సెల్యులోజ్ ఈథర్స్ యొక్క నిర్మాణాలు మరియు రకాలు ఏమిటి?

1. సెల్యులోజ్ ఈథర్ యొక్క నిర్మాణ మరియు తయారీ సూత్రం

సెల్యులోజ్ ఈథర్స్ యొక్క విలక్షణ నిర్మాణాన్ని మూర్తి 1 చూపిస్తుంది. ప్రతి BD-ANHYDOGROCOSE యూనిట్ (సెల్యులోజ్ యొక్క పునరావృత యూనిట్) C (2), C (3) మరియు C (6) స్థానాల్లో ఒక సమూహాన్ని భర్తీ చేస్తుంది, అనగా, మూడు ఈథర్ సమూహాల వరకు ఉండవచ్చు. ఇంట్రా-చైన్ మరియు ఇంటర్-చైన్ హైడ్రోజన్ బంధాల కారణంగాసెల్యులోజ్ స్థూల కణాలు, నీటిలో కరిగించడం కష్టం మరియు దాదాపు అన్ని సేంద్రీయ ద్రావకాలు. ఎథెరాఫికేషన్ ద్వారా ఈథర్ సమూహాలను ప్రవేశపెట్టడం ఇంట్రామోలెక్యులర్ మరియు ఇంటర్మోలక్యులర్ హైడ్రోజన్ బంధాలను నాశనం చేస్తుంది, దాని హైడ్రోఫిలిసిటీని మెరుగుపరుస్తుంది మరియు నీటి మాధ్యమంలో దాని ద్రావణీయతను బాగా మెరుగుపరుస్తుంది.

సాధారణ ఎథెరిఫైడ్ ప్రత్యామ్నాయాలు తక్కువ పరమాణు బరువు ఆల్కాక్సీ సమూహాలు (1 నుండి 4 కార్బన్ అణువులు) లేదా హైడ్రాక్సీయాల్కైల్ సమూహాలు, ఇవి కార్బాక్సిల్, హైడ్రాక్సిల్ లేదా అమైనో గ్రూపులు వంటి ఇతర క్రియాత్మక సమూహాల ద్వారా ప్రత్యామ్నాయంగా ఉంటాయి. ప్రత్యామ్నాయాలు ఒకటి, రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ రకాలు కావచ్చు. సెల్యులోజ్ స్థూల కణ గొలుసు వెంట, ప్రతి గ్లూకోజ్ యూనిట్ యొక్క సి (2), సి (3) మరియు సి (6) స్థానాలపై హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు వేర్వేరు నిష్పత్తిలో ప్రత్యామ్నాయంగా ఉంటాయి. ఖచ్చితంగా చెప్పాలంటే, సెల్యులోజ్ ఈథర్‌కు సాధారణంగా ఖచ్చితమైన రసాయన నిర్మాణం ఉండదు, ఆ ఉత్పత్తులు తప్ప, ఒక రకమైన సమూహం ద్వారా పూర్తిగా ప్రత్యామ్నాయంగా ఉంటాయి (మూడు హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు ప్రత్యామ్నాయంగా ఉంటాయి). ఈ ఉత్పత్తులను ప్రయోగశాల విశ్లేషణ మరియు పరిశోధన కోసం మాత్రమే ఉపయోగించవచ్చు మరియు వాణిజ్య విలువలు లేవు.

(ఎ) సెల్యులోజ్ ఈథర్ మాలిక్యులర్ చైన్

(బి) కార్బాక్సిమీథైల్ యొక్క పరమాణు గొలుసు భాగంహైడ్రాక్సీథైల్ సెల్యులోజ్. ఈ నిర్మాణం ఎథెరిఫైడ్ సమూహాల సగటు ప్రత్యామ్నాయ స్థాయిని సూచిస్తుంది, కాని ప్రత్యామ్నాయాలు వాస్తవానికి యాదృచ్ఛికంగా ఉంటాయి.

