సెల్యులోజ్ ఉత్పన్నాలు అంటే ఏమిటి?

సెల్యులోజ్ డెరివేటివ్‌లు రసాయన కారకాలతో సెల్యులోజ్ పాలిమర్‌లలోని హైడ్రాక్సిల్ గ్రూపుల ఎస్టెరిఫికేషన్ లేదా ఈథరిఫికేషన్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడతాయి. ప్రతిచర్య ఉత్పత్తుల యొక్క నిర్మాణ లక్షణాల ప్రకారం, సెల్యులోజ్ ఉత్పన్నాలను మూడు వర్గాలుగా విభజించవచ్చు: సెల్యులోజ్ ఈథర్లు, సెల్యులోజ్ ఈస్టర్లు మరియు సెల్యులోజ్ ఈథర్ ఈస్టర్లు. వాస్తవానికి వాణిజ్యపరంగా ఉపయోగించే సెల్యులోజ్ ఈస్టర్లు: సెల్యులోజ్ నైట్రేట్, సెల్యులోజ్ అసిటేట్, సెల్యులోజ్ అసిటేట్ బ్యూటిరేట్ మరియు సెల్యులోజ్ క్శాంతేట్. సెల్యులోజ్ ఈథర్లలో ఇవి ఉన్నాయి: మిథైల్ సెల్యులోజ్, కార్బాక్సిమీథైల్ సెల్యులోజ్, ఇథైల్ సెల్యులోజ్, హైడ్రాక్సీథైల్ సెల్యులోజ్, సైనోఇథైల్ సెల్యులోజ్, హైడ్రాక్సీప్రోపైల్ సెల్యులోజ్ మరియు హైడ్రాక్సీప్రోపైల్ మిథైల్ సెల్యులోజ్. అదనంగా, ఈస్టర్ ఈథర్ మిశ్రమ ఉత్పన్నాలు ఉన్నాయి.

లక్షణాలు మరియు ఉపయోగాలు ప్రత్యామ్నాయ కారకాల ఎంపిక మరియు ప్రక్రియ రూపకల్పన ద్వారా, ఉత్పత్తిని నీటిలో కరిగించవచ్చు, క్షార ద్రావణం లేదా సేంద్రీయ ద్రావకం లేదా థర్మోప్లాస్టిక్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది మరియు రసాయన ఫైబర్‌లు, ఫిల్మ్‌లు, ఫిల్మ్ బేస్‌లు, ప్లాస్టిక్‌లు, ఇన్సులేటింగ్ తయారీకి ఉపయోగించవచ్చు. పదార్థాలు, పూతలు, స్లర్రి, పాలీమెరిక్ డిస్పర్సెంట్, ఆహార సంకలనాలు మరియు రోజువారీ రసాయన ఉత్పత్తులు. సెల్యులోజ్ డెరివేటివ్స్ యొక్క లక్షణాలు ప్రత్యామ్నాయాల స్వభావం, గ్లూకోజ్ సమూహంలోని మూడు హైడ్రాక్సిల్ గ్రూపుల డిగ్రీ DS ప్రత్యామ్నాయం మరియు స్థూల కణ గొలుసు వెంట ప్రత్యామ్నాయాల పంపిణీకి సంబంధించినవి. ప్రతిచర్య యొక్క యాదృచ్ఛికత కారణంగా, మూడు హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు ప్రత్యామ్నాయంగా ఉన్నప్పుడు (DS 3), ఇతర సందర్భాల్లో (సజాతీయ ప్రతిచర్య లేదా విజాతీయ ప్రతిచర్య), ఈ క్రింది మూడు వేర్వేరు ప్రత్యామ్నాయ స్థానాలు పొందబడతాయి: మిశ్రమ ఉత్పత్తులు ప్రత్యామ్నాయం లేని గ్లూకోసైల్ సమూహాలు: ① మోనోసబ్‌స్టిట్యూటెడ్ (DS 1, C, C లేదా C స్థానం ప్రత్యామ్నాయం, స్ట్రక్చరల్ ఫార్ములా సెల్యులోజ్ చూడండి); ② భర్తీ చేయబడింది (DS 2, C, C, C, C లేదా C, C స్థానాలు భర్తీ చేయబడ్డాయి); ③ పూర్తి ప్రత్యామ్నాయం (DS 3). కాబట్టి, అదే ప్రత్యామ్నాయ విలువ కలిగిన అదే సెల్యులోజ్ ఉత్పన్నం యొక్క లక్షణాలు కూడా చాలా భిన్నంగా ఉండవచ్చు. ఉదాహరణకు, సెల్యులోజ్ డయాసిటేట్ 2 యొక్క DSకి నేరుగా ఎస్టెరిఫై చేయబడి అసిటోన్‌లో కరగదు, అయితే పూర్తిగా ఎస్టెరిఫైడ్ సెల్యులోజ్ ట్రైఅసిటేట్ యొక్క సాపోనిఫికేషన్ ద్వారా పొందిన సెల్యులోజ్ డయాసిటేట్ పూర్తిగా అసిటోన్‌లో కరిగిపోతుంది. ప్రత్యామ్నాయం యొక్క ఈ వైవిధ్యత సెల్యులోజ్ ఈస్టర్ మరియు ఈథరిఫికేషన్ ప్రతిచర్యల యొక్క ప్రాథమిక చట్టాలకు సంబంధించినది.

