செல்லுலோஸ் ஈதர்களின் கட்டமைப்புகள் மற்றும் வகைகள் என்ன?

1. செல்லுலோஸ் ஈதரின் அமைப்பு மற்றும் தயாரிப்பு கொள்கை

படம் 1 செல்லுலோஸ் ஈதர்களின் வழக்கமான அமைப்பைக் காட்டுகிறது. ஒவ்வொரு bD-அன்ஹைட்ரோகுளுக்கோஸ் அலகு (செல்லுலோஸின் மீண்டும் மீண்டும் வரும் அலகு) C (2), C (3) மற்றும் C (6) நிலைகளில் ஒரு குழுவை மாற்றுகிறது, அதாவது, மூன்று ஈதர் குழுக்கள் வரை இருக்கலாம். உள்-சங்கிலி மற்றும் இடை-சங்கிலி ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் காரணமாகசெல்லுலோஸ் பெருமூலக்கூறுகள், இது தண்ணீரிலும் கிட்டத்தட்ட அனைத்து கரிம கரைப்பான்களிலும் கரைவது கடினம். ஈதரைசேஷன் மூலம் ஈதர் குழுக்களை அறிமுகப்படுத்துவது உள்மூலக்கூறு மற்றும் இடைமூலக்கூறு ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளை அழிக்கிறது, அதன் ஹைட்ரோஃபிலிசிட்டியை மேம்படுத்துகிறது மற்றும் நீர் ஊடகங்களில் அதன் கரைதிறனை பெரிதும் மேம்படுத்துகிறது.

வழக்கமான ஈதரைஸ் செய்யப்பட்ட மாற்றீடுகள் குறைந்த மூலக்கூறு எடை ஆல்காக்ஸி குழுக்கள் (1 முதல் 4 கார்பன் அணுக்கள்) அல்லது ஹைட்ராக்ஸிஅல்கைல் குழுக்கள் ஆகும், அவை பின்னர் கார்பாக்சைல், ஹைட்ராக்சைல் அல்லது அமினோ குழுக்கள் போன்ற பிற செயல்பாட்டுக் குழுக்களால் மாற்றப்படலாம். மாற்றீடுகள் ஒன்று, இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட வெவ்வேறு வகைகளாக இருக்கலாம். செல்லுலோஸ் மேக்ரோமாலிகுலர் சங்கிலியுடன், ஒவ்வொரு குளுக்கோஸ் அலகின் C(2), C(3) மற்றும் C(6) நிலைகளில் உள்ள ஹைட்ராக்சைல் குழுக்கள் வெவ்வேறு விகிதாச்சாரங்களில் மாற்றப்படுகின்றன. கண்டிப்பாகச் சொன்னால், செல்லுலோஸ் ஈதர் பொதுவாக ஒரு திட்டவட்டமான வேதியியல் அமைப்பைக் கொண்டிருக்கவில்லை, ஒரு வகை குழுவால் முழுமையாக மாற்றப்படும் தயாரிப்புகளைத் தவிர (மூன்று ஹைட்ராக்சைல் குழுக்களும் மாற்றப்படுகின்றன). இந்த தயாரிப்புகளை ஆய்வக பகுப்பாய்வு மற்றும் ஆராய்ச்சிக்கு மட்டுமே பயன்படுத்த முடியும், மேலும் வணிக மதிப்பு இல்லை.

(அ) ​​செல்லுலோஸ் ஈதர் மூலக்கூறு சங்கிலியின் இரண்டு அன்ஹைட்ரோகுளுக்கோஸ் அலகுகளின் பொதுவான அமைப்பு, R1~R6=H, அல்லது ஒரு கரிம மாற்றீடு;

(ஆ) கார்பாக்சிமெத்தில்லின் மூலக்கூறு சங்கிலித் துண்டுஹைட்ராக்சிஎத்தில் செல்லுலோஸ், கார்பாக்சிமெத்தில்லின் மாற்றீட்டின் அளவு 0.5, ஹைட்ராக்சிஎத்தில்லின் மாற்றீட்டின் அளவு 2.0, மற்றும் மோலாரின் மாற்றீட்டின் அளவு 3.0. இந்த அமைப்பு ஈதரைஸ் செய்யப்பட்ட குழுக்களின் சராசரி மாற்று அளவைக் குறிக்கிறது, ஆனால் மாற்றீடுகள் உண்மையில் சீரற்றவை.

