რა არის ცელულოზის წარმოებულები?

ცელულოზის წარმოებულები წარმოიქმნება ჰიდროქსილის ჯგუფების ესტერიფიკაციის ან ეთერიფიკაციის შედეგად ცელულოზის პოლიმერებში ქიმიური რეაგენტებით. რეაქციის პროდუქტების სტრუქტურული მახასიათებლების მიხედვით, ცელულოზის წარმოებულები შეიძლება დაიყოს სამ კატეგორიად: ცელულოზის ეთერები, ცელულოზის ეთერები და ცელულოზის ეთერები. ცელულოზის ეთერები, რომლებიც რეალურად გამოიყენება კომერციულად, არის: ცელულოზის ნიტრატი, ცელულოზის აცეტატი, ცელულოზის აცეტატის ბუტირატი და ცელულოზის ქსანტიტი. ცელულოზის ეთერებს მიეკუთვნება: მეთილის ცელულოზა, კარბოქსიმეთილცელულოზა, ეთილის ცელულოზა, ჰიდროქსიეთილის ცელულოზა, ციანოეთილის ცელულოზა, ჰიდროქსიპროპილ ცელულოზა და ჰიდროქსიპროპილ მეთილის ცელულოზა. გარდა ამისა, არსებობს ეთერის ეთერის შერეული წარმოებულები.

თვისებები და გამოყენება შემცვლელი რეაგენტების შერჩევისა და პროცესის დიზაინის საშუალებით, პროდუქტი შეიძლება გაიხსნას წყალში, განზავებულ ტუტე ხსნარში ან ორგანულ გამხსნელში, ან ჰქონდეს თერმოპლასტიკური თვისებები და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ქიმიური ბოჭკოების, ფილმების, ფირის ბაზების, პლასტმასის, საიზოლაციო დასამზადებლად. მასალები, საიზოლაციო მასალები, ხსნარი, პოლიმერული დისპერსანტი, საკვები დანამატები და ყოველდღიური ქიმიური პროდუქტები. ცელულოზის წარმოებულების თვისებები დაკავშირებულია შემცვლელების ბუნებასთან, ჩანაცვლებულ გლუკოზის ჯგუფზე სამი ჰიდროქსილის ჯგუფის DS ხარისხთან და მაკრომოლეკულური ჯაჭვის გასწვრივ შემცვლელების განაწილებასთან. რეაქციის შემთხვევითობის გამო, გარდა თანაბრად შემცვლელი პროდუქტისა, როდესაც სამივე ჰიდროქსილის ჯგუფი ჩანაცვლებულია (DS არის 3), სხვა შემთხვევებში (ერთგვაროვანი რეაქცია ან ჰეტეროგენული რეაქცია), მიიღება შემდეგი სამი განსხვავებული შემცვლელი პოზიცია: შერეული პროდუქტები შეუცვლელი გლუკოზილის ჯგუფები: ① მონოჩანაცვლებული (DS არის 1, C, C ან C პოზიცია ჩანაცვლებულია, სტრუქტურული ფორმულა იხ. ცელულოზა); ② ჩანაცვლებული (DS არის 2, C, C, C, C ან C, C პოზიციები ჩანაცვლებულია); ③ სრული ჩანაცვლება (DS არის 3). ამრიგად, იგივე ცელულოზის წარმოებულის თვისებები იგივე შემცვლელი მნიშვნელობით შეიძლება ასევე იყოს საკმაოდ განსხვავებული. მაგალითად, ცელულოზის დიაცეტატი, რომელიც პირდაპირ ესტერიფიცირებულია DS-მდე 2-მდე, უხსნადია აცეტონში, მაგრამ ცელულოზის დიაცეტატი, რომელიც მიღებულია სრულად ესტერიფიცირებული ცელულოზის ტრიაცეტატის საპონიფიკაციით, შეიძლება მთლიანად დაიშალა აცეტონში. ჩანაცვლების ეს ჰეტეროგენულობა დაკავშირებულია ცელულოზის ეთერისა და ეთერიფიკაციის რეაქციების ძირითად კანონებთან.

