સેલ્યુલોઝ ડેરિવેટિવ્ઝ શું છે?

સેલ્યુલોઝ ડેરિવેટિવ્ઝ રાસાયણિક રીએજન્ટ્સ સાથે સેલ્યુલોઝ પોલિમરમાં હાઇડ્રોક્સિલ જૂથોના એસ્ટરિફિકેશન અથવા ઇથેરફિકેશન દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનોની માળખાકીય લાક્ષણિકતાઓ અનુસાર, સેલ્યુલોઝ ડેરિવેટિવ્ઝને ત્રણ શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: સેલ્યુલોઝ ઇથર્સ, સેલ્યુલોઝ એસ્ટર્સ અને સેલ્યુલોઝ ઇથર એસ્ટર્સ. સેલ્યુલોઝ એસ્ટર્સ જે વાસ્તવમાં વ્યવસાયિક રીતે ઉપયોગમાં લેવાય છે તે છે: સેલ્યુલોઝ નાઈટ્રેટ, સેલ્યુલોઝ એસિટેટ, સેલ્યુલોઝ એસિટેટ બ્યુટીરેટ અને સેલ્યુલોઝ ઝેન્થેટ. સેલ્યુલોઝ ઈથર્સમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે: મિથાઈલ સેલ્યુલોઝ, કાર્બોક્સિમિથાઈલ સેલ્યુલોઝ, એથિલ સેલ્યુલોઝ, હાઈડ્રોક્સાઈથિલ સેલ્યુલોઝ, સાયનોઈથિલ સેલ્યુલોઝ, હાઈડ્રોક્સીપ્રોપીલ સેલ્યુલોઝ અને હાઈડ્રોક્સીપ્રોપીલ મિથાઈલ સેલ્યુલોઝ. વધુમાં, એસ્ટર ઈથર મિશ્રિત ડેરિવેટિવ્ઝ છે.

ગુણધર્મો અને ઉપયોગો અવેજી રીએજન્ટ્સની પસંદગી અને પ્રક્રિયા ડિઝાઇન દ્વારા, ઉત્પાદનને પાણીમાં ઓગાળી શકાય છે, આલ્કલી સોલ્યુશન અથવા કાર્બનિક દ્રાવકને પાતળું કરી શકાય છે, અથવા થર્મોપ્લાસ્ટિક ગુણધર્મો ધરાવે છે, અને તેનો ઉપયોગ રાસાયણિક તંતુઓ, ફિલ્મો, ફિલ્મ બેઝ, પ્લાસ્ટિક, ઇન્સ્યુલેટીંગના ઉત્પાદન માટે કરી શકાય છે. સામગ્રી, કોટિંગ્સ, સ્લરી, પોલિમેરિક ડિસ્પર્સન્ટ, ફૂડ એડિટિવ્સ અને દૈનિક રાસાયણિક ઉત્પાદનો. સેલ્યુલોઝ ડેરિવેટિવ્ઝના ગુણધર્મો અવેજીની પ્રકૃતિ, ગ્લુકોઝ જૂથ પરના ત્રણ હાઇડ્રોક્સિલ જૂથોની ડીએસ ડિગ્રી અને મેક્રોમોલેક્યુલર સાંકળ સાથે અવેજીઓનું વિતરણ સાથે સંબંધિત છે. પ્રતિક્રિયાની અવ્યવસ્થિતતાને કારણે, જ્યારે ત્રણેય હાઇડ્રોક્સિલ જૂથો અવેજી કરવામાં આવે છે ત્યારે સમાન રીતે અવેજી કરેલ ઉત્પાદન સિવાય (DS 3 છે), અન્ય કિસ્સાઓમાં (સજાતીય પ્રતિક્રિયા અથવા વિજાતીય પ્રતિક્રિયા), નીચેની ત્રણ અલગ અલગ અવેજી સ્થિતિઓ પ્રાપ્ત થાય છે: મિશ્ર ઉત્પાદનો સાથે અવેજીકૃત ગ્લુકોસિલ જૂથો: ① મોનોસબસ્ટિટ્યુટેડ (DS 1, C, C અથવા C સ્થાન અવેજી છે, માળખાકીય સૂત્ર સેલ્યુલોઝ જુઓ); ② અવ્યવસ્થિત (DS 2 છે, C, C, C, C અથવા C, C સ્થાનો બદલાયા છે); ③ સંપૂર્ણ અવેજી (DS 3 છે). તેથી, સમાન અવેજી મૂલ્ય સાથે સમાન સેલ્યુલોઝ ડેરિવેટિવના ગુણધર્મો પણ તદ્દન અલગ હોઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, સેલ્યુલોઝ ડાયસેટેટ જે 2 ના DS પર સીધું જ એસ્ટરીફાઈડ છે તે એસીટોનમાં અદ્રાવ્ય છે, પરંતુ સંપૂર્ણ એસ્ટરીફાઈડ સેલ્યુલોઝ ટ્રાયસેટેટના સેપોનિફિકેશન દ્વારા મેળવેલ સેલ્યુલોઝ ડાયસેટેટ એસીટોનમાં સંપૂર્ણપણે ઓગળી શકે છે. અવેજીની આ વિજાતીયતા સેલ્યુલોઝ એસ્ટર અને ઇથરફિકેશન પ્રતિક્રિયાઓના મૂળભૂત નિયમો સાથે સંબંધિત છે.

