Què són els derivats de la cel·lulosa?

Els derivats de la cel·lulosa es produeixen per esterificació o eterificació de grups hidroxil en polímers de cel·lulosa amb reactius químics.Segons les característiques estructurals dels productes de reacció, els derivats de la cel·lulosa es poden dividir en tres categories: èters de cel·lulosa, èsters de cel·lulosa i èters de cel·lulosa.Els èsters de cel·lulosa que s'utilitzen realment comercialment són: nitrat de cel·lulosa, acetat de cel·lulosa, acetat butirat de cel·lulosa i xant de cel·lulosa.Els èters de cel·lulosa inclouen: metil cel·lulosa, carboximetil cel·lulosa, etilcel·lulosa, hidroxietilcel·lulosa, cianoetilcel·lulosa, hidroxipropilcel·lulosa i hidroxipropilmetilcel·lulosa.A més, hi ha derivats mixtos d'èters.

Propietats i usos Mitjançant la selecció de reactius de substitució i el disseny del procés, el producte es pot dissoldre en aigua, solució alcalina diluïda o dissolvent orgànic, o tenir propietats termoplàstiques, i es pot utilitzar per fabricar fibres químiques, pel·lícules, bases de pel·lícules, plàstics, aïllants. materials, recobriments, purins, dispersants polimèrics, additius alimentaris i productes químics diaris.Les propietats dels derivats de la cel·lulosa estan relacionades amb la naturalesa dels substituents, el grau DS dels tres grups hidroxil del grup glucosa que es substitueixen i la distribució dels substituents al llarg de la cadena macromolecular.A causa de l'aleatorietat de la reacció, excepte pel producte substituït uniformement quan els tres grups hidroxil estan substituïts (DS és 3), en altres casos (reacció homogènia o reacció heterogènia), s'obtenen les tres posicions de substitució diferents següents: Productes barrejats amb grups glucosil no substituïts: ① monosubstituït (DS és la posició 1, C, C o C es substitueix, la fórmula estructural vegeu cel·lulosa);② disubstituït (DS és 2, C, C, C, C o C, les posicions C estan substituïdes);③ substitució completa (DS és 3).Per tant, les propietats del mateix derivat de cel·lulosa amb el mateix valor de substitució també poden ser força diferents.Per exemple, el diacetat de cel·lulosa esterificat directament a un DS de 2 és insoluble en acetona, però el diacetat de cel·lulosa obtingut per saponificació de triacetat de cel·lulosa totalment esterificat es pot dissoldre completament en acetona.Aquesta heterogeneïtat de substitució està relacionada amb les lleis bàsiques dels èsters de cel·lulosa i les reaccions d'eterificació.

La llei bàsica de la reacció d'esterificació i d'eterificació de la cel·lulosa a la molècula de cel·lulosa, les posicions dels tres grups hidroxil en el grup de la glucosa són diferents i la influència dels substituents adjacents i l'obstacle estèric també són diferents.L'acidesa relativa i el grau de dissociació dels tres grups hidroxil són: C>C>C.Quan la reacció d'eterificació es porta a terme en un medi alcalí, primer reacciona el grup hidroxil C, després el grup hidroxil C i finalment el grup hidroxil primari C.Quan la reacció d'esterificació es porta a terme en un medi àcid, la dificultat de la reacció de cada grup hidroxil és oposada a l'ordre de la reacció d'eterificació.Quan es reacciona amb un reactiu de substitució voluminós, l'efecte d'obstacle estèric té una influència important, i el grup hidroxil C amb un efecte d'obstacle estèric més petit és més fàcil de reaccionar que els grups hidroxil C i C.