సెల్యులోజ్ అణువులోని సెల్యులోజ్ ఎస్టెరిఫికేషన్ మరియు ఈథరిఫికేషన్ రియాక్షన్ యొక్క ప్రాథమిక నియమం, గ్లూకోజ్ సమూహంలోని మూడు హైడ్రాక్సిల్ సమూహాల స్థానాలు భిన్నంగా ఉంటాయి మరియు ప్రక్కనే ఉన్న ప్రత్యామ్నాయాలు మరియు స్టెరిక్ అడ్డంకి ప్రభావం కూడా భిన్నంగా ఉంటాయి. మూడు హైడ్రాక్సిల్ సమూహాల సాపేక్ష ఆమ్లత్వం మరియు డిస్సోసియేషన్ డిగ్రీ: C>C>C. ఈథరిఫికేషన్ ప్రతిచర్య ఆల్కలీన్ మాధ్యమంలో నిర్వహించబడినప్పుడు, C హైడ్రాక్సిల్ సమూహం మొదట ప్రతిస్పందిస్తుంది, తరువాత C హైడ్రాక్సిల్ సమూహం మరియు చివరకు C ప్రాధమిక హైడ్రాక్సిల్ సమూహం. ఎస్టెరిఫికేషన్ ప్రతిచర్య ఆమ్ల మాధ్యమంలో నిర్వహించబడినప్పుడు, ప్రతి హైడ్రాక్సిల్ సమూహం యొక్క ప్రతిచర్య యొక్క కష్టం ఈథరిఫికేషన్ ప్రతిచర్య క్రమానికి విరుద్ధంగా ఉంటుంది. స్థూలమైన ప్రత్యామ్నాయ రియాజెంట్‌తో ప్రతిస్పందించినప్పుడు, స్టెరిక్ అడ్డంకి ప్రభావం ముఖ్యమైన ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు C మరియు C హైడ్రాక్సిల్ సమూహాల కంటే చిన్న స్టెరిక్ అడ్డంకి ప్రభావంతో C హైడ్రాక్సిల్ సమూహం సులభంగా స్పందించవచ్చు.

