Tselluloosi derivaate toodetakse tselluloosi polümeeride hüdroksüülrühmade esterdamisel või eeterdamisel keemiliste reagentidega. Reaktsiooniproduktide struktuuriomaduste järgi võib tselluloosi derivaadid jagada kolme kategooriasse: tselluloosi eetrid, tselluloosi estrid ja tselluloosi eetri estrid. Kaubanduslikult kasutatavad tselluloosi estrid on: tselluloosnitraat, tselluloosatsetaat, tselluloosatsetaatbutüraat ja tselluloosksantaat. Tselluloosi eetrite hulka kuuluvad: metüültselluloos, karboksümetüültselluloos, etüültselluloos, hüdroksüetüültselluloos, tsüanoetüültselluloos, hüdroksüpropüültselluloos ja hüdroksüpropüülmetüültselluloos. Lisaks on olemas estri eetri segaderivaadid.
Omadused ja kasutusalad Asendusreaktiivide valiku ja protsessi ülesehituse kaudu saab toodet lahustada vees, lahjendatud leeliselahuses või orgaanilises lahustis või omada termoplastilisi omadusi ning seda saab kasutada keemiliste kiudude, kilede, kilealuste, plastide, isolatsioonimaterjalide valmistamiseks. materjalid, katted, läga, polümeersed dispergeerivad ained, toidulisandid ja igapäevased keemiatooted. Tselluloosi derivaatide omadused on seotud asendajate olemusega, asendatud glükoosirühma kolme hüdroksüülrühma DS-astmega ja asendajate jaotusega piki makromolekulaarset ahelat. Reaktsiooni juhuslikkuse tõttu, välja arvatud ühtlaselt asendatud saadus, kui kõik kolm hüdroksüülrühma on asendatud (DS on 3), muudel juhtudel (homogeenne reaktsioon või heterogeenne reaktsioon) saadakse järgmised kolm erinevat asendusasendit: Segatud tooted asendamata glükosüülrühmad: ① monoasendatud (DS on 1, C, C või C asend on asendatud, struktuurivalem vt tselluloos); ② diasendatud (DS on 2, C, C, C, C või C, C positsioonid on asendatud); ③ täielik asendamine (DS on 3). Seetõttu võivad sama asendusväärtusega sama tselluloosi derivaadi omadused olla samuti üsna erinevad. Näiteks tselluloosdiatsetaat, mis on esterdatud otse DS-ks 2, on atsetoonis lahustumatu, kuid täielikult esterdatud tselluloostriatsetaadi seebistamise teel saadud tselluloosdiatsetaat saab atsetoonis täielikult lahustada. See asenduste heterogeensus on seotud tselluloosi estri ja eeterdamisreaktsioonide põhiseadustega.
Tselluloosi esterdamise ja eeterdamisreaktsiooni põhiseadus tselluloosi molekulis, glükoosirühmas on kolme hüdroksüülrühma positsioonid erinevad, samuti on erinev külgnevate asendajate mõju ja steeriline takistus. Kolme hüdroksüülrühma suhteline happesus ja dissotsiatsiooniaste on: C>C>C. Kui eeterdamisreaktsioon viiakse läbi leeliselises keskkonnas, reageerib esmalt C-hüdroksüülrühm, seejärel C-hüdroksüülrühm ja lõpuks C-primaarne hüdroksüülrühm. Kui esterdamisreaktsioon viiakse läbi happelises keskkonnas, on iga hüdroksüülrühma reaktsiooni raskusaste vastupidine eeterdamisreaktsiooni järjekorrale. Suuremahulise asendusreagendiga reageerimisel on oluline mõju steerilisel takistusel ja väiksema steerilise takistusega C-hüdroksüülrühmal on lihtsam reageerida kui C- ja C-hüdroksüülrühmadel.
