셀룰로오스 유도체는 화학 시약을 사용하여 셀룰로오스 중합체의 수산기 그룹을 에스테르화 또는 에테르화하여 생산됩니다.반응 생성물의 구조적 특성에 따라 셀룰로오스 유도체는 셀룰로오스 에테르, 셀룰로오스 에스테르 및 셀룰로오스 에테르 에스테르의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.실제로 상업적으로 사용되는 셀룰로오스 에스테르는 셀룰로오스 질산염, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트 및 셀룰로오스 크산테이트입니다.셀룰로오스 에테르에는 메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 시아노에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스 및 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스가 포함됩니다.그 밖에도 에스테르에테르 혼합 유도체도 있다.
특성 및 용도 대체 시약의 선정 및 공정 설계를 통해 제품은 물, 묽은 알칼리 용액, 유기용매에 용해되거나 열가소성 특성을 가질 수 있으며, 화학섬유, 필름, 필름 베이스, 플라스틱, 절연체 등의 제조에 사용할 수 있습니다. 재료, 코팅제, 슬러리, 고분자 분산제, 식품 첨가물 및 일일 화학 제품.셀룰로오스 유도체의 특성은 치환기의 특성, 치환되는 글루코스 그룹의 3개 수산기 그룹의 DS 정도, 거대분자 사슬을 따른 치환기의 분포와 관련이 있습니다.반응의 무작위성으로 인해 세 개의 수산기가 모두 치환된 경우(DS가 3) 균일하게 치환된 생성물을 제외하고, 다른 경우(균질 반응 또는 이종 반응)에는 다음과 같은 세 가지 다른 치환 위치가 얻어집니다. 비치환된 글루코실기: ① 일치환(DS는 1, C, C 또는 C 위치가 치환됨, 구조식은 셀룰로오스 참조);② 이치환(DS는 2, C, C, C, C 또는 C, C 위치가 치환됨);③ 완전 치환(DS는 3).따라서 동일한 치환값을 갖는 동일한 셀룰로오스 유도체의 특성도 상당히 다를 수 있습니다.예를 들어, DS 2로 직접 에스테르화된 셀룰로오스 디아세테이트는 아세톤에 불용성이지만, 완전히 에스테르화된 셀룰로오스 트리아세테이트를 비누화하여 얻은 셀룰로오스 디아세테이트는 아세톤에 완전히 용해될 수 있습니다.이러한 치환의 이질성은 셀룰로오스 에스테르 및 에테르화 반응의 기본 법칙과 관련이 있습니다.
셀룰로오스 분자 내 셀룰로오스 에스테르화 및 에테르화 반응의 기본 법칙, 글루코스 그룹의 3개 수산기 위치가 다르며 인접한 치환기의 영향과 입체 장애도 다릅니다.세 개의 수산기의 상대적 산도와 해리 정도는 C>C>C입니다.에테르화 반응이 알칼리성 매질에서 수행되는 경우 C 수산기가 먼저 반응한 다음 C 수산기, 마지막으로 C 1차 수산기가 반응합니다.에스테르화 반응이 산성 매질에서 진행될 때, 각 수산기의 반응 난이도는 에테르화 반응의 순서와 반대이다.부피가 큰 치환 시약과 반응할 때 입체 장애 효과가 중요한 영향을 미치며, 입체 장애 효과가 작은 C 하이드록실 그룹이 C 및 C 하이드록실 그룹보다 반응하기 쉽습니다.
