Si të bëni eter celuloz?

Eter celuloz është një lloj derivati ​​i celulozës i marrë nga modifikimi i eterifikimit të celulozës. Përdoret gjerësisht për shkak të trashjes së shkëlqyer, emulsifikimit, pezullimit, formimit të filmit, koloidit mbrojtës, mbajtjes së lagështisë dhe vetive ngjitëse. Ai luan një rol të rëndësishëm në zhvillimin e ekonomisë kombëtare në kërkimin shkencor dhe sektorët industrialë si ushqimi, mjekësia, prodhimi i letrës, veshjet, materialet e ndërtimit, rikuperimi i naftës, tekstilet dhe komponentët elektronikë. Në këtë punim shqyrtohet ecuria kërkimore e modifikimit të eterifikimit të celulozës.

Celulozaeterështë polimeri organik më i bollshëm në natyrë. Është i rinovueshëm, i gjelbër dhe i biokompatibël. Është një lëndë e parë e rëndësishme bazë për inxhinierinë kimike. Sipas zëvendësuesve të ndryshëm në molekulën e marrë nga reaksioni i eterifikimit, ajo mund të ndahet në etere të vetme dhe të përziera. celulozë eteret.Këtu ne rishikon progresin e kërkimit në sintezën e etereve të vetme, duke përfshirë eteret alkil, eteret hidroksialkil, eteret karboksialkil dhe eteret e përzier.

Fjalët kyçe: celulozë eter, eterifikimi, eteri i vetëm, eteri i përzier, përparimi i kërkimit

1.Reaksioni i eterifikimit të celulozës

Reagimi i eterifikimit të celulozës eter është reaksioni më i rëndësishëm i derivatizimit të celulozës.Eterifikimi i celulozës është një seri derivatesh të prodhuara nga reaksioni i grupeve hidroksil në zinxhirët molekularë të celulozës me agjentë alkilues në kushte alkaline. Ekzistojnë shumë lloje të produkteve të eterit të celulozës, të cilat mund të ndahen në eterë të vetëm dhe eterë të përzier sipas zëvendësuesve të ndryshëm në molekulat e marra nga reaksioni i eterifikimit. Eteret e vetme mund të ndahen në eteret alkil, eteret hidroksialkil dhe eteret karboksialkil, dhe eteret e përzier i referohen etereve me dy ose më shumë grupe të lidhura në strukturën molekulare. Ndër produktet e eterit të celulozës, përfaqësohen karboksimetil celuloza (CMC), hidroksietil celuloza (HEC), hidroksipropil celuloza (HPC), hidroksipropil metil celuloza (HPMC), ndër të cilat Disa produkte janë komercializuar.

2.Sinteza e eterit celuloz

2.1 Sinteza e një eteri të vetëm

Eteret e vetme përfshijnë eteret alkile (të tilla si celuloza etil, celuloza propil, fenil celuloza, cianoetil celuloza, etj.), eteret hidroksialkil (siç është celuloza hidroksimetil, celuloza hidroksietil, etj.), eteret karboksialkil (të tilla si karboksetiloselilozë etj).

2.1.1 Sinteza e etereve alkil

Berglund et al trajtuan fillimisht celulozën me tretësirë ​​NaOH të shtuar me klorur etilik, më pas shtuan klorur metil në një temperaturë prej 65°C deri në 90°C dhe një presion prej 3 bar në 15 bar, dhe reagoi për të prodhuar eter metil celulozë. Kjo metodë mund të jetë shumë efikase Për të marrë eterë metil celulozë të tretshëm në ujë me shkallë të ndryshme zëvendësimi.