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

హైడ్రాక్సీఅల్కైల్ సెల్యులోజ్ ఈథర్స్ కోసం, ప్రత్యామ్నాయ ప్రతిచర్య కొత్త ఉచిత హైడ్రాక్సిల్ సమూహాల నుండి ఎథెరాఫికేషన్‌ను ప్రారంభిస్తుంది మరియు ప్రత్యామ్నాయ స్థాయిని MS విలువ ద్వారా లెక్కించవచ్చు, అనగా ప్రత్యామ్నాయ మోలార్ డిగ్రీ. ఇది ప్రతి అన్హైడ్రోగ్లూకోజ్ యూనిట్‌కు జోడించిన ఎథెరిఫైయింగ్ ఏజెంట్ రియాక్టెంట్ యొక్క సగటు సంఖ్యను సూచిస్తుంది. ఒక సాధారణ ప్రతిచర్య ఇథిలీన్ ఆక్సైడ్ మరియు ఉత్పత్తికి హైడ్రాక్సీథైల్ ప్రత్యామ్నాయం ఉంది. మూర్తి 1 లో, ఉత్పత్తి యొక్క MS విలువ 3.0.

సిద్ధాంతపరంగా, MS విలువకు ఎగువ పరిమితి లేదు. ప్రతి గ్లూకోజ్ రింగ్ సమూహంలో ప్రత్యామ్నాయ డిగ్రీ యొక్క DS విలువ తెలిస్తే, ఈథర్ సైడ్ చైన్సమ్ తయారీదారుల సగటు గొలుసు పొడవు కూడా తరచూ వేర్వేరు ఈథరిఫికేషన్ సమూహాల ద్రవ్యరాశి భిన్నాన్ని (WT%) ఉపయోగిస్తుంది (-OCH3 లేదా -OC2H4OH వంటివి) DS మరియు MS విలువలకు బదులుగా ప్రత్యామ్నాయ స్థాయి మరియు డిగ్రీని సూచించడానికి. ప్రతి సమూహం యొక్క ద్రవ్యరాశి మరియు దాని DS లేదా MS విలువను సాధారణ గణన ద్వారా మార్చవచ్చు.

చాలా సెల్యులోజ్ ఈథర్స్ నీటిలో కరిగే పాలిమర్లు, మరికొన్ని సేంద్రీయ ద్రావకాలలో పాక్షికంగా కరిగేవి. సెల్యులోజ్ ఈథర్ అధిక సామర్థ్యం, ​​తక్కువ ధర, సులభమైన ప్రాసెసింగ్, తక్కువ విషపూరితం మరియు విస్తృత లక్షణాలను కలిగి ఉంది మరియు డిమాండ్ మరియు అప్లికేషన్ ఫీల్డ్‌లు ఇప్పటికీ విస్తరిస్తున్నాయి. సహాయక ఏజెంట్‌గా, సెల్యులోజ్ ఈథర్ పరిశ్రమ యొక్క వివిధ రంగాలలో గొప్ప అనువర్తన సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది. MS/DS ద్వారా పొందవచ్చు.

సెల్యులోజ్ ఈథర్స్ ప్రత్యామ్నాయాల యొక్క రసాయన నిర్మాణం ప్రకారం అయోనిక్, కాటినిక్ మరియు నాన్యోనిక్ ఈథర్లలో వర్గీకరించబడతాయి. నాన్యోనిక్ ఈథర్లను నీటిలో కరిగే మరియు చమురు కరిగే ఉత్పత్తులుగా విభజించవచ్చు.

పారిశ్రామికీకరించబడిన ఉత్పత్తులు టేబుల్ 1 యొక్క ఎగువ భాగంలో ఇవ్వబడ్డాయి. 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) స్థాయి ప్రకారం పేరు పెట్టవచ్చు, ఉదాహరణకు, 2-హైడ్రాక్సీథైల్ మిథైల్ సెల్యులోజ్ కోసం, సంక్షిప్తీకరణ HEMC, మరియు దీనిని MHEC గా కూడా వ్రాయవచ్చు. మిథైల్ ప్రత్యామ్నాయాన్ని హైలైట్ చేయండి.

