1.Struktur jeung préparasi prinsip éter selulosa
Gambar 1 nembongkeun struktur has éter selulosa. Unggal unit bD-anhydroglucose (unit selulosa ulangan) ngagentos hiji gugus dina posisi C (2), C (3) sareng C (6), nyaéta, tiasa aya dugi ka tilu gugus éter. Alatan beungkeut hidrogén intra-ranté jeung antar-ranté tinamakromolekul selulosa, hese leyur dina cai jeung ampir kabéh pangleyur organik. Introduksi gugus éter ngaliwatan éterifikasi ngancurkeun beungkeut hidrogén intramolekul jeung antarmolekul, ngaronjatkeun hidrofilik na, sarta greatly ngaronjatkeun kaleyuran dina média cai.
Substituén éterifikasi ilaharna nyaéta gugus alkoksi beurat molekular rendah (1 nepi ka 4 atom karbon) atawa gugus hidroksialkil, nu saterusna bisa digantikeun ku gugus fungsi séjén saperti karboksil, hidroksil atawa gugus amino. Substituén bisa jadi tina hiji, dua atawa leuwih rupa béda. Sapanjang ranté makromolekul selulosa, gugus hidroksil dina posisi C(2), C(3) jeung C(6) unggal unit glukosa diganti dina proporsi anu béda. Tegesna, éter selulosa umumna teu mibanda struktur kimiawi nu tangtu, iwal ti produk-produk nu sagemblengna diganti ku hiji tipe gugus (tilu gugus hidroksil disubstitusi). Produk ieu ngan ukur tiasa dianggo pikeun analisa laboratorium sareng panalungtikan, sareng teu gaduh nilai komérsial.
(a) Struktur umum dua unit anhidroglukosa tina ranté molekul éter selulosa, R1~R6=H, atawa substituén organik;
(b) Sempalan ranté molekul karboksimétilhidroksiétil selulosa, darajat substitusi karboksimétil nyaéta 0,5, darajat substitusi hidroksiétil nyaéta 2,0, sarta darajat substitusi molar nyaéta 3,0. Struktur ieu ngagambarkeun tingkat substitusi rata-rata grup étherified, tapi substituén sabenerna acak.
Pikeun unggal substituén, jumlah total éterifikasi dinyatakeun ku darajat nilai DS substitusi. Kisaran DS nyaéta 0 ~ 3, anu sami sareng jumlah rata-rata gugus hidroksil anu diganti ku gugus éterifikasi dina unggal unit anhidroglukosa.
Pikeun éter selulosa hidroksialkil, réaksi substitusi bakal ngamimitian éterifikasi tina gugus hidroksil bébas anyar, sarta darajat substitusi bisa diukur ku nilai MS, nyaéta, darajat substitusi molar. Ieu ngagambarkeun jumlah rata-rata mol agén éterifying réaktan ditambahkeun kana unggal unit anhidroglukosa. Réaktan has nyaéta étiléna oksida sareng produkna gaduh substituén hidroksiétil. Dina Gambar 1, nilai MS produk nyaéta 3.0.
Sacara téoritis, teu aya wates luhur pikeun nilai MS. Upami nilai DS tina darajat substitusi dina unggal gugus cincin glukosa dipikanyaho, panjang ranté rata-rata ranté samping éterSababaraha pabrik ogé sering ngagunakeun fraksi massa (wt%) tina gugus éterifikasi anu béda (sapertos -OCH3 atanapi -OC2H4OH) pikeun ngagambarkeun tingkat substitusi jeung gelar tinimbang nilai DS jeung MS. Fraksi massa unggal grup jeung nilai DS atawa MS na bisa dirobah ku itungan basajan.
Kalolobaan éter selulosa mangrupakeun polimér larut cai, sarta sababaraha ogé sawaréh leyur dina pangleyur organik. Selulosa éter boga ciri efisiensi tinggi, harga low, processing gampang, karacunan lemah sareng rupa-rupa, sarta paménta jeung widang aplikasi anu masih ngembangna. Salaku agén bantu, selulosa éter boga poténsi aplikasi hébat dina sagala rupa widang industri. bisa diala ku MS / DS.
