Целлюлоза эфирін қалай жасауға болады?

Целлюлоза эфирі целлюлозаның эфирлік модификациясы арқылы алынған целлюлоза туындысының бір түрі болып табылады. Ол тамаша қоюландыру, эмульгирлеу, суспензия, қабық түзу, коллоидты қорғау, ылғал ұстау және адгезия қасиеттеріне байланысты кеңінен қолданылады. Ол азық-түлік, медицина, қағаз жасау, жабындар, құрылыс материалдары, мұнай өндіру, тоқыма және электронды компоненттер сияқты ғылыми зерттеулер мен өнеркәсіп салаларында ұлттық экономиканы дамытуда маңызды рөл атқарады. Бұл жұмыста целлюлозаның эфирлік модификациясының зерттеу барысы қарастырылған.

Целлюлозаэфиртабиғатта ең көп таралған органикалық полимер болып табылады. Ол жаңартылатын, жасыл және биоүйлесімді. Ол химия өнеркәсібі үшін маңызды негізгі шикізат болып табылады. Эфирлену реакциясынан алынған молекуладағы әр түрлі орынбасарларына сәйкес, оны жалғыз және аралас эфирлерге бөлуге болады. целлюлоза эфирлер.Міне, біз алкилді эфирлерді, гидроксиалкилді эфирлерді, карбоксиалкилді және аралас эфирлерді қоса алғанда, жалғыз эфирлердің синтезі бойынша зерттеулердің барысын қарастырады.

Негізгі сөздер: целлюлоза эфир, эфирлеу, жалғыз эфир, аралас эфир, зерттеу барысы

1.Целлюлозаның эфирлену реакциясы

Целлюлозаның эфирлену реакциясы эфир целлюлозаның ең маңызды дериватизация реакциясы болып табылады. Целлюлозаның эфирленуі сілтілі жағдайларда целлюлозаның молекулалық тізбегіндегі гидроксил топтарының алкилдеуші агенттермен әрекеттесуі нәтижесінде түзілетін туындылар сериясы. Целлюлоза эфирі өнімдерінің көптеген түрлері бар, оларды эфирлену реакциясы нәтижесінде алынған молекулалардағы әр түрлі алмастырғыштар бойынша жеке және аралас эфирлер деп бөлуге болады. Бірыңғай эфирлерді алкил эфирлері, гидроксиалкил және карбоксиалкил эфирлері деп бөлуге болады, ал аралас эфирлер молекулалық құрылымда байланысқан екі немесе одан да көп топтары бар эфирлерді айтады. Целлюлоза эфирі өнімдерінің арасында карбоксиметилцеллюлоза (CMC), гидроксиэтилцеллюлоза (ГЦК), гидроксипропил целлюлоза (HPC), гидроксипропилметилцеллюлоза (HPMC) ұсынылған, олардың арасында кейбір өнімдер коммерцияланған.

2. Целлюлоза эфирінің синтезі

2.1 Бір эфирдің синтезі

Бірыңғай эфирлерге алкил эфирлері (мысалы, этилцеллюлоза, пропилцеллюлоза, фенилцеллюлоза, цианэтилцеллюлоза, т.б.), гидроксиалкил эфирлері (мысалы, гидроксиметилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза және т.б.), карбоксиалкилцеллюлоза және т. т.б.).

2.1.1 Алкил эфирлерінің синтезі

Берглунд және басқалар алдымен целлюлозаны этилхлорид қосылған NaOH ерітіндісімен өңдеді, содан кейін 65 градус температурада метилхлоридті қосты.°C-ден 90-ға дейін°C және 3 бар қысымы 15 бар және метил целлюлоза эфирін алу үшін әрекеттесті. Бұл әдіс өте тиімді болуы мүмкін Суда еритін метилцеллюлоза эфирлерін алу үшін әртүрлі дәрежедегі алмастыру.