సెల్యులోజ్‌లోని హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు ఈథరిఫికేషన్ ఏజెంట్ల ద్వారా సులభంగా ప్రాప్యత చేయబడవు, మరియు ఈథరిఫికేషన్ ప్రక్రియ సాధారణంగా ఆల్కలీన్ పరిస్థితులలో జరుగుతుంది, సాధారణంగా NaOH సజల ద్రావణం యొక్క నిర్దిష్ట సాంద్రతను ఉపయోగించి. సెల్యులోజ్ మొదట NAOH సజల ద్రావణంతో వాపు ఆల్కలీ సెల్యులోజ్‌లో ఏర్పడుతుంది, ఆపై ఈథరిఫికేషన్ ఏజెంట్‌తో ఎథరిఫికేషన్ ప్రతిచర్యకు లోనవుతుంది. మిశ్రమ ఈథర్ల ఉత్పత్తి మరియు తయారీ సమయంలో, వివిధ రకాల ఈథరిఫికేషన్ ఏజెంట్లను ఒకే సమయంలో వాడాలి, లేదా ఈథరిఫికేషన్ దశల వారీగా అడపాదడపా దాణా ద్వారా (అవసరమైతే) నిర్వహించాలి. సెల్యులోజ్ యొక్క ఎథెరిఫికేషన్‌లో నాలుగు ప్రతిచర్య రకాలు ఉన్నాయి, వీటిని ప్రతిచర్య ఫార్ములా (సెల్యులోసిక్ సెల్-ఓహెచ్ ద్వారా భర్తీ చేస్తారు) ద్వారా సంగ్రహించారు:

సమీకరణం (1) విలియమ్సన్ ఎథరిఫికేషన్ ప్రతిచర్యను వివరిస్తుంది. RX ఒక అకర్బన ఆమ్ల ఈస్టర్, మరియు X అనేది హాలోజన్ BR, CL లేదా సల్ఫ్యూరిక్ యాసిడ్ ఈస్టర్. క్లోరైడ్ R-CL సాధారణంగా పరిశ్రమలో ఉపయోగించబడుతుంది, ఉదాహరణకు, మిథైల్ క్లోరైడ్, ఇథైల్ క్లోరైడ్ లేదా క్లోరోఅసెటిక్ ఆమ్లం. అటువంటి ప్రతిచర్యలలో స్టోయికియోమెట్రిక్ మొత్తం బేస్ వినియోగించబడుతుంది. పారిశ్రామిక సెల్యులోజ్ ఈథర్ ఉత్పత్తులు మిథైల్ సెల్యులోజ్, ఇథైల్ సెల్యులోజ్ మరియు కార్బాక్సిమీథైల్ సెల్యులోజ్ విలియమ్సన్ ఎథరిఫికేషన్ ప్రతిచర్య యొక్క ఉత్పత్తులు.

ప్రతిచర్య ఫార్ములా (2) అనేది బేస్-ఉత్ప్రేరక ఎపాక్సైడ్ల (R = H, CH3, లేదా C2H5 వంటివి) మరియు బేస్ తీసుకోకుండా సెల్యులోజ్ అణువులపై హైడ్రాక్సిల్ సమూహాల యొక్క అదనంగా ప్రతిచర్య. ప్రతిచర్య సమయంలో కొత్త హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు ఉత్పత్తి చేయబడుతున్నందున ఈ ప్రతిచర్య కొనసాగే అవకాశం ఉంది, ఇది ఒలిగోఅల్కైలెథైలీన్ ఆక్సైడ్ సైడ్ గొలుసుల ఏర్పాటుకు దారితీస్తుంది: 1-అజీరిడిన్ (అజిరిడిన్) తో ఇలాంటి ప్రతిచర్య అమైనోఎథైల్ ఈథర్: సెల్-ఓ-CH2-NH2 ను ఏర్పరుస్తుంది . హైడ్రాక్సీథైల్ సెల్యులోజ్, హైడ్రాక్సిప్రోపైల్ సెల్యులోజ్ మరియు హైడ్రాక్సీబ్యూటిల్ సెల్యులోజ్ వంటి ఉత్పత్తులు అన్నీ బేస్-ఉత్ప్రేరక ఎపోక్సిడేషన్ యొక్క ఉత్పత్తులు.

