איך מכינים אתר תאית?

אתר תאית הוא סוג של נגזרת תאית המתקבלת על ידי שינוי האתרה של תאית. הוא נמצא בשימוש נרחב בשל תכונות העיבוי, האמולסיפיקציה, ההשעיה, היווצרות הסרט, הקולואיד המגן, שימור הלחות וההידבקות המצוינים שלו. הוא ממלא תפקיד חשוב בפיתוח הכלכלה הלאומית במחקר מדעי ובמגזרים תעשייתיים כגון מזון, רפואה, ייצור נייר, ציפויים, חומרי בניין, שחזור שמן, טקסטיל ורכיבים אלקטרוניים. במאמר זה, נסקרת ההתקדמות המחקרית של שינוי האתריפיקציה של תאית.

תָאִיתאֶתֶרהוא הפולימר האורגני הנפוץ ביותר בטבע. הוא מתחדש, ירוק ותואם ביו. זהו חומר גלם בסיסי חשוב להנדסה כימית. על פי התחליפים השונים על המולקולה המתקבלת מתגובת האתריפיקציה, ניתן לחלק אותה לאתרים בודדים ולערבב אותה. תָאִית אתרים.הנה אנחנו סוקר את התקדמות המחקר על סינתזה של אתרים בודדים, כולל אתרים אלקיל, אתרים הידרוקסיאלקיל, אתרים קרבוקסיאלקיל ואתרים מעורבים.

מילות מפתח: תָאִית אֶתֶר, אתריפיקציה, אתר יחיד, אתר מעורב, התקדמות מחקרית

1. תגובת אתריפיקציה של תאית

תגובת האתריפיקציה של תאית אֶתֶר היא התגובה החשובה ביותר לנגזרת תאית. האתריפיקציה של תאית היא סדרה של נגזרות המיוצרות על ידי תגובה של קבוצות הידרוקסיל על שרשראות מולקולריות של תאית עם חומרים אלקילטיביים בתנאים אלקליים. ישנם סוגים רבים של מוצרי אתר תאית, אותם ניתן לחלק לאתרים בודדים ולאתרים מעורבים לפי התחליפים השונים על המולקולות המתקבלות מתגובת האתריפיקציה. ניתן לחלק אתרים בודדים לאתרים אלקיל, אתרים הידרוקסיאלקיל ואתרים קרבוקסיאלקיל, ואתרים מעורבים מתייחסים לאתרים עם שתי קבוצות או יותר המחוברות במבנה המולקולרי. בין מוצרי האתר תאית מיוצגים תאית קרבוקסי-מתיל (CMC), תאית הידרוקסיאתיל (HEC), תאית הידרוקסיפרופיל (HPC), תאית הידרוקסיפרופיל מתיל (HPMC), ביניהם חלק מהמוצרים ממוסחרים.

2. סינתזה של אתר תאית

2.1 סינתזה של אתר בודד

אתרים בודדים כוללים אתרים אלקיל (כגון תאית אתיל, תאית פרופיל, תאית פניל, תאית ציאנואתיל וכו'), אתרים הידרוקסיאלקיל (כגון תאית הידרוקסי-מתיל, תאית הידרוקסיאתיל וכו'), אתרים קרבוקסיליאלקיל (כגון תאית קרבוקסיתיל, תאית קרבוקסיתיל, וכו.).

2.1.1 סינתזה של אתרים אלקיל

Berglund וחב' טיפלו תחילה בתאית עם תמיסת NaOH בתוספת אתיל כלוריד, ולאחר מכן הוסיפו מתיל כלוריד בטמפרטורה של 65°C עד 90°C ולחץ של 3bar עד 15bar, והגיב לייצור אתר מתיל תאית. שיטה זו יכולה להיות יעילה ביותר כדי להשיג אתרים מתיל תאית מסיסים במים עם דרגות שונות של החלפה.