Etilceluloza është një kokrrizë ose pluhur termoplastik i bardhë. Mallrat e përgjithshme përmbajnë 44% ~ 49% etoksi. I tretshëm në shumicën e tretësve organikë, i patretshëm në ujë. pulpa ose pambuku mbështjellë me tretësirë ​​ujore 40%~50% hidroksid natriumi dhe celuloza e alkalizuar u etoksilua me klorur etilik për të prodhuar celulozë etil. etilik celulozë (EC) e sintetizuar me sukses me një përmbajtje etoksi prej 43,98% me metodën me një hap, duke reaguar me celulozë me klorur etilik të tepërt dhe hidroksid natriumi, duke përdorur toluen si tretës. Tolueni u përdor si hollues në eksperiment. Gjatë reaksionit të eterifikimit, ai jo vetëm që mund të nxisë difuzionin e klorurit etilik në celulozën alkaline, por edhe të shpërndajë celulozën etil shumë të zëvendësuar. Gjatë reaksionit, pjesa e pa reaguar mund të ekspozohet vazhdimisht, duke bërë që agjenti i eterifikimit të jetë i lehtë për t'u pushtuar, në mënyrë që reaksioni i etilimit të ndryshojë nga heterogjen në homogjen, dhe shpërndarja e zëvendësuesve në produkt të jetë më uniforme.

përdori bromid etilik si agjent eterifikimi dhe tetrahidrofuran si hollues për sintetizimin e celulozës etilik (EC), dhe karakterizoi strukturën e produktit me spektroskopi infra të kuqe, rezonancë magnetike bërthamore dhe kromatografi me depërtim xhel. Është llogaritur se shkalla e zëvendësimit të celulozës etil të sintetizuar është rreth 2.5, shpërndarja e masës molekulare është e ngushtë dhe ka tretshmëri të mirë në tretës organikë.

cianoetil celuloza (CEC) përmes metodave homogjene dhe heterogjene duke përdorur celulozë me shkallë të ndryshme polimerizimi si lëndë të para, dhe përgatiti materiale të dendura membranore CEC me derdhje tretësire dhe shtypje të nxehtë. Membranat poroze CEC u përgatitën me teknologjinë e ndarjes së fazës së induktuar nga tretës (NIPS) dhe materialet e membranës nanokompozite të titanatit të bariumit/cianoetil celulozës (BT/CEC) u përgatitën me teknologjinë NIPS dhe u studiuan strukturat dhe vetitë e tyre.

përdori tretësin e vetë-zhvilluar të celulozës (tretësirë ​​alkali/ure) si mjet reagimi për të sintetizuar në mënyrë homogjene cianoetil celulozën (CEC) me akrilonitrilin si agjent eterifikimi dhe kreu kërkime mbi strukturën, vetitë dhe aplikimet e produktit. studioni në thellësi. Dhe duke kontrolluar kushte të ndryshme reagimi, mund të merret një seri CEC me vlera DS që variojnë nga 0.26 në 1.81.

2.1.2 Sinteza e etereve hidroksialkil

Fan Junlin et al përgatitën celulozë hidroksietil (HEC) në një reaktor 500 L duke përdorur pambuk të rafinuar si lëndë të parë dhe 87,7% izopropanol-ujë si tretës me alkalizimin me një hap, neutralizimin hap pas hapi dhe eterifikimin hap pas hapi. . Rezultatet treguan se celuloza hidroksietil e përgatitur (HEC) kishte një zëvendësim molar MS prej 2.2-2.9, duke arritur të njëjtin standard cilësie si produkti i klasës komerciale Dows 250 HEC me një zëvendësim molar 2.2-2.4. Përdorimi i HEC në prodhimin e bojës latex mund të përmirësojë vetitë formuese dhe niveluese të bojës latex.

Liu Dan dhe të tjerë diskutuan përgatitjen e celulozës hidroksietil kationike të kripës kuaternare të amonit me metodën gjysmë të thatë të hidroksietil celulozës (HEC) dhe klorurit 2,3-epoksipropiltrimetilamoniumi (GTA) nën veprimin e katalizimit alkal. kushtet eterike. U hetua efekti i shtimit të eterit kationik hidroksietil celulozë në letër. Rezultatet eksperimentale tregojnë se: në tulin e zbardhur të drurit të fortë, kur shkalla e zëvendësimit të eterit kationik hidroksietil celulozë është 0,26, shkalla e mbajtjes totale rritet me 9%, dhe shkalla e filtrimit të ujit rritet me 14%; në tulin e zbardhur të drurit të fortë, kur sasia e eterit kationik hidroksietil celulozë është 0,08% e fibrës së pulpës, ajo ka një efekt të rëndësishëm përforcues në letër; sa më e madhe të jetë shkalla e zëvendësimit të eterit kationik të celulozës, aq më i madh është densiteti i ngarkesës kationike dhe aq më i mirë është efekti përforcues.