Tselluloos on kristalne looduslik polümeer. Enamik esterdamis- ja eeterdamisreaktsioone on heterogeensed reaktsioonid, kui tselluloos jääb tahkeks. Reaktsioonireaktiivide difusiooni olekut tsellulooskiudu nimetatakse ligipääsetavuseks. Kristallilise piirkonna molekulidevaheline paigutus on tihedalt paigutatud ja reaktiiv saab difundeeruda ainult kristallilisele pinnale. Molekulidevaheline paigutus amorfses piirkonnas on lahti ja seal on rohkem vabu hüdroksüülrühmi, mida on lihtne reagentidega kokku puutuda, millel on hea juurdepääs ja lihtne reaktsioon. Üldiselt ei ole kõrge kristallilisuse ja suure kristallisuurusega tooraineid nii lihtne reageerida kui madala kristallilisuse ja väikese kristalli suurusega tooraineid. Kuid see pole täiesti tõsi, näiteks madalama kristallilisuse ja väiksema kristallilisusega kuivade viskooskiudude atsetüülimise määr on oluliselt madalam kui kõrgema kristallilisuse ja suurema kristallilisusega puuvillakiu puhul. Selle põhjuseks on asjaolu, et kuivatamise ajal tekivad külgnevate polümeeride vahel mõned vesiniksidemepunktid, mis takistavad reaktiivide difusiooni. Kui niiskes tselluloosi tooraines olev niiskus asendatakse suurema orgaanilise lahustiga (nt äädikhape, benseen, püridiin) ja seejärel kuivatatakse, paraneb selle reaktsioonivõime oluliselt, kuna kuivatamine ei suuda lahustit täielikult välja tõrjuda. molekulid jäävad lõksu tselluloosi tooraine “aukudesse”, moodustades nn sisalduva tselluloosi. Paisumise tõttu suurenenud kaugust ei ole lihtne taastada, mis soodustab reaktiivide difusiooni ning soodustab reaktsiooni kiirust ja reaktsiooni ühtlust. Seetõttu peab erinevate tselluloosi derivaatide tootmisprotsessis olema vastav tursetöötlus. Tavaliselt kasutatakse punduvana vett, hapet või teatud kontsentratsiooniga leeliselahust. Lisaks on samade füüsikaliste ja keemiliste näitajatega lahustuva tselluloosi keemilise reaktsiooni keerukus sageli väga erinev, mis on põhjustatud ühes ja samas taimes erinevat tüüpi taimede või erinevate biokeemiliste ja struktuursete funktsioonidega rakkude morfoloogilistest teguritest. of. Taimse kiu väliskihi primaarsein takistab reagentide läbitungimist ja pidurdab keemilisi reaktsioone, mistõttu on parema reaktsioonivõimega lahustuva paberimassi saamiseks vaja primaarseina hävitamiseks kasutada tselluloosiprotsessis tavaliselt vastavaid tingimusi. Näiteks bagassi tselluloos on viskoostselluloosi tootmisel halva reaktsioonivõimega tooraine. Viskoosi (tselluloosksantaadi leeliselahuse) valmistamisel kulub rohkem süsinikdisulfiidi kui puuvillast lintermassi ja puidumassi. Filtreerimiskiirus on madalam kui muude paberimassidega valmistatud viskoosil. Selle põhjuseks on asjaolu, et suhkruroo kiudude rakkude esmane sein ei ole tselluloosi valmistamisel ja leeliselise tselluloosi valmistamisel tavapäraste meetoditega korralikult kahjustatud, mistõttu on kollasusreaktsioon raskendatud.
Eelhüdrolüüsitud leeliselise bagassi tselluloosi kiud] ja joonis 2 [bagasse tselluloosi kiud pärast leelisimmutamist] on elektronmikroskoobiga skaneerivad kujutised bagassi tselluloosi kiudude pinnast pärast vastavalt eelnevalt hüdrolüüsitud leeliselist protsessi ja tavalist leeliselist immutamist, esimest võib siiski näha selged süvendid; viimasel, kuigi leeliselahuse paisumise tõttu süvendid kaovad, katab esmane sein siiski kogu kiu. Kui toimub “teine immutamine” (tavaline immutamine, millele järgneb teine immutamine suure pundumisefektiga lahjendatud leeliselahusega) või dip-lihvimine (tavaline immutamine koos mehaanilise lihvimisega) võib kollasusreaktsioon kulgeda sujuvalt, viskoosi filtreerimise kiirus on oluliselt paranenud. Selle põhjuseks on asjaolu, et mõlemad ülaltoodud meetodid võivad primaarse seina maha kooruda, paljastades suhteliselt hõlpsa reaktsiooni sisemise kihi, mis soodustab reaktiivide läbitungimist ja parandab reaktsiooni toimivust (joonis 3 [baassi paberimassi kiu sekundaarne immutamine). ], joon. Bagasse tselluloosikiudude jahvatamine]).
Viimastel aastatel on tekkinud mittevesilahustisüsteemid, mis võivad tselluloosi vahetult lahustada. Näiteks dimetüülformamiid ja NO, dimetüülsulfoksiid ja paraformaldehüüd ning muud lahustite segud jne võimaldavad tselluloosil läbida homogeense reaktsiooni. Mõned ülalnimetatud faasiväliste reaktsioonide seadused aga enam ei kehti. Näiteks atsetoonis lahustuva tselluloosdiatsetaadi valmistamisel ei ole vaja läbida tselluloostriatsetaadi hüdrolüüsi, kuid seda saab otse esterdada, kuni DS on 2.
Postitusaeg: 27.02.2023