የሴሉሎስ ኤተርስ አወቃቀሮች እና ዓይነቶች ምንድናቸው?

1. የሴሉሎስ ኤተር አወቃቀር እና ዝግጅት መርህ

ምስል 1 የሴሉሎስ ኤተርስን መደበኛ መዋቅር ያሳያል። እያንዳንዱ የቢዲ-አንሃይድሮግሉኮስ ክፍል (የሴሉሎስ ተደጋጋሚ ክፍል) በሲ (2)፣ ሲ (3) እና ሲ (6) ቦታዎች ላይ አንድ ቡድን ይተካል፣ ማለትም እስከ ሶስት የኤተር ቡድኖች ሊኖሩ ይችላሉ። በውስጠ-ሰንሰለት እና በሰንሰለት መካከል ባለው የሃይድሮጂን ትስስር ምክንያትሴሉሎስ ማክሮሞለኪውሎችበውሃ እና በሁሉም ማለት ይቻላል ኦርጋኒክ መሟሟቶች ውስጥ ለመሟሟት አስቸጋሪ ነው። የኢተር ቡድኖችን በኤተርፊኬሽን በኩል ማስተዋወቅ የውስጥ ሞለኪውላዊ እና ኢንተርሞለኪውላር ሃይድሮጂን ትስስርን ያጠፋል፣ ሃይድሮፊሊካዊነቱን ያሻሽላል፣ እና በውሃ ሚዲያ ውስጥ የመሟሟት አቅሙን በእጅጉ ያሻሽላል።

የተለመዱት ኤተር የተባሉት ንጥረ ነገሮች ዝቅተኛ ሞለኪውላዊ ክብደት ያላቸው የአልኮክሲ ቡድኖች (ከ1 እስከ 4 የካርቦን አቶሞች) ወይም ሃይድሮክሲአልኪል ቡድኖች ሲሆኑ፣ እነዚህም እንደ ካርቦክሲል፣ ሃይድሮክሲል ወይም አሚኖ ቡድኖች ባሉ ሌሎች ተግባራዊ ቡድኖች ሊተኩ ይችላሉ። ንጥረ ነገሮች አንድ፣ ሁለት ወይም ከዚያ በላይ የተለያዩ ዓይነቶች ሊሆኑ ይችላሉ። በሴሉሎስ ማክሮሞለኪውላር ሰንሰለት በኩል፣ በእያንዳንዱ የግሉኮስ ክፍል C(2)፣ C(3) እና C(6) አቀማመጥ ላይ ያሉት የሃይድሮክሲል ቡድኖች በተለያዩ መጠኖች ይተካሉ። በጥብቅ ለመናገር፣ ሴሉሎስ ኤተር በአጠቃላይ የተወሰነ የኬሚካል መዋቅር የለውም፣ በአንድ ዓይነት የቡድን አይነት ሙሉ በሙሉ የሚተኩ ምርቶች ካልሆነ በስተቀር (ሦስቱም የሃይድሮክሲል ቡድኖች ይተካሉ)። እነዚህ ምርቶች ለላቦራቶሪ ትንተና እና ምርምር ብቻ ሊያገለግሉ ይችላሉ፣ እና ምንም የንግድ ዋጋ የላቸውም።

(ሀ) የሴሉሎስ ኤተር ሞለኪውላር ሰንሰለት ሁለት አንሃይድሮግሉኮስ አሃዶች አጠቃላይ መዋቅር፣ R1~R6=H፣ ወይም ኦርጋኒክ ምትክ፤

(ለ) የካርቦክሲሜቲል ሞለኪውላዊ ሰንሰለት ቁራጭሃይድሮክሲኤቲል ሴሉሎስየካርቦክሲሜቲል የመተካት ደረጃ 0.5፣ የሃይድሮክሲኤቲል የመተካት ደረጃ 2.0 እና የሞላር የመተካት ደረጃ 3.0 ነው። ይህ መዋቅር የኢተርፋይድ ቡድኖችን አማካይ የመተካት ደረጃ ይወክላል፣ ነገር ግን ተተኪዎቹ በእውነቱ የዘፈቀደ ናቸው።

