సెల్యులోజ్ ఈథర్‌ల నిర్మాణాలు మరియు రకాలు ఏమిటి?

1.సెల్యులోజ్ ఈథర్ యొక్క నిర్మాణం మరియు తయారీ సూత్రం

మూర్తి 1 సెల్యులోజ్ ఈథర్‌ల సాధారణ నిర్మాణాన్ని చూపుతుంది. ప్రతి bD-అన్హైడ్రోగ్లూకోజ్ యూనిట్ (సెల్యులోజ్ యొక్క పునరావృత యూనిట్) C (2), C (3) మరియు C (6) స్థానాల్లో ఒక సమూహాన్ని భర్తీ చేస్తుంది, అంటే మూడు ఈథర్ సమూహాలు ఉండవచ్చు. యొక్క ఇంట్రా-చైన్ మరియు ఇంటర్-చైన్ హైడ్రోజన్ బంధాల కారణంగాసెల్యులోజ్ స్థూల కణాలు, నీటిలో మరియు దాదాపు అన్ని సేంద్రీయ ద్రావకాలలో కరిగించడం కష్టం. ఈథరిఫికేషన్ ద్వారా ఈథర్ గ్రూపుల పరిచయం కణాంతర మరియు ఇంటర్‌మోలిక్యులర్ హైడ్రోజన్ బంధాలను నాశనం చేస్తుంది, దాని హైడ్రోఫిలిసిటీని మెరుగుపరుస్తుంది మరియు నీటి మాధ్యమంలో దాని ద్రావణీయతను బాగా మెరుగుపరుస్తుంది.

సాధారణ ఈథరిఫైడ్ ప్రత్యామ్నాయాలు తక్కువ పరమాణు బరువు ఆల్కాక్సీ సమూహాలు (1 నుండి 4 కార్బన్ అణువులు) లేదా హైడ్రాక్సీల్‌కైల్ సమూహాలు, వీటిని కార్బాక్సిల్, హైడ్రాక్సిల్ లేదా అమైనో సమూహాలు వంటి ఇతర క్రియాత్మక సమూహాల ద్వారా ప్రత్యామ్నాయం చేయవచ్చు. ప్రత్యామ్నాయాలు ఒకటి, రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ రకాలుగా ఉండవచ్చు. సెల్యులోజ్ స్థూల కణ గొలుసుతో పాటు, ప్రతి గ్లూకోజ్ యూనిట్ యొక్క C(2), C(3) మరియు C(6) స్థానాలపై హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు వేర్వేరు నిష్పత్తులలో భర్తీ చేయబడతాయి. ఖచ్చితంగా చెప్పాలంటే, సెల్యులోజ్ ఈథర్ సాధారణంగా ఖచ్చితమైన రసాయన నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉండదు, ఒక రకమైన సమూహం ద్వారా పూర్తిగా ప్రత్యామ్నాయం చేయబడిన ఉత్పత్తులకు మినహా (మూడు హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు ప్రత్యామ్నాయంగా ఉంటాయి). ఈ ఉత్పత్తులు ప్రయోగశాల విశ్లేషణ మరియు పరిశోధన కోసం మాత్రమే ఉపయోగించబడతాయి మరియు వాణిజ్య విలువను కలిగి ఉండవు.

(a) సెల్యులోజ్ ఈథర్ మాలిక్యులర్ చైన్, R1~R6=H, లేదా ఆర్గానిక్ ప్రత్యామ్నాయం యొక్క రెండు అన్‌హైడ్రోగ్లూకోజ్ యూనిట్ల సాధారణ నిర్మాణం;

