سیلولوز ایتھر کی ساخت اور اقسام کیا ہیں؟

1. سیلولوز ایتھر کی ساخت اور تیاری کا اصول

شکل 1 سیلولوز ایتھرز کی مخصوص ساخت کو ظاہر کرتی ہے۔ ہر bD-anhydroglucose یونٹ (سیلولوز کی دہرائی جانے والی اکائی) C (2)، C (3) اور C (6) پوزیشنوں پر ایک گروپ کی جگہ لے لیتا ہے، یعنی تین ایتھر گروپس ہو سکتے ہیں۔ کے انٹرا چین اور انٹر چین ہائیڈروجن بانڈز کی وجہ سےسیلولوز میکرو مالیکیولس، پانی اور تقریبا تمام نامیاتی سالوینٹس میں تحلیل کرنا مشکل ہے۔ ایتھریشن کے ذریعے ایتھر گروپس کا تعارف انٹرمولیکولر اور انٹرمولیکیولر ہائیڈروجن بانڈز کو تباہ کرتا ہے، اس کی ہائیڈرو فیلیسیٹی کو بہتر بناتا ہے، اور واٹر میڈیا میں اس کی حل پذیری کو بہت بہتر بناتا ہے۔

عام ایتھریفائیڈ متبادل کم مالیکیولر وزن والے الکوکسی گروپس (1 سے 4 کاربن ایٹم) یا ہائیڈروکسیالکل گروپس ہوتے ہیں، جو پھر دوسرے فعال گروپس جیسے کاربوکسائل، ہائیڈروکسیل یا امینو گروپس کے ذریعے بدل سکتے ہیں۔ متبادل ایک، دو یا زیادہ مختلف قسم کے ہو سکتے ہیں۔ سیلولوز میکرومولیکولر چین کے ساتھ، ہر گلوکوز یونٹ کی C(2)، C(3) اور C(6) پوزیشنوں پر موجود ہائیڈروکسیل گروپس کو مختلف تناسب میں تبدیل کیا جاتا ہے۔ سخت الفاظ میں، سیلولوز ایتھر کا عام طور پر کوئی خاص کیمیائی ڈھانچہ نہیں ہوتا ہے، سوائے ان مصنوعات کے جو مکمل طور پر ایک قسم کے گروپ (تینوں ہائیڈروکسیل گروپوں کے متبادل ہیں) کے ذریعے تبدیل کیے جاتے ہیں۔ یہ مصنوعات صرف لیبارٹری تجزیہ اور تحقیق کے لیے استعمال کی جا سکتی ہیں، اور ان کی کوئی تجارتی قیمت نہیں ہے۔

(a) سیلولوز ایتھر مالیکیولر چین کی دو اینہائیڈروگلوکوز اکائیوں کی عمومی ساخت، R1~R6=H، یا ایک نامیاتی متبادل؛

(b) کاربوکسی میتھائل کا ایک مالیکیولر چین کا ٹکڑاہائیڈروکسیتھیل سیلولوز، کاربوکسی میتھائل کے متبادل کی ڈگری 0.5 ہے، ہائیڈروکسیتھیل کے متبادل کی ڈگری 2.0 ہے، اور داڑھ کے متبادل کی ڈگری 3.0 ہے۔ یہ ڈھانچہ ایتھرائیڈ گروپس کی اوسط متبادل سطح کی نمائندگی کرتا ہے، لیکن متبادل دراصل بے ترتیب ہیں۔

ہر متبادل کے لیے، ایتھریفیکیشن کی کل رقم کو متبادل DS قدر کی ڈگری سے ظاہر کیا جاتا ہے۔ DS کی حد 0 ~ 3 ہے، جو ہر اینہائیڈروگلوکوز یونٹ پر ایتھریفیکیشن گروپس کی جگہ ہائیڈروکسیل گروپس کی اوسط تعداد کے برابر ہے۔

ہائیڈروکسیالکل سیلولوز ایتھرز کے لیے، متبادل رد عمل نئے فری ہائیڈروکسیل گروپس سے ایتھریفیکیشن شروع کر دے گا، اور متبادل کی ڈگری کو MS قدر، یعنی، متبادل کی داڑھ ڈگری کے ذریعے مقدار میں طے کیا جا سکتا ہے۔ یہ ہر اینہائیڈروگلوکوز یونٹ میں شامل ایتھریفائنگ ایجنٹ ری ایکٹنٹ کے مولوں کی اوسط تعداد کی نمائندگی کرتا ہے۔ ایک عام ری ایکٹنٹ ایتھیلین آکسائیڈ ہے اور پروڈکٹ میں ہائیڈروکسی ایتھائل کا متبادل ہوتا ہے۔ شکل 1 میں، پروڈکٹ کی MS ویلیو 3.0 ہے۔