ለእያንዳንዱ ምትክ፣ የኢተርፊኬሽን አጠቃላይ መጠን የሚገለጸው በመተካት DS እሴት ደረጃ ነው። የDS ክልል 0~3 ሲሆን ይህም በእያንዳንዱ አንሃይድሮግሉኮስ ክፍል ላይ በኤተርፊኬሽን ቡድኖች የተተኩ አማካይ የሃይድሮክሲል ቡድኖች ብዛት ጋር እኩል ነው።

ለሃይድሮክሲአልኪል ሴሉሎስ ኤተርስ፣ የመተካት ምላሹ ከአዳዲስ ነፃ የሃይድሮክሲል ቡድኖች ኢተርፊኬሽን ይጀምራል፣ እና የመተካት ደረጃ በኤምኤስ እሴት፣ ማለትም የመተካት ሞላር ደረጃ ሊለካ ይችላል። በእያንዳንዱ አንሃይድሮግሉኮስ ክፍል ውስጥ የተጨመሩትን የኢተርፊኬሽን ወኪል ሪአክታንት አማካይ የሞሎች ብዛት ይወክላል። የተለመደው ሪአክታንት ኤቲሊን ኦክሳይድ ሲሆን ምርቱ ደግሞ ሃይድሮክሲኢቲል ምትክ አለው። በስእል 1፣ የምርቱ የኤምኤስ እሴት 3.0 ነው።

በንድፈ ሀሳብ፣ ለኤምኤስ እሴት የላይኛው ገደብ የለም። በእያንዳንዱ የግሉኮስ ቀለበት ቡድን ላይ የመተካት ደረጃ የዲኤስ እሴት የሚታወቅ ከሆነ፣ የኤተር ጎን ሰንሰለት አማካይ የሰንሰለት ርዝመት አንዳንድ አምራቾች እንዲሁም ብዙውን ጊዜ የተለያዩ የኢተርፊኬሽን ቡድኖችን የጅምላ ክፍልፋይ (wt%) (እንደ -OCH3 ወይም -OC2H4OH ያሉ) ከዲኤስ እና ኤምኤስ እሴቶች ይልቅ የመተካት ደረጃ እና ዲግሪን ለመወከል ይጠቀማሉ። የእያንዳንዱ ቡድን የጅምላ ክፍልፋይ እና የDS ወይም የኤምኤስ እሴት በቀላል ስሌት ሊለወጡ ይችላሉ።

አብዛኛዎቹ የሴሉሎስ ኤተርዎች በውሃ ውስጥ የሚሟሟ ፖሊመሮች ሲሆኑ አንዳንዶቹ ደግሞ በኦርጋኒክ መሟሟቶች ውስጥ በከፊል የሚሟሟ ናቸው። ሴሉሎስ ኤተር ከፍተኛ ቅልጥፍና፣ ዝቅተኛ ዋጋ፣ ቀላል ሂደት፣ ዝቅተኛ መርዛማነት እና ሰፊ ልዩነት ባህሪያት ያሉት ሲሆን የፍላጎት እና የአጠቃቀም መስኮች አሁንም እየሰፉ ናቸው። እንደ ረዳት ወኪል፣ ሴሉሎስ ኤተር በተለያዩ የኢንዱስትሪ ዘርፎች ትልቅ የመተግበር አቅም አለው። በMS/DS ሊገኝ ይችላል።

ሴሉሎስ ኤተርስ እንደ ተተኪዎቹ ኬሚካላዊ መዋቅር ወደ አኒዮኒክ፣ ካቲዮኒክ እና ኖኒዮኒክ ኤተርስ ይመደባሉ። ኖኒዮኒክ ኤተርስ በውሃ የሚሟሟ እና በዘይት የሚሟሟ ምርቶች ሊከፈል ይችላል።

በኢንዱስትሪ የበለፀጉ ምርቶች በሰንጠረዥ 1 የላይኛው ክፍል ላይ ተዘርዝረዋል። የሰንጠረዥ 1 የታችኛው ክፍል እስካሁን ድረስ አስፈላጊ የንግድ ምርቶች ያልሆኑ አንዳንድ የሚታወቁ የኢተርፊኬሽን ቡድኖችን ይዘረዝራል።

