ما هي مشتقات السليلوز؟

يتم إنتاج مشتقات السليلوز عن طريق الأسترة أو الأثير لمجموعات الهيدروكسيل في بوليمرات السليلوز باستخدام الكواشف الكيميائية. وفقا للخصائص الهيكلية لمنتجات التفاعل، يمكن تقسيم مشتقات السليلوز إلى ثلاث فئات: استرات السليلوز، واسترات السليلوز، واسترات اثير السليلوز. استرات السليلوز المستخدمة تجاريًا هي: نترات السليلوز، خلات السليلوز، زبدات خلات السليلوز، وزانثات السليلوز. تشمل إثيرات السليلوز: ميثيل السليلوز، كربوكسي ميثيل السليلوز، إيثيل السليلوز، هيدروكسي إيثيل السليلوز، سيانو إيثيل السليلوز، هيدروكسي بروبيل السليلوز وهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز. وبالإضافة إلى ذلك، هناك مشتقات مختلطة استر الأثير.

الخصائص والاستخدامات من خلال اختيار الكواشف البديلة وتصميم العملية، يمكن إذابة المنتج في الماء أو محلول قلوي مخفف أو مذيب عضوي، أو أن يكون له خصائص لدن بالحرارة، ويمكن استخدامه لتصنيع الألياف الكيميائية والأفلام وقواعد الأفلام والبلاستيك والمواد العازلة. المواد والطلاءات والطين والمشتتات البوليمرية والمضافات الغذائية والمنتجات الكيميائية اليومية. ترتبط خصائص مشتقات السليلوز بطبيعة البدائل، ودرجة DS لمجموعات الهيدروكسيل الثلاث في مجموعة الجلوكوز التي يتم استبدالها، وتوزيع البدائل على طول السلسلة الجزيئية. بسبب عشوائية التفاعل، باستثناء المنتج المستبدل بشكل موحد عندما يتم استبدال مجموعات الهيدروكسيل الثلاث (DS هي 3)، في حالات أخرى (تفاعل متجانس أو تفاعل غير متجانس)، يتم الحصول على مواضع الاستبدال الثلاثة المختلفة التالية: منتجات مختلطة مع مجموعات الجلوكوزيل غير المستبدلة: ① أحادي الاستبدال (DS هو 1، يتم استبدال موضع C أو C أو C، الصيغة الهيكلية انظر السليلوز)؛ ② غير بديل (DS هو 2، C، C، C، C أو C، يتم استبدال المواضع C)؛ ③ الاستبدال الكامل (DS هو 3). ولذلك، فإن خصائص نفس مشتق السليلوز مع نفس قيمة الاستبدال قد تكون مختلفة تمامًا أيضًا. على سبيل المثال، ثنائي أسيتات السليلوز الذي تم تقديره مباشرة إلى DS 2 غير قابل للذوبان في الأسيتون، ولكن ثنائي أسيتات السليلوز الذي يتم الحصول عليه عن طريق تصبن ثلاثي أسيتات السليلوز الأسترة بالكامل يمكن إذابته بالكامل في الأسيتون. يرتبط عدم تجانس الاستبدال بالقوانين الأساسية لإستر السليلوز وتفاعلات الأثير.

القانون الأساسي لأسترة السليلوز وتفاعل الأثير في جزيء السليلوز، تختلف مواقع مجموعات الهيدروكسيل الثلاث في مجموعة الجلوكوز، كما يختلف تأثير البدائل المجاورة والعوائق الاستاتيكية. الحموضة النسبية ودرجة تفكك مجموعات الهيدروكسيل الثلاث هي: C>C>C. عندما يتم إجراء تفاعل الأثير في وسط قلوي، تتفاعل مجموعة الهيدروكسيل C أولاً، ثم مجموعة الهيدروكسيل C، وأخيرًا مجموعة الهيدروكسيل الأولية C. عند إجراء تفاعل الأسترة في وسط حمضي فإن صعوبة تفاعل كل مجموعة هيدروكسيل تكون معاكسة لترتيب تفاعل الأسترة. عند التفاعل مع كاشف استبدال ضخم، يكون لتأثير العائق الاستاتيكي تأثير مهم، وتكون مجموعة C الهيدروكسيل ذات تأثير العائق الاستاتيكي الأصغر أسهل في التفاعل من مجموعتي C وC هيدروكسيل.

