సెల్యులోజ్ ఈథర్‌ల నిర్మాణాలు మరియు రకాలు ఏమిటి?

1. సెల్యులోజ్ ఈథర్ యొక్క నిర్మాణం మరియు తయారీ సూత్రం

పటం 1 సెల్యులోజ్ ఈథర్‌ల యొక్క సాధారణ నిర్మాణాన్ని చూపిస్తుంది. ప్రతి bD-అన్‌హైడ్రోగ్లూకోజ్ యూనిట్ (సెల్యులోజ్ యొక్క పునరావృత యూనిట్) C (2), C (3) మరియు C (6) స్థానాలలో ఒక సమూహాన్ని భర్తీ చేస్తుంది, అంటే, మూడు ఈథర్ సమూహాల వరకు ఉండవచ్చు. గొలుసులోని అంతర-గొలుసు మరియు గొలుసుల మధ్య హైడ్రోజన్ బంధాల కారణంగాసెల్యులోజ్ మాక్రోమాలిక్యూల్స్ఇది నీటిలో మరియు దాదాపు అన్ని సేంద్రీయ ద్రావకాలలో కరగడం కష్టం. ఈథరీకరణ ద్వారా ఈథర్ సమూహాలను ప్రవేశపెట్టడం అంతర అణు మరియు బాహ్య అణు హైడ్రోజన్ బంధాలను నాశనం చేస్తుంది, దాని జలప్రియత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది మరియు నీటి మాధ్యమంలో దాని ద్రావణీయతను బాగా మెరుగుపరుస్తుంది.

సాధారణ ఈథరీకరణ ప్రతిక్షేపకాలు తక్కువ అణుభారం గల ఆల్కాక్సీ సమూహాలు (1 నుండి 4 కార్బన్ పరమాణువులు) లేదా హైడ్రాక్సీఆల్కైల్ సమూహాలుగా ఉంటాయి, ఇవి తరువాత కార్బాక్సిల్, హైడ్రాక్సిల్ లేదా అమైనో సమూహాల వంటి ఇతర క్రియాత్మక సమూహాలచే ప్రతిక్షేపించబడవచ్చు. ప్రతిక్షేపకాలు ఒకటి, రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ విభిన్న రకాలుగా ఉండవచ్చు. సెల్యులోజ్ స్థూల అణు శృంఖలం వెంబడి, ప్రతి గ్లూకోజ్ యూనిట్‌లోని C(2), C(3) మరియు C(6) స్థానాలలో ఉన్న హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు వేర్వేరు నిష్పత్తులలో ప్రతిక్షేపించబడతాయి. ఖచ్చితంగా చెప్పాలంటే, ఒకే రకమైన సమూహంతో పూర్తిగా ప్రతిక్షేపించబడిన ఉత్పత్తులు (మూడు హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు ప్రతిక్షేపించబడటం) మినహా, సెల్యులోజ్ ఈథర్‌కు సాధారణంగా ఒక నిర్దిష్ట రసాయన నిర్మాణం ఉండదు. ఈ ఉత్పత్తులను ప్రయోగశాల విశ్లేషణ మరియు పరిశోధన కోసం మాత్రమే ఉపయోగించవచ్చు మరియు వీటికి ఎటువంటి వాణిజ్య విలువ ఉండదు.

(ఎ) సెల్యులోజ్ ఈథర్ అణు శ్రేణిలోని రెండు అన్‌హైడ్రోగ్లూకోజ్ యూనిట్ల సాధారణ నిర్మాణం, R1~R6=H, లేదా ఒక సేంద్రీయ ప్రతిక్షేపకం;

(బి) కార్బాక్సిమిథైల్ యొక్క అణు గొలుసు భాగంహైడ్రాక్సీఇథైల్ సెల్యులోజ్కార్బాక్సిమిథైల్ యొక్క ప్రతిక్షేపణ స్థాయి 0.5, హైడ్రాక్సీఇథైల్ యొక్క ప్రతిక్షేపణ స్థాయి 2.0, మరియు మోలార్ యొక్క ప్రతిక్షేపణ స్థాయి 3.0. ఈ నిర్మాణం ఈథరీకరించబడిన సమూహాల సగటు ప్రతిక్షేపణ స్థాయిని సూచిస్తుంది, కానీ ప్రతిక్షేపకాలు వాస్తవానికి యాదృచ్ఛికంగా ఉంటాయి.