የተደባለቁ የኢተር ተለዋጮች ምህጻረ ቃል ቅደም ተከተል እንደ ፊደላዊ ቅደም ተከተል ወይም እንደ DS (MS) ደረጃ ሊሰየም ይችላል፣ ለምሳሌ፣ ለ2-ሃይድሮክሲኤቲል ሜቲልሴሉሎስ፣ ምህጻረ ቃል HEMC ነው፣ እና እንዲሁም የሜቲል ተለዋጭን ለማጉላት እንደ MHEC ሊጻፍ ይችላል።

በሴሉሎስ ላይ ያሉት የሃይድሮክሲል ቡድኖች በኢተርፊኬሽን ወኪሎች በቀላሉ ተደራሽ አይደሉም፣ እና የኢተርፊኬሽን ሂደቱ ብዙውን ጊዜ በአልካላይን ሁኔታዎች ውስጥ ይከናወናል፣ በአጠቃላይ የተወሰነ የናኦኤች የውሃ መፍትሄ ክምችት በመጠቀም። ሴሉሎስ በመጀመሪያ በናኦኤች የውሃ መፍትሄ ወደ እብጠት ወደ አልካላይን ሴሉሎስ ይፈጠራል፣ ከዚያም ከኤተርፊኬሽን ወኪል ጋር የኢተርፊኬሽን ምላሽ ይሰጣል። የተደባለቁ ኤተሮችን በማምረት እና በማዘጋጀት ጊዜ፣ የተለያዩ የኢተርፊኬሽን ወኪሎች ዓይነቶች በተመሳሳይ ጊዜ ጥቅም ላይ መዋል አለባቸው፣ ወይም ኢተርፊኬሽን በየተወሰነ ጊዜ በመመገብ (አስፈላጊ ከሆነ) መከናወን አለበት። በሴሉሎስ ኢተርፊኬሽን ውስጥ አራት የምላሽ ዓይነቶች አሉ፣ እነዚህም በምላሽ ፎርሙላ (ሴሉሎሲክ በሴል-ኦኤች ተተክቷል) እንደሚከተለው ተጠቃለዋል፡

እኩልታ (1) የዊሊያምሰን ኤተርፊኬሽን ምላሽን ይገልፃል። RX ኢንኦርጋኒክ አሲድ ኤስተር ሲሆን X ደግሞ halogen Br፣ Cl ወይም ሰልፈሪክ አሲድ ኤስተር ነው። ክሎራይድ R-Cl በአጠቃላይ በኢንዱስትሪ ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል፣ ለምሳሌ ሜቲል ክሎራይድ፣ ኤቲል ክሎራይድ ወይም ክሎሮአሴቲክ አሲድ። በእንደዚህ አይነት ምላሾች ውስጥ የስቶይቺዮሜትሪክ መጠን ያለው ቤዝ ጥቅም ላይ ይውላል። በኢንዱስትሪ የተገነቡት የሴሉሎስ ኤተር ምርቶች ሜቲል ሴሉሎስ፣ ኤቲል ሴሉሎስ እና ካርቦክሲሜቲል ሴሉሎስ የዊሊያምሰን ኤተርፊኬሽን ምላሽ ውጤቶች ናቸው።

የምላሽ ፎርሙላ (2) ቤዝ-ካታላይዝድ ኤፖክሳይዶች (እንደ R=H፣ CH3 ወይም C2H5 ያሉ) እና ሃይድሮክሲል ቡድኖች ቤዝ ሳይበሉ በሴሉሎስ ሞለኪውሎች ላይ የመጨመር ምላሽ ነው። ይህ ምላሽ አዲስ የሃይድሮክሲል ቡድኖች በምላሹ ወቅት ሲፈጠሩ የመቀጠል ዕድሉ ከፍተኛ ነው፣ ይህም የኦሊጎአልኪሌቲሊን ኦክሳይድ የጎን ሰንሰለቶችን እንዲፈጠር ያደርጋል፡ ከ1-አዚሪዲን (አዚሪዲን) ጋር ተመሳሳይ የሆነ ምላሽ አሚኖኢቲል ኤተር ይፈጥራል፡ ሴል-ኦ-CH2-CH2-NH2። እንደ ሃይድሮክሲኤቲል ሴሉሎስ፣ ሃይድሮክሲፕሮፒል ሴሉሎስ እና ሃይድሮክሲቡቲል ሴሉሎስ ያሉ ምርቶች ሁሉም የቤዝ-ካታላይዝድ ኢፖክሳይድ ውጤቶች ናቸው።