Этилцеллюлоза – ақ түсті термопластикалық түйіршік немесе ұнтақ. Жалпы өнімдерде 44% ~ 49% этокси бар. Көптеген органикалық еріткіштерде ериді, суда ерімейді. целлюлозаны немесе мақтаны 40%~50% натрий гидроксиді сулы ерітіндісімен толтырады, ал сілтіленген целлюлоза этил целлюлозасын алу үшін этилхлоридпен этоксилденген. еріткіш ретінде толуолды пайдалана отырып, целлюлозаны артық этилхлоридпен және натрий гидроксидімен әрекеттестіру арқылы бір сатылы әдіспен 43,98% этоксиді құрамды этилцеллюлозаны (EC) сәтті синтездеді. Тәжірибеде еріткіш ретінде толуол қолданылды. Этерификация реакциясы кезінде ол этилхлоридтің сілтілі целлюлозаға диффузиясын ғана емес, сонымен қатар жоғары алмастырылған этил целлюлозасын да еріте алады. Реакция кезінде реакцияға түспеген бөлік үздіксіз әсер етуі мүмкін, бұл эфирлік агентті жасайды. Ол оңай енеді, осылайша этилдену реакциясы гетерогендіден біртектіге ауысады, ал өнімдегі орынбасарлардың таралуы біркелкі болады.

этил целлюлозасын (EC) синтездеу үшін еріткіш ретінде этил бромиді және тетрагидрофуранды эфирлеуші ​​агент ретінде пайдаланды және өнімнің құрылымын инфрақызыл спектроскопия, ядролық магниттік резонанс және гельді өткізу хроматографиясы арқылы сипаттады. Синтезделген этил целлюлозасының орын басу дәрежесі шамамен 2,5, молекулалық массалық таралуы тар, органикалық еріткіштерде жақсы ерігіштігі бар екені есептелген.

цианэтил целлюлоза (ЦЦ) шикізат ретінде әртүрлі полимерлену дәрежесі бар целлюлозаны пайдаланып, біртекті және гетерогенді әдістер арқылы және ерітінді құю және ыстық престеу арқылы тығыз ЦЭҚ мембраналық материалдарын дайындады. Кеуекті CEC мембраналары еріткішпен индукцияланған фазалық бөлу (NIPS) технологиясы бойынша дайындалды, ал барий титанаты/цианэтил целлюлоза (BT/CEC) нанокомпозиттік мембраналық материалдар NIPS технологиясы бойынша дайындалды және олардың құрылымдары мен қасиеттері зерттелді.

этерификация агенті ретінде цианэтил целлюлозаны (ЦЦК) акрилонитрилмен біртекті синтездеу үшін реакция ортасы ретінде өздігінен әзірленген целлюлоза еріткішін (сілті/мочевина ерітіндісі) пайдаланды және өнімнің құрылымы, қасиеттері және қолданылуы бойынша зерттеулер жүргізді. тереңдетіп оқу. Әртүрлі реакция жағдайларын бақылау арқылы DS мәндері 0,26-дан 1,81-ге дейін болатын CEC сериясын алуға болады.

2.1.2 Гидроксиалкил эфирлерінің синтезі

Фан Джунлин және басқалары 500 л реакторда тазартылған мақтаны шикізат ретінде және еріткіш ретінде 87,7% изопропанол-суды пайдаланып, бір сатылы сілтілеу, кезең-кезеңімен бейтараптандыру және сатылы эфирлеу арқылы гидроксиэтил целлюлозасын (ГЦК) дайындады. . Нәтижелер дайындалған гидроксиэтил целлюлозасының (ГЭС) молярлық алмастыру MS 2,2-2,9 болатынын, 2,2-2,4 молярлық алмастыруымен Dows 250 HEC тауарлық маркасының өнімімен бірдей сапа стандартына жеткенін көрсетті. Латекс бояуын өндіруде HEC пайдалану латекс бояуының қабық түзу және тегістеу қасиеттерін жақсартуға мүмкіндік береді.

Лю Дан және басқалары сілтілі катализдің әсерінен гидроксиэтил целлюлоза (ГЦ) және 2,3-эпоксипропилтриметиламмоний хлоридінің (ГТА) жартылай құрғақ әдісімен төрттік аммоний тұзының катиондық гидроксиэтил целлюлозасын алуды талқылады. эфир шарттары. Қағазға катионды гидроксиэтил целлюлоза эфирін қосудың әсері зерттелді. Тәжірибе нәтижелері көрсеткендей: ағартылған қатты ағаш целлюлозасында катионды гидроксиэтилцеллюлоза эфирінің алмастыру дәрежесі 0,26 болғанда, жалпы ұстау жылдамдығы 9%, ал суды сүзу жылдамдығы 14% артады; ағартылған қатты ағаш целлюлозасында, катиондық гидроксиэтил целлюлоза эфирінің мөлшері целлюлоза талшығының 0,08% болғанда, қағазға айтарлықтай күшейтетін әсер етеді; катиондық целлюлоза эфирін алмастыру дәрежесі неғұрлым жоғары болса, соғұрлым катиондық зарядтың тығыздығы жоғары болады және соғұрлым күшейту әсері жақсы болады.

