Τα παράγωγα κυτταρίνης παράγονται με εστεροποίηση ή αιθεροποίηση ομάδων υδροξυλίου σε πολυμερή κυτταρίνης με χημικά αντιδραστήρια.Σύμφωνα με τα δομικά χαρακτηριστικά των προϊόντων αντίδρασης, τα παράγωγα κυτταρίνης μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: αιθέρες κυτταρίνης, εστέρες κυτταρίνης και εστέρες αιθέρα κυτταρίνης.Οι εστέρες κυτταρίνης που χρησιμοποιούνται πραγματικά στο εμπόριο είναι: νιτρική κυτταρίνη, οξική κυτταρίνη, βουτυρική οξική κυτταρίνη και ξανθική κυτταρίνη.Οι αιθέρες κυτταρίνης περιλαμβάνουν: μεθυλοκυτταρίνη, καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη, αιθυλοκυτταρίνη, υδροξυαιθυλοκυτταρίνη, κυανοαιθυλοκυτταρίνη, υδροξυπροπυλοκυτταρίνη και υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη.Επιπλέον, υπάρχουν μικτά παράγωγα εστέρα αιθέρα.
Ιδιότητες και χρήσεις Μέσω της επιλογής των αντιδραστηρίων υποκατάστασης και του σχεδιασμού της διαδικασίας, το προϊόν μπορεί να διαλυθεί σε νερό, αραιό αλκαλικό διάλυμα ή οργανικό διαλύτη ή να έχει θερμοπλαστικές ιδιότητες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή χημικών ινών, μεμβρανών, βάσεων φιλμ, πλαστικών, μονωτικών υλικά, επιστρώσεις, πολτός, πολυμερικά διασκορπιστικά, πρόσθετα τροφίμων και καθημερινά χημικά προϊόντα.Οι ιδιότητες των παραγώγων κυτταρίνης σχετίζονται με τη φύση των υποκαταστατών, τον βαθμό DS των τριών υδροξυλομάδων στην ομάδα γλυκόζης που υποκαθίσταται και την κατανομή των υποκαταστατών κατά μήκος της μακρομοριακής αλυσίδας.Λόγω της τυχαιότητας της αντίδρασης, εκτός από το ομοιόμορφα υποκατεστημένο προϊόν όταν και οι τρεις υδροξυλομάδες είναι υποκατεστημένες (το DS είναι 3), σε άλλες περιπτώσεις (ομογενής αντίδραση ή ετερογενής αντίδραση), λαμβάνονται οι ακόλουθες τρεις διαφορετικές θέσεις υποκατάστασης: Μικτά προϊόντα με μη υποκατεστημένες γλυκοσυλικές ομάδες: ① μονουποκατεστημένες (το DS είναι 1, η θέση C, C ή C είναι υποκατεστημένη, δομικός τύπος βλέπε κυτταρίνη).② διυποκατεστημένο (το DS είναι 2, C, C, C, C ή C, οι θέσεις C είναι υποκατεστημένες).③ πλήρης αντικατάσταση (το DS είναι 3).Επομένως, οι ιδιότητες του ίδιου παραγώγου κυτταρίνης με την ίδια τιμή υποκατάστασης μπορεί επίσης να είναι αρκετά διαφορετικές.Για παράδειγμα, η διοξική κυτταρίνη που έχει απευθείας εστεροποιηθεί σε DS 2 είναι αδιάλυτη σε ακετόνη, αλλά η διοξική κυτταρίνη που λαμβάνεται με σαπωνοποίηση πλήρως εστεροποιημένης τριοξικής κυτταρίνης μπορεί να διαλυθεί πλήρως σε ακετόνη.Αυτή η ετερογένεια υποκατάστασης σχετίζεται με τους βασικούς νόμους των αντιδράσεων εστέρα κυτταρίνης και αιθεροποίησης.