אתילצלולוזה הוא גרגיר לבן או אבקה תרמופלסטית. סחורות כלליות מכילות 44%~49% אתוקסיות. מסיס ברוב הממיסים האורגניים, לא מסיס במים. העיסה או הכותנה לובשות תמיסת מימית של 40% ~ 50% נתרן הידרוקסיד, והתאית הבסיסית עברה אתוקסילציה עם אתיל כלוריד כדי לייצר תאית אתיל. סינתזה בהצלחה של תאית אתיל (EC) עם תכולת אתוקסית של 43.98% בשיטה חד-שלבית על ידי תגובה של תאית עם עודף אתיל כלוריד ונתרן הידרוקסיד, תוך שימוש בטולואן כמדלל. טולואן שימש כמדלל בניסוי. במהלך תגובת האתריפיקציה, זה לא רק יכול לקדם דיפוזיה של אתיל כלוריד לתאית האלקלית, אלא גם להמיס את תאית האתיל המוחלפת מאוד. במהלך התגובה, החלק שאינו מגיב יכול להיחשף באופן רציף, מה שהופך את חומר האתריפיקציה קל לפלוש, כך שתגובת האתילציה משתנה מהטרוגניה להומוגנית, והתפלגות התחליפים במוצר אחידה יותר.

השתמשו באתיל ברומיד כחומר האתריפיקציה ובטטרה-הידרופורן כמדלל לסינתזה של תאית אתיל (EC), ואפיינו את מבנה המוצר על ידי ספקטרוסקופיה אינפרא אדום, תהודה מגנטית גרעינית וכרומטוגרפיה של ג'ל. מחושב שמידת ההחלפה של תאית האתיל המסונתזת היא בערך 2.5, התפלגות המסה המולקולרית צרה, ויש לה מסיסות טובה בממסים אורגניים.

תאית ציאנואתיל (CEC) באמצעות שיטות הומוגניות והטרוגניות תוך שימוש בתאית עם דרגות פילמור שונות כחומרי גלם, והכנת חומרי קרום CEC צפופים על ידי יציקת תמיסה וכבישה חמה. ממברנות CEC נקבוביות הוכנו על ידי טכנולוגיית הפרדת פאזות המושרה על ידי ממס (NIPS), וחומרי ממברנה ננו-מרוכבים של בריום טיטנאט/ציאנואתיל תאית (BT/CEC) הוכנו על ידי טכנולוגיית NIPS, ונחקרו המבנים והתכונות שלהם.

השתמש בממס התאית שפותח בעצמו (תמיסת אלקלי/אוריאה) כמדיום התגובה לסינתזה הומוגנית של תאית ציאנואתיל (CEC) עם אקרילוניטריל כחומר האתריפיקציה, וביצע מחקר על המבנה, התכונות והיישומים של המוצר. ללמוד לעומק. ועל ידי שליטה בתנאי תגובה שונים, ניתן להשיג סדרה של CECs עם ערכי DS הנעים בין 0.26 ל-1.81.

2.1.2 סינתזה של אתרים הידרוקסיאלקיל

Fan Junlin וחב' הכינו תאית הידרוקסיאתיל (HEC) בכור של 500 ליטר תוך שימוש בכותנה מזוקקת כחומר גלם ו-87.7% איזופרופנול-מים כממס על ידי אלקליזציה של שלב אחד, ניטרול שלב אחר שלב והאתרה שלב אחר שלב. . התוצאות הראו שלתאית הידרוקסיאתיל המוכנה (HEC) המוכנה הייתה תחליף טוחנת MS של 2.2-2.9, שהגיע לאותו תקן איכות כמו המוצר המסחרי של Dows 250 HEC עם החלפה מולרית של 2.2-2.4. שימוש ב-HEC בייצור צבע לטקס יכול לשפר את תכונות יצירת הסרט והיישור של צבע הלטקס.

ליו דן ואחרים דנו בהכנת תאית הידרוקסיאתיל קטיונית של מלח אמוניום רבעוני בשיטה חצי יבשה של תאית הידרוקסיאתיל (HEC) ו-2,3-epoxypropyltrimethylammonium chloride (GTA) תחת פעולת קטליזה אלקלית. תנאי אתר. נחקרה ההשפעה של הוספת אתר תאית הידרוקסיאתיל קטיוני על נייר. תוצאות הניסוי מראות כי: בעיסת עץ קשה מולבן, כאשר דרגת ההחלפה של אתר קטיוני תאית הידרוקסיאתיל היא 0.26, שיעור השמירה הכולל עולה ב-9%, וקצב סינון המים עולה ב-14%; בעיסת עץ קשה מולבן, כאשר כאשר כמות האתר קטיוני תאית הידרוקסיאתיל היא 0.08% מסיבי העיסה, יש לה השפעה מחזקת משמעותית על הנייר; ככל שמידת ההחלפה של אתר תאית קטיוני גדולה יותר, כך צפיפות המטען הקטיונית גדולה יותר והאפקט המחזק טוב יותר.