셀룰로오스는 결정성 천연 고분자입니다.대부분의 에스테르화 및 에테르화 반응은 셀룰로오스가 고체로 남아 있을 때 불균일 반응입니다.반응 시약이 셀룰로오스 섬유로 확산되는 상태를 도달성이라고 합니다.결정 영역의 분자간 배열은 촘촘하게 배열되어 있어 시약은 결정 표면에만 확산될 수 있습니다.비정질 영역의 분자간 배열이 느슨하고 유리 수산기가 많아 시약과 접촉하기 쉽고 접근성이 높고 반응이 쉽습니다.일반적으로 결정성이 높고 결정 크기가 큰 원료는 결정성이 낮고 결정 크기가 작은 원료에 비해 반응이 쉽지 않습니다.그러나 이는 전적으로 사실이 아닙니다. 예를 들어 결정도가 낮고 결정도가 작은 건식 비스코스 섬유의 아세틸화 속도는 결정도가 높고 결정도가 큰 면 섬유의 아세틸화 속도보다 현저히 낮습니다.이는 건조 과정에서 인접한 고분자 사이에 일부 수소 결합점이 생성되어 시약의 확산을 방해하기 때문입니다.젖은 셀룰로오스 원료의 수분을 더 큰 유기 용매(예: 아세트산, 벤젠, 피리딘)로 대체한 후 건조하면 반응성이 크게 향상됩니다. 왜냐하면 건조로는 용매를 완전히 몰아낼 수 없기 때문입니다. 분자는 셀룰로오스 원료의 "구멍"에 갇혀 소위 함유 셀룰로오스를 형성합니다.팽윤으로 인해 넓어진 거리는 회복이 쉽지 않아 시약의 확산에 도움이 되며 반응 속도와 반응의 균일성을 촉진합니다.이러한 이유로 다양한 셀룰로오스 유도체 생산 과정에서는 상응하는 팽윤 처리가 필요합니다.일반적으로 물, 산 또는 일정 농도의 알칼리 용액이 팽윤제로 사용됩니다.또한, 동일한 물리적, 화학적 지표를 갖는 용해 펄프의 화학 반응의 어려움은 종종 매우 다른데, 이는 동일한 식물에서 서로 다른 생화학적 및 구조적 기능을 갖는 다양한 유형의 식물 또는 세포의 형태적 요인으로 인해 발생합니다.의.식물 섬유 외층의 1차 벽은 시약의 침투를 방해하고 화학 반응을 지연시키므로 더 나은 반응성을 갖는 용해 펄프를 얻기 위해서는 일반적으로 펄프화 공정에서 해당 조건을 사용하여 1차 벽을 파괴해야 합니다.예를 들어, 버개스 펄프는 비스코스 펄프 생산 시 반응성이 좋지 않은 원료입니다.비스코스(셀룰로오스 크산테이트 알칼리 용액)를 제조할 때 면 린터 펄프 및 목재 펄프보다 더 많은 이황화탄소가 소비됩니다.다른 펄프로 제조한 비스코스에 비해 여과율이 낮습니다.이는 종래의 방법으로 펄프화 및 알칼리셀룰로오스를 제조하는 과정에서 사탕수수 섬유세포의 1차벽이 제대로 손상되지 않아 황변반응이 어려워지기 때문이다.
가수분해된 알칼리성 사탕수수 펄프 섬유] 및 그림 2[알칼리 함침 후 사탕수수 펄프 섬유]는 각각 사전 가수분해된 알칼리 공정 및 기존 알칼리 함침 후 사탕수수 펄프 섬유 표면의 전자현미경 스캐닝 이미지입니다. 명확한 구덩이;후자의 경우, 알칼리 용액의 팽창으로 인해 구멍이 사라지더라도 1차 벽은 여전히 전체 섬유를 덮고 있습니다."2차 함침"(일반적인 함침 후 팽윤 효과가 큰 묽은 알칼리 용액으로 2차 함침) 또는 침지 분쇄(기계적 분쇄와 결합된 일반적인 함침) 공정을 수행하면 황변 반응이 원활하게 진행될 수 있으며 비스코스 여과율은 대폭 개선되었습니다.이는 위의 두 가지 방법 모두 1차 벽을 벗겨내고 반응이 상대적으로 쉬운 내부층을 노출시킬 수 있어 시약의 침투에 도움이 되고 반응 성능이 향상되기 때문이다(그림 3 [버가스 펄프 섬유의 2차 함침]) ], 그림. Bagasse 펄프 섬유의 분쇄]).
최근에는 셀룰로오스를 직접 용해할 수 있는 비수성 용매 시스템이 등장했습니다.디메틸포름아미드와 NO, 디메틸술폭시드와 파라포름알데히드, 기타 혼합용매 등은 셀룰로오스가 균일한 반응을 할 수 있도록 해줍니다.그러나 위에서 언급한 역상 반응의 법칙 중 일부는 더 이상 적용되지 않습니다.예를 들어, 아세톤에 용해되는 셀룰로오스 디아세테이트를 제조할 때 셀룰로오스 트리아세테이트를 가수분해할 필요는 없고, DS가 2가 될 때까지 직접 에스테르화할 수 있다.
게시 시간: 2023년 2월 27일