સેલ્યુલોઝ પરમાણુમાં સેલ્યુલોઝ એસ્ટરિફિકેશન અને ઇથરફિકેશન પ્રતિક્રિયાનો મૂળભૂત કાયદો, ગ્લુકોઝ જૂથમાં ત્રણ હાઇડ્રોક્સિલ જૂથોની સ્થિતિ અલગ છે, અને અડીને આવેલા અવેજીઓ અને સ્ટેરિક અવરોધનો પ્રભાવ પણ અલગ છે. ત્રણ હાઇડ્રોક્સિલ જૂથોની સંબંધિત એસિડિટી અને વિયોજનની ડિગ્રી છે: C>C>C. જ્યારે ઇથરફિકેશન પ્રતિક્રિયા આલ્કલાઇન માધ્યમમાં હાથ ધરવામાં આવે છે, ત્યારે C હાઇડ્રોક્સિલ જૂથ પ્રથમ પ્રતિક્રિયા આપે છે, પછી C હાઇડ્રોક્સિલ જૂથ અને અંતે C પ્રાથમિક હાઇડ્રોક્સિલ જૂથ. જ્યારે એસ્ટરિફિકેશન પ્રતિક્રિયા એસિડિક માધ્યમમાં હાથ ધરવામાં આવે છે, ત્યારે દરેક હાઇડ્રોક્સિલ જૂથની પ્રતિક્રિયાની મુશ્કેલી એથરિફિકેશન પ્રતિક્રિયાના ક્રમની વિરુદ્ધ હોય છે. જ્યારે જથ્થાબંધ અવેજી રીએજન્ટ સાથે પ્રતિક્રિયા કરવામાં આવે છે, ત્યારે સ્ટીરિક અવરોધની અસર મહત્વપૂર્ણ પ્રભાવ ધરાવે છે, અને C અને C હાઇડ્રોક્સિલ જૂથો કરતાં નાની સ્ટેરિક અવરોધક અસર સાથે C હાઇડ્રોક્સિલ જૂથ પ્રતિક્રિયા આપવાનું સરળ છે.