Ο βασικός νόμος της αντίδρασης εστεροποίησης και αιθεροποίησης κυτταρίνης στο μόριο κυτταρίνης, οι θέσεις των τριών υδροξυλομάδων στην ομάδα γλυκόζης είναι διαφορετικές και η επίδραση των παρακείμενων υποκαταστατών και η στερική παρεμπόδιση είναι επίσης διαφορετικές.Η σχετική οξύτητα και ο βαθμός διάστασης των τριών υδροξυλομάδων είναι: C>C>C.Όταν η αντίδραση αιθεροποίησης διεξάγεται σε αλκαλικό μέσο, η C υδροξύλ ομάδα αντιδρά πρώτα, μετά η C υδροξύλ ομάδα και τέλος η C πρωτοταγής υδροξυλική ομάδα.Όταν η αντίδραση εστεροποίησης διεξάγεται σε όξινο μέσο, η δυσκολία της αντίδρασης κάθε υδροξυλομάδας είναι αντίθετη από τη σειρά της αντίδρασης αιθεροποίησης.Όταν αντιδρά με ένα ογκώδες αντιδραστήριο υποκατάστασης, το φαινόμενο στερεοχημικής παρεμπόδισης έχει σημαντική επίδραση και η ομάδα C υδροξυλίου με μικρότερη στερική επίδραση παρεμπόδισης αντιδρά ευκολότερα από τις ομάδες C και C υδροξυλίου.
Η κυτταρίνη είναι ένα κρυσταλλικό φυσικό πολυμερές.Οι περισσότερες από τις αντιδράσεις εστεροποίησης και αιθεροποίησης είναι ετερογενείς αντιδράσεις όταν η κυτταρίνη παραμένει στερεή.Η κατάσταση διάχυσης των αντιδραστηρίων της αντίδρασης στην ίνα κυτταρίνης ονομάζεται προσιτότητα.Η διαμοριακή διάταξη της κρυσταλλικής περιοχής είναι στενά διατεταγμένη και το αντιδραστήριο μπορεί να διαχέεται μόνο στην κρυσταλλική επιφάνεια.Η διαμοριακή διάταξη στην άμορφη περιοχή είναι χαλαρή και υπάρχουν περισσότερες ελεύθερες υδροξυλομάδες που είναι εύκολο να έρθουν σε επαφή με αντιδραστήρια, με υψηλή προσβασιμότητα και εύκολη αντίδραση.Γενικά, οι πρώτες ύλες με υψηλή κρυσταλλικότητα και μεγάλο μέγεθος κρυστάλλου δεν αντιδρούν τόσο εύκολα όσο οι πρώτες ύλες με χαμηλή κρυσταλλικότητα και μικρό μέγεθος κρυστάλλου.Αλλά αυτό δεν είναι απολύτως αληθές, για παράδειγμα, ο ρυθμός ακετυλίωσης των ξηρών ινών βισκόζης με χαμηλότερη κρυσταλλικότητα και μικρότερη κρυσταλλικότητα είναι σημαντικά χαμηλότερος από αυτόν των ινών βαμβακιού με υψηλότερη κρυσταλλικότητα και μεγαλύτερη κρυσταλλικότητα.Αυτό συμβαίνει επειδή δημιουργούνται ορισμένα σημεία σύνδεσης υδρογόνου μεταξύ γειτονικών πολυμερών κατά τη διαδικασία ξήρανσης, γεγονός που εμποδίζει τη διάχυση των αντιδραστηρίων.Εάν η υγρασία στην υγρή πρώτη ύλη κυτταρίνης αντικατασταθεί από έναν μεγαλύτερο οργανικό διαλύτη (όπως οξικό οξύ, βενζόλιο, πυριδίνη) και στη συνέχεια ξηρανθεί, η αντιδραστικότητά της θα βελτιωθεί σημαντικά, επειδή η ξήρανση δεν μπορεί να διώξει εντελώς τον διαλύτη. μόρια παγιδεύονται στις «τρύπες» της πρώτης ύλης κυτταρίνης, σχηματίζοντας τη λεγόμενη περιεχόμενη κυτταρίνη.Η απόσταση που έχει διευρυνθεί από τη διόγκωση δεν είναι εύκολο να ανακτηθεί, γεγονός που ευνοεί τη διάχυση των αντιδραστηρίων και προάγει τον ρυθμό αντίδρασης και την ομοιομορφία της αντίδρασης.Για το λόγο αυτό στη διαδικασία παραγωγής διαφόρων παραγώγων κυτταρίνης πρέπει να υπάρχει αντίστοιχη θεραπεία διόγκωσης.Συνήθως νερό, οξύ ή μια ορισμένη συγκέντρωση αλκαλικού διαλύματος χρησιμοποιείται ως παράγοντας διόγκωσης.