రియాక్షన్ ఫార్ములా (3) అనేది సెల్-ఓహెచ్ మరియు ఆల్కలీన్ మాధ్యమంలో క్రియాశీల డబుల్ బాండ్లను కలిగి ఉన్న సేంద్రీయ సమ్మేళనాల మధ్య ప్రతిచర్య, Y అనేది CN, CONH2, లేదా SO3-NA+వంటి ఎలక్ట్రాన్-ఉపసంహరణ సమూహం. నేడు ఈ రకమైన ప్రతిచర్యను పారిశ్రామికంగా అరుదుగా ఉపయోగిస్తారు.

రియాక్షన్ ఫార్ములా (4), డయాజోల్కేన్‌తో ఎథరిఫికేషన్ ఇంకా పారిశ్రామికీకరించబడలేదు.

1. సెల్యులోజ్ ఈథర్ల రకాలు

సెల్యులోజ్ ఈథర్ మోనోథర్ లేదా మిశ్రమ ఈథర్ కావచ్చు మరియు దాని లక్షణాలు భిన్నంగా ఉంటాయి. సెల్యులోజ్ స్థూల కణాలపై తక్కువ-ప్రత్యామ్నాయ హైడ్రోఫిలిక్ సమూహాలు ఉన్నాయి, అవి హైడ్రాక్సీథైల్ సమూహాలు వంటివి, ఇవి ఉత్పత్తిని కొంత స్థాయిలో నీటి ద్రావణీయతతో ఇస్తాయి, అయితే మిథైల్, ఇథైల్ మొదలైన హైడ్రోఫోబిక్ సమూహాలకు, మితమైన ప్రత్యామ్నాయం అధిక డిగ్రీ చేయగలదు. ఉత్పత్తికి ఒక నిర్దిష్ట నీటి ద్రావణీయతను ఇవ్వండి, మరియు తక్కువ-ప్రత్యామ్నాయ ఉత్పత్తి నీటిలో మాత్రమే ఉబ్బిపోతుంది లేదా పలుచన ఆల్కలీ ద్రావణంలో కరిగించబడుతుంది. సెల్యులోజ్ ఈథర్స్ యొక్క లక్షణాలపై లోతైన పరిశోధనతో, కొత్త సెల్యులోజ్ ఈథర్స్ మరియు వాటి అప్లికేషన్ ఫీల్డ్‌లు నిరంతరం అభివృద్ధి చేయబడతాయి మరియు ఉత్పత్తి చేయబడతాయి మరియు అతిపెద్ద చోదక శక్తి విస్తృత మరియు నిరంతరం శుద్ధి చేసిన అనువర్తన మార్కెట్.

ద్రావణీయ లక్షణాలపై మిశ్రమ ఈథర్లలో సమూహాల ప్రభావం యొక్క సాధారణ చట్టం:

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

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

3) హైడ్రాక్సిప్రోపైల్ సమూహం ప్రత్యేకమైనది, మరియు సరైన హైడ్రాక్సిప్రొపైలేషన్ ఉత్పత్తి యొక్క జెల్ ఉష్ణోగ్రతను తగ్గిస్తుంది మరియు మీడియం హైడ్రాక్సిప్రొపైలేటెడ్ ఉత్పత్తి యొక్క జెల్ ఉష్ణోగ్రత మళ్లీ పెరుగుతుంది, అయితే అధిక స్థాయి ప్రత్యామ్నాయం దాని జెల్ పాయింట్‌ను తగ్గిస్తుంది; హైడ్రాక్సిప్రోపైల్ సమూహం నీరు ఆధిపత్యం. మరోవైపు, ప్రత్యామ్నాయం ఎక్కువగా ఉంటే, సైడ్ గ్రూపులో పాలిమరైజేషన్ ఉంటుంది, హైడ్రాక్సిల్ సమూహం యొక్క సాపేక్ష కంటెంట్ తగ్గుతుంది, హైడ్రోఫోబిసిటీ పెరుగుతుంది మరియు బదులుగా ద్రావణీయత తగ్గుతుంది.

