सेलूलोज़ डेरिवेटिव क्या हैं?

सेल्युलोज डेरिवेटिव रासायनिक अभिकर्मकों के साथ सेल्युलोज पॉलिमर में हाइड्रॉक्सिल समूहों के एस्टरीकरण या ईथरीकरण द्वारा निर्मित होते हैं। प्रतिक्रिया उत्पादों की संरचनात्मक विशेषताओं के अनुसार, सेलूलोज़ डेरिवेटिव को तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: सेलूलोज़ ईथर, सेलूलोज़ एस्टर, और सेल्यूलोज़ ईथर एस्टर। सेल्युलोज एस्टर जो वास्तव में व्यावसायिक रूप से उपयोग किए जाते हैं वे हैं: सेल्युलोज नाइट्रेट, सेल्युलोज एसीटेट, सेल्युलोज एसीटेट ब्यूटायरेट और सेल्युलोज ज़ैंथेट। सेल्युलोज ईथर में शामिल हैं: मिथाइल सेल्युलोज, कार्बोक्सिमिथाइल सेल्युलोज, एथिल सेल्युलोज, हाइड्रॉक्सीएथाइल सेल्युलोज, सायनोइथाइल सेल्युलोज, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल सेलुलोज और हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइल सेलुलोज। इसके अलावा, एस्टर ईथर मिश्रित डेरिवेटिव भी हैं।

गुण और उपयोग प्रतिस्थापन अभिकर्मकों और प्रक्रिया डिजाइन के चयन के माध्यम से, उत्पाद को पानी में घोला जा सकता है, क्षार समाधान या कार्बनिक विलायक को पतला किया जा सकता है, या थर्मोप्लास्टिक गुण हो सकते हैं, और इसका उपयोग रासायनिक फाइबर, फिल्म, फिल्म बेस, प्लास्टिक, इन्सुलेशन के निर्माण के लिए किया जा सकता है। सामग्री, कोटिंग्स, घोल, पॉलिमरिक फैलाव, खाद्य योजक और दैनिक रासायनिक उत्पाद। सेल्युलोज डेरिवेटिव के गुण प्रतिस्थापनों की प्रकृति, प्रतिस्थापित किए जा रहे ग्लूकोज समूह पर तीन हाइड्रॉक्सिल समूहों की डिग्री डीएस और मैक्रोमोलेक्युलर श्रृंखला के साथ प्रतिस्थापनों के वितरण से संबंधित हैं। प्रतिक्रिया की यादृच्छिकता के कारण, समान रूप से प्रतिस्थापित उत्पाद को छोड़कर जब सभी तीन हाइड्रॉक्सिल समूहों को प्रतिस्थापित किया जाता है (डीएस 3 है), अन्य मामलों में (सजातीय प्रतिक्रिया या विषम प्रतिक्रिया), निम्नलिखित तीन अलग-अलग प्रतिस्थापन स्थितियां प्राप्त होती हैं: मिश्रित उत्पाद अप्रतिस्थापित ग्लूकोसिल समूह: ① मोनोप्रतिस्थापित (डीएस 1 है, सी, सी या सी स्थिति प्रतिस्थापित है, संरचनात्मक सूत्र सेलूलोज़ देखें); ② अप्रतिस्थापित (डीएस 2 है, सी, सी, सी, सी या सी, सी पदों को प्रतिस्थापित किया गया है); ③ पूर्ण प्रतिस्थापन (डीएस 3 है)। इसलिए, समान प्रतिस्थापन मूल्य वाले समान सेलूलोज़ व्युत्पन्न के गुण भी काफी भिन्न हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, 2 के डीएस में सीधे एस्टरीकृत सेलूलोज़ डायसेटेट एसीटोन में अघुलनशील है, लेकिन पूरी तरह से एस्टरीकृत सेलूलोज़ ट्राईसेटेट के सैपोनिफिकेशन द्वारा प्राप्त सेलूलोज़ डायसेटेट को एसीटोन में पूरी तरह से भंग किया जा सकता है। प्रतिस्थापन की यह विविधता सेल्युलोज एस्टर और ईथरीकरण प्रतिक्रियाओं के बुनियादी नियमों से संबंधित है।

