1. Prinsipyo at prinsipyo ng paghahanda ng cellulose eter
Ipinapakita ng Figure 1 ang karaniwang istraktura ng mga cellulose eter. Ang bawat yunit ng BD-anhydroglucose (ang paulit-ulit na yunit ng cellulose) ay pumapalit sa isang pangkat sa mga posisyon ng C (2), C (3) at C (6), iyon ay, maaaring magkaroon ng hanggang sa tatlong mga pangkat ng eter. Dahil sa intra-chain at inter-chain hydrogen bond ngCellulose macromolecules, mahirap matunaw sa tubig at halos lahat ng mga organikong solvent. Ang pagpapakilala ng mga pangkat ng eter sa pamamagitan ng eterification ay sumisira sa intramolecular at intermolecular hydrogen bond, nagpapabuti sa hydrophilicity nito, at lubos na nagpapabuti sa solubility nito sa media ng tubig.
Ang mga karaniwang eterified substituents ay mababa ang mga pangkat ng alkoxy ng timbang ng molekular (1 hanggang 4 na mga atomo ng carbon) o mga pangkat na hydroxyalkyl, na maaaring pagkatapos ay mapalitan ng iba pang mga functional na grupo tulad ng carboxyl, hydroxyl o amino groups. Ang mga substituents ay maaaring isa, dalawa o higit pang magkakaibang uri. Kasama ang cellulose macromolecular chain, ang mga pangkat ng hydroxyl sa C (2), C (3) at C (6) na mga posisyon ng bawat yunit ng glucose ay nahalili sa iba't ibang mga proporsyon. Mahigpit na pagsasalita, ang cellulose eter sa pangkalahatan ay walang isang tiyak na istraktura ng kemikal, maliban sa mga produktong iyon na ganap na nahalili ng isang uri ng pangkat (lahat ng tatlong mga pangkat ng hydroxyl ay nahalili). Ang mga produktong ito ay maaari lamang magamit para sa pagsusuri at pananaliksik sa laboratoryo, at walang halaga ng komersyal.
.
(B) Isang fragment ng molekular na kadena ng carboxymethylHydroxyethyl cellulose, Ang antas ng pagpapalit ng carboxymethyl ay 0.5, ang antas ng pagpapalit ng hydroxyethyl ay 2.0, at ang antas ng pagpapalit ng molar ay 3.0. Ang istraktura na ito ay kumakatawan sa average na antas ng pagpapalit ng mga eterified na grupo, ngunit ang mga kapalit ay talagang random.
Para sa bawat kapalit, ang kabuuang halaga ng eterification ay ipinahayag ng antas ng halaga ng pagpapalit ng DS. Ang saklaw ng DS ay 0 ~ 3, na katumbas ng average na bilang ng mga pangkat ng hydroxyl na pinalitan ng mga pangkat ng eterification sa bawat yunit ng anhydroglucose.
Para sa mga hydroxyalkyl cellulose eter, ang reaksyon ng pagpapalit ay magsisimulang eterification mula sa mga bagong libreng pangkat ng hydroxyl, at ang antas ng pagpapalit ay maaaring masukat ng halaga ng MS, iyon ay, ang molar degree ng pagpapalit. Kinakatawan nito ang average na bilang ng mga moles ng eterifying agent reactant na idinagdag sa bawat yunit ng anhydroglucose. Ang isang karaniwang reaktor ay ethylene oxide at ang produkto ay may isang hydroxyethyl substituent. Sa Figure 1, ang halaga ng MS ng produkto ay 3.0.
Sa teoryang, walang itaas na limitasyon para sa halaga ng MS. Kung ang halaga ng DS ng antas ng pagpapalit sa bawat pangkat ng singsing ng glucose ay kilala, ang average na haba ng kadena ng eter side chainsome na tagagawa ay madalas ding gumagamit ng mass fraction (WT%) ng iba't ibang mga pangkat ng eterification (tulad ng -och3 o -oc2H4OH) Upang kumatawan sa antas ng pagpapalit at degree sa halip na mga halaga ng DS at MS. Ang mass fraction ng bawat pangkat at ang halaga ng DS o MS ay maaaring ma -convert sa pamamagitan ng simpleng pagkalkula.
Karamihan sa mga cellulose eter ay ang mga polimer na natutunaw ng tubig, at ang ilan ay bahagyang natutunaw din sa mga organikong solvent. Ang Cellulose eter ay may mga katangian ng mataas na kahusayan, mababang presyo, madaling pagproseso, mababang pagkakalason at malawak na iba't -ibang, at ang mga patlang ng demand at aplikasyon ay lumalawak pa rin. Bilang isang auxiliary agent, ang cellulose eter ay may mahusay na potensyal ng aplikasyon sa iba't ibang larangan ng industriya. Maaaring makuha ng MS/DS.
