Turunan selulosa dihasilkan melalui esterifikasi atau eterifikasi gugus hidroksil dalam polimer selulosa dengan reagen kimia.Menurut karakteristik struktural produk reaksi, turunan selulosa dapat dibagi menjadi tiga kategori: selulosa eter, ester selulosa, dan ester selulosa eter.Ester selulosa yang sebenarnya digunakan secara komersial adalah: selulosa nitrat, selulosa asetat, selulosa asetat butirat dan selulosa xantat.Selulosa eter meliputi: metil selulosa, karboksimetil selulosa, etil selulosa, hidroksietil selulosa, sianoetil selulosa, hidroksipropil selulosa, dan hidroksipropil metil selulosa.Selain itu, ada turunan campuran ester eter.
Sifat dan kegunaan Melalui pemilihan reagen pengganti dan desain proses, produk dapat dilarutkan dalam air, larutan alkali encer atau pelarut organik, atau memiliki sifat termoplastik, dan dapat digunakan untuk pembuatan serat kimia, film, bahan dasar film, plastik, isolasi bahan, pelapis, bubur, dispersan polimer, bahan tambahan makanan dan produk kimia sehari-hari.Sifat-sifat turunan selulosa berkaitan dengan sifat substituen, derajat DS ketiga gugus hidroksil pada gugus glukosa yang disubstitusi, dan distribusi substituen sepanjang rantai makromolekul.Karena keacakan reaksi, kecuali untuk produk tersubstitusi seragam ketika ketiga gugus hidroksil tersubstitusi (DS adalah 3), dalam kasus lain (reaksi homogen atau reaksi heterogen), diperoleh tiga posisi substitusi berbeda berikut ini: Produk campuran dengan gugus glukosil tak tersubstitusi: ① tersubstitusi tunggal (DS adalah posisi 1, C, C atau C tersubstitusi, rumus struktur lihat selulosa);② disubstitusi (DS adalah 2, C, C, C, C Atau C, posisi C diganti);③ substitusi penuh (DS adalah 3).Oleh karena itu, sifat-sifat turunan selulosa yang sama dengan nilai substitusi yang sama mungkin juga sangat berbeda.Misalnya, selulosa diasetat yang diesterifikasi langsung menjadi DS dari 2 tidak larut dalam aseton, tetapi selulosa diasetat yang diperoleh melalui saponifikasi selulosa triasetat yang teresterifikasi penuh dapat larut seluruhnya dalam aseton.Heterogenitas substitusi ini berkaitan dengan hukum dasar ester selulosa dan reaksi eterifikasi.
Hukum dasar reaksi esterifikasi dan eterifikasi selulosa pada molekul selulosa, posisi ketiga gugus hidroksil pada gugus glukosa berbeda, serta pengaruh substituen yang berdekatan dan hambatan sterik juga berbeda.Keasaman relatif dan derajat disosiasi ketiga gugus hidroksil adalah: C>C>C.Ketika reaksi eterifikasi dilakukan dalam media basa, gugus hidroksil C bereaksi terlebih dahulu, kemudian gugus hidroksil C, dan terakhir gugus hidroksil primer C.Apabila reaksi esterifikasi dilakukan dalam medium asam, tingkat kesulitan reaksi masing-masing gugus hidroksil berlawanan dengan orde reaksi eterifikasi.Ketika bereaksi dengan reagen substitusi yang besar, efek hambatan sterik mempunyai pengaruh yang penting, dan gugus hidroksil C dengan efek hambatan sterik yang lebih kecil lebih mudah bereaksi dibandingkan gugus hidroksil C dan C.