Zhanhong тұтқырлық мәні 5 болатын гидроксиэтил целлюлозасын алу үшін сұйық фазалық синтез әдісін пайдаланады.×104 мПа·s немесе одан да көп және күл мәні 0,3%-дан аз сілтілеу мен эфирлеудің екі сатылы процесі арқылы. Екі сілтілеу әдісі қолданылды. Бірінші әдіс - еріткіш ретінде ацетонды пайдалану. Целлюлоза шикізаты натрий гидроксидінің сулы ерітіндісінің белгілі бір концентрациясында тікелей негізделеді. Базисификация реакциясы жүргізілгеннен кейін эфирлеу реакциясын тікелей жүргізу үшін эфирлеуші ​​зат қосылады. Екінші әдіс – целлюлоза шикізаты натрий гидроксиді мен мочевинаның сулы ерітіндісінде сілтіленеді, ал осы әдіспен дайындалған сілтілі целлюлозаны эфирлеу реакциясына дейін артық сілтіні кетіру үшін сығу керек. Тәжірибе нәтижелері көрсеткендей, таңдалған еріткіш мөлшері, қосылған этилен оксидінің мөлшері, сілтілеу уақыты, бірінші реакцияның температурасы мен уақыты, екінші реакцияның температурасы мен уақыты сияқты факторлардың барлығы өнімділікке үлкен әсер етеді. өнімнің.

Сю Цин және т.б. сілтілі целлюлоза мен пропилен оксидін эфирлеу реакциясын жүргізіп, газ-қатты фазалық әдіспен төмен алмастыру дәрежесімен гидроксипропил целлюлозасын (ГЦС) синтездеді. Пропилен оксидінің массалық үлесі, сығу коэффициенті және эфирлену температурасының HPC эфирлену дәрежесіне және пропилен оксидін тиімді пайдалануына әсері зерттелді. Нәтижелер HPC синтезінің оңтайлы шарттары пропилен оксидінің массалық үлесі 20% (целлюлозаға массалық қатынасы), сілтілі целлюлозаның экструзия коэффициенті 3,0 және эфирлену температурасы 60 екенін көрсетті.°C. Ядролық магниттік резонанс бойынша HPC құрылымдық сынағы HPC эфирлену дәрежесі 0,23, пропилен оксидінің тиімді пайдалану коэффициенті 41,51%, ал целлюлозаның молекулалық тізбегі гидроксипропил топтарымен сәтті байланысқан.

Конг Xingjie және т.б. реакция процесі мен өнімдерін реттеуді жүзеге асыру үшін целлюлозаның біртекті реакциясын жүзеге асыру үшін еріткіш ретінде иондық сұйықтықпен гидроксипропил целлюлозасын дайындады. Тәжірибе барысында микрокристалды целлюлозаны еріту үшін синтетикалық имидазолфосфат ионды сұйықтығы 1, 3-диэтилимидазол диэтилфосфаты қолданылды, ал сілтілеу, эфирлеу, қышқылдандыру және жуу арқылы гидроксипропил целлюлоза алынды.

2.1.3 Карбоксиалкил эфирлерінің синтезі

Ең типтік карбоксиметил целлюлоза - карбоксиметил целлюлоза (CMC). Карбоксиметилцеллюлозаның сулы ерітіндісі қоюландыру, қабық түзу, байланыстыру, суды ұстау, коллоидты қорғау, эмульсия және суспензия функцияларын атқарады және жууда кеңінен қолданылады. Фармацевтика, тамақ, тіс пастасы, тоқыма, полиграфия және бояу, қағаз жасау, мұнай, тау-кен өнеркәсібі, медицина, керамика, электронды компоненттер, резеңке, бояу, пестицидтер, косметика, былғары, пластмасса және мұнай бұрғылау және т.б.