(బి) కార్బాక్సిమీథైల్ యొక్క పరమాణు గొలుసు భాగంహైడ్రాక్సీథైల్ సెల్యులోజ్, కార్బాక్సిమీథైల్ యొక్క ప్రత్యామ్నాయం యొక్క డిగ్రీ 0.5, హైడ్రాక్సీథైల్ యొక్క ప్రత్యామ్నాయం యొక్క డిగ్రీ 2.0 మరియు మోలార్ యొక్క ప్రత్యామ్నాయం యొక్క డిగ్రీ 3.0. ఈ నిర్మాణం ఈథరైఫైడ్ సమూహాల యొక్క సగటు ప్రత్యామ్నాయ స్థాయిని సూచిస్తుంది, అయితే ప్రత్యామ్నాయాలు వాస్తవానికి యాదృచ్ఛికంగా ఉంటాయి.

ప్రతి ప్రత్యామ్నాయం కోసం, ఈథరిఫికేషన్ యొక్క మొత్తం మొత్తం ప్రత్యామ్నాయం DS విలువ యొక్క డిగ్రీ ద్వారా వ్యక్తీకరించబడుతుంది. DS పరిధి 0~3, ఇది ప్రతి అన్‌హైడ్రోగ్లూకోజ్ యూనిట్‌లో ఈథరిఫికేషన్ సమూహాలచే భర్తీ చేయబడిన హైడ్రాక్సిల్ సమూహాల సగటు సంఖ్యకు సమానం.

హైడ్రాక్సీల్కైల్ సెల్యులోజ్ ఈథర్‌ల కోసం, ప్రత్యామ్నాయ ప్రతిచర్య కొత్త ఉచిత హైడ్రాక్సిల్ సమూహాల నుండి ఈథరిఫికేషన్‌ను ప్రారంభిస్తుంది మరియు ప్రత్యామ్నాయం యొక్క డిగ్రీని MS విలువ ద్వారా లెక్కించవచ్చు, అంటే ప్రత్యామ్నాయం యొక్క మోలార్ డిగ్రీ. ఇది ప్రతి అన్‌హైడ్రోగ్లూకోజ్ యూనిట్‌కు జోడించబడిన ఈథరిఫైయింగ్ ఏజెంట్ రియాక్టెంట్ యొక్క మోల్‌ల సగటు సంఖ్యను సూచిస్తుంది. ఒక సాధారణ రియాక్టెంట్ ఇథిలీన్ ఆక్సైడ్ మరియు ఉత్పత్తిలో హైడ్రాక్సీథైల్ ప్రత్యామ్నాయం ఉంటుంది. మూర్తి 1లో, ఉత్పత్తి యొక్క MS విలువ 3.0.

సిద్ధాంతపరంగా, MS విలువకు గరిష్ట పరిమితి లేదు. ప్రతి గ్లూకోజ్ రింగ్ సమూహంలో ప్రత్యామ్నాయ స్థాయి యొక్క DS విలువ తెలిసినట్లయితే, ఈథర్ సైడ్ చైన్ యొక్క సగటు గొలుసు పొడవు కొంతమంది తయారీదారులు తరచుగా వివిధ ఈథరిఫికేషన్ సమూహాల (-OCH3 లేదా -OC2H4OH వంటివి) యొక్క ద్రవ్యరాశి భిన్నాన్ని (wt%) ఉపయోగిస్తారు. DS మరియు MS విలువలకు బదులుగా ప్రత్యామ్నాయ స్థాయి మరియు డిగ్రీని సూచించడానికి. ప్రతి సమూహం యొక్క ద్రవ్యరాశి భిన్నం మరియు దాని DS లేదా MS విలువను సాధారణ గణన ద్వారా మార్చవచ్చు.