نظریاتی طور پر، MS قدر کے لیے کوئی بالائی حد نہیں ہے۔ اگر ہر گلوکوز رنگ گروپ پر متبادل کی ڈگری کی DS قدر معلوم ہو تو، ایتھر سائیڈ چین کی اوسط زنجیر کی لمبائی کچھ مینوفیکچررز بھی اکثر مختلف ایتھریفیکیشن گروپس (جیسے -OCH3 یا -OC2H4OH) کے ماس فریکشن (wt%) کا استعمال کرتے ہیں۔ DS اور MS قدروں کے بجائے متبادل کی سطح اور ڈگری کی نمائندگی کرنے کے لیے۔ ہر گروپ کے بڑے پیمانے پر حصہ اور اس کی DS یا MS قدر کو سادہ حساب سے تبدیل کیا جا سکتا ہے۔

زیادہ تر سیلولوز ایتھر پانی میں گھلنشیل پولیمر ہیں، اور کچھ نامیاتی سالوینٹس میں بھی جزوی طور پر حل پذیر ہوتے ہیں۔ سیلولوز ایتھر میں اعلی کارکردگی، کم قیمت، آسان پروسیسنگ، کم زہریلا اور وسیع اقسام کی خصوصیات ہیں، اور طلب اور درخواست کے میدان اب بھی پھیل رہے ہیں۔ ایک معاون ایجنٹ کے طور پر، سیلولوز ایتھر صنعت کے مختلف شعبوں میں استعمال کی بڑی صلاحیت رکھتا ہے۔ MS/DS کے ذریعے حاصل کیا جا سکتا ہے۔

سیلولوز ایتھرز کو متبادل کی کیمیائی ساخت کے مطابق anionic، cationic اور nonionic ethers میں درجہ بندی کیا جاتا ہے۔ Nonionic ethers کو پانی میں گھلنشیل اور تیل میں گھلنشیل مصنوعات میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔

جن مصنوعات کو صنعتی بنایا گیا ہے وہ ٹیبل 1 کے اوپری حصے میں درج ہیں۔

مخلوط ایتھر کے متبادل کے مخفف آرڈر کا نام حروف تہجی کی ترتیب یا متعلقہ DS (MS) کی سطح کے مطابق رکھا جا سکتا ہے، مثال کے طور پر، 2-hydroxyethyl methylcellulose کے لیے، مخفف HEMC ہے، اور اسے MHEC کے طور پر بھی لکھا جا سکتا ہے۔ میتھائل کے متبادل کو نمایاں کریں۔

سیلولوز پر موجود ہائیڈروکسیل گروپس ایتھریفیکیشن ایجنٹس کے ذریعے آسانی سے قابل رسائی نہیں ہوتے ہیں، اور ایتھریفیکیشن کا عمل عام طور پر الکلائن حالات میں انجام دیا جاتا ہے، عام طور پر NaOH آبی محلول کی ایک خاص ارتکاز کا استعمال کرتے ہوئے۔ سیلولوز پہلے NaOH آبی محلول کے ساتھ سوجی ہوئی الکلی سیلولوز میں بنتا ہے، اور پھر ایتھریفیکیشن ایجنٹ کے ساتھ ایتھریفیکیشن ری ایکشن سے گزرتا ہے۔ مخلوط ایتھرز کی تیاری اور تیاری کے دوران، مختلف قسم کے ایتھریفیکیشن ایجنٹس کو ایک ہی وقت میں استعمال کیا جانا چاہیے، یا ایتھریفیکیشن کو مرحلہ وار فیڈنگ (اگر ضروری ہو) کے ذریعے کیا جانا چاہیے۔ سیلولوز کی ایتھریفیکیشن میں رد عمل کی چار اقسام ہیں، جن کا خلاصہ رد عمل کے فارمولے سے کیا گیا ہے (سیلولوز کو سیل-OH سے بدل دیا گیا ہے) مندرجہ ذیل ہے:

