Derivati celuloze se proizvode esterifikacijom ili eterifikacijom hidroksilnih grupa u celuloznim polimerima sa hemijskim reagensima.Prema strukturnim karakteristikama produkta reakcije, derivati celuloze mogu se podijeliti u tri kategorije: eteri celuloze, estri celuloze i estri celuloze.Estri celuloze koji se zapravo komercijalno koriste su: celulozni nitrat, celulozni acetat, celulozni acetat butirat i celulozni ksantat.Eteri celuloze uključuju: metil celulozu, karboksimetil celulozu, etil celulozu, hidroksietil celulozu, cijanoetil celulozu, hidroksipropil celulozu i hidroksipropil metil celulozu.Osim toga, postoje esterski mješoviti derivati.
Svojstva i upotrebe Izborom zamjenskih reagensa i dizajnom procesa, proizvod se može otopiti u vodi, razrijeđenom alkalnom rastvoru ili organskom otapalu, ili imati termoplastična svojstva, i može se koristiti za proizvodnju hemijskih vlakana, filmova, folija, plastike, izolacije materijali, premazi, suspenzija, polimerni disperzanti, aditivi za hranu i dnevni hemijski proizvodi.Svojstva derivata celuloze su povezana sa prirodom supstituenata, stepenom DS tri hidroksilne grupe na glukoznoj grupi koja se supstituiše, i distribucijom supstituenata duž makromolekularnog lanca.Zbog slučajnosti reakcije, osim za jednolično supstituirani proizvod kada su sve tri hidroksilne grupe supstituirane (DS je 3), u drugim slučajevima (homogena reakcija ili heterogena reakcija), dobijaju se sljedeća tri različita supstituciona položaja: Pomiješani produkti sa nesupstituisane glukozilne grupe: ① monosupstituisane (DS je 1, C, C ili C pozicija je supstituisana, strukturna formula vidi celulozu);② disupstituiran (DS je 2, C, C, C, C ili C, C pozicije su supstituirane);③ puna zamjena (DS je 3).Stoga, svojstva istog derivata celuloze sa istom supstitucijskom vrijednošću mogu također biti prilično različita.Na primjer, celulozni diacetat direktno esterificiran do DS od 2 je nerastvorljiv u acetonu, ali celulozni diacetat dobiven saponifikacijom potpuno esterificiranog celuloznog triacetata može se potpuno otopiti u acetonu.Ova heterogenost supstitucije povezana je sa osnovnim zakonima celuloznog estera i reakcijama eterifikacije.
Osnovni zakon esterifikacije i reakcije eterifikacije celuloze u molekulu celuloze, položaji tri hidroksilne grupe u glukoznoj grupi su različiti, a različiti su i uticaji susednih supstituenata i sterične smetnje.Relativna kiselost i stepen disocijacije tri hidroksilne grupe su: C>C>C.Kada se reakcija eterifikacije izvodi u alkalnom mediju, prvo reagira C hidroksilna grupa, zatim C hidroksilna grupa i na kraju C primarna hidroksilna grupa.Kada se reakcija esterifikacije izvodi u kiselom mediju, težina reakcije svake hidroksilne grupe je suprotna od redosleda reakcije eterifikacije.Kada se reaguje sa glomaznim supstitucionim reagensom, efekat sterične smetnje ima važan uticaj, a C hidroksilnu grupu sa manjim efektom steričke smetnje lakše je reagovati od C i C hidroksilnih grupa.