Zhanhong përdor metodën e sintezës së fazës së lëngshme për të përgatitur celulozën hidroksietil me një vlerë viskoziteti 5×104 mPa·s ose më shumë dhe një vlerë hiri më pak se 0.3% përmes procesit me dy hapa të alkalizimit dhe eterifikimit. U përdorën dy metoda alkalizimi. Metoda e parë është përdorimi i acetonit si hollues. Lënda e parë e celulozës bazohet drejtpërdrejt në një përqendrim të caktuar të tretësirës ujore të hidroksidit të natriumit. Pasi të kryhet reaksioni i basifikimit, shtohet një agjent eterifikimi për të kryer drejtpërdrejt reaksionin e eterifikimit. Metoda e dytë është që lënda e parë e celulozës alkalizohet në një tretësirë ​​ujore të hidroksidit të natriumit dhe uresë, dhe celuloza alkali e përgatitur me këtë metodë duhet të shtrydhet për të hequr lëngun e tepërt përpara reaksionit të eterifikimit. Rezultatet eksperimentale tregojnë se faktorë të tillë si sasia e tretësit e zgjedhur, sasia e oksidit të etilenit të shtuar, koha e alkalizimit, temperatura dhe koha e reaksionit të parë dhe temperatura dhe koha e reaksionit të dytë të gjithë kanë një ndikim të madh në performancën. të produktit.

Xu Qin etj. kryen reaksionin e eterifikimit të celulozës alkali dhe oksidit të propilenit dhe sintetizoi celulozën hidroksipropil (HPC) me shkallë të ulët zëvendësimi me metodën e fazës gaz-ngurtë. U studiuan efektet e fraksionit masiv të oksidit të propilenit, raportit të shtrydhjes dhe temperaturës së eterifikimit në shkallën e eterifikimit të HPC dhe përdorimin efektiv të oksidit të propilenit. Rezultatet treguan se kushtet optimale të sintezës së HPC ishin fraksioni masiv i oksidit të propilenit 20% (raporti i masës me celulozën), raporti i nxjerrjes së celulozës alkali 3.0 dhe temperatura e eterifikimit 60°C. Testi i strukturës së HPC me rezonancë magnetike bërthamore tregon se shkalla e eterifikimit të HPC është 0.23, shkalla e përdorimit efektiv të oksidit të propilenit është 41.51%, dhe zinxhiri molekular i celulozës është i lidhur me sukses me grupet hidroksipropil.

Kong Xingjie etj. përgatiti hidroksipropil celulozë me lëng jonik si tretës për të realizuar reaksionin homogjen të celulozës në mënyrë që të realizohet rregullimi i procesit të reaksionit dhe produkteve. Gjatë eksperimentit, lëngu jonik sintetik i imidazol fosfatit 1, 3-dietilimidazol dietil fosfat u përdor për të tretur celulozën mikrokristaline dhe celuloza hidroksipropil u përftua përmes alkalizimit, eterifikimit, acidifikimit dhe larjes.

2.1.3 Sinteza e etereve karboksialkil

Celuloza më tipike karboksimetil është celuloza karboksimetil (CMC). Tretësira ujore e celulozës karboksimetil ka funksionin e trashjes, formimit të filmit, lidhjes, mbajtjes së ujit, mbrojtjes nga koloidet, emulsifikimit dhe pezullimit dhe përdoret gjerësisht në larje. Farmaceutikë, ushqime, pasta dhëmbësh, tekstile, printime dhe ngjyrosje, prodhim letre, naftë, miniera, mjekësi, qeramikë, komponentë elektronikë, gomë, bojë, pesticide, kozmetikë, lëkurë, plastikë dhe shpime vaji, etj.