مساوات (1) ولیمسن ایتھریفیکیشن ردعمل کو بیان کرتی ہے۔ RX ایک غیر نامیاتی ایسڈ ایسٹر ہے، اور X ہالوجن Br، Cl یا سلفورک ایسڈ ایسٹر ہے۔ کلورائڈ R-Cl عام طور پر صنعت میں استعمال ہوتا ہے، مثال کے طور پر، میتھائل کلورائد، ایتھائل کلورائد یا کلورواسیٹک ایسڈ۔ اس طرح کے رد عمل میں بیس کی ایک سٹوچیومیٹرک مقدار استعمال ہوتی ہے۔ صنعتی سیلولوز ایتھر پروڈکٹس میتھائل سیلولوز، ایتھائل سیلولوز اور کاربوکسی میتھائل سیلولوز ولیمسن ایتھریفیکیشن ری ایکشن کی پیداوار ہیں۔

رد عمل کا فارمولا (2) بیس کیٹلیزڈ ایپوکسائڈز (جیسے R=H، CH3، یا C2H5) اور سیلولوز مالیکیولز پر بغیر بیس استعمال کیے ہائیڈروکسیل گروپس کا اضافی ردعمل ہے۔ یہ رد عمل جاری رہنے کا امکان ہے کیونکہ رد عمل کے دوران نئے ہائیڈروکسیل گروپس پیدا ہوتے ہیں، جس کے نتیجے میں oligoalkylethylene آکسائیڈ سائیڈ چینز بنتے ہیں: 1-aziridine (aziridine) کے ساتھ اسی طرح کا ردعمل امینوتھیل ایتھر بنائے گا: Cell-O-CH2-CH2-NH2 . ہائیڈروکسی ایتھائل سیلولوز، ہائیڈروکسی پروپیل سیلولوز اور ہائیڈروکسی بیوٹائل سیلولوز جیسی مصنوعات بیس کیٹیلائزڈ ایپو آکسیڈیشن کی تمام مصنوعات ہیں۔

رد عمل کا فارمولا (3) سیل-OH اور الکلائن میڈیم میں فعال ڈبل بانڈز پر مشتمل نامیاتی مرکبات کے درمیان رد عمل ہے، Y ایک الیکٹران نکالنے والا گروپ ہے، جیسے CN، CONH2، یا SO3-Na+۔ آج اس قسم کا ردعمل صنعتی طور پر شاذ و نادر ہی استعمال ہوتا ہے۔

رد عمل کا فارمولہ (4)، diazoalkane کے ساتھ etherification ابھی تک صنعتی نہیں ہوا ہے۔

1. سیلولوز ایتھر کی اقسام

سیلولوز ایتھر monoether یا مخلوط ایتھر ہو سکتا ہے، اور اس کی خصوصیات مختلف ہیں۔ سیلولوز میکرومولیکول پر کم متبادل ہائیڈرو فیلک گروپس ہیں، جیسے ہائیڈروکسیتھائل گروپس، جو مصنوعات کو ایک خاص حد تک پانی میں حل پذیری فراہم کر سکتے ہیں، جب کہ ہائیڈروفوبک گروپس، جیسے میتھائل، ایتھل، وغیرہ کے لیے، صرف اعتدال پسند متبادل اعلیٰ ڈگری لے سکتے ہیں۔ پروڈکٹ کو پانی میں ایک خاص حل پذیری دیں، اور کم متبادل والی پروڈکٹ صرف پانی میں پھول جاتی ہے یا ہو سکتی ہے۔ پتلی الکلی محلول میں تحلیل۔ سیلولوز ایتھرز کی خصوصیات پر گہرائی سے تحقیق کے ساتھ، نئے سیلولوز ایتھرز اور ان کے اطلاق کے میدان مسلسل تیار اور تیار کیے جائیں گے، اور سب سے بڑی محرک قوت وسیع اور مسلسل بہتر ایپلی کیشن مارکیٹ ہے۔

حل پذیری کی خصوصیات پر مخلوط ایتھرز میں گروپوں کے اثر و رسوخ کا عمومی قانون یہ ہے:

1) ایتھر کی ہائیڈروفوبیسیٹی کو بڑھانے اور جیل پوائنٹ کو کم کرنے کے لیے پروڈکٹ میں ہائیڈروفوبک گروپس کے مواد میں اضافہ کریں۔

2) اس کے جیل پوائنٹ کو بڑھانے کے لیے ہائیڈرو فیلک گروپس (جیسے ہائیڈروکسیتھائل گروپس) کے مواد میں اضافہ کریں۔