యొక్క ఉత్పత్తి మరియు పరిశోధనసెల్యులోజ్ ఈథర్సుదీర్ఘ చరిత్ర ఉంది. 1905 లో, సుయిడా మొదట సెల్యులోజ్ యొక్క ఎథెరాఫికేషన్‌ను నివేదించింది, ఇది డైమెథైల్ సల్ఫేట్‌తో మిథైలేట్ చేయబడింది. నాన్యోనిక్ ఆల్కైల్ ఈథర్లను వరుసగా నీటిలో కరిగే లేదా చమురు కరిగే సెల్యులోజ్ ఈథర్ల కోసం లిలియన్‌ఫెల్డ్ (1912), డ్రేఫస్ (1914) మరియు ల్యూచ్స్ (1920) పేటెంట్ పొందారు. బుచ్లర్ మరియు గోంబెర్గ్ 1921 లో బెంజిల్ సెల్యులోజ్ను ఉత్పత్తి చేశారు, కార్బాక్సిమీథైల్ సెల్యులోజ్ మొదట 1918 లో జాన్సెన్ చేత ఉత్పత్తి చేయబడింది, మరియు హుబెర్ట్ 1920 లో హైడ్రాక్సీథైల్ సెల్యులోజ్ను ఉత్పత్తి చేశారు. 1920 ల ప్రారంభంలో, కార్బాక్సిమీథైల్సెల్యులోజ్ జర్మనీలో వాణిజ్యీకరించబడింది. 1937 నుండి 1938 వరకు, MC మరియు HEC యొక్క పారిశ్రామిక ఉత్పత్తి యునైటెడ్ స్టేట్స్లో గ్రహించబడింది. స్వీడన్ 1945 లో నీటిలో కరిగే EHEC ఉత్పత్తిని ప్రారంభించింది. 1945 తరువాత, సెల్యులోజ్ ఈథర్ ఉత్పత్తి పశ్చిమ ఐరోపా, యునైటెడ్ స్టేట్స్ మరియు జపాన్లలో వేగంగా విస్తరించింది. 1957 చివరిలో, చైనా సిఎంసిని మొదట షాంఘై సెల్యులాయిడ్ ఫ్యాక్టరీలో ఉత్పత్తి చేశారు. 2004 నాటికి, నా దేశం యొక్క ఉత్పత్తి సామర్థ్యం 30,000 టన్నుల అయానిక్ ఈథర్ మరియు 10,000 టన్నుల అయానిక్ కాని ఈథర్. 2007 నాటికి, ఇది 100,000 టన్నుల అయానిక్ ఈథర్ మరియు 40,000 టన్నుల నాన్యోనిక్ ఈథర్ చేరుకుంటుంది. స్వదేశీ మరియు విదేశాలలో ఉమ్మడి సాంకేతిక సంస్థలు కూడా నిరంతరం వెలువడుతున్నాయి మరియు చైనా యొక్క సెల్యులోజ్ ఈథర్ ఉత్పత్తి సామర్థ్యం మరియు సాంకేతిక స్థాయి నిరంతరం మెరుగుపడుతున్నాయి.

ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, అనేక సెల్యులోజ్ మోనోథర్స్ మరియు మిశ్రమ ఈథర్లు వేర్వేరు DS విలువలు, విస్కోసిటీలు, స్వచ్ఛత మరియు రియోలాజికల్ లక్షణాలతో నిరంతరం అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. ప్రస్తుతం, సెల్యులోజ్ ఈథర్స్ రంగంలో అభివృద్ధి యొక్క దృష్టి అధునాతన ఉత్పత్తి సాంకేతిక పరిజ్ఞానం, కొత్త తయారీ సాంకేతికత, కొత్త పరికరాలు, కొత్త ఉత్పత్తులు, అధిక-నాణ్యత ఉత్పత్తులు మరియు క్రమబద్ధమైన ఉత్పత్తులను సాంకేతికంగా పరిశోధించాలి.