የግብረመልስ ቀመር (3) በሴል-ኦኤች እና በአልካላይን መካከለኛ ውስጥ ንቁ ድርብ ትስስር የያዙ ኦርጋኒክ ውህዶች መካከል ያለው ምላሽ ነው፣ Y እንደ CN፣ CONH2 ወይም SO3-Na+ ያሉ ኤሌክትሮን-የሚወጣ ቡድን ነው። ዛሬ ይህ ዓይነቱ ምላሽ በኢንዱስትሪ ደረጃ እምብዛም ጥቅም ላይ አይውልም።

የምላሽ ቀመር (4)፣ ከዲያዞአልካን ጋር ኤተርፊኬሽን እስካሁን ድረስ በኢንዱስትሪ ደረጃ አልተለወጠም።

1. የሴሉሎስ ኤተር ዓይነቶች

ሴሉሎስ ኤተር ሞኖኤተር ወይም የተቀላቀለ ኤተር ሊሆን ይችላል፣ እና ባህሪያቱ የተለያዩ ናቸው። በሴሉሎስ ማክሮሞሌኩል ላይ እንደ ሃይድሮክሲኤቲል ቡድኖች ያሉ ዝቅተኛ ምትክ ያላቸው ሃይድሮፊሊክ ቡድኖች አሉ፣ እነዚህም ምርቱን የተወሰነ የውሃ መሟሟት ደረጃ ሊሰጡ ይችላሉ፣ እንደ ሜቲል፣ ኤቲል፣ ወዘተ ላሉ ሃይድሮፎቢክ ቡድኖች ደግሞ መካከለኛ ምትክ ብቻ ነው። ከፍተኛ ደረጃ ምርቱን የተወሰነ የውሃ መሟሟት ሊሰጥ ይችላል፣ እና ዝቅተኛ ምትክ ያለው ምርት በውሃ ውስጥ ብቻ ያብጣል ወይም በተሟሟ የአልካላይን መፍትሄ ሊሟሟ ይችላል። በሴሉሎስ ኤተር ባህሪያት ላይ ጥልቅ ምርምር በማድረግ፣ አዳዲስ ሴሉሎስ ኤተር እና የማመልከቻ መስኮቻቸው ያለማቋረጥ ይዘጋጃሉ እና ይመረታሉ፣ እና ትልቁ የመንዳት ኃይል ሰፊው እና ቀጣይነት ያለው የተጣራ የማመልከቻ ገበያ ነው።

በተደባለቀ ኤተር ውስጥ ያሉ ቡድኖች በመሟሟት ባህሪያት ላይ የሚያሳድረው ተጽዕኖ አጠቃላይ ህግ፡

1) የኤተርን ሃይድሮፎቢክነት ለመጨመር እና የጄል ነጥቡን ለመቀነስ በምርቱ ውስጥ የሃይድሮፎቢክ ቡድኖችን ይዘት ይጨምሩ፤

2) የጄል ነጥቡን ለመጨመር የሃይድሮፊሊክ ቡድኖችን (እንደ ሃይድሮክሲኤቲል ቡድኖች ያሉ) ይዘት ይጨምሩ፤

3) የሃይድሮክሲፕሮፒል ቡድን ልዩ ነው፣ እና ተገቢው ሃይድሮክሲፕሮፒሊሽን የምርቱን የጄል ሙቀት ሊቀንስ ይችላል፣ እና የመካከለኛው ሃይድሮክሲፕሮፒሊድ ምርት የጄል ሙቀት እንደገና ይጨምራል፣ ነገር ግን ከፍተኛ የመተካት ደረጃ የጄል ነጥቡን ይቀንሳል፤ ምክንያቱ የሃይድሮክሲፕሮፒል ቡድን ልዩ የካርቦን ሰንሰለት ርዝመት መዋቅር፣ ዝቅተኛ ደረጃ ሃይድሮክሲፕሮፒሊሽን፣ በሴሉሎስ ማክሮሞሌኩል ውስጥ እና በሞለኪውሎች መካከል የተዳከመ የሃይድሮጂን ትስስር እና በቅርንጫፉ ሰንሰለቶች ላይ ሃይድሮፊሊክ ሃይድሮክሲል ቡድኖች በመኖራቸው ነው። ውሃ የበላይ ነው። በሌላ በኩል፣ መተኪያው ከፍተኛ ከሆነ፣ በጎን ቡድን ላይ ፖሊመሪዜሽን ይኖራል፣ የሃይድሮክሲል ቡድን አንጻራዊ ይዘት ይቀንሳል፣ ሃይድሮፎቢቲዝም ይጨምራል፣ እና በምትኩ የመሟሟት አቅሙ ይቀንሳል።