Në vitin 1918, gjermani E. Jansen shpiku metodën e sintezës së celulozës karboksimetil. Në vitin 1940, fabrika Kalle e kompanisë gjermane IG Farbeninaustrie realizoi prodhim industrial. Në vitin 1947, Wyandotle Chemical Company e Shteteve të Bashkuara zhvilloi me sukses një proces të vazhdueshëm prodhimi. vendi im u fut për herë të parë në prodhimin industrial CMC në Fabrikën Celuloid Shangai në vitin 1958. Celuloza karboksimetil është një eter celuloze i prodhuar nga pambuku i rafinuar nën veprimin e hidroksidit të natriumit dhe acidit kloroacetik. Metodat e saj të prodhimit industrial mund të ndahen në dy kategori: metoda me bazë uji dhe metoda e bazuar në tretës sipas mediave të ndryshme të eterifikimit. Procesi që përdor ujin si medium reaksioni quhet metoda e mjedisit ujor, dhe procesi që përmban një tretës organik në mjedisin e reaksionit quhet metoda e tretësit.

Me thellimin e kërkimit dhe avancimin e teknologjisë, kushtet e reja të reagimit janë aplikuar në sintezën e karboksimetil celulozës, dhe sistemi i ri i tretësve ka një ndikim të rëndësishëm në procesin e reagimit ose në cilësinë e produktit. Olaru etj. zbuloi se reaksioni i karboksimetilimit të celulozës duke përdorur sistemin e përzier etanol-aceton është më i mirë se ai i etanolit ose acetonit vetëm. Nicholson et al. Në sistem u përgatit CMC me shkallë të ulët zëvendësimi. Philipp et al përgatitën CMC shumë të zëvendësuar me N-metilmorfolinë-N oksid dhe sistemet e tretësve N, N dimetilacetamid/klorur litium respektivisht. Cai et al. ka zhvilluar një metodë për përgatitjen e CMC në sistemin tretës NaOH/ure. Ramos etj. përdori sistemin e lëngshëm jonik të fluoridit DMSO/tetrabutillamoniumi si një tretës për të karboksimetiluar lëndën e parë të celulozës të rafinuar nga pambuku dhe sizali, dhe përftoi një produkt CMC me një shkallë zëvendësimi deri në 2.17. Chen Jinghuan et al. përdori celulozën me përqendrim të lartë të pulpës (20%) si lëndë të parë, hidroksidin e natriumit dhe akrilamidin si reagentë modifikues, kryen reaksionin e modifikimit të karboksietilimit në kohën dhe temperaturën e caktuar dhe në fund përftoi celulozë me bazë karboksietil. Përmbajtja e karboksietilit të produktit të modifikuar mund të rregullohet duke ndryshuar sasinë e hidroksidit të natriumit dhe akrilamidit.

2.2 Sinteza e etereve të përzier

Eteri hidroksipropil metil celulozë është një lloj eteri celuloz jo-polar i tretshëm në ujë të ftohtë i marrë nga celuloza natyrale përmes alkalizimit dhe modifikimit të eterifikimit. Alkalizohet me tretësirë ​​të hidroksidit të natriumit dhe shtohet një sasi e caktuar Sasia e izopropanolit dhe tretësit të toluenit, agjenti i eterifikimit që adopton është klorur metil dhe oksid propileni.

Dai Mingyun et al. përdori hidroksietil celulozën (HEC) si shtyllën kurrizore të polimerit hidrofil dhe shartoi agjentin hidrofobizues butil glicidil eter (BGE) në shtyllën kurrizore me anë të reaksionit të eterifikimit për të rregulluar grupin butil të grupit hidrofobik. Shkalla e zëvendësimit të grupit, në mënyrë që të ketë një vlerë të përshtatshme të ekuilibrit hidrofilo-lipofilik dhe përgatitet një celulozë 2-hidroksi-3-butoksipropil hidroksietil (HBPEC) që i përgjigjet temperaturës; përgatitet një veti e përgjegjshme ndaj temperaturës Materialet funksionale me bazë celulozë ofrojnë një mënyrë të re për aplikimin e materialeve funksionale në fushat e çlirimit të qëndrueshëm të drogës dhe biologjisë.