ცელულოზის ესტერიფიკაციისა და ეთერიფიკაციის რეაქციის ძირითადი კანონი ცელულოზის მოლეკულაში, გლუკოზის ჯგუფში სამი ჰიდროქსილის ჯგუფის პოზიციები განსხვავებულია, ასევე განსხვავებულია მიმდებარე შემცვლელების გავლენა და სტერული დაბრკოლება. სამი ჰიდროქსილის ჯგუფის შედარებით მჟავიანობა და დისოციაციის ხარისხია: C>C>C. როდესაც ეთერიფიკაციის რეაქცია ტარდება ტუტე გარემოში, ჯერ C ჰიდროქსილის ჯგუფი რეაგირებს, შემდეგ C ჰიდროქსილის ჯგუფი და ბოლოს C პირველადი ჰიდროქსილის ჯგუფი. როდესაც ესტერიფიკაციის რეაქცია ტარდება მჟავე გარემოში, თითოეული ჰიდროქსილის ჯგუფის რეაქციის სირთულე ეწინააღმდეგება ეთერიფიკაციის რეაქციის რიგითობას. მოცულობითი შემცვლელი რეაგენტთან ურთიერთობისას, სტერილური დაბრკოლების ეფექტს აქვს მნიშვნელოვანი გავლენა და C ჰიდროქსილის ჯგუფი უფრო მცირე სტერილური შემაფერხებელი ეფექტით უფრო ადვილად რეაგირებს, ვიდრე C და C ჰიდროქსილის ჯგუფები.

ცელულოზა არის კრისტალური ბუნებრივი პოლიმერი. ესტერიფიკაციისა და ეთერიფიკაციის რეაქციების უმეტესობა ჰეტეროგენული რეაქციებია, როდესაც ცელულოზა რჩება მყარი. რეაქციის რეაგენტების დიფუზიის მდგომარეობას ცელულოზის ბოჭკოში ეწოდება ხელმისაწვდომობა. კრისტალური რეგიონის ინტერმოლეკულური განლაგება მჭიდროდ არის მოწყობილი და რეაგენტს შეუძლია მხოლოდ კრისტალურ ზედაპირზე გავრცელება. ამორფულ რეგიონში ინტერმოლეკულური განლაგება ფხვიერია და არსებობს უფრო თავისუფალი ჰიდროქსილის ჯგუფები, რომლებიც ადვილად კონტაქტობენ რეაგენტებთან, მაღალი ხელმისაწვდომობით და მარტივი რეაქციით. ზოგადად, მაღალი კრისტალური და დიდი კრისტალური ზომის ნედლეულის რეაქცია არც ისე ადვილია, როგორც ნედლეული დაბალი კრისტალურობით და მცირე კრისტალური ზომით. მაგრამ ეს არ არის მთლად მართალი, მაგალითად, მშრალი ვიკოზის ბოჭკოების აცეტილაციის სიჩქარე დაბალი კრისტალურობით და მცირე კრისტალურობით მნიშვნელოვნად დაბალია, ვიდრე ბამბის ბოჭკოების უფრო მაღალი კრისტალურობითა და უფრო დიდი კრისტალურობით. ეს იმიტომ ხდება, რომ გაშრობის პროცესში წარმოიქმნება წყალბადის შემაერთებელი წერტილები მიმდებარე პოლიმერებს შორის, რაც აფერხებს რეაგენტების დიფუზიას. თუ სველ ცელულოზის ნედლეულში ტენიანობა შეიცვლება უფრო დიდი ორგანული გამხსნელით (როგორიცაა ძმარმჟავა, ბენზოლი, პირიდინი) და შემდეგ გაშრება, მისი რეაქტიულობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდება, რადგან გაშრობას არ შეუძლია მთლიანად გამოდევნოს გამხსნელი, და ზოგიერთი უფრო დიდი მოლეკულები იკვრება ცელულოზის ნედლეულის „ხვრელებში“ და წარმოქმნიან ე.წ. მანძილი, რომელიც გადიდებულია შეშუპებით, ადვილი არ არის აღდგენილი, რაც ხელს უწყობს რეაგენტების დიფუზიას და ხელს უწყობს რეაქციის სიჩქარეს და რეაქციის ერთგვაროვნებას. ამ მიზეზით, სხვადასხვა ცელულოზის წარმოებულების წარმოების პროცესში უნდა იყოს შესაბამისი შეშუპების მკურნალობა. როგორც წესი, შეშუპების საშუალებად გამოიყენება წყალი, მჟავა ან ტუტე ხსნარის გარკვეული კონცენტრაცია. გარდა ამისა, გამხსნელი რბილობის ქიმიური რეაქციის სირთულე ერთი და იგივე ფიზიკური და ქიმიური მაჩვენებლებით ხშირად ძალიან განსხვავებულია, რაც გამოწვეულია სხვადასხვა ტიპის მცენარეების ან უჯრედების მორფოლოგიური ფაქტორებით, რომლებსაც აქვთ სხვადასხვა ბიოქიმიური და სტრუქტურული ფუნქციები იმავე მცენარეში. დან. მცენარეული ბოჭკოს გარე ფენის პირველადი კედელი აფერხებს რეაგენტების შეღწევას და აფერხებს ქიმიურ რეაქციებს, ამიტომ, როგორც წესი, საჭიროა შესაბამისი პირობების გამოყენება პულპინგის პროცესში პირველადი კედლის განადგურების მიზნით, რათა მივიღოთ გამხსნელი რბილობი უკეთესი რეაქტიულობით. მაგალითად, ბაგასის რბილობი არის ნედლეული, რომელსაც აქვს ცუდი რეაქტიულობა ვიკოზის რბილობის წარმოებაში. ვისკოზის (ცელულოზის ქსანტიტის ტუტე ხსნარის) მომზადებისას უფრო მეტი ნახშირბადის დისულფიდი მოიხმარება, ვიდრე ბამბის რბილობი და ხის რბილობი. ფილტრაციის სიჩქარე უფრო დაბალია, ვიდრე სხვა რბილობით მომზადებული ვისკოზა. ეს იმის გამო ხდება, რომ შაქრის ლერწმის ბოჭკოვანი უჯრედების პირველადი კედელი სათანადოდ არ დაზიანდა პულპინგისა და ტუტე ცელულოზის ჩვეულებრივი მეთოდებით მომზადების დროს, რაც იწვევს გაყვითლების რეაქციის სირთულეს.