సెల్యులోజ్ ఒక స్ఫటికాకార సహజ పాలిమర్. చాలా వరకు ఎస్టెరిఫికేషన్ మరియు ఈథరిఫికేషన్ రియాక్షన్‌లు సెల్యులోజ్ దృఢంగా ఉన్నప్పుడు భిన్నమైన ప్రతిచర్యలు. సెల్యులోజ్ ఫైబర్‌లోకి ప్రతిచర్య కారకాల యొక్క వ్యాప్తి స్థితిని రీచ్‌బిలిటీ అంటారు. స్ఫటికాకార ప్రాంతం యొక్క అంతర పరమాణు అమరిక గట్టిగా అమర్చబడి ఉంటుంది మరియు కారకం స్ఫటికాకార ఉపరితలంపై మాత్రమే వ్యాపిస్తుంది. నిరాకార ప్రాంతంలోని ఇంటర్‌మోలిక్యులర్ అమరిక వదులుగా ఉంది మరియు అధిక ప్రాప్యత మరియు సులభమైన ప్రతిచర్యతో రియాజెంట్‌లతో సులభంగా సంప్రదించగలిగే ఉచిత హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు ఉన్నాయి. సాధారణంగా, అధిక స్ఫటికాకారత మరియు పెద్ద స్ఫటిక పరిమాణం కలిగిన ముడి పదార్థాలు తక్కువ స్ఫటికాకారత మరియు చిన్న స్ఫటిక పరిమాణం కలిగిన ముడి పదార్థాల వలె స్పందించడం అంత సులభం కాదు. కానీ ఇది పూర్తిగా నిజం కాదు, ఉదాహరణకు, తక్కువ స్ఫటికాకారత మరియు చిన్న స్ఫటికాకారత కలిగిన పొడి విస్కోస్ ఫైబర్‌ల ఎసిటైలేషన్ రేటు అధిక స్ఫటికాకారత మరియు పెద్ద స్ఫటికాకారత కలిగిన కాటన్ ఫైబర్ కంటే గణనీయంగా తక్కువగా ఉంటుంది. ఎందుకంటే ఎండబెట్టడం ప్రక్రియలో ప్రక్కనే ఉన్న పాలిమర్‌ల మధ్య కొన్ని హైడ్రోజన్ బంధం పాయింట్లు ఉత్పన్నమవుతాయి, ఇది రియాజెంట్ల వ్యాప్తికి ఆటంకం కలిగిస్తుంది. తడి సెల్యులోజ్ ముడి పదార్ధంలోని తేమను పెద్ద సేంద్రీయ ద్రావకం (ఎసిటిక్ యాసిడ్, బెంజీన్, పిరిడిన్ వంటివి) భర్తీ చేసి ఎండబెట్టినట్లయితే, దాని క్రియాశీలత బాగా మెరుగుపడుతుంది, ఎందుకంటే ఎండబెట్టడం వల్ల ద్రావకాన్ని పూర్తిగా నడపలేము మరియు కొన్ని పెద్దవి సెల్యులోజ్ ముడి పదార్ధం యొక్క "రంధ్రాల్లో" అణువులు బంధించబడి, కలిగి ఉన్న సెల్యులోజ్ అని పిలవబడే ఏర్పాటు. వాపు ద్వారా విస్తరించిన దూరం తిరిగి పొందడం సులభం కాదు, ఇది కారకాల వ్యాప్తికి అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు ప్రతిచర్య రేటు మరియు ప్రతిచర్య యొక్క ఏకరూపతను ప్రోత్సహిస్తుంది. ఈ కారణంగా, వివిధ సెల్యులోజ్ ఉత్పన్నాల ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో, సంబంధిత వాపు చికిత్స ఉండాలి. సాధారణంగా నీరు, ఆమ్లం లేదా క్షార ద్రావణం యొక్క నిర్దిష్ట సాంద్రత వాపు ఏజెంట్‌గా ఉపయోగించబడుతుంది. అదనంగా, అదే భౌతిక మరియు రసాయన సూచికలతో కరిగిపోయే గుజ్జు యొక్క రసాయన ప్రతిచర్య యొక్క కష్టం తరచుగా చాలా భిన్నంగా ఉంటుంది, ఇది ఒకే మొక్కలోని వివిధ జీవరసాయన మరియు నిర్మాణ విధులతో వివిధ రకాల మొక్కలు లేదా కణాల పదనిర్మాణ కారకాల వల్ల సంభవిస్తుంది. యొక్క. ప్లాంట్ ఫైబర్ యొక్క బయటి పొర యొక్క ప్రాధమిక గోడ రియాజెంట్ల వ్యాప్తికి ఆటంకం కలిగిస్తుంది మరియు రసాయన ప్రతిచర్యలను తగ్గిస్తుంది, కాబట్టి మెరుగైన రియాక్టివిటీతో కరిగిపోయే గుజ్జును పొందడానికి ప్రాథమిక గోడను నాశనం చేయడానికి పల్పింగ్ ప్రక్రియలో సంబంధిత పరిస్థితులను ఉపయోగించడం సాధారణంగా అవసరం. ఉదాహరణకు, బగాస్ పల్ప్ అనేది విస్కోస్ పల్ప్ ఉత్పత్తిలో పేలవమైన రియాక్టివిటీతో ముడి పదార్థం. విస్కోస్ (సెల్యులోజ్ క్సాంతేట్ ఆల్కలీ ద్రావణం) తయారుచేసేటప్పుడు, కాటన్ లిన్టర్ పల్ప్ మరియు కలప గుజ్జు కంటే ఎక్కువ కార్బన్ డైసల్ఫైడ్ వినియోగిస్తారు. ఇతర పల్ప్‌లతో తయారుచేసిన విస్కోస్ కంటే వడపోత రేటు తక్కువగా ఉంటుంది. ఎందుకంటే గుజ్జు మరియు సాంప్రదాయ పద్ధతుల ద్వారా ఆల్కలీ సెల్యులోజ్ తయారీ సమయంలో చెరకు ఫైబర్ కణాల ప్రాథమిక గోడ సరిగా దెబ్బతినలేదు, ఫలితంగా పసుపుపచ్చ ప్రతిచర్యలో ఇబ్బంది ఏర్పడుతుంది.