ஒவ்வொரு மாற்றீட்டிற்கும், மொத்த ஈதரைசேஷனின் அளவு, மாற்று DS மதிப்பின் அளவால் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது. DS இன் வரம்பு 0~3 ஆகும், இது ஒவ்வொரு அன்ஹைட்ரோகுளுக்கோஸ் அலகிலும் ஈதரைசேஷனால் மாற்றப்படும் ஹைட்ராக்சைல் குழுக்களின் சராசரி எண்ணிக்கைக்கு சமம்.

ஹைட்ராக்ஸிஅல்கைல் செல்லுலோஸ் ஈதர்களுக்கு, மாற்று வினை புதிய இலவச ஹைட்ராக்சைல் குழுக்களிலிருந்து ஈதரிசேஷனைத் தொடங்கும், மேலும் மாற்று அளவை MS மதிப்பால், அதாவது மோலார் அளவிலான மாற்றீட்டால் அளவிட முடியும். இது ஒவ்வொரு அன்ஹைட்ரோகுளுக்கோஸ் அலகுக்கும் சேர்க்கப்படும் ஈதரிஃபைங் ஏஜென்ட் வினைபொருளின் சராசரி மோல்களின் எண்ணிக்கையைக் குறிக்கிறது. ஒரு பொதுவான வினைப்பொருள் எத்திலீன் ஆக்சைடு மற்றும் தயாரிப்பு ஒரு ஹைட்ராக்சிதைல் மாற்றீட்டைக் கொண்டுள்ளது. படம் 1 இல், உற்பத்தியின் MS மதிப்பு 3.0 ஆகும்.

கோட்பாட்டளவில், MS மதிப்புக்கு எந்த உச்ச வரம்பும் இல்லை. ஒவ்வொரு குளுக்கோஸ் வளையக் குழுவிலும் உள்ள மாற்றீட்டு அளவின் DS மதிப்பு தெரிந்தால், ஈதர் பக்கச் சங்கிலியின் சராசரி சங்கிலி நீளம். சில உற்பத்தியாளர்கள் DS மற்றும் MS மதிப்புகளுக்குப் பதிலாக மாற்று நிலை மற்றும் பட்டத்தைக் குறிக்க வெவ்வேறு ஈதரிஃபிகேஷன் குழுக்களின் (-OCH3 அல்லது -OC2H4OH போன்றவை) நிறை பின்னத்தை (wt%) அடிக்கடி பயன்படுத்துகின்றனர். ஒவ்வொரு குழுவின் நிறை பின்னத்தையும் அதன் DS அல்லது MS மதிப்பையும் எளிய கணக்கீடு மூலம் மாற்றலாம்.

பெரும்பாலான செல்லுலோஸ் ஈதர்கள் நீரில் கரையக்கூடிய பாலிமர்கள், மேலும் சில கரிம கரைப்பான்களிலும் ஓரளவு கரையக்கூடியவை. செல்லுலோஸ் ஈதர் அதிக செயல்திறன், குறைந்த விலை, எளிதான செயலாக்கம், குறைந்த நச்சுத்தன்மை மற்றும் பரந்த வகை போன்ற பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் தேவை மற்றும் பயன்பாட்டு புலங்கள் இன்னும் விரிவடைந்து வருகின்றன. துணை முகவராக, செல்லுலோஸ் ஈதர் தொழில்துறையின் பல்வேறு துறைகளில் சிறந்த பயன்பாட்டு திறனைக் கொண்டுள்ளது. MS/DS மூலம் பெறலாம்.

மாற்றுப் பொருட்களின் வேதியியல் கட்டமைப்பின் படி செல்லுலோஸ் ஈதர்கள் அயனி, கேஷனிக் மற்றும் அயனி அல்லாத ஈதர்களாக வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. அயனி அல்லாத ஈதர்களை நீரில் கரையக்கூடிய மற்றும் எண்ணெயில் கரையக்கூடிய தயாரிப்புகளாகப் பிரிக்கலாம்.

தொழில்மயமாக்கப்பட்ட தயாரிப்புகள் அட்டவணை 1 இன் மேல் பகுதியில் பட்டியலிடப்பட்டுள்ளன. அட்டவணை 1 இன் கீழ் பகுதி சில அறியப்பட்ட ஈதரைசேஷன் குழுக்களை பட்டியலிடுகிறது, அவை இன்னும் முக்கியமான வணிக தயாரிப்புகளாக மாறவில்லை.