Éter selulosa digolongkeun dumasar kana struktur kimia substituénna kana éter anionik, kationik jeung nonionik. Éter nonionic bisa dibagi kana produk larut cai jeung minyak-leyur.
Produk nu geus industrialisasi dibéréndélkeun di bagean luhur Table 1. Bagian handap Table 1 daptar sababaraha grup éterifikasi dipikawanoh, nu teu acan jadi produk komérsial penting.
Urutan singketan tina substituén éter campuran tiasa dingaranan dumasar kana urutan abjad atanapi tingkat DS (MS) masing-masing, contona, pikeun 2-hydroxyethyl methylcellulose, singketan nyaéta HEMC, sareng tiasa ogé diserat salaku MHEC nyorot substituén métil.
Gugus hidroksil dina selulosa henteu gampang diaksés ku agén éterifikasi, sareng prosés éterifikasi biasana dilaksanakeun dina kaayaan basa, umumna nganggo konsentrasi larutan cai NaOH. Selulosa mimiti kabentuk jadi selulosa alkali ngabareuhan jeung larutan cai NaOH, lajeng ngalaman réaksi éterifikasi jeung agén éterifikasi. Salila produksi sareng persiapan éter campuran, sababaraha jinis agén éterifikasi kedah dianggo dina waktos anu sami, atanapi éterifikasi kedah dilaksanakeun léngkah-léngkah ku nyoco intermittent (upami diperyogikeun). Aya opat jinis réaksi dina éterifikasi selulosa, anu diringkeskeun ku rumus réaksi (selulosa diganti ku Sél-OH) sapertos kieu:
Persamaan (1) ngajelaskeun réaksi éterifikasi Williamson. RX mangrupa éster asam anorganik, sarta X mangrupa halogén Br, Cl atawa éster asam sulfat. Klorida R-Cl umumna dianggo dina industri, contona, métil klorida, étil klorida atanapi asam kloroasetat. Jumlah basa stoikiometri dikonsumsi dina réaksi sapertos kitu. Produk éter selulosa industri métil selulosa, étil selulosa sareng karboksimétil selulosa nyaéta produk réaksi éterifikasi Williamson.
Rumus réaksi (2) nyaéta réaksi ambahan époksida anu dikatalisis basa (saperti R=H, CH3, atawa C2H5) jeung gugus hidroksil dina molekul selulosa tanpa ngagunakeun basa. Réaksi ieu sigana bakal diteruskeun nalika gugus hidroksil anyar kabentuk nalika réaksina, ngarah kana kabentukna ranté samping oligoalkylethylene oxide: Réaksi anu sami sareng 1-aziridine (aziridine) bakal ngabentuk aminoetil éter: Sél-O-CH2-CH2-NH2 . Produk sapertos hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose sareng hydroxybutyl cellulose mangrupikeun produk époksidasi anu dikatalisis basa.
Rumus réaksi (3) nyaéta réaksi antara Sél-OH jeung sanyawa organik nu ngandung beungkeut ganda aktif dina médium basa, Y mangrupa gugus éléktron-tarik, kayaning CN, CONH2, atawa SO3-Na+. Kiwari jenis réaksi ieu jarang dipaké dina industri.
Rumus réaksi (4), éterifikasi jeung diazoalkana teu acan industrialisasi.
