Деривати целулозе се производе етерификацијом или етерификацијом хидроксилних група у целулозним полимерима са хемијским реагенсима. Према структурним карактеристикама производа реакције, деривати целулозе се могу поделити у три категорије: етри целулозе, естри целулозе и естри целулозе. Естри целулозе који се заправо комерцијално користе су: целулозни нитрат, целулозни ацетат, целулозни ацетат бутират и целулозни ксантат. Етри целулозе укључују: метил целулозу, карбоксиметил целулозу, етил целулозу, хидроксиетил целулозу, цијаноетил целулозу, хидроксипропил целулозу и хидроксипропил метил целулозу. Поред тога, постоје естарски мешани деривати.
Својства и употреба Избором замјенских реагенаса и дизајном процеса, производ се може растворити у води, разблаженом алкалном раствору или органском растварачу, или имати термопластична својства, и може се користити за производњу хемијских влакана, филмова, фолија, пластике, изолационих материјала. материјали, премази, суспензија, полимерни дисперзанти, адитиви за храну и дневни хемијски производи. Особине деривата целулозе су повезане са природом супституената, степеном ДС три хидроксилне групе на супституисаној глукозној групи и дистрибуцијом супституената дуж макромолекуларног ланца. Због случајности реакције, осим за униформно супституисани производ када су све три хидроксилне групе супституисане (ДС је 3), у другим случајевима (хомогена реакција или хетерогена реакција), добијају се следећа три различита супституциона положаја: Мешани производи са несупституисане глукозилне групе: ① моносупституисане (ДС је 1, Ц, Ц или Ц позиција је супституисана, структурна формула види целулозу); ② дисупституисан (ДС је 2, Ц, Ц, Ц, Ц или Ц, Ц позиције су супституисане); ③ пуна замена (ДС је 3). Стога, својства истог деривата целулозе са истом супституционом вредношћу такође могу бити прилично различита. На пример, целулозни диацетат директно естерификован до ДС од 2 је нерастворљив у ацетону, али целулозни диацетат добијен сапонификацијом потпуно естерификованог целулозног триацетата може бити потпуно растворен у ацетону. Ова хетерогеност супституције повезана је са основним законима целулозног естра и реакција етерификације.
Основни закон естерификације и реакције етерификације целулозе у молекулу целулозе, положаји три хидроксилне групе у глукозној групи су различити, а различити су и утицаји суседних супституената и стеричне сметње. Релативна киселост и степен дисоцијације три хидроксилне групе су: Ц>Ц>Ц. Када се реакција етерификације изводи у алкалном медијуму, прво реагује Ц хидроксилна група, затим Ц хидроксилна група и на крају Ц примарна хидроксилна група. Када се реакција естерификације изводи у киселој средини, тешкоћа реакције сваке хидроксилне групе је супротна редоследу реакције етерификације. Када се реагује са гломазним супституционим реагенсом, ефекат стеричне сметње има важан утицај, а Ц хидроксилна група са мањим ефектом стеричне сметње је лакше реаговати од Ц и Ц хидроксилних група.
Целулоза је кристални природни полимер. Већина реакција естерификације и етерификације су хетерогене реакције када целулоза остане чврста. Стање дифузије реагенса у целулозно влакно назива се досегљивост. Интермолекуларни распоред кристалног региона је чврсто распоређен, а реагенс може само да дифундује до кристалне површине. Интермолекуларни распоред у аморфном региону је лабав, а има више слободних хидроксилних група које су лако у контакту са реагенсима, са високом доступношћу и лаком реакцијом. Генерално, сировине са високом кристалином и великом величином кристала није тако лако реаговати као сировине са ниском кристалином и малом величином кристала. Али ово није сасвим тачно, на пример, брзина ацетилације сувих вискозних влакана са нижом кристалином и мањом кристалином је знатно нижа од оне памучних влакана са већом кристалином и већом кристалношћу. То је зато што се неке тачке водоничне везе стварају између суседних полимера током процеса сушења, што омета дифузију реагенаса. Ако се влага у влажној целулозној сировини замени већим органским растварачем (као што су сирћетна киселина, бензол, пиридин) и затим осуши, њена реактивност ће се знатно побољшати, јер сушење не може у потпуности да избаци растварач, а неки већи молекули су заробљени у „рупама“ целулозне сировине, формирајући такозвану садржану целулозу. Растојање које је повећано бубрењем није лако опоравити, што погодује дифузији реагенса и промовише брзину реакције и униформност реакције. Из тог разлога, у процесу производње различитих деривата целулозе, мора постојати одговарајући третман бубрења. Обично се као средство за бубрење користи вода, киселина или одређена концентрација алкалног раствора. Поред тога, тешкоћа хемијске реакције растворљиве пулпе са истим физичко-хемијским показатељима често је веома различита, што је узроковано морфолошким факторима различитих врста биљака или ћелија са различитим биохемијским и структурним функцијама у истој биљци. оф. Примарни зид спољашњег слоја биљних влакана отежава продирање реагенаса и успорава хемијске реакције, па је обично потребно користити одговарајуће услове у процесу пулпе да би се примарни зид уништио како би се добила растворљива пулпа са бољом реактивношћу. На пример, пулпа багаса је сировина са слабом реактивношћу у производњи вискозне пулпе. Приликом припреме вискозе (алкалног раствора целулозног ксантата) троши се више угљен-дисулфида него пулпе памучног лима и дрвене пулпе. Брзина филтрације је нижа од оне вискозе припремљене са другим пулпама. То је зато што примарни зид ћелија влакана шећерне трске није правилно оштећен током пулпе и припреме алкалне целулозе конвенционалним методама, што доводи до потешкоћа у реакцији жућења.
Претходно хидролизована алкална влакна пулпе багаса] и Слика 2 [влакна пулпе багаса после алкалне импрегнације] су слике које скенирају електронским микроскопом површине влакана багасне пулпе након претходно хидролизованог алкалног процеса и конвенционалне алкалне импрегнације, и даље се могу видети као прва чисте јаме; у последњем, иако јамице нестају услед бубрења алкалног раствора, примарни зид и даље покрива цело влакно. Ако се изврши процес „друге импрегнације“ (обична импрегнација праћена другом импрегнацијом разблаженим раствором алкалије са великим ефектом бубрења) или потапањем (уобичајена импрегнација у комбинацији са механичким млевењем), реакција жућења може да тече глатко, брзина филтрације вискозе значајно је побољшана. То је зато што обе горе наведене методе могу да одлепе примарни зид, излажући унутрашњи слој релативно лаке реакције, што погодује продирању реагенса и побољшава перформансе реакције (Слика 3 [секундарна импрегнација влакана пулпе багаса ], сл. млевење влакана багасове пулпе]).
Последњих година појавили су се неводени системи растварача који могу директно да растворе целулозу. Као што су диметилформамид и НО, диметил сулфоксид и параформалдехид, и други мешани растварачи, итд., омогућавају целулозу да се подвргне хомогеној реакцији. Међутим, неки од горе наведених закона реакција ван фазе више не важе. На пример, када се припрема целулозни диацетат растворљив у ацетону, није неопходно да се подвргне хидролизи целулозног триацетата, али може бити директно естерификован док ДС не буде 2.
Време поста: 27. фебруар 2023