सेल्युलोज ईथर को संरचना र प्रकार के हो?

1. सेल्युलोज ईथरको संरचना र तयारी सिद्धान्त

चित्र १ ले सेल्युलोज ईथरको विशिष्ट संरचना देखाउँछ। प्रत्येक bD-एनहाइड्रोग्लुकोज एकाइ (सेलुलोजको दोहोरिने एकाइ) ले एक समूहलाई C (2), C (3) र C (6) स्थानहरूमा प्रतिस्थापन गर्दछ, अर्थात्, त्यहाँ तीनवटा ईथर समूहहरू हुन सक्छन्। इन्ट्रा-चेन र इन्टर-चेन हाइड्रोजन बन्डको कारणलेसेल्युलोज macromolecules, यो पानी र लगभग सबै जैविक विलायक मा भंग गर्न गाह्रो छ। इथरिफिकेशन मार्फत ईथर समूहहरूको परिचयले इन्ट्रामोलेक्युलर र इन्टरमोलिक्युलर हाइड्रोजन बन्डहरू नष्ट गर्दछ, यसको हाइड्रोफिलिसिटी सुधार गर्दछ, र पानी मिडियामा यसको घुलनशीलतामा ठूलो सुधार गर्दछ।

विशिष्ट ईथरफाइड प्रतिस्थापनहरू कम आणविक तौल अल्कोक्सी समूहहरू (1 देखि 4 कार्बन परमाणुहरू) वा हाइड्रोक्स्याल्काइल समूहहरू हुन्, जसलाई त्यसपछि अन्य कार्यात्मक समूहहरू जस्तै कार्बोक्सिल, हाइड्रोक्सिल वा एमिनो समूहहरूद्वारा प्रतिस्थापित गर्न सकिन्छ। प्रतिस्थापकहरू एक, दुई वा बढी फरक प्रकारका हुन सक्छन्। सेल्युलोज म्याक्रोमोलेकुलर चेनको साथमा, प्रत्येक ग्लुकोज एकाइको C(2), C(3) र C(6) स्थितिहरूमा हाइड्रोक्सिल समूहहरू विभिन्न अनुपातमा प्रतिस्थापित हुन्छन्। कडा शब्दमा भन्नुपर्दा, सेल्युलोज ईथरको सामान्यतया निश्चित रासायनिक संरचना हुँदैन, ती उत्पादनहरू बाहेक जुन पूर्ण रूपमा एक प्रकारको समूहद्वारा प्रतिस्थापित हुन्छन् (सबै तीन हाइड्रोक्सिल समूहहरू प्रतिस्थापित हुन्छन्)। यी उत्पादनहरू प्रयोगशाला विश्लेषण र अनुसन्धानको लागि मात्र प्रयोग गर्न सकिन्छ, र कुनै व्यावसायिक मूल्य छैन।

(a) सेल्युलोज ईथर आणविक श्रृंखला, R1~R6=H, वा एक जैविक प्रतिस्थापकको दुई एनहाइड्रोग्लुकोज एकाइहरूको सामान्य संरचना;

(b) कार्बोक्सीमेथाइलको आणविक चेन टुक्राhydroxyethyl सेल्युलोज, carboxymethyl को प्रतिस्थापन को डिग्री 0.5 छ, hydroxyethyl को प्रतिस्थापन को डिग्री 2.0 छ, र molar को प्रतिस्थापन को डिग्री 3.0 छ। यो संरचनाले ईथरफाइड समूहहरूको औसत प्रतिस्थापन स्तर प्रतिनिधित्व गर्दछ, तर प्रतिस्थापनहरू वास्तवमा अनियमित छन्।

प्रत्येक प्रतिस्थापकको लागि, ईथरिफिकेशनको कुल रकम प्रतिस्थापन DS मानको डिग्रीद्वारा व्यक्त गरिन्छ। DS को दायरा 0 ~ 3 हो, जुन प्रत्येक एनहाइड्रोग्लुकोज एकाइमा ईथरिफिकेशन समूहहरू द्वारा प्रतिस्थापित हाइड्रोक्सिल समूहहरूको औसत संख्याको बराबर हो।

हाइड्रोक्स्याल्काइल सेल्युलोज इथरहरूको लागि, प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाले नयाँ फ्री हाइड्रोक्सिल समूहहरूबाट इथरिफिकेशन सुरु गर्नेछ, र प्रतिस्थापनको डिग्री MS मान, अर्थात्, प्रतिस्थापनको मोलर डिग्री द्वारा परिमाणित गर्न सकिन्छ। यसले प्रत्येक एनहाइड्रोग्लुकोज एकाइमा थपिएको इथरिफिङ एजेन्ट रिएक्टेन्टको मोलहरूको औसत संख्या प्रतिनिधित्व गर्दछ। एक सामान्य रिएक्टेन्ट इथिलीन अक्साइड हो र उत्पादनमा हाइड्रोक्सीथाइल प्रतिस्थापन हुन्छ। चित्र १ मा, उत्पादनको एमएस मान ३.० हो।