3) ہائیڈرو آکسی پروپیل گروپ خاص ہے، اور مناسب ہائیڈرو آکسی پروپیلیشن پروڈکٹ کے جیل درجہ حرارت کو کم کر سکتا ہے، اور درمیانے درجے کی ہائیڈرو آکسی پروپائلیٹڈ پروڈکٹ کا جیل درجہ حرارت دوبارہ بڑھ جائے گا، لیکن اعلیٰ سطح کا متبادل اس کے جیل پوائنٹ کو کم کر دے گا۔ اس کی وجہ ہائیڈرو آکسی پروپیل گروپ کی خصوصی کاربن چین کی لمبائی کی ساخت، نچلی سطح کا ہائیڈرو آکسی پروپیلیشن، سیلولوز میکرومولکول میں اور ان کے درمیان کمزور ہائیڈروجن بانڈز، اور برانچ چینز پر ہائیڈرو فیلک ہائیڈروکسیل گروپس ہیں۔ پانی غالب ہے۔ دوسری طرف، اگر متبادل زیادہ ہے، تو سائیڈ گروپ پر پولیمرائزیشن ہو گی، ہائیڈروکسیل گروپ کا رشتہ دار مواد کم ہو جائے گا، ہائیڈرو فوبیسٹی بڑھ جائے گی، اور اس کی بجائے حل پذیری کم ہو جائے گی۔

کی پیداوار اور تحقیقسیلولوز ایتھرایک طویل تاریخ ہے. 1905 میں، سوئیڈا نے پہلی بار سیلولوز کے ایتھریفیکیشن کی اطلاع دی، جو ڈائمتھائل سلفیٹ کے ساتھ میتھلیٹڈ تھا۔ Nonionic alkyl ethers کو بالترتیب پانی میں گھلنشیل یا تیل میں گھلنشیل سیلولوز ایتھرز کے لیے Lilienfeld (1912) Dreyfus (1914) اور Leuchs (1920) نے پیٹنٹ کیا تھا۔ Buchler اور Gomberg نے 1921 میں بینزائل سیلولوز تیار کیا، carboxymethyl cellulose پہلی بار Jansen نے 1918 میں تیار کیا، اور Hubert نے 1920 میں hydroxyethyl cellulose تیار کیا۔ 1920 کی دہائی کے اوائل میں، کاربوکسی میتھائل سیلولوز کو جرمنی میں تجارتی بنایا گیا۔ 1937 سے 1938 تک، MC اور HEC کی صنعتی پیداوار ریاستہائے متحدہ میں محسوس ہوئی۔ سویڈن نے 1945 میں پانی میں حل پذیر EHEC کی پیداوار شروع کی۔ 1945 کے بعد، سیلولوز ایتھر کی پیداوار مغربی یورپ، امریکہ اور جاپان میں تیزی سے پھیلی۔ 1957 کے آخر میں، چین سی ایم سی کو سب سے پہلے شنگھائی سیلولائڈ فیکٹری میں پیداوار میں ڈال دیا گیا تھا۔ 2004 تک، میرے ملک کی پیداواری صلاحیت 30,000 ٹن آئنک ایتھر اور 10,000 ٹن غیر آئنک ایتھر ہوگی۔ 2007 تک، یہ 100,000 ٹن آئنک ایتھر اور 40,000 ٹن Nonionic ایتھر تک پہنچ جائے گا۔ اندرون اور بیرون ملک مشترکہ ٹیکنالوجی کمپنیاں بھی مسلسل ابھر رہی ہیں، اور چین کی سیلولوز ایتھر کی پیداواری صلاحیت اور تکنیکی سطح مسلسل بہتر ہو رہی ہے۔

حالیہ برسوں میں، بہت سے سیلولوز مونوتھرز اور مخلوط ایتھر مختلف DS قدروں، viscosities، پاکیزگی اور rheological خصوصیات کے ساتھ مسلسل تیار کیے گئے ہیں۔ فی الحال، سیلولوز ایتھر کے میدان میں ترقی کا مرکز جدید پروڈکشن ٹیکنالوجی، نئی تیاری کی ٹیکنالوجی، نئے آلات، نئی مصنوعات، اعلیٰ معیار کی مصنوعات، اور منظم مصنوعات کو تکنیکی طور پر تحقیق کرنا ہے۔