கலப்பு ஈதர் மாற்றுகளின் சுருக்க வரிசையை அகர வரிசைப்படி அல்லது அந்தந்த DS (MS) அளவைப் பொறுத்து பெயரிடலாம், எடுத்துக்காட்டாக, 2-ஹைட்ராக்சிஎதில் மெத்தில்செல்லுலோஸுக்கு, சுருக்கம் HEMC ஆகும், மேலும் மெத்தில் மாற்றீட்டை முன்னிலைப்படுத்த MHEC என்றும் எழுதலாம்.

செல்லுலோஸில் உள்ள ஹைட்ராக்சைல் குழுக்களை ஈதரைசேஷன் முகவர்களால் எளிதில் அணுக முடியாது, மேலும் ஈதரைசேஷன் செயல்முறை பொதுவாக கார நிலைமைகளின் கீழ் மேற்கொள்ளப்படுகிறது, பொதுவாக ஒரு குறிப்பிட்ட செறிவு NaOH நீர் கரைசலைப் பயன்படுத்துகிறது. செல்லுலோஸ் முதலில் NaOH நீர் கரைசலுடன் வீங்கிய கார செல்லுலோஸாக உருவாகிறது, பின்னர் ஈதரைசேஷன் முகவருடன் ஈதரைசேஷன் எதிர்வினைக்கு உட்படுகிறது. கலப்பு ஈதர்களின் உற்பத்தி மற்றும் தயாரிப்பின் போது, ​​ஒரே நேரத்தில் பல்வேறு வகையான ஈதரைசேஷன் முகவர்கள் பயன்படுத்தப்பட வேண்டும், அல்லது இடைப்பட்ட உணவளிப்பதன் மூலம் (தேவைப்பட்டால்) படிப்படியாக ஈதரைசேஷன் மேற்கொள்ளப்பட வேண்டும். செல்லுலோஸின் ஈதரைசேஷன் நான்கு எதிர்வினை வகைகள் உள்ளன, அவை பின்வருமாறு எதிர்வினை சூத்திரத்தால் சுருக்கப்பட்டுள்ளன (செல்லுலோசிக் செல்-OH ஆல் மாற்றப்படுகிறது):

சமன்பாடு (1) வில்லியம்சன் ஈதரிஃபிகேஷன் வினையை விவரிக்கிறது. RX என்பது ஒரு கனிம அமில எஸ்டர், மற்றும் X என்பது ஹாலஜன் Br, Cl அல்லது சல்பூரிக் அமில எஸ்டர். குளோரைடு R-Cl பொதுவாக தொழில்துறையில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, எடுத்துக்காட்டாக, மெத்தில் குளோரைடு, எத்தில் குளோரைடு அல்லது குளோரோஅசிடிக் அமிலம். அத்தகைய வினைகளில் ஒரு ஸ்டோச்சியோமெட்ரிக் அளவு காரத்தை நுகரப்படுகிறது. தொழில்மயமாக்கப்பட்ட செல்லுலோஸ் ஈதர் தயாரிப்புகளான மெத்தில் செல்லுலோஸ், எத்தில் செல்லுலோஸ் மற்றும் கார்பாக்சிமெத்தில் செல்லுலோஸ் ஆகியவை வில்லியம்சன் ஈதரிஃபிகேஷன் வினையின் தயாரிப்புகளாகும்.

வினை சூத்திரம் (2) என்பது கார-வினையூக்கப்பட்ட எபாக்சைடுகள் (R=H, CH3, அல்லது C2H5 போன்றவை) மற்றும் ஹைட்ராக்சைல் குழுக்களை செல்லுலோஸ் மூலக்கூறுகளில் காரத்தை உட்கொள்ளாமல் சேர்ப்பதாகும். வினையின் போது புதிய ஹைட்ராக்சைல் குழுக்கள் உருவாக்கப்படுவதால் இந்த வினை தொடர வாய்ப்புள்ளது, இது ஒலிகோஅல்கைலெத்திலீன் ஆக்சைடு பக்கச் சங்கிலிகளை உருவாக்க வழிவகுக்கிறது: 1-அசிரிடின் (அசிரிடின்) உடனான ஒத்த வினை அமினோஎத்தில் ஈதரை உருவாக்கும்: செல்-O-CH2-CH2-NH2. ஹைட்ராக்சிஎத்தில் செல்லுலோஸ், ஹைட்ராக்ஸிப்ரோபில் செல்லுலோஸ் மற்றும் ஹைட்ராக்ஸிபியூட்டில் செல்லுலோஸ் போன்ற தயாரிப்புகள் அனைத்தும் கார-வினையூக்கப்பட்ட எபாக்ஸிடேஷனின் தயாரிப்புகளாகும்.