السليلوز هو بوليمر طبيعي بلوري. معظم تفاعلات الأسترة والإثرة هي تفاعلات غير متجانسة عندما يظل السليلوز صلبًا. وتسمى حالة انتشار كواشف التفاعل في ألياف السليلوز بقابلية الوصول. يتم ترتيب الترتيب الجزيئي للمنطقة البلورية بإحكام، ولا يمكن للكاشف أن ينتشر إلا على السطح البلوري. الترتيب بين الجزيئات في المنطقة غير المتبلورة فضفاض، وهناك المزيد من مجموعات الهيدروكسيل الحرة التي يسهل ملامستها للكواشف، مع إمكانية الوصول العالية والتفاعل السهل. بشكل عام، المواد الخام ذات التبلور العالي والحجم البلوري الكبير ليست سهلة التفاعل مثل المواد الخام ذات التبلور المنخفض والحجم البلوري الصغير. لكن هذا ليس صحيحًا تمامًا، على سبيل المثال، معدل أستلة ألياف الفسكوز الجافة ذات التبلور الأقل والتبلور الأصغر أقل بكثير من معدل أستلة ألياف القطن ذات التبلور الأعلى والتبلور الأكبر. وذلك لأنه يتم إنشاء بعض نقاط الترابط الهيدروجيني بين البوليمرات المتجاورة أثناء عملية التجفيف، مما يعيق انتشار الكواشف. إذا تم استبدال الرطوبة الموجودة في مادة السليلوز الخام الرطبة بمذيب عضوي أكبر (مثل حمض الأسيتيك والبنزين والبيريدين) ثم تجفيفها، فسيتم تحسين تفاعلها بشكل كبير، لأن التجفيف لا يمكن أن يطرد المذيب تمامًا، وبعض المواد الأكبر حجمًا يتم احتجاز الجزيئات في "ثقوب" مادة السليلوز الخام، لتشكل ما يسمى بالسليلوز المحتوي. ليس من السهل استعادة المسافة التي تم توسيعها بسبب التورم، مما يساعد على نشر الكواشف، ويعزز معدل التفاعل وتوحيد التفاعل. لهذا السبب، في عملية إنتاج مشتقات السليلوز المختلفة، يجب أن يكون هناك علاج مناسب للتورم. عادةً ما يتم استخدام الماء أو الحمض أو تركيز معين من المحلول القلوي كعامل تورم. بالإضافة إلى ذلك فإن صعوبة التفاعل الكيميائي لللب المذاب بنفس المؤشرات الفيزيائية والكيميائية غالباً ما تكون مختلفة جداً، وهو ما يسببه العوامل المورفولوجية لأنواع مختلفة من النباتات أو الخلايا ذات الوظائف البيوكيميائية والهيكلية المختلفة في نفس النبات. ل. يعيق الجدار الأساسي للطبقة الخارجية من الألياف النباتية اختراق الكواشف ويؤخر التفاعلات الكيميائية، لذلك يكون من الضروري عادة استخدام الظروف المقابلة في عملية فصل الألياف لتدمير الجدار الأساسي من أجل الحصول على اللب المذاب بتفاعلية أفضل. على سبيل المثال، يعتبر لب قصب السكر مادة خام ذات تفاعل ضعيف في إنتاج لب الفسكوز. عند تحضير الفسكوز (محلول قلوي سليلوز زانتات)، يتم استهلاك ثاني كبريتيد الكربون أكثر من لب لينت القطن ولب الخشب. معدل الترشيح أقل من معدل الفسكوز المحضر مع عجينة أخرى. وذلك لأن الجدار الأساسي لخلايا ألياف قصب السكر لم يتضرر بشكل صحيح أثناء عملية اللب وتحضير السليلوز القلوي بالطرق التقليدية، مما أدى إلى صعوبة تفاعل الاصفرار.

ألياف لب تفل قصب السكر المتحلل مسبقًا] والشكل 2 [ألياف لب تفل قصب السكر بعد التشريب القلوي] عبارة عن صور مسح بالمجهر الإلكتروني لسطح ألياف لب تفل قصب السكر بعد عملية قلوية متحللة مسبقًا وتشريب قلوي تقليدي على التوالي، ولا يزال من الممكن رؤية الأول على أنه حفر واضحة في الأخير، على الرغم من اختفاء الحفر بسبب تورم المحلول القلوي، إلا أن الجدار الأساسي لا يزال يغطي الألياف بأكملها. في حالة "التشريب الثاني" (التشريب العادي الذي يتبعه تشريب ثانٍ بمحلول قلوي مخفف مع تأثير تورم كبير) أو عملية الطحن بالغمس (التشريب الشائع مع الطحن الميكانيكي)، يمكن أن يستمر تفاعل الاصفرار بسلاسة، ومعدل ترشيح الفسكوز تم تحسينه بشكل ملحوظ. وذلك لأن كلا الطريقتين المذكورتين أعلاه يمكن أن تقشر الجدار الأساسي، وتكشف الطبقة الداخلية للتفاعل السهل نسبيًا، مما يفضي إلى اختراق الكواشف ويحسن أداء التفاعل (الشكل 3 [التشريب الثانوي لألياف لب قصب السكر) ]، الشكل. طحن ألياف لب قصب السكر]).

في السنوات الأخيرة، ظهرت أنظمة المذيبات غير المائية التي يمكنها إذابة السليلوز مباشرة. مثل ثنائي ميثيل فورماميد وNO، وثنائي ميثيل سلفوكسيد وبارافورمالدهيد، والمذيبات المختلطة الأخرى، وما إلى ذلك، تمكن السليلوز من الخضوع لتفاعل متجانس. ومع ذلك، فإن بعض القوانين المذكورة أعلاه الخاصة بالتفاعلات خارج الطور لم تعد قابلة للتطبيق. على سبيل المثال، عند تحضير ثنائي أسيتات السليلوز القابل للذوبان في الأسيتون، ليس من الضروري الخضوع للتحلل المائي لثلاثي أسيتات السليلوز، ولكن يمكن تقديره مباشرة حتى يصبح DS 2.