การดัดแปลงอีเทอร์ริฟิเคชันเซลลูโลส

01. บทนำเกี่ยวกับเซลลูโลส

เซลลูโลสเป็นโพลีแซ็กคาไรด์โมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยกลูโคส ไม่ละลายในน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์ทั่วไป เป็นองค์ประกอบหลักของผนังเซลล์พืช และยังเป็นโพลีแซ็กคาไรด์ที่มีการกระจายอย่างกว้างขวางที่สุดและมีมากที่สุดในธรรมชาติ

เซลลูโลสเป็นทรัพยากรหมุนเวียนที่มีมากที่สุดในโลก และยังเป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติที่มีการสะสมมากที่สุดอีกด้วย เซลลูโลสมีข้อดีคือเป็นทรัพยากรหมุนเวียน ย่อยสลายได้ทางชีวภาพอย่างสมบูรณ์ และเข้ากันได้ดีกับชีวภาพ

02. เหตุผลในการปรับเปลี่ยนเซลลูโลส

โมเลกุลขนาดใหญ่ของเซลลูโลสประกอบด้วยกลุ่ม -OH จำนวนมาก เนื่องจากผลของพันธะไฮโดรเจน แรงระหว่างโมเลกุลขนาดใหญ่จึงค่อนข้างมาก ซึ่งจะนำไปสู่เอนทัลปีการหลอมเหลว △H ขนาดใหญ่ ในทางกลับกัน มีวงแหวนในโมเลกุลขนาดใหญ่ของเซลลูโลส เช่นเดียวกับโครงสร้าง ความแข็งแกร่งของโซ่โมเลกุลจะมากขึ้น ซึ่งจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีการหลอมเหลวที่เล็กลง ΔS สองเหตุผลนี้ทำให้เซลลูโลสหลอมเหลว (= △H / △S ) สูงขึ้น และอุณหภูมิการสลายตัวของเซลลูโลสค่อนข้างต่ำ ดังนั้น เมื่อเซลลูโลสถูกให้ความร้อนถึงอุณหภูมิหนึ่ง เส้นใยจะปรากฏ ปรากฏการณ์ที่ว่าเซลลูโลสถูกสลายตัวก่อนที่จะเริ่มละลาย ดังนั้น การประมวลผลวัสดุเซลลูโลสจึงไม่สามารถใช้วิธีการหลอมเหลวก่อนแล้วจึงขึ้นรูปได้

03. ความสำคัญของการดัดแปลงเซลลูโลส

จากการหมดลงของทรัพยากรฟอสซิลอย่างค่อยเป็นค่อยไปและปัญหาสิ่งแวดล้อมที่ร้ายแรงมากขึ้นอันเกิดจากสิ่งทอเส้นใยเคมีเหลือทิ้ง การพัฒนาและใช้ประโยชน์จากวัสดุเส้นใยหมุนเวียนจากธรรมชาติได้กลายเป็นจุดสำคัญที่ผู้คนให้ความสนใจ เซลลูโลสเป็นทรัพยากรธรรมชาติหมุนเวียนที่มีมากที่สุดในธรรมชาติ เซลลูโลสมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น ความชื้นที่ดี ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ ระบายอากาศได้ดี ย้อมสีได้ดี สวมใส่สบาย แปรรูปสิ่งทอได้ง่าย และย่อยสลายได้ทางชีวภาพ เซลลูโลสมีคุณสมบัติที่เทียบไม่ได้กับเส้นใยเคมี

โมเลกุลเซลลูโลสประกอบด้วยกลุ่มไฮดรอกซิลจำนวนมาก ซึ่งสร้างพันธะไฮโดรเจนภายในโมเลกุลและระหว่างโมเลกุลได้ง่าย และสลายตัวที่อุณหภูมิสูงโดยไม่หลอมละลาย อย่างไรก็ตาม เซลลูโลสมีปฏิกิริยาที่ดี และพันธะไฮโดรเจนสามารถถูกทำลายได้โดยการดัดแปลงทางเคมีหรือปฏิกิริยาการต่อกิ่ง ซึ่งสามารถลดจุดหลอมเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ เซลลูโลสเป็นผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมที่หลากหลาย จึงใช้กันอย่างแพร่หลายในสิ่งทอ การแยกเมมเบรน พลาสติก ยาสูบ และสารเคลือบ