सेल्युलोज अणु में सेल्युलोज एस्टरीफिकेशन और ईथरिफिकेशन प्रतिक्रिया का मूल नियम, ग्लूकोज समूह में तीन हाइड्रॉक्सिल समूहों की स्थिति अलग-अलग होती है, और आसन्न प्रतिस्थापन और स्टेरिक बाधा का प्रभाव भी अलग-अलग होता है। तीन हाइड्रॉक्सिल समूहों की सापेक्ष अम्लता और पृथक्करण की डिग्री हैं: C>C>C। जब ईथरीकरण प्रतिक्रिया एक क्षारीय माध्यम में की जाती है, तो सी हाइड्रॉक्सिल समूह पहले प्रतिक्रिया करता है, फिर सी हाइड्रॉक्सिल समूह और अंत में सी प्राथमिक हाइड्रॉक्सिल समूह प्रतिक्रिया करता है। जब एस्टरीकरण प्रतिक्रिया अम्लीय माध्यम में की जाती है, तो प्रत्येक हाइड्रॉक्सिल समूह की प्रतिक्रिया की कठिनाई ईथरीकरण प्रतिक्रिया के क्रम के विपरीत होती है। भारी प्रतिस्थापन अभिकर्मक के साथ प्रतिक्रिया करते समय, स्थैतिक बाधा प्रभाव का एक महत्वपूर्ण प्रभाव होता है, और छोटे स्थैतिक बाधा प्रभाव वाले सी हाइड्रॉक्सिल समूह सी और सी हाइड्रॉक्सिल समूहों की तुलना में प्रतिक्रिया करना आसान होता है।

सेलूलोज़ एक क्रिस्टलीय प्राकृतिक बहुलक है। जब सेलूलोज़ ठोस रहता है तो अधिकांश एस्टरीफिकेशन और ईथरिफिकेशन प्रतिक्रियाएं विषम प्रतिक्रियाएं होती हैं। सेल्युलोज फाइबर में प्रतिक्रिया अभिकर्मकों की प्रसार स्थिति को रीचैबिलिटी कहा जाता है। क्रिस्टलीय क्षेत्र की अंतर-आणविक व्यवस्था कसकर व्यवस्थित होती है, और अभिकर्मक केवल क्रिस्टलीय सतह तक ही फैल सकता है। अनाकार क्षेत्र में अंतर-आण्विक व्यवस्था ढीली है, और अधिक मुक्त हाइड्रॉक्सिल समूह हैं जो उच्च पहुंच और आसान प्रतिक्रिया के साथ अभिकर्मकों से संपर्क करना आसान है। आम तौर पर, उच्च क्रिस्टलीयता और बड़े क्रिस्टल आकार वाले कच्चे माल कम क्रिस्टलीयता और छोटे क्रिस्टल आकार वाले कच्चे माल की तरह प्रतिक्रिया करना आसान नहीं होते हैं। लेकिन यह पूरी तरह सच नहीं है, उदाहरण के लिए, कम क्रिस्टलीयता और छोटी क्रिस्टलीयता वाले सूखे विस्कोस फाइबर की एसिटिलेशन दर उच्च क्रिस्टलीयता और बड़ी क्रिस्टलीयता वाले कपास फाइबर की तुलना में काफी कम है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सुखाने की प्रक्रिया के दौरान आसन्न पॉलिमर के बीच कुछ हाइड्रोजन बॉन्डिंग बिंदु उत्पन्न होते हैं, जो अभिकर्मकों के प्रसार में बाधा डालते हैं। यदि गीले सेलूलोज़ कच्चे माल में नमी को एक बड़े कार्बनिक विलायक (जैसे एसिटिक एसिड, बेंजीन, पाइरीडीन) द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है और फिर सुखाया जाता है, तो इसकी प्रतिक्रियाशीलता में काफी सुधार होगा, क्योंकि सुखाने से विलायक पूरी तरह से बाहर नहीं निकल सकता है, और कुछ बड़े अणु सेल्युलोज कच्चे माल के "छिद्रों" में फंस जाते हैं, जिससे तथाकथित निहित सेल्युलोज बनता है। सूजन से जो दूरी बढ़ गई है उसे ठीक करना आसान नहीं है, जो अभिकर्मकों के प्रसार के लिए अनुकूल है, और प्रतिक्रिया दर और प्रतिक्रिया की एकरूपता को बढ़ावा देता है। इस कारण से, विभिन्न सेलूलोज़ डेरिवेटिव की उत्पादन प्रक्रिया में, संबंधित सूजन उपचार होना चाहिए। आमतौर पर पानी, एसिड या क्षार समाधान की एक निश्चित सांद्रता का उपयोग सूजन एजेंट के रूप में किया जाता है। इसके अलावा, समान भौतिक और रासायनिक संकेतकों के साथ घुलने वाले गूदे की रासायनिक प्रतिक्रिया की कठिनाई अक्सर बहुत भिन्न होती है, जो एक ही पौधे में विभिन्न जैव रासायनिक और संरचनात्मक कार्यों वाले विभिन्न प्रकार के पौधों या कोशिकाओं के रूपात्मक कारकों के कारण होती है। का। पौधे के फाइबर की बाहरी परत की प्राथमिक दीवार अभिकर्मकों के प्रवेश में बाधा डालती है और रासायनिक प्रतिक्रियाओं को धीमा कर देती है, इसलिए बेहतर प्रतिक्रिया के साथ घुलनशील गूदा प्राप्त करने के लिए प्राथमिक दीवार को नष्ट करने के लिए लुगदी प्रक्रिया में संबंधित स्थितियों का उपयोग करना आमतौर पर आवश्यक होता है। उदाहरण के लिए, विस्कोस पल्प के उत्पादन में खराब प्रतिक्रियाशीलता वाला खोई का गूदा एक कच्चा माल है। विस्कोस (सेलूलोज़ ज़ैंथेट क्षार समाधान) तैयार करते समय, कपास लिंटर लुगदी और लकड़ी लुगदी की तुलना में अधिक कार्बन डाइसल्फ़ाइड की खपत होती है। निस्पंदन दर अन्य पल्प से तैयार विस्कोस की तुलना में कम है। ऐसा इसलिए है क्योंकि पारंपरिक तरीकों से लुगदी निकालने और क्षार सेलूलोज़ तैयार करने के दौरान गन्ने की फाइबर कोशिकाओं की प्राथमिक दीवार ठीक से क्षतिग्रस्त नहीं हुई है, जिसके परिणामस्वरूप पीली प्रतिक्रिया में कठिनाई होती है।

