Модификация целлюлозы путем этерификации

01. Введение целлюлозы

Целлюлоза — это макромолекулярный полисахарид, состоящий из глюкозы. Нерастворима в воде и обычных органических растворителях. Является основным компонентом клеточной стенки растений, а также наиболее распространенным и многочисленным полисахаридом в природе.

Целлюлоза — самый распространенный возобновляемый ресурс на Земле, а также природный полимер с наибольшим накоплением. Она обладает такими преимуществами, как возобновляемость, полная биоразлагаемость и хорошая биосовместимость.

02. Причины модификации целлюлозы

Макромолекулы целлюлозы содержат большое количество -OH групп. Благодаря эффекту водородных связей, сила взаимодействия между макромолекулами относительно велика, что приводит к большой энтальпии плавления △H; с другой стороны, в макромолекулах целлюлозы присутствуют кольца. Подобно структуре, жесткость молекулярной цепи выше, что приводит к меньшему изменению энтропии плавления ΔS. Эти две причины приводят к тому, что температура расплавленной целлюлозы (= △H / △S) становится выше, а температура разложения целлюлозы относительно низка. Поэтому при нагревании целлюлозы до определенной температуры появляются волокна, поскольку целлюлоза разлагается до начала плавления, следовательно, при обработке целлюлозных материалов нельзя использовать метод сначала плавления, а затем формования.

03. Значение модификации целлюлозы

В условиях постепенного истощения ископаемых ресурсов и все более серьезных экологических проблем, вызванных отходами текстильных изделий из химических волокон, разработка и использование натуральных возобновляемых волокон стали одним из наиболее актуальных направлений. Целлюлоза — наиболее распространенный возобновляемый природный ресурс в природе. Она обладает превосходными свойствами, такими как хорошая гигроскопичность, антистатичность, высокая воздухопроницаемость, хорошая способность к окрашиванию, комфорт при ношении, простота обработки текстиля и биоразлагаемость. Ее характеристики несравнимы с химическими волокнами.

Молекулы целлюлозы содержат большое количество гидроксильных групп, которые легко образуют внутримолекулярные и межмолекулярные водородные связи и разлагаются при высоких температурах без плавления. Однако целлюлоза обладает высокой реакционной способностью, и её водородные связи могут быть разрушены химической модификацией или реакцией прививки, что позволяет эффективно снизить температуру плавления. В качестве разнообразного промышленного продукта она широко используется в текстильной промышленности, мембранной сепарации, производстве пластмасс, табачной продукции и покрытий.

04. Модификация целлюлозы путем этерификации

Эфир целлюлозы — это производное целлюлозы, получаемое путем модификации целлюлозы в процессе этерификации. Он широко используется благодаря своим превосходным загущающим, эмульгирующим, суспензионным, пленкообразующим, защитным коллоидным, влагоудерживающим и адгезионным свойствам. Применяется в пищевой, медицинской, бумажной, лакокрасочной, строительной и других отраслях.

Этерификация целлюлозы — это ряд производных, образующихся в результате реакции гидроксильных групп в молекулярной цепи целлюлозы с алкилирующими агентами в щелочных условиях. Потребление гидроксильных групп уменьшает количество межмолекулярных водородных связей, снижая межмолекулярные силы, тем самым повышая термическую стабильность целлюлозы, улучшая технологические свойства материалов и одновременно снижая температуру плавления целлюлозы.

Примеры влияния модификации в результате этерификации на другие функции целлюлозы:

Используя очищенный хлопок в качестве основного сырья, исследователи применили одностадийный процесс этерификации для получения комплексного эфира карбоксиметилгидроксипропилцеллюлозы с равномерной реакцией, высокой вязкостью, хорошей кислото- и солестойкостью посредством реакций подщелачивания и этерификации. Полученная карбоксиметилгидроксипропилцеллюлоза, полученная в результате одностадийного процесса этерификации, обладает хорошей солестойкостью, кислотостойкостью и растворимостью. Изменяя относительное количество оксида пропилена и хлоруксусной кислоты, можно получать продукты с различным содержанием карбоксиметильных и гидроксипропильных групп. Результаты испытаний показывают, что карбоксиметилгидроксипропилцеллюлоза, полученная одностадийным методом, имеет короткий производственный цикл, низкое потребление растворителей, а также обладает превосходной устойчивостью к одновалентным и двухвалентным солям и хорошей кислотостойкостью.

05. Перспективы модификации целлюлозы путем этерификации

Целлюлоза — важный химический и сырьевой материал, обладающий богатыми ресурсами, экологически чистый и возобновляемый. Производные целлюлозы, полученные путем этерификации, обладают превосходными характеристиками, широким спектром применения и отличными эксплуатационными свойствами, в значительной степени удовлетворяя потребности национальной экономики. В условиях непрерывного технологического прогресса и коммерциализации в будущем, если синтетические сырьевые материалы и методы синтеза производных целлюлозы будут более широко распространены и получат более широкий спектр применения, это улучшит их использование и расширит область применения.