04. การดัดแปลงเซลลูโลสอีเทอร์ริฟิเคชัน

เซลลูโลสอีเธอร์เป็นสารอนุพันธ์ของเซลลูโลสชนิดหนึ่งที่ได้จากการดัดแปลงเซลลูโลสด้วยอีเธอร์ เซลลูโลสอีเธอร์ใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีคุณสมบัติในการทำให้ข้น อิมัลชัน การแขวนลอย การสร้างฟิล์ม คอลลอยด์ป้องกัน การกักเก็บความชื้น และการยึดเกาะที่ดีเยี่ยม ใช้ในอาหาร ยา การทำกระดาษ สี วัสดุก่อสร้าง เป็นต้น

การเกิดอีเทอร์ของเซลลูโลสเป็นสารอนุพันธ์ชุดหนึ่งที่ผลิตโดยปฏิกิริยาของกลุ่มไฮดรอกซิลบนโซ่โมเลกุลของเซลลูโลสกับสารอัลคิลเลตในสภาวะที่เป็นด่าง การใช้กลุ่มไฮดรอกซิลจะลดจำนวนพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลลงเพื่อลดแรงระหว่างโมเลกุล ส่งผลให้เซลลูโลสมีความเสถียรทางความร้อนดีขึ้น ปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลของวัสดุ และในขณะเดียวกันก็ลดจุดหลอมเหลวของเซลลูโลส

ตัวอย่างผลกระทบของการดัดแปลงอีเทอร์ริฟิเคชันต่อฟังก์ชันอื่น ๆ ของเซลลูโลส:

นักวิจัยใช้กระบวนการอีเทอร์ริฟิเคชันแบบขั้นตอนเดียวในการเตรียมอีเทอร์เชิงซ้อนคาร์บอกซีเมทิลไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลสด้วยการใช้ฝ้ายบริสุทธิ์เป็นวัตถุดิบหลัก โดยมีปฏิกิริยาสม่ำเสมอ มีความหนืดสูง ทนต่อกรดและเกลือได้ดีผ่านปฏิกิริยาด่างและอีเทอร์ริฟิเคชัน การใช้กระบวนการอีเทอร์ริฟิเคชันแบบขั้นตอนเดียวทำให้คาร์บอกซีเมทิลไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลสที่ผลิตได้มีความต้านทานเกลือ ทนต่อกรด และละลายได้ดี โดยการเปลี่ยนปริมาณสัมพันธ์ของโพรพิลีนออกไซด์และกรดคลอโรอะซิติก จึงสามารถเตรียมผลิตภัณฑ์ที่มีปริมาณคาร์บอกซีเมทิลและไฮดรอกซีโพรพิลต่างกันได้ ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าคาร์บอกซีเมทิลไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลสที่ผลิตด้วยวิธีขั้นตอนเดียวมีวงจรการผลิตสั้น ใช้ตัวทำละลายน้อย และผลิตภัณฑ์มีความต้านทานเกลือโมโนวาเลนต์และไดวาเลนต์ได้ดีเยี่ยม และทนต่อกรดได้ดี

05. แนวโน้มของการดัดแปลงอีเทอร์ริฟิเคชันเซลลูโลส

เซลลูโลสเป็นสารเคมีและวัตถุดิบทางเคมีที่สำคัญซึ่งอุดมไปด้วยทรัพยากร เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และสามารถหมุนเวียนได้ อนุพันธ์ของการดัดแปลงเซลลูโลสอีเทอร์ริฟิเคชันมีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม มีการใช้งานที่หลากหลาย และให้ผลการใช้งานที่ยอดเยี่ยม และตอบสนองความต้องการของเศรษฐกิจของประเทศได้ในระดับมาก และความต้องการของการพัฒนาสังคม ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องและการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ในอนาคต หากวัตถุดิบสังเคราะห์และวิธีการสังเคราะห์ของอนุพันธ์เซลลูโลสสามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมได้มากขึ้น ก็จะสามารถใช้ประโยชน์ได้อย่างเต็มที่และครอบคลุมการใช้งานได้มากขึ้น