સેલ્યુલોઝ એ સ્ફટિકીય કુદરતી પોલિમર છે. જ્યારે સેલ્યુલોઝ નક્કર રહે છે ત્યારે મોટાભાગની એસ્ટરિફિકેશન અને ઇથેરિફિકેશન પ્રતિક્રિયાઓ વિજાતીય પ્રતિક્રિયાઓ છે. સેલ્યુલોઝ ફાઇબરમાં પ્રતિક્રિયા રીએજન્ટ્સની પ્રસરણ સ્થિતિને પહોંચ કહેવાય છે. સ્ફટિકીય પ્રદેશની આંતર-પરમાણુ ગોઠવણી ચુસ્ત રીતે ગોઠવવામાં આવે છે, અને રીએજન્ટ માત્ર સ્ફટિકીય સપાટી પર ફેલાય છે. આકારહીન પ્રદેશમાં આંતરપરમાણુ વ્યવસ્થા ઢીલી છે, અને ત્યાં વધુ મુક્ત હાઇડ્રોક્સિલ જૂથો છે જે ઉચ્ચ સુલભતા અને સરળ પ્રતિક્રિયા સાથે રીએજન્ટ સાથે સંપર્ક કરવા માટે સરળ છે. સામાન્ય રીતે, ઉચ્ચ સ્ફટિકીયતા અને મોટા સ્ફટિક કદ સાથેનો કાચો માલ ઓછો સ્ફટિકીયતા અને નાના સ્ફટિક કદ સાથેના કાચા માલની જેમ પ્રતિક્રિયા આપવા માટે સરળ નથી. પરંતુ આ સંપૂર્ણ રીતે સાચું નથી, ઉદાહરણ તરીકે, ઓછી સ્ફટિકીયતા અને નાના સ્ફટિકીયતાવાળા સૂકા વિસ્કોસ તંતુઓનો એસિટિલેશન દર વધુ સ્ફટિકીયતા અને મોટા સ્ફટિકીયતાવાળા કોટન ફાઈબર કરતા નોંધપાત્ર રીતે ઓછો છે. આનું કારણ એ છે કે સૂકવણીની પ્રક્રિયા દરમિયાન નજીકના પોલિમર વચ્ચે કેટલાક હાઇડ્રોજન બંધન બિંદુઓ ઉત્પન્ન થાય છે, જે રીએજન્ટના પ્રસારને અવરોધે છે. જો ભીના સેલ્યુલોઝ કાચા માલમાં રહેલા ભેજને મોટા કાર્બનિક દ્રાવક (જેમ કે એસિટિક એસિડ, બેન્ઝીન, પાયરિડિન) દ્વારા બદલવામાં આવે અને પછી સૂકવવામાં આવે, તો તેની પ્રતિક્રિયાશીલતામાં ઘણો સુધારો થશે, કારણ કે સૂકવણી સંપૂર્ણપણે દ્રાવકને બહાર કાઢી શકતી નથી, અને કેટલાક મોટા પરમાણુઓ સેલ્યુલોઝ કાચા માલના "છિદ્રો" માં ફસાઈ જાય છે, કહેવાતા સમાયેલ સેલ્યુલોઝ બનાવે છે. સોજો દ્વારા મોટું થયેલું અંતર પુનઃપ્રાપ્ત કરવું સરળ નથી, જે રીએજન્ટના પ્રસાર માટે અનુકૂળ છે, અને પ્રતિક્રિયા દર અને પ્રતિક્રિયાની એકરૂપતાને પ્રોત્સાહન આપે છે. આ કારણોસર, વિવિધ સેલ્યુલોઝ ડેરિવેટિવ્ઝની ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં, અનુરૂપ સોજોની સારવાર હોવી આવશ્યક છે. સામાન્ય રીતે પાણી, એસિડ અથવા આલ્કલી દ્રાવણની ચોક્કસ સાંદ્રતાનો ઉપયોગ સોજોના એજન્ટ તરીકે થાય છે. વધુમાં, સમાન ભૌતિક અને રાસાયણિક સૂચકાંકો સાથે ઓગળતા પલ્પની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની મુશ્કેલી ઘણીવાર ઘણી અલગ હોય છે, જે એક જ છોડમાં વિવિધ બાયોકેમિકલ અને માળખાકીય કાર્યો સાથેના વિવિધ પ્રકારના છોડ અથવા કોષોના મોર્ફોલોજિકલ પરિબળોને કારણે થાય છે. ના. છોડના તંતુના બાહ્ય પડની પ્રાથમિક દિવાલ રીએજન્ટના પ્રવેશને અવરોધે છે અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને અટકાવે છે, તેથી સામાન્ય રીતે વધુ સારી પ્રતિક્રિયા સાથે ઓગળતો પલ્પ મેળવવા માટે પ્રાથમિક દિવાલનો નાશ કરવા માટે પલ્પિંગ પ્રક્રિયામાં અનુરૂપ પરિસ્થિતિઓનો ઉપયોગ કરવો જરૂરી છે. ઉદાહરણ તરીકે, બગાસ પલ્પ એ વિસ્કોસ પલ્પના ઉત્પાદનમાં નબળી પ્રતિક્રિયા સાથેનો કાચો માલ છે. વિસ્કોસ (સેલ્યુલોઝ ઝેન્થેટ આલ્કલી સોલ્યુશન) તૈયાર કરતી વખતે, કપાસના લીંટરના પલ્પ અને લાકડાના પલ્પ કરતાં વધુ કાર્બન ડાયસલ્ફાઇડનો વપરાશ થાય છે. ગાળણ દર અન્ય પલ્પ સાથે તૈયાર કરવામાં આવેલા વિસ્કોઝ કરતા ઓછો છે. આનું કારણ એ છે કે પલ્પિંગ દરમિયાન અને પરંપરાગત પદ્ધતિઓ દ્વારા આલ્કલી સેલ્યુલોઝની તૈયારી દરમિયાન શેરડીના ફાઇબર કોષોની પ્રાથમિક દિવાલને યોગ્ય રીતે નુકસાન થયું નથી, પરિણામે પીળી પ્રતિક્રિયામાં મુશ્કેલી ઊભી થાય છે.

