सेल्युलोज डेरिव्हेटिव्ह काय आहेत?

सेल्युलोज डेरिव्हेटिव्ह्ज रासायनिक अभिकर्मकांसह सेल्युलोज पॉलिमरमध्ये हायड्रॉक्सिल गटांचे एस्टरिफिकेशन किंवा इथरिफिकेशनद्वारे तयार केले जातात. प्रतिक्रिया उत्पादनांच्या संरचनात्मक वैशिष्ट्यांनुसार, सेल्युलोज डेरिव्हेटिव्ह्ज तीन श्रेणींमध्ये विभागले जाऊ शकतात: सेल्युलोज इथर, सेल्युलोज एस्टर आणि सेल्युलोज इथर एस्टर. सेल्युलोज एस्टर जे प्रत्यक्षात व्यावसायिकरित्या वापरले जातात ते आहेत: सेल्युलोज नायट्रेट, सेल्युलोज एसीटेट, सेल्युलोज एसीटेट ब्यूटीरेट आणि सेल्युलोज झेंथेट. सेल्युलोज इथरमध्ये हे समाविष्ट आहे: मिथाइल सेल्युलोज, कार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोज, इथाइल सेल्युलोज, हायड्रॉक्सीथिल सेल्युलोज, सायनोइथिल सेल्युलोज, हायड्रॉक्सीप्रोपाइल सेल्युलोज आणि हायड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइल सेल्युलोज. याव्यतिरिक्त, एस्टर इथर मिश्रित डेरिव्हेटिव्ह आहेत.

गुणधर्म आणि उपयोग प्रतिस्थापन अभिकर्मकांच्या निवडीद्वारे आणि प्रक्रियेच्या डिझाइनद्वारे, उत्पादन पाण्यात विरघळले जाऊ शकते, अल्कली द्रावण किंवा सेंद्रिय सॉल्व्हेंट पातळ केले जाऊ शकते किंवा थर्मोप्लास्टिक गुणधर्म असू शकतात आणि रासायनिक तंतू, फिल्म्स, फिल्म बेस, प्लास्टिक, इन्सुलेट तयार करण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो. साहित्य, कोटिंग्ज, स्लरी, पॉलिमरिक डिस्पर्संट, फूड ॲडिटीव्ह आणि दैनंदिन रासायनिक उत्पादने. सेल्युलोज डेरिव्हेटिव्ह्जचे गुणधर्म घटकांच्या स्वरूपाशी, ग्लुकोज गटावर तीन हायड्रॉक्सिल गटांची डीएस डिग्री आणि मॅक्रोमोलेक्युलर साखळीसह पर्यायांचे वितरण यांच्याशी संबंधित आहेत. प्रतिक्रियेच्या यादृच्छिकतेमुळे, एकसमान प्रतिस्थापित उत्पादन वगळता जेव्हा सर्व तीन हायड्रॉक्सिल गट बदलले जातात (DS 3 आहे), इतर प्रकरणांमध्ये (एकसंध प्रतिक्रिया किंवा विषम प्रतिक्रिया), खालील तीन भिन्न प्रतिस्थापन स्थान प्राप्त होतात: मिश्रित उत्पादने unsubstituted glucosyl गट: ① monosubstituted (DS 1, C, C किंवा C स्थान बदलले आहे, स्ट्रक्चरल फॉर्म्युला सेल्युलोज पहा); ② बदलले (DS 2, C, C, C, C किंवा C, C स्थाने बदलली आहेत); ③ पूर्ण प्रतिस्थापन (DS 3 आहे). म्हणून, समान प्रतिस्थापन मूल्यासह समान सेल्युलोज डेरिव्हेटिव्हचे गुणधर्म देखील भिन्न असू शकतात. उदाहरणार्थ, 2 च्या DS ला थेट एस्टरिफाइड केलेले सेल्युलोज डायसेटेट एसीटोनमध्ये अघुलनशील आहे, परंतु पूर्णपणे एस्टरिफाइड सेल्युलोज ट्रायसेटेटच्या सॅपोनिफिकेशनद्वारे प्राप्त केलेले सेल्युलोज डायसेटेट एसीटोनमध्ये पूर्णपणे विरघळले जाऊ शकते. प्रतिस्थापनाची ही विषमता सेल्युलोज एस्टर आणि इथरिफिकेशन प्रतिक्रियांच्या मूलभूत नियमांशी संबंधित आहे.