የምርት እና የምርምር ሥራሴሉሎስ ኤተርረጅም ታሪክ አለው። በ1905፣ ሱይዳ ለመጀመሪያ ጊዜ በዲሜቲል ሰልፌት የተቀላቀለውን ሴሉሎስ ኤተርፊኬሽን ሪፖርት አድርጋለች። ኖኒዮኒክ አልኪል ኤተርስ በቅደም ተከተል በውሃ የሚሟሟ ወይም በዘይት የሚሟሟ ሴሉሎስ ኤተርስ በሊሊንፌልድ (1912)፣ ድሬይፉስ (1914) እና ሉችስ (1920) የፈጠራ ባለቤትነት ተሰጥቷቸዋል። ቡችለር እና ጎምበርግ በ1921 ቤንዚል ሴሉሎስን አመረቱ፣ ካርቦክሲሜቲል ሴሉሎስ ለመጀመሪያ ጊዜ በ1918 በጃንሰን ተመረተ፣ እና ሁበርት በ1920 ሃይድሮክሲኤቲል ሴሉሎስን አመረተ። በ1920ዎቹ መጀመሪያ ላይ ካርቦክሲሜቲል ሴሉሎስ በጀርመን ለገበያ ቀረበ። ከ1937 እስከ 1938፣ የኤምሲ እና የኤችኢሲ የኢንዱስትሪ ምርት በዩናይትድ ስቴትስ ተጀመረ። ስዊድን በውሃ የሚሟሟ EHEC ምርት በ1945 ጀመረች። ከ1945 በኋላ የሴሉሎስ ኤተር ምርት በምዕራብ አውሮፓ፣ በዩናይትድ ስቴትስ እና በጃፓን በፍጥነት ተስፋፍቷል። በ1957 መጨረሻ ላይ የቻይና ሲኤምሲ ለመጀመሪያ ጊዜ በሻንጋይ ሴሉሎይድ ፋብሪካ ውስጥ ምርት ተጀመረ። እ.ኤ.አ. በ2004 የአገሬ የምርት አቅም 30,000 ቶን አዮኒክ ኤተር እና 10,000 ቶን አዮኒክ ኤተር ይሆናል። እ.ኤ.አ. በ2007 100,000 ቶን አዮኒክ ኤተር እና 40,000 ቶን ኖኒዮኒክ ኤተር ይደርሳል። በአገር ውስጥም ሆነ በውጭ አገር የጋራ የቴክኖሎጂ ኩባንያዎችም በየጊዜው እየታዩ ናቸው፣ እና የቻይና ሴሉሎስ ኤተር የማምረት አቅም እና የቴክኒክ ደረጃ በየጊዜው እየተሻሻለ ነው።

በቅርብ ዓመታት ውስጥ፣ የተለያዩ የዲኤስ እሴቶች፣ viscosities፣ ንፅህና እና rheological ባህሪያት ያላቸው ብዙ ሴሉሎስ ሞኖኤተሮች እና የተደባለቁ ኤተሮች በተከታታይ እየተገነቡ ነው። በአሁኑ ጊዜ፣ በሴሉሎስ ኤተርስ መስክ የልማት ትኩረት የላቀ የምርት ቴክኖሎጂን፣ አዲስ የዝግጅት ቴክኖሎጂን፣ አዳዲስ መሳሪያዎችን፣ አዳዲስ ምርቶችን፣ ከፍተኛ ጥራት ያላቸውን ምርቶች እና ስልታዊ ምርቶችን በቴክኒካል መመርመር አለበት።