ప్రతి ప్రతిక్షేపకానికి, మొత్తం ఈథరీకరణ పరిమాణాన్ని ప్రతిక్షేపణ స్థాయి DS విలువ ద్వారా వ్యక్తపరుస్తారు. DS పరిధి 0~3, ఇది ప్రతి అన్‌హైడ్రోగ్లూకోజ్ యూనిట్‌పై ఈథరీకరణ సమూహాలచే భర్తీ చేయబడిన హైడ్రాక్సిల్ సమూహాల సగటు సంఖ్యకు సమానం.

హైడ్రాక్సీఆల్కైల్ సెల్యులోజ్ ఈథర్‌ల విషయంలో, ప్రతిక్షేపణ చర్య కొత్త స్వేచ్ఛా హైడ్రాక్సిల్ సమూహాల నుండి ఈథరీకరణను ప్రారంభిస్తుంది, మరియు ప్రతిక్షేపణ స్థాయిని MS విలువ ద్వారా, అంటే మోలార్ ప్రతిక్షేపణ స్థాయి ద్వారా పరిమాణీకరించవచ్చు. ఇది ప్రతి అన్‌హైడ్రోగ్లూకోజ్ యూనిట్‌కు జోడించబడిన ఈథరీకరణ కారక క్రియాజనకం యొక్క సగటు మోల్‌ల సంఖ్యను సూచిస్తుంది. ఒక సాధారణ క్రియాజనకం ఇథిలీన్ ఆక్సైడ్ మరియు ఉత్పన్నం ఒక హైడ్రాక్సీఇథైల్ ప్రతిక్షేపకాన్ని కలిగి ఉంటుంది. పటం 1లో, ఉత్పన్నం యొక్క MS విలువ 3.0.

సైద్ధాంతికంగా, MS విలువకు ఎగువ పరిమితి లేదు. ప్రతి గ్లూకోజ్ రింగ్ సమూహంపై ప్రతిక్షేపణ స్థాయి యొక్క DS విలువ తెలిస్తే, ఈథర్ సైడ్ చైన్ యొక్క సగటు గొలుసు పొడవును లెక్కించవచ్చు. కొంతమంది తయారీదారులు DS మరియు MS విలువల బదులుగా, ప్రతిక్షేపణ స్థాయి మరియు డిగ్రీని సూచించడానికి వివిధ ఈథరిఫికేషన్ సమూహాల (ఉదాహరణకు -OCH3 లేదా -OC2H4OH) ద్రవ్యరాశి భిన్నాన్ని (wt%) కూడా తరచుగా ఉపయోగిస్తారు. ప్రతి సమూహం యొక్క ద్రవ్యరాశి భిన్నం మరియు దాని DS లేదా MS విలువను సాధారణ గణన ద్వారా మార్చుకోవచ్చు.

చాలా సెల్యులోజ్ ఈథర్‌లు నీటిలో కరిగే పాలిమర్‌లు, మరియు కొన్ని సేంద్రీయ ద్రావకాలలో కూడా పాక్షికంగా కరుగుతాయి. సెల్యులోజ్ ఈథర్ అధిక సామర్థ్యం, ​​తక్కువ ధర, సులభమైన తయారీ విధానం, తక్కువ విషపూరితత్వం మరియు విస్తృత వైవిధ్యం వంటి లక్షణాలను కలిగి ఉంది, మరియు దీనికి గల డిమాండ్ మరియు వినియోగ రంగాలు ఇంకా విస్తరిస్తూనే ఉన్నాయి. ఒక సహాయక కారకంగా, సెల్యులోజ్ ఈథర్‌కు పరిశ్రమలోని వివిధ రంగాలలో గొప్ప వినియోగ సామర్థ్యం ఉంది. దీనిని MS/DS ద్వారా పొందవచ్చు.

ప్రతిక్షేపకాల రసాయన నిర్మాణం ప్రకారం సెల్యులోజ్ ఈథర్‌లను ఆనయానిక్, కాటయానిక్ మరియు నాన్-అయానిక్ ఈథర్‌లుగా వర్గీకరిస్తారు. నాన్-అయానిక్ ఈథర్‌లను నీటిలో కరిగే మరియు నూనెలో కరిగే ఉత్పత్తులుగా విభజించవచ్చు.