પ્રી-હાઇડ્રોલાઇઝ્ડ આલ્કલાઇન બગાસ પલ્પ ફાઇબર્સ] અને આકૃતિ 2 [આલ્કલી ગર્ભાધાન પછી બગાસ પલ્પ રેસા] પૂર્વ-હાઇડ્રોલાઇઝ્ડ આલ્કલાઇન પ્રક્રિયા અને પરંપરાગત આલ્કલાઇન ગર્ભાધાન પછી બગાસ પલ્પ રેસાની સપાટીની ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ સ્કેનીંગ છબીઓ છે, જે હજુ પણ જોઈ શકાય છે. સ્પષ્ટ ખાડાઓ; બાદમાં, જોકે આલ્કલી સોલ્યુશનના સોજાને કારણે ખાડાઓ અદૃશ્ય થઈ જાય છે, પ્રાથમિક દિવાલ હજુ પણ સમગ્ર ફાઇબરને આવરી લે છે. જો “બીજું ગર્ભાધાન” (સામાન્ય ગર્ભાધાન પછી બીજા ગર્ભાધાન પછી પાતળું આલ્કલી સોલ્યુશન મોટી સોજોની અસર સાથે) અથવા ડીપ-ગ્રાઇન્ડીંગ (યાંત્રિક ગ્રાઇન્ડીંગ સાથે સામાન્ય ગર્ભાધાન) પ્રક્રિયા, પીળી પ્રતિક્રિયા સરળતાથી આગળ વધી શકે છે, વિસ્કોસ ફિલ્ટરેશન દર નોંધપાત્ર રીતે સુધારેલ છે. આનું કારણ એ છે કે ઉપરોક્ત બંને પદ્ધતિઓ પ્રાથમિક દિવાલની છાલ ઉતારી શકે છે, પ્રમાણમાં સરળ પ્રતિક્રિયાના આંતરિક સ્તરને ખુલ્લી પાડી શકે છે, જે રીએજન્ટના પ્રવેશ માટે અનુકૂળ છે અને પ્રતિક્રિયા કામગીરીમાં સુધારો કરે છે (ફિગ. 3 [બેગાસ પલ્પ ફાઇબરનું ગૌણ ગર્ભાધાન ], ફિગ. ગ્રાઇન્ડીંગ બગાસી પલ્પ ફાઇબર્સ]).

તાજેતરના વર્ષોમાં, બિન-જલીય દ્રાવક પ્રણાલીઓ કે જે સેલ્યુલોઝને સીધી રીતે ઓગાળી શકે છે તે ઉભરી આવી છે. જેમ કે ડાઇમેથાઇલફોર્મામાઇડ અને NO, ડાઇમેથાઇલ સલ્ફોક્સાઇડ અને પેરાફોર્માલ્ડિહાઇડ અને અન્ય મિશ્ર સોલવન્ટ્સ, વગેરે, સેલ્યુલોઝને સજાતીય પ્રતિક્રિયામાંથી પસાર થવા માટે સક્ષમ કરે છે. જો કે, આઉટ-ઓફ-ફેઝ પ્રતિક્રિયાઓના ઉપરોક્ત કેટલાક કાયદા હવે લાગુ પડતા નથી. ઉદાહરણ તરીકે, એસીટોનમાં દ્રાવ્ય સેલ્યુલોઝ ડાયસેટેટ તૈયાર કરતી વખતે, સેલ્યુલોઝ ટ્રાયસેટેટના હાઇડ્રોલિસિસમાંથી પસાર થવું જરૂરી નથી, પરંતુ ડીએસ 2 થાય ત્યાં સુધી સીધું જ એસ્ટરિફાઇડ કરી શકાય છે.