Chen Yangming dhe të tjerët përdorën celulozën hidroksietil si lëndë të parë, dhe në sistemin e tretësirës së izopropanolit, shtuan një sasi të vogël Na2B4O7 në reaktant për një reaksion homogjen për të përgatitur celulozën e përzier hidroksietil karboksimetil me eter. Produkti është i menjëhershëm në ujë, dhe viskoziteti është i qëndrueshëm.

Wang Peng përdor pambukun natyral të rafinuar me celulozë si lëndën e parë bazë dhe përdor një proces eterifikimi me një hap për të prodhuar celulozë karboksimetil hidroksipropil me reaksion uniform, viskozitet të lartë, rezistencë të mirë ndaj acidit dhe rezistencë ndaj kripës përmes reaksioneve të alkalizimit dhe eterifikimit, eter i përbërë. Duke përdorur procesin e eterifikimit me një hap, celuloza e prodhuar karboksimetil hidroksipropil ka rezistencë të mirë ndaj kripës, rezistencë ndaj acidit dhe tretshmëri. Duke ndryshuar sasitë relative të oksidit të propilenit dhe acidit kloroacetik, mund të përgatiten produkte me përmbajtje të ndryshme karboksimetili dhe hidroksipropil. Rezultatet e provës tregojnë se celuloza karboksimetil hidroksipropil e prodhuar me metodën me një hap ka një cikël të shkurtër prodhimi, konsum të ulët tretës, dhe produkti ka rezistencë të shkëlqyer ndaj kripërave njëvalente dhe dyvalente dhe rezistencë të mirë ndaj acidit. Krahasuar me produktet e tjera të eterit celuloz, ai ka një konkurrencë më të fortë në fushat e kërkimit të ushqimit dhe naftës.

Hidroksipropilmetilceluloza (HPMC) është varieteti më i gjithanshëm dhe me performancën më të mirë midis të gjitha llojeve të celulozës, dhe është gjithashtu një përfaqësues tipik i komercializimit midis eterëve të përzier. Në vitin 1927, hidroksipropilmetilceluloza (HPMC) u sintetizua dhe u izolua me sukses. Në vitin 1938, Dow Chemical Co. e Shteteve të Bashkuara realizoi prodhimin industrial të metil celulozës dhe krijoi markën e njohur tregtare "Methocel". Prodhimi industrial në shkallë të gjerë i hidroksipropil metilcelulozës filloi në Shtetet e Bashkuara në vitin 1948. Procesi i prodhimit të HPMC mund të ndahet në dy kategori: metoda e fazës së gazit dhe metoda e fazës së lëngshme. Aktualisht, vendet e zhvilluara si Evropa, Amerika dhe Japonia po adoptojnë më shumë procesin e fazës së gazit dhe prodhimi vendas i HPMC bazohet kryesisht në procesin e fazës së lëngshme.

Zhang Shuangjian dhe të tjerë rafinuan pluhur pambuku si lëndë të parë, e alkalizuan me hidroksid natriumi në toluen me tretës reaksioni dhe izopropanol, eterizuan me agjent eterifikues oksid propileni dhe klorur metil, reaguan dhe përgatitën një lloj qelize bazë hidroksipropil metil alkooli e metil.

3. Outlook

Celuloza është një lëndë e parë kimike dhe kimike e rëndësishme që është e pasur me burime, e gjelbër dhe miqësore me mjedisin dhe e rinovueshme. Derivatet e modifikimit të eterifikimit të celulozës kanë performancë të shkëlqyer, gamë të gjerë përdorimesh dhe efekte të shkëlqyera përdorimi dhe plotësojnë në një masë të madhe nevojat e ekonomisë kombëtare. Dhe nevojat e zhvillimit shoqëror, me progresin e vazhdueshëm teknologjik dhe realizimin e komercializimit në të ardhmen, nëse lëndët e para sintetike dhe metodat sintetike të derivateve të celulozës mund të industrializohen më shumë, ato do të shfrytëzohen më plotësisht dhe do të realizojnë një gamë më të gjerë aplikimesh. Vlera.