सैद्धान्तिक रूपमा, एमएस मानको लागि कुनै माथिल्लो सीमा छैन। यदि प्रत्येक ग्लुकोज रिंग समूहमा प्रतिस्थापनको डिग्रीको DS मान थाहा छ भने, ईथर साइड चेनको औसत चेन लम्बाइ केही निर्माताहरूले प्राय: विभिन्न ईथरिफिकेशन समूहहरू (जस्तै -OCH3 वा -OC2H4OH) को जन अंश (wt%) प्रयोग गर्छन्। DS र MS मानहरूको सट्टा प्रतिस्थापन स्तर र डिग्री प्रतिनिधित्व गर्न। प्रत्येक समूहको द्रव्यमान अंश र यसको DS वा MS मानलाई साधारण गणनाद्वारा रूपान्तरण गर्न सकिन्छ।

धेरैजसो सेलुलोज ईथरहरू पानीमा घुलनशील पोलिमरहरू हुन्, र केही कार्बनिक विलायकहरूमा आंशिक रूपमा घुलनशील हुन्छन्। सेल्युलोज ईथरमा उच्च दक्षता, कम मूल्य, सजिलो प्रशोधन, कम विषाक्तता र व्यापक विविधताको विशेषताहरू छन्, र माग र अनुप्रयोग क्षेत्रहरू अझै विस्तार हुँदैछन्। सहायक एजेन्टको रूपमा, सेलुलोज ईथरसँग उद्योगका विभिन्न क्षेत्रहरूमा ठूलो आवेदन क्षमता छ। MS/DS द्वारा प्राप्त गर्न सकिन्छ।

सेल्युलोज ईथरहरू एनिओनिक, क्याटनिक र नोनियोनिक ईथरहरूमा प्रतिस्थापकहरूको रासायनिक संरचना अनुसार वर्गीकृत गरिन्छ। Nonionic ethers पानी-घुलनशील र तेल-घुलनशील उत्पादनहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ।

औद्योगिकीकरण गरिएका उत्पादनहरू तालिका 1 को माथिल्लो भागमा सूचीबद्ध छन्। तालिका 1 को तल्लो भागले केही ज्ञात ईथरिफिकेशन समूहहरूलाई सूचीबद्ध गर्दछ, जुन अझै महत्त्वपूर्ण व्यावसायिक उत्पादनहरू बन्न सकेका छैनन्।

मिश्रित ईथर विकल्पहरूको संक्षिप्त नाम वर्णमाला क्रम वा सम्बन्धित DS (MS) को स्तर अनुसार नामकरण गर्न सकिन्छ, उदाहरणका लागि, 2-hydroxyethyl methylcellulose को लागि, संक्षिप्त नाम HEMC हो, र यसलाई MHEC को रूपमा पनि लेख्न सकिन्छ। मिथाइल प्रतिस्थापक हाइलाइट गर्नुहोस्।

सेल्युलोजमा हाइड्रोक्सिल समूहहरू ईथरिफिकेशन एजेन्टहरूद्वारा सजिलैसँग पहुँचयोग्य हुँदैनन्, र इथरिफिकेशन प्रक्रिया सामान्यतया क्षारीय अवस्थाहरूमा गरिन्छ, सामान्यतया NaOH जलीय समाधानको निश्चित एकाग्रता प्रयोग गरेर। सेल्युलोज पहिले NaOH जलीय घोलको साथ सुन्निएको क्षार सेल्युलोजमा बनाइन्छ, र त्यसपछि इथरिफिकेशन एजेन्टको साथ ईथरिफिकेशन प्रतिक्रियाबाट गुज्रिन्छ। मिश्रित ईथरको उत्पादन र तयारीको क्रममा, विभिन्न प्रकारका ईथरिफिकेशन एजेन्टहरू एकै समयमा प्रयोग गरिनु पर्छ, वा ईथरिफिकेशन चरणबद्ध रूपमा खुवाउने (आवश्यक भएमा) द्वारा चरणबद्ध गरिनुपर्छ। सेल्युलोजको ईथरिफिकेशनमा चार प्रतिक्रिया प्रकारहरू छन्, जसलाई प्रतिक्रिया सूत्र (सेलुलोजिक सेल-ओएच द्वारा प्रतिस्थापन गरिएको छ) द्वारा संक्षेपमा निम्नानुसार छन्:

समीकरण (1) विलियमसन ईथरिफिकेशन प्रतिक्रिया वर्णन गर्दछ। RX एक अकार्बनिक एसिड एस्टर हो, र X हलोजन Br, Cl वा सल्फ्यूरिक एसिड एस्टर हो। क्लोराइड R-Cl सामान्यतया उद्योगमा प्रयोग गरिन्छ, उदाहरणका लागि, मिथाइल क्लोराइड, इथाइल क्लोराइड वा क्लोरोएसिटिक एसिड। त्यस्ता प्रतिक्रियाहरूमा आधारको स्टोइचियोमेट्रिक मात्रा खपत हुन्छ। औद्योगिक सेल्युलोज ईथर उत्पादनहरू मिथाइल सेलुलोज, इथाइल सेलुलोज र कार्बोक्सिमेथिल सेलुलोज विलियमसन इथरिफिकेशन प्रतिक्रियाका उत्पादनहरू हुन्।

प्रतिक्रिया सूत्र (२) आधार उपभोग नगरी सेल्युलोज अणुहरूमा आधार-उत्प्रेरित इपोक्साइडहरू (जस्तै R=H, CH3, वा C2H5) र हाइड्रोक्सिल समूहहरूको थप प्रतिक्रिया हो। यो प्रतिक्रिया जारी रहने सम्भावना छ किनकि प्रतिक्रियाको क्रममा नयाँ हाइड्रोक्सिल समूहहरू उत्पन्न हुन्छन्, जसले oligoalkylethylene अक्साइड साइड चेनहरू बनाउँछ: 1-aziridine (aziridine) सँग समान प्रतिक्रियाले एमिनोइथाइल ईथर बनाउँछ: Cell-O-CH2-CH2-NH2 । हाइड्रोक्साइथाइल सेलुलोज, हाइड्रोक्साइप्रोपाइल सेलुलोज र हाइड्रोक्साइबुटाइल सेलुलोज जस्ता उत्पादनहरू सबै आधार-उत्प्रेरित इपोक्सिडेशनका उत्पादनहरू हुन्।

प्रतिक्रिया सूत्र (3) सेल-OH र क्षारीय माध्यममा सक्रिय दोहोरो बन्डहरू समावेश गर्ने जैविक यौगिकहरू बीचको प्रतिक्रिया हो, Y एक इलेक्ट्रोन-निकासी समूह हो, जस्तै CN, CONH2, वा SO3-Na+। आज यस प्रकारको प्रतिक्रिया विरलै औद्योगिक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।

प्रतिक्रिया सूत्र (4), diazoalkane संग etherification अझै औद्योगिक गरिएको छैन।

1. सेल्युलोज ईथर को प्रकार

सेल्युलोज ईथर मोनोथर वा मिश्रित ईथर हुन सक्छ, र यसको गुणहरू फरक छन्। सेल्युलोज म्याक्रोमोलेक्युलमा कम प्रतिस्थापित हाइड्रोफिलिक समूहहरू छन्, जस्तै हाइड्रोक्साइथाइल समूहहरू, जसले उत्पादनलाई निश्चित मात्रामा पानीमा घुलनशीलता प्रदान गर्न सक्छ, जबकि हाइड्रोफोबिक समूहहरू, जस्तै मिथाइल, इथाइल, इत्यादि, केवल मध्यम प्रतिस्थापन उच्च डिग्री हुन सक्छ। उत्पादनलाई निश्चित पानी घुलनशीलता दिनुहोस्, र कम प्रतिस्थापित उत्पादन मात्र पानीमा फुल्छ वा हुन सक्छ। पतला क्षारीय घोलमा विघटन गरिन्छ। सेल्युलोज ईथरको गुणहरूमा गहिरो अनुसन्धानको साथ, नयाँ सेलुलोज इथरहरू र तिनीहरूको अनुप्रयोग क्षेत्रहरू निरन्तर विकास र उत्पादन हुनेछन्, र सबैभन्दा ठूलो ड्राइभिङ फोर्स फराकिलो र निरन्तर परिष्कृत अनुप्रयोग बजार हो।

घुलनशीलता गुणहरूमा मिश्रित ईथरहरूमा समूहहरूको प्रभावको सामान्य नियम हो:

१) ईथरको हाइड्रोफोबिसिटी बढाउन र जेल पोइन्ट कम गर्न उत्पादनमा हाइड्रोफोबिक समूहहरूको सामग्री बढाउनुहोस्;