வினை சூத்திரம் (3) என்பது செல்-OH மற்றும் கார ஊடகத்தில் செயலில் இரட்டைப் பிணைப்புகளைக் கொண்ட கரிம சேர்மங்களுக்கு இடையிலான வினையாகும். Y என்பது CN, CONH2 அல்லது SO3-Na+ போன்ற எலக்ட்ரான்-உட்கொள்ளும் குழுவாகும். இன்று இந்த வகை வினை தொழில்துறையில் அரிதாகவே பயன்படுத்தப்படுகிறது.

வினை சூத்திரம் (4), டயசோல்கேனுடன் ஈதரைசேஷன் இன்னும் தொழில்மயமாக்கப்படவில்லை.

1. செல்லுலோஸ் ஈதர்களின் வகைகள்

செல்லுலோஸ் ஈதர் மோனோஈதர் அல்லது கலப்பு ஈதராக இருக்கலாம், மேலும் அதன் பண்புகள் வேறுபட்டவை. செல்லுலோஸ் மேக்ரோமாலிகுலில் ஹைட்ராக்ஸிஎத்தில் குழுக்கள் போன்ற குறைந்த-மாற்று ஹைட்ரோஃபிலிக் குழுக்கள் உள்ளன, அவை தயாரிப்புக்கு ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு நீரில் கரைதிறனை அளிக்க முடியும், அதே நேரத்தில் மீதில், எத்தில் போன்ற ஹைட்ரோபோபிக் குழுக்களுக்கு, மிதமான மாற்று உயர் பட்டம் மட்டுமே தயாரிப்புக்கு ஒரு குறிப்பிட்ட நீர் கரைதிறனை அளிக்க முடியும், மேலும் குறைந்த-மாற்று தயாரிப்பு தண்ணீரில் மட்டுமே வீங்கும் அல்லது நீர்த்த காரக் கரைசலில் கரைக்க முடியும். செல்லுலோஸ் ஈதர்களின் பண்புகள் பற்றிய ஆழமான ஆராய்ச்சியுடன், புதிய செல்லுலோஸ் ஈதர்கள் மற்றும் அவற்றின் பயன்பாட்டு புலங்கள் தொடர்ந்து உருவாக்கப்பட்டு உற்பத்தி செய்யப்படும், மேலும் மிகப்பெரிய உந்து சக்தி பரந்த மற்றும் தொடர்ந்து சுத்திகரிக்கப்பட்ட பயன்பாட்டு சந்தை ஆகும்.

கலப்பு ஈதர்களில் உள்ள குழுக்களின் கரைதிறன் பண்புகளின் செல்வாக்கின் பொதுவான விதி:

1) ஈதரின் ஹைட்ரோபோபசிட்டியை அதிகரிக்கவும் ஜெல் புள்ளியைக் குறைக்கவும் தயாரிப்பில் ஹைட்ரோபோபிக் குழுக்களின் உள்ளடக்கத்தை அதிகரிக்கவும்;

2) ஹைட்ரோஃபிலிக் குழுக்களின் உள்ளடக்கத்தை (ஹைட்ராக்சிதைல் குழுக்கள் போன்றவை) அதிகரித்து அதன் ஜெல் புள்ளியை அதிகரிக்கவும்;

3) ஹைட்ராக்ஸிப்ரோபில் குழு சிறப்பு வாய்ந்தது, மேலும் சரியான ஹைட்ராக்ஸிப்ரோபிலேஷன் உற்பத்தியின் ஜெல் வெப்பநிலையைக் குறைக்கலாம், மேலும் நடுத்தர ஹைட்ராக்ஸிப்ரோபிலேட்டட் தயாரிப்பின் ஜெல் வெப்பநிலை மீண்டும் உயரும், ஆனால் அதிக அளவிலான மாற்றீடு அதன் ஜெல் புள்ளியைக் குறைக்கும்; ஹைட்ராக்ஸிப்ரோபில் குழுவின் சிறப்பு கார்பன் சங்கிலி நீள அமைப்பு, குறைந்த அளவிலான ஹைட்ராக்ஸிப்ரோபிலேஷன், செல்லுலோஸ் மேக்ரோமாலிகுலில் உள்ள மூலக்கூறுகளுக்குள்ளும் அவற்றுக்கு இடையிலும் பலவீனமான ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் மற்றும் கிளைச் சங்கிலிகளில் உள்ள ஹைட்ரோஃபிலிக் ஹைட்ராக்சில் குழுக்கள் ஆகியவை இதற்குக் காரணம். நீர் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது. மறுபுறம், மாற்றீடு அதிகமாக இருந்தால், பக்கவாட்டு குழுவில் பாலிமரைசேஷன் இருக்கும், ஹைட்ராக்சில் குழுவின் ஒப்பீட்டு உள்ளடக்கம் குறையும், ஹைட்ரோபோபிசிட்டி அதிகரிக்கும், மேலும் கரைதிறன் அதற்கு பதிலாக குறைக்கப்படும்.