წინასწარ ჰიდროლიზირებული ტუტე ბაგასის რბილობის ბოჭკოები] და სურათი 2 [ბაგასის რბილობის ბოჭკოები ტუტე გაჟღენთვის შემდეგ] არის ბაგასის რბილობის ბოჭკოების ზედაპირის სკანირების სურათები წინასწარ ჰიდროლიზებული ტუტე პროცესის შემდეგ და ჩვეულებრივი ტუტე გაჟღენთვა, შესაბამისად, ჯერ კიდევ ჩანს. გამჭვირვალე ორმოები; ამ უკანასკნელში, თუმცა ორმოები ქრება ტუტე ხსნარის შეშუპების გამო, პირველადი კედელი მაინც ფარავს მთელ ბოჭკოს. თუ "მეორე გაჟღენთვა" (ჩვეულებრივი გაჟღენთვა, რასაც მოჰყვება მეორე გაჟღენთვა განზავებული ტუტე ხსნარით დიდი შეშუპების ეფექტით) ან ჩაღრმავება (ჩვეულებრივი გაჟღენთვა მექანიკურ დაფქვასთან ერთად), გაყვითლების რეაქცია შეიძლება შეუფერხებლად გაგრძელდეს, ვიკოზის ფილტრაციის სიჩქარე მნიშვნელოვნად არის გაუმჯობესებული. ეს იმიტომ ხდება, რომ ორივე ზემოთ ჩამოთვლილ მეთოდს შეუძლია პირველადი კედელი ჩამოიშოროს, გამოაშკარავდეს შედარებით მარტივი რეაქციის შიდა ფენას, რაც ხელს უწყობს რეაგენტების შეღწევას და აუმჯობესებს რეაქციის მოქმედებას (ნახ. 3 [ბაგასის რბილობის ბოჭკოს მეორადი გაჟღენთვა ], ნახ. ბაგასის რბილობი ბოჭკოების დაფქვა]).

ბოლო წლებში გაჩნდა არაწყლიანი გამხსნელების სისტემები, რომლებსაც შეუძლიათ უშუალოდ ცელულოზის დაშლა. როგორიცაა დიმეთილფორმამიდი და NO, დიმეთილ სულფოქსიდი და პარაფორმალდეჰიდი და სხვა შერეული გამხსნელები და ა.შ., ცელულოზას საშუალებას აძლევს გაიაროს ერთგვაროვანი რეაქცია. თუმცა, ზემოაღნიშნული ზოგიერთი კანონი ფაზას გარეშე რეაქციების შესახებ აღარ მოქმედებს. მაგალითად, აცეტონში ხსნადი ცელულოზის დიაცეტატის მომზადებისას არ არის საჭირო ცელულოზის ტრიაცეტატის ჰიდროლიზის ჩატარება, მაგრამ შეიძლება პირდაპირ ესტერიფიცირდეს, სანამ DS არ არის 2.