2) यसको जेल बिन्दु बढाउन हाइड्रोफिलिक समूहहरू (जस्तै हाइड्रोक्साइथाइल समूहहरू) को सामग्री बढाउनुहोस्;

3) hydroxypropyl समूह विशेष छ, र उचित hydroxypropylation उत्पादन को जेल तापमान कम गर्न सक्छ, र मध्यम hydroxypropylated उत्पादन को जेल तापमान फेरि बढ्नेछ, तर प्रतिस्थापन को एक उच्च स्तर यसको जेल बिन्दु कम हुनेछ; कारण हाइड्रोक्साइप्रोपाइल समूहको विशेष कार्बन चेन लम्बाइ संरचना, निम्न-स्तरको हाइड्रोक्साइप्रोपाइलेशन, सेल्युलोज म्याक्रोमोलेक्युलमा र अणुहरू बीचको कमजोर हाइड्रोजन बन्डहरू र शाखा चेनहरूमा हाइड्रोफिलिक हाइड्रोक्सिल समूहहरू छन्। पानी हावी छ। अर्कोतर्फ, यदि प्रतिस्थापन उच्च छ भने, साइड समूहमा पोलिमराइजेशन हुनेछ, हाइड्रोक्सिल समूहको सापेक्ष सामग्री घट्नेछ, हाइड्रोफोबिसिटी बढ्नेछ, र यसको सट्टामा घुलनशीलता कम हुनेछ।

को उत्पादन र अनुसन्धानसेल्युलोज ईथरलामो इतिहास छ। 1905 मा, सुइडाले पहिलो पटक सेलुलोजको इथरिफिकेशन रिपोर्ट गर्यो, जुन डाइमिथाइल सल्फेटको साथ मिथाइलेटेड थियो। Nonionic alkyl ethers क्रमशः पानी-घुलनशील वा तेल-घुलनशील सेल्युलोज ईथर को लागि Lilienfeld (1912), Dreyfus (1914) र Leuchs (1920) द्वारा पेटेंट गरिएको थियो। बुचलर र गोम्बर्गले सन् १९२१ मा बेन्जिल सेलुलोज उत्पादन गरेका थिए, कार्बोक्साइथाइल सेलुलोज पहिलो पटक १९१८ मा जानसेनले उत्पादन गरेका थिए र ह्युबर्टले १९२० मा हाइड्रोक्साइथाइल सेलुलोज उत्पादन गरेका थिए। १९२० को प्रारम्भमा जर्मनीमा कार्बोक्साइथाइल सेल्युलोजको व्यापारीकरण गरिएको थियो। 1937 देखि 1938 सम्म, MC र HEC को औद्योगिक उत्पादन संयुक्त राज्य मा भएको थियो। स्वीडेनले पानीमा घुलनशील EHEC को उत्पादन सन् १९४५ मा सुरु गर्यो। सन् १९४५ पछि सेलुलोज ईथरको उत्पादन पश्चिमी यूरोप, संयुक्त राज्य अमेरिका र जापानमा तीव्र गतिमा विस्तार भयो। 1957 को अन्त्यमा, चीन सीएमसी पहिलो पटक शंघाई सेल्युलोइड कारखानामा उत्पादनमा राखिएको थियो। 2004 सम्म, मेरो देशको उत्पादन क्षमता 30,000 टन आयनिक ईथर र 10,000 टन गैर-आयनिक ईथर हुनेछ। 2007 सम्म, यो 100,000 टन आयनिक ईथर र 40,000 टन Nonionic ईथर पुग्नेछ। स्वदेश र विदेशमा संयुक्त प्रविधि कम्पनीहरू पनि लगातार उभरिरहेका छन्, र चीनको सेल्युलोज ईथर उत्पादन क्षमता र प्राविधिक स्तर निरन्तर सुधार भइरहेको छ।

हालैका वर्षहरूमा, विभिन्न DS मानहरू, चिपचिपापन, शुद्धता र rheological गुणहरू भएका धेरै सेल्युलोज मोनोथेरहरू र मिश्रित ईथरहरू निरन्तर विकसित भएका छन्। हाल, सेल्युलोज ईथरको क्षेत्रमा विकासको फोकस उन्नत उत्पादन प्रविधि, नयाँ तयारी प्रविधि, नयाँ उपकरणहरू, नयाँ उत्पादनहरू, उच्च गुणस्तरका उत्पादनहरू, र व्यवस्थित उत्पादनहरू प्राविधिक रूपमा अनुसन्धान गरिनु पर्छ।