చాలా సెల్యులోజ్ ఈథర్‌లు నీటిలో కరిగే పాలిమర్‌లు మరియు కొన్ని సేంద్రీయ ద్రావకాలలో కూడా పాక్షికంగా కరుగుతాయి. సెల్యులోజ్ ఈథర్ అధిక సామర్థ్యం, ​​తక్కువ ధర, సులభమైన ప్రాసెసింగ్, తక్కువ విషపూరితం మరియు అనేక రకాల లక్షణాలను కలిగి ఉంది మరియు డిమాండ్ మరియు అప్లికేషన్ ఫీల్డ్‌లు ఇప్పటికీ విస్తరిస్తున్నాయి. సహాయక ఏజెంట్‌గా, సెల్యులోజ్ ఈథర్ పరిశ్రమలోని వివిధ రంగాలలో గొప్ప అప్లికేషన్ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది. MS/DS ద్వారా పొందవచ్చు.

సెల్యులోజ్ ఈథర్‌లు ప్రత్యామ్నాయాల రసాయన నిర్మాణం ప్రకారం అయానిక్, కాటినిక్ మరియు నాన్యోనిక్ ఈథర్‌లుగా వర్గీకరించబడ్డాయి. నానియోనిక్ ఈథర్‌లను నీటిలో కరిగే మరియు నూనెలో కరిగే ఉత్పత్తులుగా విభజించవచ్చు.

పారిశ్రామికీకరించబడిన ఉత్పత్తులు టేబుల్ 1 ఎగువ భాగంలో జాబితా చేయబడ్డాయి. టేబుల్ 1 యొక్క దిగువ భాగం కొన్ని తెలిసిన ఈథరిఫికేషన్ సమూహాలను జాబితా చేస్తుంది, ఇవి ఇంకా ముఖ్యమైన వాణిజ్య ఉత్పత్తులుగా మారలేదు.

మిశ్రమ ఈథర్ ప్రత్యామ్నాయాల యొక్క సంక్షిప్త క్రమాన్ని అక్షర క్రమం లేదా సంబంధిత DS (MS) స్థాయికి అనుగుణంగా పేరు పెట్టవచ్చు, ఉదాహరణకు, 2-హైడ్రాక్సీథైల్ మిథైల్ సెల్యులోజ్ కోసం, సంక్షిప్తీకరణ HEMC, మరియు దీనిని MHEC అని కూడా వ్రాయవచ్చు. మిథైల్ ప్రత్యామ్నాయాన్ని హైలైట్ చేయండి.

సెల్యులోజ్‌లోని హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు ఈథరిఫికేషన్ ఏజెంట్‌ల ద్వారా సులభంగా యాక్సెస్ చేయబడవు మరియు ఈథరిఫికేషన్ ప్రక్రియ సాధారణంగా ఆల్కలీన్ పరిస్థితులలో నిర్వహించబడుతుంది, సాధారణంగా NaOH సజల ద్రావణం యొక్క నిర్దిష్ట సాంద్రతను ఉపయోగిస్తుంది. సెల్యులోజ్ మొదట NaOH సజల ద్రావణంతో ఉబ్బిన ఆల్కలీ సెల్యులోజ్‌గా ఏర్పడుతుంది, ఆపై ఈథరిఫికేషన్ ఏజెంట్‌తో ఈథరిఫికేషన్ ప్రతిచర్యకు లోనవుతుంది. మిశ్రమ ఈథర్‌ల ఉత్పత్తి మరియు తయారీ సమయంలో, వివిధ రకాల ఈథరిఫికేషన్ ఏజెంట్‌లను ఒకే సమయంలో ఉపయోగించాలి లేదా అడపాదడపా దాణా (అవసరమైతే) ద్వారా దశలవారీగా ఈథరిఫికేషన్ నిర్వహించాలి. సెల్యులోజ్ యొక్క ఈథరిఫికేషన్‌లో నాలుగు ప్రతిచర్య రకాలు ఉన్నాయి, ఇవి క్రింది విధంగా ప్రతిచర్య సూత్రం (సెల్యులోసిక్ స్థానంలో సెల్-OH ద్వారా భర్తీ చేయబడుతుంది) ద్వారా సంగ్రహించబడ్డాయి:

సమీకరణం (1) విలియమ్సన్ ఈథరిఫికేషన్ ప్రతిచర్యను వివరిస్తుంది. RX ఒక అకర్బన యాసిడ్ ఈస్టర్, మరియు X అనేది హాలోజన్ Br, Cl లేదా సల్ఫ్యూరిక్ యాసిడ్ ఈస్టర్. క్లోరైడ్ R-Cl సాధారణంగా పరిశ్రమలో ఉపయోగించబడుతుంది, ఉదాహరణకు, మిథైల్ క్లోరైడ్, ఇథైల్ క్లోరైడ్ లేదా క్లోరోఅసెటిక్ యాసిడ్. అటువంటి ప్రతిచర్యలలో బేస్ యొక్క స్టోయికియోమెట్రిక్ మొత్తం వినియోగించబడుతుంది. పారిశ్రామికీకరించబడిన సెల్యులోజ్ ఈథర్ ఉత్పత్తులు మిథైల్ సెల్యులోజ్, ఇథైల్ సెల్యులోజ్ మరియు కార్బాక్సిమీథైల్ సెల్యులోజ్ విలియమ్సన్ ఈథరిఫికేషన్ రియాక్షన్ యొక్క ఉత్పత్తులు.

రియాక్షన్ ఫార్ములా (2) అనేది బేస్-ఉత్ప్రేరక ఎపాక్సైడ్‌లు (R=H, CH3, లేదా C2H5 వంటివి) మరియు సెల్యులోజ్ అణువులపై బేస్ తీసుకోకుండా హైడ్రాక్సిల్ సమూహాల అదనపు ప్రతిచర్య. ప్రతిచర్య సమయంలో కొత్త హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు ఉత్పన్నమైనందున ఈ ప్రతిచర్య కొనసాగే అవకాశం ఉంది, ఇది ఒలిగోఅల్‌కైలెథైలీన్ ఆక్సైడ్ సైడ్ చెయిన్‌ల ఏర్పాటుకు దారితీస్తుంది: 1-అజిరిడిన్ (అజిరిడిన్)తో ఇదే విధమైన ప్రతిచర్య అమినోఇథైల్ ఈథర్‌ను ఏర్పరుస్తుంది: సెల్-O-CH2-CH2-NH2 . హైడ్రాక్సీథైల్ సెల్యులోజ్, హైడ్రాక్సీప్రోపైల్ సెల్యులోజ్ మరియు హైడ్రాక్సీబ్యూటైల్ సెల్యులోజ్ వంటి ఉత్పత్తులు అన్నీ బేస్-క్యాటలైజ్డ్ ఎపాక్సిడేషన్ యొక్క ఉత్పత్తులు.

రియాక్షన్ ఫార్ములా (3) అనేది సెల్-OH మరియు ఆల్కలీన్ మాధ్యమంలో క్రియాశీల డబుల్ బాండ్‌లను కలిగి ఉన్న కర్బన సమ్మేళనాల మధ్య ప్రతిచర్య, Y అనేది CN, CONH2 లేదా SO3-Na+ వంటి ఎలక్ట్రాన్-ఉపసంహరణ సమూహం. నేడు ఈ రకమైన ప్రతిచర్య పారిశ్రామికంగా చాలా అరుదుగా ఉపయోగించబడుతుంది.

రియాక్షన్ ఫార్ములా (4), డయాజోల్కేన్‌తో ఈథరిఫికేషన్ ఇంకా పారిశ్రామికీకరించబడలేదు.