Zhanhong משתמש בשיטת סינתזה שלב נוזלי להכנת תאית הידרוקסיאתיל עם ערך צמיגות של 5×104mPa·s או יותר וערך אפר של פחות מ-0.3% בתהליך הדו-שלבי של אלקליזציה והאתריפיקציה. נעשה שימוש בשתי שיטות אלקליזציה. השיטה הראשונה היא להשתמש באצטון כמדלל. חומר הגלם התאית מבוסס ישירות בריכוז מסוים של תמיסה מימית של נתרן הידרוקסיד. לאחר ביצוע תגובת הביסיפיקציה, מתווסף חומר האתרה לביצוע ישיר של תגובת האתריפיקציה. השיטה השנייה היא שחומר הגלם התאית עובר אלקליזציה בתמיסה מימית של נתרן הידרוקסיד ואוריאה, ויש לסחוט את התאית האלקלית שהוכנה בשיטה זו כדי להסיר עודפי שורית לפני תגובת האתריפיקציה. תוצאות הניסוי מראות שלגורמים כמו כמות המדלל שנבחרה, כמות תחמוצת האתילן שנוספה, זמן האלקליזציה, הטמפרטורה והזמן של התגובה הראשונה, והטמפרטורה והזמן של התגובה השנייה, כולם משפיעים מאוד על הביצועים. של המוצר.

שו צ'ין וחב'. ביצע תגובת אתריפיקציה של תאית אלקלית ופרופילן אוקסיד, ותאית הידרוקסיפרופיל מסונתזת (HPC) עם דרגת החלפה נמוכה בשיטת פאזה גז מוצק. נחקרו ההשפעות של חלק מסה של תחמוצת פרופילן, יחס הסחיטה וטמפרטורת האתריפיקציה על מידת ההאתרה של HPC וניצול יעיל של תחמוצת פרופילן. התוצאות הראו שתנאי הסינתזה האופטימליים של HPC היו חלק מסה של פרופילן אוקסיד 20% (יחס מסה לתאית), יחס שחול תאית אלקלית 3.0 וטמפרטורת האתרה 60°ג. בדיקת המבנה של HPC על ידי תהודה מגנטית גרעינית מראה שמידת האתריפיקציה של HPC היא 0.23, שיעור הניצול האפקטיבי של תחמוצת פרופילן הוא 41.51%, והשרשרת המולקולרית התאית מחוברת בהצלחה לקבוצות הידרוקסיפרופיל.

קונג שינג'י וחב'. הכין תאית הידרוקסיפרופיל עם נוזל יוני כממס כדי לממש את התגובה ההומוגנית של תאית כדי לממש את הרגולציה של תהליך התגובה והמוצרים. במהלך הניסוי, נעשה שימוש בנוזל היוני האימידאזול פוספט סינתטי 1, 3-diethylimidazole diethyl phosphate להמסת תאית מיקרו-גבישית, ותאית הידרוקסיפרופיל הושגה באמצעות אלקליזציה, האתריפיקציה, החמצה ושטיפה.

2.1.3 סינתזה של אתרים קרבוקסיאלקיל

תאית הקרבוקסימטיל האופיינית ביותר היא תאית קרבוקסימטיל (CMC). לתמיסה המימית של תאית קרבוקסימטיל יש את הפונקציות של עיבוי, יצירת סרט, הדבקה, שמירה על מים, הגנה על קולואידים, אמולסיציה והשעיה, והיא נמצאת בשימוש נרחב בכביסה. תרופות, מזון, משחת שיניים, טקסטיל, הדפסה וצביעה, ייצור נייר, נפט, כרייה, רפואה, קרמיקה, רכיבים אלקטרוניים, גומי, צבע, חומרי הדברה, קוסמטיקה, עור, פלסטיק וקידוחי נפט וכו'.