Ang mga cellulose eter ay inuri ayon sa istrukturang kemikal ng mga kapalit sa anionic, cationic at nonionic eter. Ang mga nonionic eter ay maaaring nahahati sa mga natutunaw na tubig at natutunaw na langis.
Ang mga produktong na -industriyalisado ay nakalista sa itaas na bahagi ng Talahanayan 1. Ang mas mababang bahagi ng Talahanayan 1 ay naglilista ng ilang mga kilalang pangkat ng eterification, na hindi pa naging mahalagang mga produktong komersyal.
Ang pagkakasunud-sunod ng pagdadaglat ng halo-halong mga substituents ay maaaring pangalanan alinsunod sa alpabetikong pagkakasunud-sunod o ang antas ng kani-kanilang DS (MS), halimbawa, para sa 2-hydroxyethyl methylcellulose, ang pagdadaglat ay HEMC, at maaari rin itong isulat bilang MHEC TO i -highlight ang methyl substituent.
Ang mga pangkat ng hydroxyl sa cellulose ay hindi madaling ma -access ng mga ahente ng eterification, at ang proseso ng eterification ay karaniwang isinasagawa sa ilalim ng mga kondisyon ng alkalina, sa pangkalahatan ay gumagamit ng isang tiyak na konsentrasyon ng NaOH aqueous solution. Ang cellulose ay unang nabuo sa namamaga na alkali cellulose na may aqueous solution na NaOH, at pagkatapos ay sumailalim sa reaksyon ng eterification na may ahente ng eterification. Sa panahon ng paggawa at paghahanda ng halo -halong mga eter, ang iba't ibang uri ng mga ahente ng eterification ay dapat gamitin nang sabay, o ang eterification ay dapat isagawa nang hakbang -hakbang sa pamamagitan ng magkakasunod na pagpapakain (kung kinakailangan). Mayroong apat na uri ng reaksyon sa eterification ng cellulose, na kung saan ay naitala ng formula ng reaksyon (cellulosic ay pinalitan ng cell-OH) tulad ng sumusunod:
Ang Equation (1) ay naglalarawan ng reaksyon ng Williamson eterification. Ang RX ay isang inorganic acid ester, at ang x ay halogen BR, CL o sulfuric acid ester. Ang Chloride R-Cl ay karaniwang ginagamit sa industriya, halimbawa, methyl chloride, ethyl chloride o chloroacetic acid. Ang isang stoichiometric na halaga ng base ay natupok sa naturang mga reaksyon. Ang industriyalisadong mga produkto ng cellulose eter na methyl cellulose, etil cellulose at carboxymethyl cellulose ay ang mga produkto ng reaksyon ng Williamson eterification.
Ang formula ng reaksyon (2) ay ang karagdagan reaksyon ng base-catalyzed epoxides (tulad ng R = H, CH3, o C2H5) at mga pangkat ng hydroxyl sa mga molekula ng cellulose nang walang pag-ubos ng base. Ang reaksyon na ito ay malamang na magpatuloy habang ang mga bagong pangkat ng hydroxyl ay nabuo sa panahon ng reaksyon, na humahantong sa pagbuo ng oligoalykylethylene oxide side chain: isang katulad na reaksyon na may 1-aziridine (aziridine) ay bubuo ng aminoethyl eter: cell-o-ch2-ch2-nh2) . Ang mga produktong tulad ng hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose at hydroxybutyl cellulose ay lahat ng mga produkto ng base-catalyzed epoxidation.
Ang formula ng reaksyon (3) ay ang reaksyon sa pagitan ng cell-OH at mga organikong compound na naglalaman ng mga aktibong dobleng bono sa medium ng alkalina, ang Y ay isang pangkat na may withdrawing, tulad ng CN, CONH2, o SO3-NA+. Ngayon ang ganitong uri ng reaksyon ay bihirang ginagamit sa industriya.
Ang formula ng reaksyon (4), ang eterification na may diazoalkane ay hindi pa industriyalisado.