ప్రీ-హైడ్రోలైజ్డ్ ఆల్కలీన్ బగాస్ పల్ప్ ఫైబర్‌లు] మరియు ఫిగర్ 2 [ఆల్కలీ ఇంప్రెగ్నేషన్ తర్వాత బాగాస్సే పల్ప్ ఫైబర్‌లు] ముందుగా హైడ్రోలైజ్డ్ ఆల్కలీన్ ప్రక్రియ మరియు సాంప్రదాయ ఆల్కలీన్ ఇంప్రెగ్నేషన్ తర్వాత బాగాస్ పల్ప్ ఫైబర్‌ల ఉపరితలం యొక్క ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ స్కానింగ్ చిత్రాలు, పూర్వం ఇప్పటికీ చూడవచ్చు. స్పష్టమైన గుంటలు; తరువాతి కాలంలో, క్షార ద్రావణం యొక్క వాపు కారణంగా గుంటలు అదృశ్యమైనప్పటికీ, ప్రాథమిక గోడ ఇప్పటికీ మొత్తం ఫైబర్‌ను కప్పి ఉంచుతుంది. "రెండవ ఫలదీకరణం" (సాధారణ ఫలదీకరణం తర్వాత పెద్ద వాపు ప్రభావంతో పలుచన క్షార ద్రావణంతో రెండవ ఫలదీకరణం) లేదా డిప్-గ్రైండింగ్ (మెకానికల్ గ్రౌండింగ్‌తో కలిపి సాధారణ ఫలదీకరణం) ప్రక్రియ, పసుపు రంగు ప్రతిచర్య సజావుగా సాగుతుంది, విస్కోస్ వడపోత రేటు గణనీయంగా మెరుగుపడింది. ఎందుకంటే పైన పేర్కొన్న రెండు పద్ధతులు ప్రాథమిక గోడను పీల్ చేయగలవు, సాపేక్షంగా తేలికైన ప్రతిచర్య యొక్క లోపలి పొరను బహిర్గతం చేస్తాయి, ఇది రియాజెంట్ల వ్యాప్తికి అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు ప్రతిచర్య పనితీరును మెరుగుపరుస్తుంది (Fig. 3 [బాగాస్ పల్ప్ ఫైబర్ యొక్క ద్వితీయ ఫలదీకరణం ], అంజీర్. గ్రైండింగ్ బగాస్సే పల్ప్ ఫైబర్స్]).

ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, సెల్యులోజ్‌ను నేరుగా కరిగించే నాన్-సజల ద్రావణి వ్యవస్థలు ఉద్భవించాయి. డైమిథైల్‌ఫార్మామైడ్ మరియు NO, డైమిథైల్ సల్ఫాక్సైడ్ మరియు పారాఫార్మల్డిహైడ్ మరియు ఇతర మిశ్రమ ద్రావకాలు మొదలైనవి సెల్యులోజ్ సజాతీయ ప్రతిచర్యను పొందేలా చేస్తాయి. అయితే, దశ వెలుపల ప్రతిచర్యల యొక్క పైన పేర్కొన్న కొన్ని చట్టాలు ఇకపై వర్తించవు. ఉదాహరణకు, అసిటోన్‌లో కరిగే సెల్యులోజ్ డయాసిటేట్‌ను తయారుచేసేటప్పుడు, సెల్యులోజ్ ట్రయాసిటేట్ యొక్క జలవిశ్లేషణకు గురికావలసిన అవసరం లేదు, కానీ DS 2 వరకు నేరుగా ఎస్టెరిఫై చేయబడుతుంది.