Modifica dell'eterificazione della cellulosa

01. Introduzione della cellulosa

La cellulosa è un polisaccaride macromolecolare composto da glucosio. È insolubile in acqua e nei solventi organici in generale. È il componente principale della parete cellulare vegetale ed è anche il polisaccaride più diffuso e abbondante in natura.

La cellulosa è la risorsa rinnovabile più abbondante sulla Terra ed è anche il polimero naturale con la maggiore concentrazione. Presenta i vantaggi di essere rinnovabile, completamente biodegradabile e di avere una buona biocompatibilità.

02. Motivi per modificare la cellulosa

Le macromolecole di cellulosa contengono un gran numero di gruppi -OH. A causa dell'effetto dei legami idrogeno, la forza tra le macromolecole è relativamente elevata, il che comporta un'alta entalpia di fusione △H; d'altra parte, le macromolecole di cellulosa presentano una struttura ad anelli, che conferisce maggiore rigidità alla catena molecolare, con conseguente minore variazione di entropia di fusione ΔS. Questi due fattori fanno sì che la temperatura della cellulosa fusa (= △H / △S) aumenti, mentre la temperatura di decomposizione della cellulosa rimanga relativamente bassa. Pertanto, quando la cellulosa viene riscaldata a una certa temperatura, si verifica il fenomeno della decomposizione della cellulosa prima dell'inizio della fusione. Di conseguenza, la lavorazione dei materiali cellulosici non può essere effettuata con il metodo di fusione e successiva formatura.

03. Significato della modificazione della cellulosa

Con il progressivo esaurimento delle risorse fossili e i problemi ambientali sempre più gravi causati dai rifiuti tessili in fibra chimica, lo sviluppo e l'utilizzo di materiali in fibra naturale rinnovabile sono diventati uno dei temi di maggiore interesse. La cellulosa è la risorsa naturale rinnovabile più abbondante in natura. Possiede eccellenti proprietà come buona igroscopicità, antistatica, elevata permeabilità all'aria, buona tingibilità, comfort, facilità di lavorazione tessile e biodegradabilità. Ha caratteristiche incomparabili rispetto alle fibre chimiche.

Le molecole di cellulosa contengono un gran numero di gruppi idrossilici, che tendono a formare facilmente legami idrogeno intramolecolari e intermolecolari, e si decompongono ad alte temperature senza fondere. Tuttavia, la cellulosa possiede una buona reattività e i suoi legami idrogeno possono essere distrutti mediante modificazione chimica o reazione di innesto, il che può abbassare efficacemente il punto di fusione. Come prodotto industriale di vario tipo, trova ampio impiego nell'industria tessile, nella separazione a membrana, nella produzione di materie plastiche, tabacco e rivestimenti.

04. Modifica dell'eterificazione della cellulosa

L'etere di cellulosa è un derivato della cellulosa ottenuto tramite eterificazione. È ampiamente utilizzato grazie alle sue eccellenti proprietà addensanti, emulsionanti, sospendenti, filmogene, colloidali protettive, di ritenzione dell'umidità e adesive. Trova impiego nell'industria alimentare, farmaceutica, cartaria, delle vernici, dei materiali edili, ecc.

L'eterificazione della cellulosa è una serie di derivati ​​prodotti dalla reazione dei gruppi idrossilici presenti sulla catena molecolare della cellulosa con agenti alchilanti in ambiente alcalino. Il consumo dei gruppi idrossilici riduce il numero di legami idrogeno intermolecolari, diminuendo così le forze intermolecolari e migliorando la stabilità termica della cellulosa, le prestazioni di lavorazione dei materiali e, al contempo, il punto di fusione della cellulosa.

Esempi di effetti della modificazione tramite eterificazione su altre funzioni della cellulosa:

Utilizzando cotone raffinato come materia prima di base, i ricercatori hanno impiegato un processo di eterificazione in un'unica fase per preparare un etere complesso di carbossimetilidrossipropilcellulosa con reazione uniforme, elevata viscosità, buona resistenza agli acidi e ai sali, attraverso reazioni di alcalinizzazione ed eterificazione. Grazie al processo di eterificazione in un'unica fase, la carbossimetilidrossipropilcellulosa prodotta presenta una buona resistenza ai sali, agli acidi e una buona solubilità. Modificando le quantità relative di ossido di propilene e acido cloroacetico, è possibile preparare prodotti con diversi contenuti di gruppi carbossimetilici e idrossipropilici. I risultati dei test dimostrano che la carbossimetilidrossipropilcellulosa prodotta con il metodo in un'unica fase ha un ciclo di produzione breve, un basso consumo di solventi e un'eccellente resistenza ai sali monovalenti e bivalenti, nonché una buona resistenza agli acidi.

05. Prospettive di modifica dell'eterificazione della cellulosa

La cellulosa è un'importante materia prima chimica, ricca di risorse, ecologica e rinnovabile. I derivati ​​della cellulosa ottenuti tramite eterificazione presentano prestazioni eccellenti, un'ampia gamma di applicazioni e ottimi risultati, soddisfacendo in larga misura le esigenze dell'economia nazionale e dello sviluppo sociale. Con il continuo progresso tecnologico e la futura commercializzazione, se le materie prime e i metodi di sintesi dei derivati ​​della cellulosa venissero maggiormente industrializzati, si potrebbe ottenere un utilizzo più completo e una gamma più ampia di applicazioni.