- Jinis éter selulosa
Éter selulosa tiasa monoéter atanapi éter campuran, sareng sipatna béda. Aya gugus hidrofilik low-diganti dina makromolekul selulosa, kayaning gugus hydroxyethyl, nu bisa endow produk jeung tingkat nu tangtu kaleyuran cai, sedengkeun pikeun gugus hidrofobik, kayaning métil, étil, jsb, ngan substitusi sedeng gelar High bisa. méré produk kaleyuran cai tangtu, sarta produk low-diganti ngan swells dina cai atawa bisa leyur dina leyuran alkali éncér. Kalayan panilitian anu jero ngeunaan sipat éter selulosa, éter selulosa énggal sareng widang aplikasina bakal terus-terusan dikembangkeun sareng diproduksi, sareng kakuatan panggerak pangbadagna nyaéta pasar aplikasi anu lega sareng terus-terusan disampurnakeun.
Hukum umum pangaruh gugus dina éter campuran dina sipat kalarutan nyaéta:
1) Ningkatkeun eusi gugus hidrofobik dina produk pikeun ningkatkeun hidrofobik éter sareng nurunkeun titik gél;
2) Ningkatkeun eusi gugus hidrofilik (sapertos gugus hidroksiétil) pikeun ningkatkeun titik gél na;
3) Grup hydroxypropyl husus, sarta hydroxypropylation ditangtoskeun bisa nurunkeun suhu gél produk, sarta suhu gél tina produk hydroxypropylated sedeng bakal naek deui, tapi tingkat luhur substitusi bakal ngurangan titik gél na; Alesanana nyaéta alatan struktur panjang ranté karbon husus tina gugus hidroksipropil, hidroksipropilasi tingkat-rendah, beungkeut hidrogén lemah di antara molekul-molekul dina makromolekul selulosa, sarta gugus hidroksil hidrofilik dina ranté cabang. Cai dominan. Di sisi anu sanés, upami substitusina luhur, bakal aya polimérisasi dina gugus samping, eusi relatif gugus hidroksil bakal turun, hidrofobik bakal ningkat, sareng kaleyuran bakal ngirangan.
Produksi jeung panalungtikan ngeunaanselulosa éterngabogaan sajarah panjang. Taun 1905, Suida mimiti ngalaporkeun éterifikasi selulosa, anu dimétilisasi ku dimétil sulfat. Éter alkil nonionik dipaténkeun ku Lilienfeld (1912), Dreyfus (1914) jeung Leuchs (1920) masing-masing pikeun éter selulosa larut cai atawa larut minyak. Buchler sareng Gomberg ngahasilkeun selulosa bénzil dina taun 1921, selulosa karboksimétil munggaran diproduksi ku Jansen taun 1918, sareng Hubert ngahasilkeun selulosa hidroksiétil taun 1920. Dina awal taun 1920-an, karboksimétilselulosa dikomersilkeun di Jerman. Ti 1937 dugi ka 1938, produksi industri MC sareng HEC diwujudkeun di Amérika Serikat. Swédia ngamimitian produksi EHEC larut cai dina 1945. Saatos 1945, produksi éter selulosa ngembang pesat di Éropa Kulon, Amérika Serikat sareng Jepang. Dina ahir 1957, Cina CMC munggaran nempatkeun kana produksi di Shanghai Celluloid Factory. Dina taun 2004, kapasitas produksi nagara urang bakal jadi 30.000 ton éter ionik jeung 10.000 ton éter non-ionik. Taun 2007, éta bakal ngahontal 100.000 ton éter ionik sareng 40.000 ton éter Nonionic. Perusahaan téknologi gabungan di bumi sareng di luar negeri ogé terus-terusan muncul, sareng kapasitas produksi éter selulosa Cina sareng tingkat téknis terus ningkat.
Dina taun-taun ayeuna, seueur monoethers selulosa sareng éter campuran kalayan nilai DS anu béda-béda, viskositas, kamurnian sareng sipat rheologis terus dikembangkeun. Ayeuna, fokus pangwangunan dina widang éter selulosa nyaéta pikeun ngadopsi téknologi produksi canggih, téknologi persiapan anyar, alat anyar, produk anyar, produk kualitas luhur, sareng produk sistematis kedah ditaliti sacara teknis.
waktos pos: Apr-28-2024