La cel·lulosa és un polímer natural cristal·lí.La majoria de les reaccions d'esterificació i eterificació són reaccions heterogènies quan la cel·lulosa roman sòlida.L'estat de difusió dels reactius de reacció a la fibra de cel·lulosa s'anomena accessibilitat.La disposició intermolecular de la regió cristal·lina està ben disposada i el reactiu només es pot difondre a la superfície cristal·lina.La disposició intermolecular a la regió amorfa és fluixa, i hi ha més grups hidroxil lliures que són fàcils de contactar amb reactius, d'alta accessibilitat i fàcil reacció.En general, les matèries primeres amb alta cristalinitat i gran mida de cristall no són tan fàcils de reaccionar com les matèries primeres amb baixa cristalinitat i petita mida de cristall.Però això no és del tot cert, per exemple, la taxa d'acetilació de les fibres de viscosa seca amb una cristalinitat més baixa i una cristalinitat menor és significativament menor que la de la fibra de cotó amb una cristalinitat més alta i una cristalinitat més gran.Això es deu al fet que es generen alguns punts d'enllaç d'hidrogen entre polímers adjacents durant el procés d'assecat, cosa que dificulta la difusió dels reactius.Si la humitat de la matèria primera de cel·lulosa humida es substitueix per un dissolvent orgànic més gran (com l'àcid acètic, el benzè, la piridina) i després s'asseca, la seva reactivitat es millorarà molt, perquè l'assecat no pot expulsar completament el dissolvent, i alguns més grans. les molècules queden atrapades als "forats" de la matèria primera de cel·lulosa, formant l'anomenada cel·lulosa continguda.La distància que s'ha ampliat per la inflor no és fàcil de recuperar, la qual cosa afavoreix la difusió dels reactius i afavoreix la velocitat de reacció i la uniformitat de la reacció.Per aquest motiu, en el procés de producció de diversos derivats de la cel·lulosa, hi ha d'haver un tractament d'inflor corresponent.Normalment s'utilitza aigua, àcid o una certa concentració de solució alcalina com a agent d'inflor.A més, la dificultat de la reacció química de la polpa en dissolució amb els mateixos indicadors físics i químics sovint és molt diferent, causada pels factors morfològics de diversos tipus de plantes o cèl·lules amb diferents funcions bioquímiques i estructurals en una mateixa planta.de.La paret primària de la capa exterior de fibra vegetal dificulta la penetració dels reactius i retarda les reaccions químiques, per la qual cosa normalment cal utilitzar les condicions corresponents en el procés de despulpació per destruir la paret primària per tal d'obtenir polpa dissolta amb millor reactivitat.Per exemple, la pasta de bagàs és una matèria primera amb poca reactivitat en la producció de pasta de viscosa.Quan es prepara viscosa (solució alcalina de xantat de cel·lulosa), es consumeix més disulfur de carboni que la polpa de linter de cotó i la polpa de fusta.La velocitat de filtració és inferior a la de la viscosa preparada amb altres polpes.Això es deu al fet que la paret primària de les cèl·lules de fibra de canya de sucre no s'ha danyat correctament durant la pasta i la preparació de cel·lulosa alcalina mitjançant mètodes convencionals, cosa que ha provocat dificultats en la reacció de groguenc.

Les fibres de polpa de bagassa alcalina prehidrolitzada] i la figura 2 [fibres de polpa de bagassa després de la impregnació alcalina] són imatges d'escaneig de microscopi electrònic de la superfície de les fibres de polpa de bagaix després del procés alcalí prehidrolitzat i la impregnació alcalina convencional, respectivament, la primera encara es pot veure. fosses clares;en aquest últim, tot i que les fosses desapareixen a causa de la inflació de la solució alcalina, la paret primària encara cobreix tota la fibra.Si el procés de "segona impregnació" (impregnació ordinària seguida d'una segona impregnació amb una solució alcalina diluïda amb un gran efecte d'inflor) o el procés de mòlta per immersió (impregnació comuna combinada amb mòlta mecànica), la reacció de groc pot continuar sense problemes, la velocitat de filtració de viscosa. es millora significativament.Això es deu al fet que els dos mètodes anteriors poden desenganxar la paret primària, exposant la capa interna de la reacció relativament fàcil, la qual cosa afavoreix la penetració dels reactius i millora el rendiment de la reacció (Fig. 3 [impregnació secundària de la fibra de polpa de bagàs). ], Fig. Mòlta de fibres de polpa de bagassa]).

En els darrers anys han sorgit sistemes de dissolvents no aquosos que poden dissoldre directament la cel·lulosa.Com la dimetilformamida i el NO, el sulfòxid de dimetil i el paraformaldehid, i altres dissolvents barrejats, etc., permeten que la cel·lulosa experimenti una reacció homogènia.Tanmateix, algunes de les lleis de reaccions fora de fase esmentades ja no s'apliquen.Per exemple, quan es prepara diacetat de cel·lulosa soluble en acetona, no és necessari sotmetre's a la hidròlisi del triacetat de cel·lulosa, però es pot esterificar directament fins que el DS sigui 2.