सेल्युलोज रेणूमधील सेल्युलोज एस्टेरिफिकेशन आणि इथरिफिकेशन प्रतिक्रियाचे मूलभूत नियम, ग्लुकोज गटातील तीन हायड्रॉक्सिल गटांची स्थिती भिन्न आहेत आणि समीप घटक आणि स्टेरिक अडथळा यांचा प्रभाव देखील भिन्न आहे. तीन हायड्रॉक्सिल गटांची सापेक्ष आम्लता आणि पृथक्करणाची डिग्री आहेतः C>C>C. जेव्हा इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया अल्कधर्मी माध्यमात केली जाते, तेव्हा C हायड्रॉक्सिल गट प्रथम प्रतिक्रिया देतो, नंतर C हायड्रॉक्सिल गट आणि शेवटी C प्राथमिक हायड्रॉक्सिल गट. जेव्हा एस्टरिफिकेशन प्रतिक्रिया अम्लीय माध्यमात केली जाते, तेव्हा प्रत्येक हायड्रॉक्सिल गटाच्या प्रतिक्रियेची अडचण इथरिफिकेशन प्रतिक्रियेच्या क्रमाच्या विरुद्ध असते. मोठ्या प्रतिस्थापन अभिकर्मकाने प्रतिक्रिया देताना, स्टेरिक अडथळा प्रभावाचा महत्त्वाचा प्रभाव असतो आणि C आणि C हायड्रॉक्सिल गटांपेक्षा लहान स्टेरिक अडथळा प्रभाव असलेल्या C हायड्रॉक्सिल गटाला प्रतिक्रिया देणे सोपे असते.

सेल्युलोज एक क्रिस्टलीय नैसर्गिक पॉलिमर आहे. जेव्हा सेल्युलोज घन राहते तेव्हा बहुतेक एस्टरिफिकेशन आणि इथरिफिकेशन प्रतिक्रिया विषम प्रतिक्रिया असतात. सेल्युलोज फायबरमध्ये प्रतिक्रिया अभिकर्मकांच्या प्रसार स्थितीला पोहोचण्यायोग्यता म्हणतात. स्फटिकीय प्रदेशाची आंतर-आण्विक व्यवस्था घट्ट केली जाते आणि अभिकर्मक केवळ स्फटिकाच्या पृष्ठभागावर पसरू शकतो. अनाकार प्रदेशातील आंतरआण्विक व्यवस्था सैल आहे, आणि तेथे अधिक मुक्त हायड्रॉक्सिल गट आहेत जे अभिकर्मकांशी संपर्क साधणे सोपे आहे, उच्च प्रवेशयोग्यता आणि सुलभ प्रतिक्रिया. साधारणपणे, उच्च स्फटिकता आणि मोठ्या स्फटिकाचा आकार असलेला कच्चा माल कमी स्फटिकता आणि लहान स्फटिकाचा आकार असलेल्या कच्च्या मालाप्रमाणे प्रतिक्रिया देणे तितके सोपे नसते. परंतु हे पूर्णपणे सत्य नाही, उदाहरणार्थ, कमी स्फटिकता आणि लहान स्फटिकता असलेल्या कोरड्या व्हिस्कोस तंतूंचा एसिटिलेशन दर उच्च स्फटिकता आणि मोठ्या स्फटिकता असलेल्या कॉटन फायबरपेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी असतो. याचे कारण असे की काही हायड्रोजन बाँडिंग पॉइंट्स वाळवण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान लगतच्या पॉलिमरमध्ये निर्माण होतात, जे अभिकर्मकांच्या प्रसारास अडथळा आणतात. जर ओल्या सेल्युलोज कच्च्या मालातील ओलावा मोठ्या सेंद्रिय सॉल्व्हेंटने बदलला (जसे की एसिटिक ऍसिड, बेंझिन, पायरीडिन) आणि नंतर वाळवले तर त्याची प्रतिक्रिया मोठ्या प्रमाणात सुधारेल, कारण कोरडे केल्याने सॉल्व्हेंट पूर्णपणे बाहेर काढता येत नाही आणि काही मोठ्या सेल्युलोज कच्च्या मालाच्या "छिद्रांमध्ये" रेणू अडकतात, तथाकथित समाविष्ट सेल्युलोज तयार करतात. सूजने वाढलेले अंतर पुनर्प्राप्त करणे सोपे नाही, जे अभिकर्मकांच्या प्रसारासाठी अनुकूल आहे आणि प्रतिक्रियेचा दर आणि एकसमानपणाला प्रोत्साहन देते. या कारणास्तव, विविध सेल्युलोज डेरिव्हेटिव्ह्जच्या उत्पादन प्रक्रियेत, संबंधित सूज उपचार असणे आवश्यक आहे. सामान्यतः पाणी, आम्ल किंवा अल्कली द्रावणाची विशिष्ट एकाग्रता सूज म्हणून वापरली जाते. याव्यतिरिक्त, समान भौतिक आणि रासायनिक निर्देशकांसह विरघळणाऱ्या लगद्याच्या रासायनिक अभिक्रियेची अडचण बऱ्याचदा खूप भिन्न असते, जी एकाच वनस्पतीमध्ये भिन्न जैवरासायनिक आणि संरचनात्मक कार्ये असलेल्या विविध प्रकारच्या वनस्पती किंवा पेशींच्या आकारशास्त्रीय घटकांमुळे उद्भवते. च्या प्लांट फायबरच्या बाहेरील थराची प्राथमिक भिंत अभिकर्मकांच्या आत प्रवेश करण्यास अडथळा आणते आणि रासायनिक अभिक्रिया मंद करते, त्यामुळे अधिक चांगल्या रिऍक्टिव्हिटीसह विरघळणारा लगदा मिळविण्यासाठी प्राथमिक भिंत नष्ट करण्यासाठी पल्पिंग प्रक्रियेत संबंधित परिस्थिती वापरणे आवश्यक आहे. उदाहरणार्थ, बॅगॅस पल्प हा एक कच्चा माल आहे ज्यामध्ये व्हिस्कोस पल्पच्या निर्मितीमध्ये खराब प्रतिक्रिया असते. व्हिस्कोस (सेल्युलोज झेंथेट अल्कली द्रावण) तयार करताना, कॉटन लिंटर पल्प आणि लाकडाच्या लगद्यापेक्षा जास्त कार्बन डायसल्फाइड वापरला जातो. गाळण्याची प्रक्रिया दर इतर पल्पसह तयार केलेल्या व्हिस्कोसपेक्षा कमी आहे. याचे कारण असे की उसाच्या फायबर पेशींच्या प्राथमिक भिंतीला पल्पिंग करताना आणि अल्कली सेल्युलोज पारंपारिक पद्धतीने तयार करताना योग्यरित्या नुकसान झाले नाही, परिणामी पिवळी प्रतिक्रिया होण्यास अडचण येते.