- Mga uri ng cellulose eter
Ang cellulose eter ay maaaring maging monoether o halo -halong eter, at ang mga katangian nito ay naiiba. Mayroong mga mababang-substituted na mga pangkat ng hydrophilic sa cellulose macromolecule, tulad ng mga pangkat na hydroxyethyl, na maaaring magbibigay ng produkto na may isang tiyak na antas ng solubility ng tubig, habang para sa mga pangkat na hydrophobic, tulad ng methyl, ethyl, atbp, lamang katamtaman na pagpapalit ng mataas na degree ay maaaring Bigyan ang produkto ng isang tiyak na solubility ng tubig, at ang mababang-substituted na produkto ay swells lamang sa tubig o maaaring matunaw sa dilute alkali solution. Sa malalim na pananaliksik sa mga katangian ng mga cellulose eter, ang mga bagong cellulose eter at ang kanilang mga patlang ng aplikasyon ay patuloy na binuo at ginawa, at ang pinakamalaking lakas sa pagmamaneho ay ang malawak at patuloy na pino na merkado ng aplikasyon.
Ang pangkalahatang batas ng impluwensya ng mga pangkat sa halo -halong mga eter sa mga katangian ng solubility ay:
1) Dagdagan ang nilalaman ng mga pangkat ng hydrophobic sa produkto upang madagdagan ang hydrophobicity ng eter at babaan ang point ng gel;
2) Dagdagan ang nilalaman ng mga pangkat ng hydrophilic (tulad ng mga pangkat ng hydroxyethyl) upang madagdagan ang punto ng gel nito;
3) Ang pangkat ng hydroxypropyl ay espesyal, at ang wastong hydroxypropylation ay maaaring mapababa ang temperatura ng gel ng produkto, at ang temperatura ng gel ng daluyan na hydroxypropylated na produkto ay babangon muli, ngunit ang isang mataas na antas ng pagpapalit ay magbabawas ng punto ng gel; Ang dahilan ay dahil sa espesyal na istraktura ng haba ng carbon chain ng hydroxypropyl group, mababang antas ng hydroxypropylation, humina ang mga bono ng hydrogen sa at sa pagitan ng mga molekula sa cellulose macromolecule, at mga hydrophilic hydroxyl groups sa mga chain chain. Nangingibabaw ang tubig. Sa kabilang banda, kung ang pagpapalit ay mataas, magkakaroon ng polymerization sa side group, bababa ang kamag -anak na nilalaman ng hydroxyl group, tataas ang hydrophobicity, at ang solubility ay mababawasan sa halip.
Ang paggawa at pananaliksik ngCellulose eteray may mahabang kasaysayan. Noong 1905, unang iniulat ni Suida ang eterification ng cellulose, na kung saan ay methylated na may dimethyl sulfate. Ang mga nonionic alkyl eter ay patentado ni Lilienfeld (1912), Dreyfus (1914) at Leuchs (1920) para sa natutunaw na tubig o malulusaw na cellulose eter, ayon sa pagkakabanggit. Ang Buchler at Gomberg ay gumawa ng benzyl cellulose noong 1921, ang carboxymethyl cellulose ay unang ginawa ni Jansen noong 1918, at si Hubert ay gumawa ng hydroxyethyl cellulose noong 1920. Noong unang bahagi ng 1920s, ang carboxymethylcellulose ay na -komersyal sa Alemanya. Mula 1937 hanggang 1938, ang pang -industriya na produksiyon ng MC at HEC ay natanto sa Estados Unidos. Sinimulan ng Sweden ang paggawa ng tubig na natutunaw ng tubig noong 1945. Matapos ang 1945, ang paggawa ng cellulose eter ay mabilis na lumawak sa Kanlurang Europa, Estados Unidos at Japan. Sa pagtatapos ng 1957, ang China CMC ay unang inilagay sa produksiyon sa pabrika ng celluloid ng Shanghai. Sa pamamagitan ng 2004, ang kapasidad ng paggawa ng aking bansa ay 30,000 tonelada ng ionic eter at 10,000 tonelada ng non-ionic eter. Sa pamamagitan ng 2007, aabot ito sa 100,000 tonelada ng ionic eter at 40,000 tonelada ng nonionic eter. Ang mga pinagsamang kumpanya ng teknolohiya sa bahay at sa ibang bansa ay patuloy na umuusbong, at ang kapasidad ng produksyon ng eter ng cellulose at teknikal ay patuloy na nagpapabuti.
Sa mga nagdaang taon, maraming mga cellulose monoethers at halo -halong mga eter na may iba't ibang mga halaga ng DS, viscosities, kadalisayan at rheological na mga katangian ay patuloy na binuo. Sa kasalukuyan, ang pokus ng pag-unlad sa larangan ng mga cellulose eter ay upang magpatibay ng advanced na teknolohiya ng produksyon, bagong teknolohiya ng paghahanda, mga bagong kagamitan, mga bagong produkto, mga de-kalidad na produkto, at mga sistematikong produkto ay dapat na sinaliksik sa teknikal.
Oras ng Mag-post: Abr-28-2024