בשנת 1918, הגרמני E. Jansen המציא את שיטת הסינתזה של תאית קרבוקסימטיל. בשנת 1940, מפעל Kalle של חברת IG Farbeninaustrie הגרמנית מימש ייצור תעשייתי. בשנת 1947, חברת Wyandotle Chemical של ארצות הברית פיתחה בהצלחה תהליך ייצור מתמשך. ארצי הוכנסה לראשונה לייצור תעשייתי של CMC במפעל צלולואיד בשנחאי בשנת 1958. Carboxymethyl cellulose הוא אתר תאית המיוצר מכותנה מזוקקת תחת פעולת נתרן הידרוקסיד וחומצה כלורואצטית. ניתן לחלק את שיטות הייצור התעשייתיות שלו לשתי קטגוריות: שיטה על בסיס מים ושיטה על בסיס ממס על פי מדיות האתריפיקציה שונות. תהליך השימוש במים כמדיום התגובה נקרא שיטת מים מדיום, והתהליך המכיל ממס אורגני במדיום התגובה נקרא שיטת הממס.

עם העמקת המחקר והתקדמות הטכנולוגיה, תנאי תגובה חדשים יושמו לסינתזה של תאית קרבוקסימטיל, ולמערכת הממס החדשה יש השפעה משמעותית על תהליך התגובה או איכות המוצר. Olaru et al. מצא שתגובת הקרבוקסימילציה של תאית באמצעות מערכת מעורבת אתנול-אצטון טובה יותר מזו של אתנול או אצטון בלבד. ניקולסון וחב'. במערכת הוכנה CMC עם דרגת החלפה נמוכה. פיליפ וחב הכינו CMC מוחלפים מאוד עם N-methylmorpholin-N oxide ו-N, N dimethylacetamide/ליתיום כלוריד מערכות ממס בהתאמה. Cai et al. פיתח שיטה להכנת CMC במערכת ממס NaOH/אוריאה. ראמוס וחב'. השתמש במערכת הנוזל יונית DMSO/tetrabutylammonium fluoride כממס לקרבוקסיתילציה של חומר הגלם התאית שזוקק מכותנה וסיסל, והשיג מוצר CMC עם דרגת החלפה גבוהה של 2.17. צ'ן ג'ינגוואן ואחרים. השתמשו בתאית עם ריכוז עיסת גבוה (20%) כחומר גלם, נתרן הידרוקסיד ואקרילאמיד כריאגנטים לשינוי, ביצעו תגובת שינוי קרבוקסיתילציה בזמן ובטמפרטורה מוגדרים, ולבסוף השיג תאית בסיס קרבוקסיתיל. ניתן לווסת את תכולת הקרבוקסיתיל של המוצר המותאם על ידי שינוי כמות הנתרן הידרוקסיד והאקרילאמיד.

2.2 סינתזה של אתרים מעורבים

אתר תאית הידרוקסיפרופיל מתיל הוא סוג של אתר תאית לא קוטבי המסיס במים קרים המתקבלים מתאית טבעית באמצעות אלקליזציה ושינוי האתריפיקציה. הוא הופך בסיסי עם תמיסת נתרן הידרוקסיד ומוסיפים לו כמות מסוימת של כמות איזופרופנול וממס טולואן, חומר האetherification שמאמץ הוא מתיל כלוריד ופרופילן אוקסיד.

דאי מינגיון וחב'. השתמשו בתאית הידרוקסיאתיל (HEC) בתור עמוד השדרה של הפולימר ההידרופילי, והשתלה את חומר ההידרופוביזה בוטיל גליצידיל אתר (BGE) על עמוד השדרה על ידי תגובת אתריפיקציה כדי להתאים את קבוצת הבוטיל של הקבוצה ההידרופובית. מידת ההחלפה של הקבוצה, כך שיהיה לה ערך איזון הידרופילי-ליפופילי מתאים, ומכינים תאית 2-hydroxy-3-butoxypropyl hydroxyethyl (HBPEC) המגיבה לטמפרטורה; מכינים תכונה המגיבה לטמפרטורה החומרים הפונקציונליים המבוססים על תאית מספקים דרך חדשה ליישום חומרים פונקציונליים בתחומי שחרור ממושך של תרופות וביולוגיה.