1. సెల్యులోజ్ ఈథర్స్ రకాలు

సెల్యులోజ్ ఈథర్ మోనోథర్ లేదా మిశ్రమ ఈథర్ కావచ్చు మరియు దాని లక్షణాలు భిన్నంగా ఉంటాయి. సెల్యులోజ్ మాక్రోమోలిక్యూల్‌పై తక్కువ-ప్రత్యామ్నాయ హైడ్రోఫిలిక్ సమూహాలు ఉన్నాయి, హైడ్రాక్సీథైల్ సమూహాలు, ఇవి ఉత్పత్తికి కొంత స్థాయిలో నీటిలో కరిగే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి, అయితే మిథైల్, ఇథైల్ మొదలైన హైడ్రోఫోబిక్ సమూహాలకు, మితమైన ప్రత్యామ్నాయం అధిక డిగ్రీ మాత్రమే చేయగలదు. ఉత్పత్తికి నిర్దిష్ట నీటిలో ద్రావణీయతను అందించండి మరియు తక్కువ-ప్రత్యామ్నాయ ఉత్పత్తి నీటిలో మాత్రమే ఉబ్బుతుంది లేదా కరిగిపోతుంది క్షార ద్రావణాన్ని పలుచన చేయండి. సెల్యులోజ్ ఈథర్‌ల లక్షణాలపై లోతైన పరిశోధనతో, కొత్త సెల్యులోజ్ ఈథర్‌లు మరియు వాటి అప్లికేషన్ ఫీల్డ్‌లు నిరంతరం అభివృద్ధి చేయబడతాయి మరియు ఉత్పత్తి చేయబడతాయి మరియు విస్తృత మరియు నిరంతరంగా శుద్ధి చేయబడిన అప్లికేషన్ మార్కెట్ అతిపెద్ద చోదక శక్తి.

ద్రావణీయత లక్షణాలపై మిశ్రమ ఈథర్‌లలో సమూహాల ప్రభావం యొక్క సాధారణ చట్టం:

1) ఈథర్ యొక్క హైడ్రోఫోబిసిటీని పెంచడానికి మరియు జెల్ పాయింట్‌ను తగ్గించడానికి ఉత్పత్తిలో హైడ్రోఫోబిక్ సమూహాల కంటెంట్‌ను పెంచండి;

2) దాని జెల్ పాయింట్‌ను పెంచడానికి హైడ్రోఫిలిక్ సమూహాల (హైడ్రాక్సీథైల్ సమూహాలు వంటివి) కంటెంట్‌ను పెంచండి;

3) హైడ్రాక్సీప్రొపైల్ సమూహం ప్రత్యేకమైనది, మరియు సరైన హైడ్రాక్సీప్రొపైలేషన్ ఉత్పత్తి యొక్క జెల్ ఉష్ణోగ్రతను తగ్గిస్తుంది మరియు మీడియం హైడ్రాక్సీప్రొపైలేటెడ్ ఉత్పత్తి యొక్క జెల్ ఉష్ణోగ్రత మళ్లీ పెరుగుతుంది, అయితే అధిక స్థాయి ప్రత్యామ్నాయం దాని జెల్ పాయింట్‌ను తగ్గిస్తుంది; కారణం హైడ్రాక్సీప్రోపైల్ సమూహం యొక్క ప్రత్యేక కార్బన్ గొలుసు పొడవు నిర్మాణం, తక్కువ-స్థాయి హైడ్రాక్సీప్రొపైలేషన్, సెల్యులోజ్ మాక్రోమోలిక్యూల్‌లోని అణువులలో మరియు వాటి మధ్య బలహీనమైన హైడ్రోజన్ బంధాలు మరియు శాఖ గొలుసులపై హైడ్రోఫిలిక్ హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు. నీరు ఆధిపత్యం. మరోవైపు, ప్రత్యామ్నాయం ఎక్కువగా ఉంటే, సైడ్ గ్రూప్‌లో పాలిమరైజేషన్ ఉంటుంది, హైడ్రాక్సిల్ సమూహం యొక్క సాపేక్ష కంటెంట్ తగ్గుతుంది, హైడ్రోఫోబిసిటీ పెరుగుతుంది మరియు బదులుగా ద్రావణీయత తగ్గుతుంది.