प्री-हायड्रोलायझ्ड क्षारीय बगॅस पल्प फायबर्स] आणि आकृती 2 [अल्कली इंप्रेग्नेशन नंतर बॅगॅस पल्प फायबर्स] प्री-हायड्रोलायझ्ड अल्कलाइन प्रक्रिया आणि पारंपारिक क्षारीय गर्भाधानानंतर बॅगॅस पल्प फायबरच्या पृष्ठभागाची इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप स्कॅनिंग प्रतिमा आहेत, जे अद्याप पाहिले जाऊ शकतात. स्पष्ट खड्डे; नंतरच्या काळात, अल्कली द्रावणाच्या सूजमुळे खड्डे नाहीसे झाले असले तरी, प्राथमिक भिंत अजूनही संपूर्ण फायबर व्यापते. जर “सेकंड इंप्रेग्नेशन” (सामान्य गर्भाधान त्यानंतर मोठ्या प्रमाणात सूज असलेल्या पातळ अल्कली द्रावणासह दुसरे गर्भाधान) किंवा डिप-ग्राइंडिंग (यांत्रिक पीसणे सह एकत्रित गर्भाधान) प्रक्रिया, पिवळी प्रतिक्रिया सहजतेने पुढे जाऊ शकते, व्हिस्कोस फिल्टरेशन दर लक्षणीय सुधारणा केली आहे. याचे कारण असे की वरील दोन्ही पद्धती प्राथमिक भिंत सोलून काढू शकतात, तुलनेने सुलभ प्रतिक्रियेचा आतील स्तर उघडकीस आणू शकतात, जे अभिकर्मकांच्या आत प्रवेश करण्यास अनुकूल आहे आणि प्रतिक्रियेची कार्यक्षमता सुधारते (चित्र 3 [बॅगॅस पल्प फायबरचे दुय्यम गर्भाधान ], अंजीर. बगॅस पल्प तंतू पीसणे]).

अलिकडच्या वर्षांत, सेल्युलोज थेट विरघळू शकणाऱ्या जलीय विद्राव्य प्रणाली उदयास आल्या आहेत. जसे की डायमिथाइलफॉर्माईड आणि NO, डायमिथाइल सल्फॉक्साइड आणि पॅराफॉर्मल्डिहाइड आणि इतर मिश्रित सॉल्व्हेंट्स, इ, सेल्युलोजला एकसंध प्रतिक्रिया करण्यास सक्षम करतात. तथापि, आउट-ऑफ-फेज प्रतिक्रियांचे वर नमूद केलेले काही कायदे यापुढे लागू होणार नाहीत. उदाहरणार्थ, एसीटोनमध्ये विरघळणारे सेल्युलोज डायसेटेट तयार करताना, सेल्युलोज ट्रायसिटेटचे हायड्रोलिसिस करणे आवश्यक नाही, परंतु डीएस 2 होईपर्यंत थेट एस्टरिफिकेशन केले जाऊ शकते.