पूर्व-हाइड्रोलाइज्ड क्षारीय खोई लुगदी फाइबर] और चित्र 2 [क्षार संसेचन के बाद खोई लुगदी फाइबर] क्रमशः पूर्व-हाइड्रोलाइज्ड क्षारीय प्रक्रिया और पारंपरिक क्षारीय संसेचन के बाद खोई लुगदी फाइबर की सतह की इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप स्कैनिंग छवियां हैं, पूर्व को अभी भी देखा जा सकता है साफ गड्ढे; उत्तरार्द्ध में, हालांकि क्षार समाधान की सूजन के कारण गड्ढे गायब हो जाते हैं, प्राथमिक दीवार अभी भी पूरे फाइबर को कवर करती है। यदि "दूसरा संसेचन" (सामान्य संसेचन के बाद एक बड़े सूजन प्रभाव वाले पतले क्षार समाधान के साथ दूसरा संसेचन) या डिप-ग्राइंडिंग (यांत्रिक पीसने के साथ संयुक्त सामान्य संसेचन) प्रक्रिया, पीली प्रतिक्रिया सुचारू रूप से आगे बढ़ सकती है, विस्कोस निस्पंदन दर काफी सुधार हुआ है. ऐसा इसलिए है क्योंकि उपरोक्त दोनों विधियां प्राथमिक दीवार को छील सकती हैं, जिससे अपेक्षाकृत आसान प्रतिक्रिया की आंतरिक परत उजागर हो जाती है, जो अभिकर्मकों के प्रवेश के लिए अनुकूल है और प्रतिक्रिया प्रदर्शन में सुधार करती है (चित्र 3 [खोई लुगदी फाइबर का द्वितीयक संसेचन) ], अंजीर। खोई के गूदे के रेशों को पीसना])।

हाल के वर्षों में, गैर-जलीय विलायक प्रणालियाँ उभरी हैं जो सीधे सेलूलोज़ को भंग कर सकती हैं। जैसे कि डाइमिथाइलफॉर्मामाइड और NO, डाइमिथाइल सल्फ़ोक्साइड और पैराफॉर्मल्डिहाइड, और अन्य मिश्रित सॉल्वैंट्स आदि, सेलूलोज़ को एक सजातीय प्रतिक्रिया से गुजरने में सक्षम बनाते हैं। हालाँकि, आउट-ऑफ़-फ़ेज़ प्रतिक्रियाओं के उपर्युक्त कुछ नियम अब लागू नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, एसीटोन में घुलनशील सेल्युलोज डायसेटेट तैयार करते समय, सेल्युलोज ट्राईसेटेट के हाइड्रोलिसिस से गुजरना आवश्यक नहीं है, लेकिन डीएस 2 होने तक इसे सीधे एस्टरीकृत किया जा सकता है।