1918 жылы неміс Э.Янсен карбоксиметилцеллюлозаны синтездеу әдісін ойлап тапты. 1940 жылы неміс IG Farbeninaustrie компаниясының Калле фабрикасы өнеркәсіптік өндірісті жүзеге асырды. 1947 жылы Америка Құрама Штаттарының Wyandotle Chemical компаниясы үздіксіз өндіріс процесін сәтті дамытты. Менің елім алғаш рет 1958 жылы Шанхай целлулоид зауытында CMC өнеркәсіптік өндірісін енгізді. Карбоксиметил целлюлоза – натрий гидроксиді мен хлорсірке қышқылының әсерінен тазартылған мақтадан өндірілетін целлюлоза эфирі. Оның өнеркәсіптік өндіріс әдістерін екі санатқа бөлуге болады: су негізіндегі әдіс және әртүрлі эфирлік орталарға сәйкес еріткіш негізіндегі әдіс. Реакция ортасы ретінде суды пайдаланатын процесс су ортасы әдісі, ал реакциялық ортада органикалық еріткіш бар процесс еріткіш әдісі деп аталады.

Ғылыми зерттеулердің тереңдеуімен және технологияның дамуымен карбоксиметил целлюлоза синтезіне жаңа реакция шарттары қолданылды, ал жаңа еріткіш жүйесі реакция процесіне немесе өнім сапасына айтарлықтай әсер етеді. Olaru және т.б. этанол-ацетон аралас жүйенің көмегімен целлюлозаның карбоксиметилдену реакциясы тек этанол немесе ацетонға қарағанда жақсырақ екенін анықтады. Николсон және т.б. Жүйеде алмастыру дәрежесі төмен ЦМС дайындалды. Филипп және басқалары жоғары алмастырылған CMC дайындады N-метилморфолин-N оксиді және сәйкесінше N, N диметилацетамид/литий хлориді еріткіш жүйелері. Cai және т.б. NaOH/мочевина еріткіш жүйесінде ЦМС дайындау әдісін әзірледі. Рамос және т.б. мақта мен сисалдан тазартылған целлюлоза шикізатын карбоксиметилдеу үшін еріткіш ретінде DMSO/тетрабутиламмоний фторидті иондық сұйықтық жүйесін қолданды және 2,17-ге дейінгі алмастыру дәрежесі бар CMC өнімін алды. Чен Цзинхуан және т.б. Шикізат ретінде целлюлоза концентрациясы жоғары (20%) целлюлозаны, модификациялау реагенттері ретінде натрий гидроксиді мен акриламидті қолданды, белгіленген уақытта және температурада карбоксиэтилдену реакциясын жүргізді, соңында карбоксиэтилді негізді целлюлоза алынды. Модификацияланған өнімнің құрамындағы карбоксиэтилді натрий гидроксиді мен акриламид мөлшерін өзгерту арқылы реттеуге болады.

2.2 Аралас эфирлердің синтезі

Гидроксипропилметилцеллюлоза эфирі – табиғи целлюлозадан сілтілеу және эфирлеу модификациясы арқылы алынған суық суда еритін полярлы емес целлюлоза эфирінің бір түрі. Ол натрий гидроксиді ерітіндісімен сілтіленеді және изопропанол мен толуол еріткішінің белгілі бір мөлшерін қосады, эфирлеуші ​​агент - метилхлорид пен пропилен оксиді.

Дай Мингюн және т.б. гидрофильді полимердің негізі ретінде гидроксиэтил целлюлозаны (HEC) пайдаланды және гидрофобты топтың бутил тобын реттеу үшін эфирлеу реакциясы арқылы магистральға гидрофобизациялаушы агент бутилглицидил эфирін (BGE) егілді. Топтың алмастыру дәрежесі, ол қолайлы гидрофильді-липофильді тепе-теңдік мәніне ие және температураға жауап беретін 2-гидрокси-3-бутоксипропил гидроксиэтил целлюлозасы (HBPEC) дайындалады; температураға жауап беретін қасиет дайындалады Целлюлоза негізіндегі функционалдық материалдар дәрілік заттардың тұрақты шығарылуы және биология салаларында функционалдық материалдарды қолданудың жаңа әдісін қамтамасыз етеді.