Επιπλέον, η δυσκολία της χημικής αντίδρασης του διαλυόμενου πολτού με τους ίδιους φυσικούς και χημικούς δείκτες είναι συχνά πολύ διαφορετική, η οποία προκαλείται από τους μορφολογικούς παράγοντες διαφόρων τύπων φυτών ή κυττάρων με διαφορετικές βιοχημικές και δομικές λειτουργίες στο ίδιο φυτό.του.Το πρωτεύον τοίχωμα του εξωτερικού στρώματος φυτικών ινών εμποδίζει τη διείσδυση των αντιδραστηρίων και επιβραδύνει τις χημικές αντιδράσεις, επομένως είναι συνήθως απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν αντίστοιχες συνθήκες στη διαδικασία πολτοποίησης για να καταστραφεί το πρωτεύον τοίχωμα προκειμένου να ληφθεί διαλυόμενος πολτός με καλύτερη αντιδραστικότητα.Για παράδειγμα, ο πολτός βαγάσσης είναι μια πρώτη ύλη με χαμηλή αντιδραστικότητα στην παραγωγή πολτού βισκόζης.Κατά την παρασκευή βισκόζης (διάλυμα αλκαλικής ξανθικής κυτταρίνης), καταναλώνεται περισσότερος δισουλφίδιο του άνθρακα από τον πολτό από βαμβάκι και τον ξυλοπολτό.Ο ρυθμός διήθησης είναι χαμηλότερος από αυτόν της βισκόζης που παρασκευάζεται με άλλους πολτούς.Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το πρωτεύον τοίχωμα των κυττάρων ινών ζαχαροκάλαμου δεν έχει υποστεί σωστή βλάβη κατά την πολτοποίηση και την παρασκευή αλκαλικής κυτταρίνης με συμβατικές μεθόδους, με αποτέλεσμα τη δυσκολία στην αντίδραση κιτρίνισμα.
Οι προϋδρολυμένες ίνες αλκαλικού πολτού βαγάσσης] και το Σχήμα 2 [ίνες πολτού βαγάσσης μετά από αλκαλικό εμποτισμό] είναι εικόνες σάρωσης με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο της επιφάνειας των ινών πολτού βαγάσσης μετά από προ-υδρολυμένη αλκαλική διεργασία και συμβατικό αλκαλικό εμποτισμό αντίστοιχα. καθαρά κοιλώματα?στο τελευταίο, αν και οι κοιλότητες εξαφανίζονται λόγω της διόγκωσης του αλκαλικού διαλύματος, το πρωτεύον τοίχωμα εξακολουθεί να καλύπτει ολόκληρη την ίνα.Εάν η διαδικασία «δεύτερου εμποτισμού» (συνηθισμένος εμποτισμός ακολουθούμενος από δεύτερο εμποτισμό με αραιό διάλυμα αλκαλίου με μεγάλη επίδραση διόγκωσης) ή εμβάπτιση (κοινός εμποτισμός σε συνδυασμό με μηχανική λείανση), η αντίδραση κιτρίνισμα μπορεί να προχωρήσει ομαλά, ο ρυθμός διήθησης βισκόζης βελτιώνεται σημαντικά.Αυτό συμβαίνει επειδή και οι δύο παραπάνω μέθοδοι μπορούν να αποκολλήσουν το πρωτεύον τοίχωμα, εκθέτοντας το εσωτερικό στρώμα της σχετικά εύκολης αντίδρασης, η οποία ευνοεί τη διείσδυση των αντιδραστηρίων και βελτιώνει την απόδοση της αντίδρασης (Εικ. 3 [δευτερογενής εμποτισμός ίνας πολτού βαγάσσης ], Εικ. Άλεσμα ινών πολτού βαγάσσης]).
Τα τελευταία χρόνια έχουν εμφανιστεί συστήματα μη υδατικών διαλυτών που μπορούν να διαλύσουν άμεσα την κυτταρίνη.Όπως το διμεθυλοφορμαμίδιο και το ΝΟ, το διμεθυλοσουλφοξείδιο και η παραφορμαλδεΰδη, και άλλοι μικτοί διαλύτες, κ.λπ., επιτρέπουν στην κυτταρίνη να υποστεί ομοιογενή αντίδραση.Ωστόσο, ορισμένοι από τους παραπάνω νόμους των αντιδράσεων εκτός φάσης δεν ισχύουν πλέον.Για παράδειγμα, όταν παρασκευάζεται διοξική κυτταρίνη διαλυτή σε ακετόνη, δεν είναι απαραίτητο να υποβληθεί σε υδρόλυση της τριοξικής κυτταρίνης, αλλά μπορεί να εστεροποιηθεί απευθείας έως ότου το DS γίνει 2.
Ώρα δημοσίευσης: Φεβ-27-2023