Celuloza je kristalni prirodni polimer.Većina reakcija esterifikacije i eterifikacije su heterogene reakcije kada celuloza ostaje čvrsta.Stanje difuzije reagensa u celulozno vlakno naziva se dosegljivost.Intermolekularni raspored kristalnog područja je čvrsto raspoređen, a reagens može samo difundirati do kristalne površine.Intermolekularni raspored u amorfnom području je labav, a ima više slobodnih hidroksilnih grupa koje su lako u kontaktu sa reagensima, visoke pristupačnosti i lake reakcije.Generalno, sirovine sa visokom kristalinom i velikom veličinom kristala nisu tako lake za reakciju kao sirovine sa niskom kristalinom i malom veličinom kristala.Ali to nije sasvim tačno, na primjer, stopa acetilacije suhih viskoznih vlakana s nižom kristalinom i manjom kristalinom značajno je niža od one pamučnih vlakana s većom kristalinom i većom kristalinom.To je zato što se neke tačke vodonične veze stvaraju između susjednih polimera tokom procesa sušenja, što ometa difuziju reagensa.Ako se vlaga u vlažnoj celuloznoj sirovini zamijeni većim organskim otapalom (kao što su octena kiselina, benzol, piridin) i zatim osuši, njena reaktivnost će se znatno poboljšati, jer sušenje ne može potpuno izbaciti otapalo, a neke veće molekuli su zarobljeni u „rupama“ celuloznog sirovog materijala, formirajući takozvanu sadržanu celulozu.Udaljenost koja je povećana bubrenjem nije lako oporaviti, što je pogodno za difuziju reagensa i promoviše brzinu reakcije i ujednačenost reakcije.Iz tog razloga, u procesu proizvodnje različitih derivata celuloze, mora postojati odgovarajući tretman bubrenja.Obično se kao sredstvo za bubrenje koristi voda, kiselina ili određena koncentracija alkalne otopine.Osim toga, teškoća kemijske reakcije otapajuće pulpe s istim fizičkim i kemijskim pokazateljima često je vrlo različita, što je uzrokovano morfološkim faktorima različitih vrsta biljaka ili stanica s različitim biohemijskim i strukturnim funkcijama u istoj biljci.of.Primarni zid vanjskog sloja biljnih vlakana otežava prodiranje reagenasa i usporava kemijske reakcije, pa je obično potrebno koristiti odgovarajuće uvjete u procesu pulpiranja kako bi se primarni zid uništio kako bi se dobila rastvorljiva pulpa sa boljom reaktivnošću.Na primjer, bagasse pulpa je sirovina sa slabom reaktivnošću u proizvodnji viskozne pulpe.Prilikom pripreme viskoze (alkalne otopine celuloznog ksantata) troši se više ugljičnog disulfida nego pulpe pamučnog lintera i drvene pulpe.Brzina filtracije je niža od one viskoze pripremljene s drugim pulpama.To je zato što primarni zid ćelija vlakana šećerne trske nije pravilno oštećen tokom pulpiranja i pripreme alkalne celuloze konvencionalnim metodama, što je rezultiralo poteškoćama u reakciji žućenja.
Prethodno hidrolizirana alkalna vlakna bagasne pulpe] i Slika 2 [vlakna pulpe bagasa nakon alkalne impregnacije] su slike koje skeniraju elektronskim mikroskopom površine vlakana bagasne pulpe nakon prethodno hidroliziranog alkalnog procesa i konvencionalne alkalne impregnacije još uvijek se mogu vidjeti kao prva čiste jame;u potonjem, iako rupice nestaju zbog bubrenja alkalne otopine, primarni zid i dalje pokriva cijelo vlakno.Ako se „druga impregnacija“ (obična impregnacija nakon koje slijedi druga impregnacija s razrijeđenom otopinom alkalije s velikim efektom bubrenja) ili potapanjem (uobičajena impregnacija u kombinaciji s mehaničkim mljevenjem) proces, reakcija žućenja može teći glatko, brzina filtracije viskoze značajno je poboljšana.To je zato što obje od gornje dvije metode mogu odlijepiti primarni zid, izlažući unutrašnji sloj relativno lake reakcije, što pogoduje prodiranju reagensa i poboljšava performanse reakcije (slika 3 [sekundarna impregnacija vlakana bagasse pulpe ], sl. Mljevenje vlakana pulpe bagasa]).
Poslednjih godina pojavili su se nevodeni sistemi rastvarača koji mogu direktno rastvoriti celulozu.Kao što su dimetilformamid i NO, dimetil sulfoksid i paraformaldehid, i drugi miješani rastvarači, itd., omogućavaju celulozi da prođe homogenu reakciju.Međutim, neki od gore navedenih zakona reakcija van faze više ne vrijede.Na primjer, kada se priprema celulozni diacetat rastvorljiv u acetonu, nije potrebno podvrgnuti hidrolizi celuloznog triacetata, ali se može direktno esterificirati dok DS ne bude 2.
Vrijeme objave: Feb-27-2023