உற்பத்தி மற்றும் ஆராய்ச்சிசெல்லுலோஸ் ஈதர்நீண்ட வரலாற்றைக் கொண்டுள்ளது. 1905 ஆம் ஆண்டில், டைமெத்தில் சல்பேட்டுடன் மெத்திலேட் செய்யப்பட்ட செல்லுலோஸின் ஈதரிஃபிகேஷன் குறித்து சூடா முதன்முதலில் அறிக்கை அளித்தார். நீரில் கரையக்கூடிய அல்லது எண்ணெயில் கரையக்கூடிய செல்லுலோஸ் ஈதர்களுக்கு முறையே லிலியன்ஃபெல்ட் (1912), ட்ரேஃபஸ் (1914) மற்றும் லூச்ஸ் (1920) ஆகியோரால் அயனி அல்லாத அல்கைல் ஈதர்கள் காப்புரிமை பெற்றன. புக்லர் மற்றும் கோம்பெர்க் 1921 இல் பென்சைல் செல்லுலோஸை உற்பத்தி செய்தனர், கார்பாக்சிமெத்தில் செல்லுலோஸை முதன்முதலில் ஜான்சன் 1918 இல் தயாரித்தனர், மற்றும் ஹூபர்ட் 1920 இல் ஹைட்ராக்ஸிஎத்தில் செல்லுலோஸை உற்பத்தி செய்தனர். 1920 களின் முற்பகுதியில், ஜெர்மனியில் கார்பாக்சிமெத்தில்செல்லுலோஸ் வணிகமயமாக்கப்பட்டது. 1937 முதல் 1938 வரை, அமெரிக்காவில் MC மற்றும் HEC இன் தொழில்துறை உற்பத்தி உணரப்பட்டது. 1945 இல் ஸ்வீடன் நீரில் கரையக்கூடிய EHEC உற்பத்தியைத் தொடங்கியது. 1945 க்குப் பிறகு, மேற்கு ஐரோப்பா, அமெரிக்கா மற்றும் ஜப்பானில் செல்லுலோஸ் ஈதரின் உற்பத்தி வேகமாக விரிவடைந்தது. 1957 ஆம் ஆண்டின் இறுதியில், சீனா CMC முதன்முதலில் ஷாங்காய் செல்லுலாய்டு தொழிற்சாலையில் உற்பத்தியில் ஈடுபடுத்தப்பட்டது. 2004 ஆம் ஆண்டு வாக்கில், எனது நாட்டின் உற்பத்தி திறன் 30,000 டன் அயனி ஈதராகவும், 10,000 டன் அயனி அல்லாத ஈதராகவும் இருக்கும். 2007 ஆம் ஆண்டு வாக்கில், இது 100,000 டன் அயனி ஈதரையும் 40,000 டன் அயனி அல்லாத ஈதரையும் எட்டும். உள்நாட்டிலும் வெளிநாட்டிலும் கூட்டு தொழில்நுட்ப நிறுவனங்களும் தொடர்ந்து உருவாகி வருகின்றன, மேலும் சீனாவின் செல்லுலோஸ் ஈதர் உற்பத்தி திறன் மற்றும் தொழில்நுட்ப நிலை தொடர்ந்து மேம்பட்டு வருகிறது.

சமீபத்திய ஆண்டுகளில், பல்வேறு DS மதிப்புகள், பாகுத்தன்மை, தூய்மை மற்றும் வானியல் பண்புகள் கொண்ட பல செல்லுலோஸ் மோனோஈதர்கள் மற்றும் கலப்பு ஈதர்கள் தொடர்ந்து உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. தற்போது, ​​செல்லுலோஸ் ஈதர்களின் துறையில் வளர்ச்சியின் கவனம் மேம்பட்ட உற்பத்தி தொழில்நுட்பம், புதிய தயாரிப்பு தொழில்நுட்பம், புதிய உபகரணங்கள், புதிய தயாரிப்புகள், உயர்தர தயாரிப்புகள் மற்றும் முறையான தயாரிப்புகளை தொழில்நுட்ப ரீதியாக ஆராய வேண்டும்.