द्या, आणि कमी प्रतिस्थापित उत्पादन फक्त पाण्यात फुगते किंवा असू शकते पातळ अल्कली द्रावणात विरघळली. सेल्युलोज इथरच्या गुणधर्मांवरील सखोल संशोधनासह, नवीन सेल्युलोज इथर आणि त्यांचे अनुप्रयोग क्षेत्र सतत विकसित आणि तयार केले जातील आणि सर्वात मोठी प्रेरक शक्ती म्हणजे विस्तृत आणि सतत परिष्कृत अनुप्रयोग बाजार.

विद्राव्यता गुणधर्मांवर मिश्रित इथरमधील गटांच्या प्रभावाचा सामान्य नियम आहे:

1) इथरची हायड्रोफोबिसिटी वाढवण्यासाठी आणि जेल पॉइंट कमी करण्यासाठी उत्पादनातील हायड्रोफोबिक गटांची सामग्री वाढवा;

2) हायड्रोफिलिक गटांची सामग्री (जसे की हायड्रॉक्सीथिल गट) वाढवून त्याचे जेल पॉइंट वाढवा;

3) hydroxypropyl गट विशेष आहे, आणि योग्य hydroxypropylation उत्पादनाचे जेल तापमान कमी करू शकते, आणि मध्यम हायड्रॉक्सीप्रोपीलेटेड उत्पादनाचे जेल तापमान पुन्हा वाढेल, परंतु उच्च पातळीच्या प्रतिस्थापनामुळे त्याचा जेल पॉइंट कमी होईल; हायड्रॉक्सीप्रोपाइल समूहाची विशेष कार्बन साखळी लांबीची रचना, निम्न-स्तरीय हायड्रॉक्सीप्रोपायलेशन, सेल्युलोज मॅक्रोमोलेक्युलमधील रेणूंमधील आणि त्यांच्यामधील कमकुवत हायड्रोजन बंध आणि शाखा साखळीवरील हायड्रोफिलिक हायड्रॉक्सिल गट हे कारण आहे. पाण्याचे प्राबल्य आहे. दुसरीकडे, प्रतिस्थापन जास्त असल्यास, बाजूच्या गटावर पॉलिमरायझेशन होईल, हायड्रॉक्सिल गटाची सापेक्ष सामग्री कमी होईल, हायड्रोफोबिसिटी वाढेल आणि त्याऐवजी विद्राव्यता कमी होईल.

चे उत्पादन आणि संशोधनसेल्युलोज इथरमोठा इतिहास आहे. 1905 मध्ये, सुईडाने प्रथम सेल्युलोजचे इथरिफिकेशन नोंदवले, जे डायमिथाइल सल्फेटसह मेथाइलेटेड होते. Nonionic alkyl ethers अनुक्रमे पाण्यात विरघळणारे किंवा तेल-विद्रव्य सेल्युलोज इथरसाठी Lilienfeld (1912), Dreyfus (1914) आणि Leuchs (1920) यांनी पेटंट केले होते. बुचलर आणि गोम्बर्ग यांनी 1921 मध्ये बेंझिल सेल्युलोजचे उत्पादन केले, कार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोजचे उत्पादन प्रथम 1918 मध्ये जॅनसेनने केले आणि ह्यूबर्टने 1920 मध्ये हायड्रॉक्सायथिल सेल्युलोजचे उत्पादन केले. 1920 च्या दशकाच्या सुरुवातीस, जर्मनीमध्ये कार्बोक्झिमिथाइल सेल्युलोजचे व्यावसायिकीकरण करण्यात आले. 1937 ते 1938 पर्यंत, MC आणि HEC चे औद्योगिक उत्पादन युनायटेड स्टेट्समध्ये साकारले गेले. स्वीडनने 1945 मध्ये पाण्यात विरघळणाऱ्या EHEC चे उत्पादन सुरू केले. 1945 नंतर, सेल्युलोज इथरचे उत्पादन पश्चिम युरोप, युनायटेड स्टेट्स आणि जपानमध्ये वेगाने विस्तारले. 1957 च्या शेवटी, चायना सीएमसी प्रथम शांघाय सेल्युलॉइड कारखान्यात उत्पादनात आणले गेले. 2004 पर्यंत, माझ्या देशाची उत्पादन क्षमता 30,000 टन आयनिक इथर आणि 10,000 टन नॉन-आयनिक इथर असेल. 2007 पर्यंत, ते 100,000 टन आयनिक इथर आणि 40,000 टन नॉनिओनिक इथरपर्यंत पोहोचेल. देश-विदेशातील संयुक्त तंत्रज्ञान कंपन्या देखील सतत उदयास येत आहेत आणि चीनची सेल्युलोज इथर उत्पादन क्षमता आणि तांत्रिक पातळी सतत सुधारत आहे.

अलिकडच्या वर्षांत, अनेक सेल्युलोज मोनोथेर आणि मिश्रित इथर विविध DS मूल्यांसह, स्निग्धता, शुद्धता आणि rheological गुणधर्म सतत विकसित केले गेले आहेत. सध्या, सेल्युलोज इथरच्या क्षेत्रात विकासाचा केंद्रबिंदू प्रगत उत्पादन तंत्रज्ञान, नवीन तयारी तंत्रज्ञान, नवीन उपकरणे, नवीन उत्पादने, उच्च-गुणवत्तेची उत्पादने आणि पद्धतशीर उत्पादनांवर तांत्रिकदृष्ट्या संशोधन केले पाहिजे.