Чен Янмин және басқалары гидроксиэтил целлюлозаны шикізат ретінде пайдаланды, ал изопропанол ерітіндісі жүйесінде аралас эфир гидроксиэтилкарбоксиметил целлюлозасын дайындау үшін біртекті реакция үшін әрекеттесушіге аз мөлшерде Na2B4O7 қосты. Өнім суда лезде болады, ал тұтқырлығы тұрақты.

Ван Пэн негізгі шикізат ретінде табиғи целлюлоза тазартылған мақтаны пайдаланады және сілтілену және эфирлену реакциялары арқылы біркелкі реакциясы, жоғары тұтқырлығы, жақсы қышқылға төзімділігі және тұзға төзімділігі бар карбоксиметил гидроксипропил целлюлозасын алу үшін бір сатылы эфирлеу процесін пайдаланады. Бір сатылы эфирлеу процесін пайдалана отырып, өндірілген карбоксиметилгидроксипропил целлюлоза жақсы тұзға төзімділікке, қышқылға төзімділікке және ерігіштікке ие. Пропилен оксиді мен хлорсірке қышқылының салыстырмалы мөлшерін өзгерту арқылы әртүрлі карбоксиметил және гидроксипропил құрамы бар өнімдерді дайындауға болады. Сынақ нәтижелері бір сатылы әдіспен өндірілген карбоксиметилгидроксипропил целлюлозасының қысқа өндірістік циклі, еріткіштің аз шығыны, ал өнімнің бір валентті және екі валентті тұздарға тамаша төзімділігі және қышқылға төзімділігі жақсы екенін көрсетті. Целлюлоза эфирінің басқа өнімдерімен салыстырғанда оның азық-түлік және мұнай барлау салаларында бәсекеге қабілеттілігі жоғары.

Гидроксипропилметилцеллюлоза (HPMC) целлюлозаның барлық түрлерінің ішіндегі ең әмбебап және ең жақсы өнімді сорт болып табылады, сонымен қатар аралас эфирлер арасында коммерцияландырудың типтік өкілі болып табылады. 1927 жылы гидроксипропилметилцеллюлоза (HPMC) сәтті синтезделді және оқшауланды. 1938 жылы Америка Құрама Штаттарының Dow Chemical Co. компаниясы метилцеллюлозаның өнеркәсіптік өндірісін жүзеге асырды және әйгілі «Methocel» сауда белгісін жасады. Гидроксипропилметилцеллюлозаның кең ауқымды өнеркәсіптік өндірісі АҚШ-та 1948 жылы басталды. HPMC өндіру процесін екі санатқа бөлуге болады: газ фазалық әдіс және сұйық фаза әдісі. Қазіргі уақытта Еуропа, Америка және Жапония сияқты дамыған елдер газ фазасы процесін көбірек қабылдауда, ал HPMC отандық өндірісі негізінен сұйық фазалық процеске негізделген.

Чжан Шуанцзянь және басқалары мақта ұнтағын шикізат ретінде тазартып, оны натрий гидроксидімен реакциялық еріткіш орта толуол мен изопропанолмен сілтілендірді, пропилен оксиді мен метилхлоридті эфирлеуші ​​агентпен эфирлендірді, әрекеттесті және жылдам гидроксипропил метил спирті негізіндегі целлюлозаны дайындады.

3. Болжам

Целлюлоза ресурстарға бай, жасыл және экологиялық таза, қалпына келетін маңызды химиялық және химиялық шикізат болып табылады. Целлюлозаның эфирлік модификациясының туындылары тамаша өнімділікке, кең ауқымды қолдану мен тамаша пайдалану әсерлеріне ие және халық шаруашылығының қажеттіліктерін едәуір дәрежеде қанағаттандырады. Қоғамдық дамудың қажеттіліктері, үздіксіз технологиялық прогреспен және болашақта коммерцияландыруды жүзеге асырумен, егер синтетикалық шикізат пен целлюлоза туындыларының синтетикалық әдістерін неғұрлым индустрияландыру мүмкін болса, олар неғұрлым толық пайдаланылады және қолданудың кең спектрін жүзеге асырады. Мән.