Selulosa adalah polimer alami kristal.Sebagian besar reaksi esterifikasi dan eterifikasi merupakan reaksi heterogen ketika selulosa tetap padat.Keadaan difusi reagen reaksi ke dalam serat selulosa disebut keterjangkauan.Susunan antarmolekul daerah kristal tersusun rapat, dan reagen hanya dapat berdifusi ke permukaan kristal.Susunan antarmolekul di daerah amorf longgar, dan terdapat lebih banyak gugus hidroksil bebas yang mudah bersentuhan dengan reagen, dengan aksesibilitas tinggi dan reaksi mudah.Umumnya bahan baku dengan kristalinitas tinggi dan ukuran kristal besar tidak mudah bereaksi dibandingkan bahan baku dengan kristalinitas rendah dan ukuran kristal kecil.Namun hal ini tidak sepenuhnya benar, misalnya laju asetilasi serat viscose kering dengan kristalinitas lebih rendah dan kristalinitas lebih kecil jauh lebih rendah dibandingkan serat kapas dengan kristalinitas lebih tinggi dan kristalinitas lebih besar.Hal ini karena beberapa titik ikatan hidrogen dihasilkan antara polimer yang berdekatan selama proses pengeringan, sehingga menghambat difusi reagen.Jika kelembapan dalam bahan baku selulosa basah diganti dengan pelarut organik yang lebih besar (seperti asam asetat, benzena, piridin) dan kemudian dikeringkan, reaktivitasnya akan sangat meningkat, karena pengeringan tidak dapat sepenuhnya menghilangkan pelarut, dan beberapa lainnya. molekul terperangkap dalam “lubang” bahan baku selulosa, membentuk apa yang disebut selulosa terkandung.Jarak yang diperbesar karena pembengkakan tidak mudah untuk dipulihkan, sehingga kondusif bagi difusi reagen, dan meningkatkan laju reaksi dan keseragaman reaksi.Oleh karena itu, dalam proses produksi berbagai turunan selulosa harus dilakukan perlakuan pembengkakan yang sesuai.Biasanya air, asam atau larutan alkali dengan konsentrasi tertentu digunakan sebagai bahan pembengkakan.Selain itu, kesulitan reaksi kimia pulp pelarut dengan indikator fisika dan kimia yang sama seringkali sangat berbeda, hal ini disebabkan oleh faktor morfologi berbagai jenis tumbuhan atau sel dengan fungsi biokimia dan struktur yang berbeda dalam satu tumbuhan.dari.Dinding primer lapisan luar serat tumbuhan menghalangi penetrasi reagen dan memperlambat reaksi kimia, sehingga biasanya diperlukan kondisi yang sesuai dalam proses pembuatan pulp untuk menghancurkan dinding primer guna mendapatkan pulp larut dengan reaktivitas yang lebih baik.Misalnya, pulp ampas tebu merupakan bahan mentah dengan reaktivitas yang buruk dalam produksi pulp viscose.Saat menyiapkan viscose (larutan alkali selulosa xantat), lebih banyak karbon disulfida yang dikonsumsi dibandingkan pulp linter kapas dan pulp kayu.Laju filtrasinya lebih rendah dibandingkan viscose yang dibuat dengan pulp lainnya.Hal ini disebabkan karena dinding primer sel serat tebu belum rusak dengan baik selama proses pulping dan pembuatan selulosa alkali dengan metode konvensional, sehingga mengakibatkan sulitnya reaksi penguningan.
Serat pulp ampas tebu alkali pra-hidrolisis] dan Gambar 2 [serat pulp ampas tebu setelah impregnasi alkali] masing-masing merupakan gambar pemindaian mikroskop elektron dari permukaan serat pulp ampas tebu setelah proses alkali pra-hidrolisis dan impregnasi alkali konvensional, yang pertama masih dapat dilihat membersihkan lubang;pada yang terakhir, meskipun lubang-lubangnya hilang karena pembengkakan larutan alkali, dinding primer masih menutupi seluruh serat.Jika proses “impregnasi kedua” (impregnasi biasa diikuti dengan impregnasi kedua dengan larutan alkali encer dengan efek pengembangan besar) atau penggilingan celup (impregnasi umum dikombinasikan dengan penggilingan mekanis), reaksi penguningan dapat berjalan dengan lancar, laju filtrasi viscose ditingkatkan secara signifikan.Hal ini karena kedua metode di atas dapat mengelupas dinding primer, sehingga lapisan dalam mengalami reaksi yang relatif mudah, sehingga kondusif bagi penetrasi reagen dan meningkatkan kinerja reaksi (Gbr. 3 [impregnasi sekunder serat pulp ampas tebu ], Gambar. Menggiling Serat Bubur Ampas Tebu]).
Dalam beberapa tahun terakhir, sistem pelarut non-air yang dapat melarutkan selulosa secara langsung telah muncul.Seperti dimetilformamida dan NO, dimetil sulfoksida dan paraformaldehida, serta pelarut campuran lainnya, dll., memungkinkan selulosa mengalami reaksi homogen.Namun, beberapa hukum reaksi di luar fase yang disebutkan di atas tidak berlaku lagi.Misalnya pada pembuatan selulosa diasetat yang larut dalam aseton, selulosa triasetat tidak perlu dihidrolisis, tetapi dapat langsung diesterifikasi hingga DS menjadi 2.
Waktu posting: 27 Februari 2023