Chen Yangming ואחרים השתמשו בתאית הידרוקסיאתיל כחומר גלם, ובמערכת תמיסת האיזופרפנול, הוסיפו כמות קטנה של Na2B4O7 למגיב לתגובה הומוגנית להכנת תאית מעורבת של hydroxyethyl carboxymethyl. המוצר הוא מיידי במים, והצמיגות יציבה.

Wang Peng משתמשת בכותנה מזוקקת תאית טבעית כחומר הגלם הבסיסי, ומשתמשת בתהליך האתריפיקציה חד-שלבי לייצור תאית קרבוקסימטיל הידרוקסיפרופיל עם תגובה אחידה, צמיגות גבוהה, עמידות טובה לחומצה ועמידות למלח באמצעות תגובות אלקליזציה והאתרה אתר מורכב. באמצעות תהליך האתריפיקציה חד-שלבי, ל-carboxymethyl hydroxypropyl cellulose יש עמידות טובה למלח, עמידות חומצה ומסיסות. על ידי שינוי הכמויות היחסיות של תחמוצת פרופילן וחומצה כלורואצטית, ניתן להכין מוצרים בעלי תכולת קרבוקסימטיל והידרוקסיפרופיל שונה. תוצאות הבדיקה מראות שלתאית קרבוקסימטיל הידרוקסיפרופיל המיוצר בשיטה חד-שלבית יש מחזור ייצור קצר, צריכת ממס נמוכה, ולמוצר עמידות מצוינת למלחים חד ערכיים ודו ערכיים ועמידות טובה לחומצות. בהשוואה למוצרי אתר תאית אחרים, יש לו תחרותיות חזקה יותר בתחומי חיפושי המזון והנפט.

Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) הוא הזן הרב-תכליתי ובעל הביצועים הטובים ביותר מבין כל סוגי התאית, והוא גם נציג טיפוסי של מסחור בין אתרים מעורבים. בשנת 1927, hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) היה מסונתז בהצלחה ובודד. בשנת 1938, דאו כימיקל ושות' מארצות הברית מימשה את הייצור התעשייתי של מתיל תאית ויצרה את הסימן המסחרי הידוע "Methocel". ייצור תעשייתי בקנה מידה גדול של hydroxypropyl methylcellulose החל בארצות הברית בשנת 1948. ניתן לחלק את תהליך הייצור של HPMC לשתי קטגוריות: שיטת שלב הגז ושיטת הפאזה הנוזלית. נכון לעכשיו, מדינות מפותחות כמו אירופה, אמריקה ויפן מאמצות יותר את תהליך שלב הגז, והייצור המקומי של HPMC מבוסס בעיקר על תהליך השלב הנוזלי.

Zhang Shuangjian ואחרים זיקוקו אבקת כותנה כחומר גלם, הפכו אותה לבסיסית עם נתרן הידרוקסיד בחומר ממס בינוני בטולואן ואיזופרופנול, איתרו אותה עם חומר מאתר פרופילן אוקסיד ומתיל כלוריד, הגיבו והכינו סוג של אתר תאית בסיס הידרוקסיפרופיל מתיל אלכוהול מיידי.

3. אאוטלוק

תאית היא חומר גלם כימי וכימי חשוב, עשיר במשאבים, ירוק וידידותי לסביבה ומתחדש. לנגזרות של שינוי האטריפיקציה של תאית יש ביצועים מצוינים, מגוון רחב של שימושים והשפעות שימוש מצוינות, ועונות על צרכי הכלכלה הלאומית במידה רבה. וצרכי ​​הפיתוח החברתי, עם ההתקדמות הטכנולוגית המתמשכת ומימוש המסחור בעתיד, אם ניתן יהיה לתועש יותר את חומרי הגלם הסינתטיים והשיטות הסינתטיות של נגזרות תאית, הם ינוצלו בצורה מלאה יותר ויממשו מגוון רחב יותר של יישומים עֵרֶך.