యొక్క ఉత్పత్తి మరియు పరిశోధనసెల్యులోజ్ ఈథర్సుదీర్ఘ చరిత్ర ఉంది. 1905లో, డైమిథైల్ సల్ఫేట్‌తో మిథైలేట్ చేయబడిన సెల్యులోజ్ యొక్క ఈథరిఫికేషన్‌ను సుయిడా మొదట నివేదించింది. నాన్యోనిక్ ఆల్కైల్ ఈథర్‌లు వరుసగా నీటిలో కరిగే లేదా చమురులో కరిగే సెల్యులోజ్ ఈథర్‌ల కోసం లిలియన్‌ఫెల్డ్ (1912), డ్రేఫస్ (1914) మరియు లూచ్‌లు (1920) పేటెంట్ పొందారు. బుచ్లర్ మరియు గోమ్బెర్గ్ 1921లో బెంజైల్ సెల్యులోజ్‌ను ఉత్పత్తి చేశారు, కార్బాక్సిమీథైల్ సెల్యులోజ్‌ను 1918లో మొదటిసారిగా జాన్సెన్ ఉత్పత్తి చేశారు, మరియు హుబెర్ట్ 1920లో హైడ్రాక్సీథైల్ సెల్యులోజ్‌ను ఉత్పత్తి చేశారు. 1920ల ప్రారంభంలో, కార్బాక్సిమీథైల్ సెల్యులోజ్ జర్మనీలో వాణిజ్యీకరించబడింది. 1937 నుండి 1938 వరకు, MC మరియు HEC యొక్క పారిశ్రామిక ఉత్పత్తి యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లో గ్రహించబడింది. స్వీడన్ 1945లో నీటిలో కరిగే EHEC ఉత్పత్తిని ప్రారంభించింది. 1945 తర్వాత, సెల్యులోజ్ ఈథర్ ఉత్పత్తి పశ్చిమ ఐరోపా, యునైటెడ్ స్టేట్స్ మరియు జపాన్‌లలో వేగంగా విస్తరించింది. 1957 చివరిలో, చైనా CMC మొదట షాంఘై సెల్యులాయిడ్ ఫ్యాక్టరీలో ఉత్పత్తి చేయబడింది. 2004 నాటికి, నా దేశం యొక్క ఉత్పత్తి సామర్థ్యం 30,000 టన్నుల అయానిక్ ఈథర్ మరియు 10,000 టన్నుల నాన్-అయానిక్ ఈథర్ అవుతుంది. 2007 నాటికి, ఇది 100,000 టన్నుల అయానిక్ ఈథర్ మరియు 40,000 టన్నుల నానియోనిక్ ఈథర్‌కు చేరుకుంటుంది. స్వదేశంలో మరియు విదేశాలలో జాయింట్ టెక్నాలజీ కంపెనీలు కూడా నిరంతరం అభివృద్ధి చెందుతున్నాయి మరియు చైనా యొక్క సెల్యులోజ్ ఈథర్ ఉత్పత్తి సామర్థ్యం మరియు సాంకేతిక స్థాయి నిరంతరం మెరుగుపడుతోంది.

ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, వివిధ DS విలువలు, స్నిగ్ధత, స్వచ్ఛత మరియు భూగర్భ లక్షణాలతో కూడిన అనేక సెల్యులోజ్ మోనోథర్‌లు మరియు మిశ్రమ ఈథర్‌లు నిరంతరం అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. ప్రస్తుతం, సెల్యులోజ్ ఈథర్స్ రంగంలో అభివృద్ధి యొక్క దృష్టి అధునాతన ఉత్పత్తి సాంకేతికత, కొత్త తయారీ సాంకేతికత, కొత్త పరికరాలు, కొత్త ఉత్పత్తులు, అధిక-నాణ్యత ఉత్పత్తులు మరియు క్రమబద్ధమైన ఉత్పత్తులను సాంకేతికంగా పరిశోధించాలి.