పారిశ్రామికీకరించబడిన ఉత్పత్తులు పట్టిక 1 యొక్క పై భాగంలో జాబితా చేయబడ్డాయి. పట్టిక 1 యొక్క దిగువ భాగంలో, ఇంకా ముఖ్యమైన వాణిజ్య ఉత్పత్తులుగా మారని కొన్ని తెలిసిన ఈథరిఫికేషన్ సమూహాలు జాబితా చేయబడ్డాయి.

మిశ్రమ ఈథర్ ప్రతిక్షేపకాల సంక్షిప్తీకరణ క్రమాన్ని వాటి అక్షర క్రమం ప్రకారం లేదా సంబంధిత DS (MS) స్థాయి ప్రకారం పేర్కొనవచ్చు, ఉదాహరణకు, 2-హైడ్రాక్సీఇథైల్ మిథైల్సెల్యులోజ్ యొక్క సంక్షిప్తీకరణ HEMC, మరియు మిథైల్ ప్రతిక్షేపకాన్ని హైలైట్ చేయడానికి దీనిని MHEC అని కూడా వ్రాయవచ్చు.

సెల్యులోజ్‌పై ఉన్న హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు ఈథరీకరణ కారకాలకు సులభంగా అందుబాటులో ఉండవు, మరియు ఈథరీకరణ ప్రక్రియ సాధారణంగా క్షార పరిస్థితులలో, ఒక నిర్దిష్ట గాఢత గల NaOH జల ద్రావణాన్ని ఉపయోగించి నిర్వహించబడుతుంది. సెల్యులోజ్ మొదట NaOH జల ద్రావణంతో ఉబ్బిన క్షార సెల్యులోజ్‌గా ఏర్పడుతుంది, ఆపై ఈథరీకరణ కారకంతో ఈథరీకరణ చర్యకు గురవుతుంది. మిశ్రమ ఈథర్‌ల ఉత్పత్తి మరియు తయారీ సమయంలో, వివిధ రకాల ఈథరీకరణ కారకాలను ఒకే సమయంలో ఉపయోగించాలి, లేదా (అవసరమైతే) మధ్యంతర ఫీడింగ్ ద్వారా ఈథరీకరణను దశలవారీగా నిర్వహించాలి. సెల్యులోజ్ యొక్క ఈథరీకరణలో నాలుగు రకాల చర్యలు ఉన్నాయి, వాటిని (సెల్యులోసిక్ స్థానంలో Cell-OH) క్రింది విధంగా చర్య సూత్రం ద్వారా సంగ్రహించవచ్చు:

సమీకరణం (1) విలియమ్సన్ ఈథరిఫికేషన్ చర్యను వివరిస్తుంది. RX అనేది ఒక అకర్బన ఆమ్ల ఎస్టర్, మరియు X అనేది హాలోజన్ Br, Cl లేదా సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్ల ఎస్టర్. క్లోరైడ్ R-Cl సాధారణంగా పరిశ్రమలో ఉపయోగించబడుతుంది, ఉదాహరణకు, మిథైల్ క్లోరైడ్, ఇథైల్ క్లోరైడ్ లేదా క్లోరోఎసిటిక్ ఆమ్లం. ఇటువంటి చర్యలలో స్టోయికియోమెట్రిక్ పరిమాణంలో క్షారం వినియోగించబడుతుంది. పారిశ్రామికంగా ఉత్పత్తి చేయబడిన సెల్యులోజ్ ఈథర్ ఉత్పత్తులైన మిథైల్ సెల్యులోజ్, ఇథైల్ సెల్యులోజ్ మరియు కార్బాక్సిమిథైల్ సెల్యులోజ్ అనేవి విలియమ్సన్ ఈథరిఫికేషన్ చర్య యొక్క ఉత్పత్తులు.

చర్య సూత్రం (2) అనేది క్షారాన్ని వినియోగించకుండా, క్షార-ఉత్ప్రేరక ఎపాక్సైడ్‌లు (R=H, CH3, లేదా C2H5 వంటివి) మరియు సెల్యులోజ్ అణువులపై ఉన్న హైడ్రాక్సిల్ సమూహాల మధ్య జరిగే సంకలన చర్య. ఈ చర్య సమయంలో కొత్త హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు ఏర్పడటం వలన, ఈ చర్య కొనసాగే అవకాశం ఉంది, ఇది ఒలిగోఆల్కైల్ ఇథిలీన్ ఆక్సైడ్ సైడ్ చైన్‌ల ఏర్పాటుకు దారితీస్తుంది: 1-అజిరిడిన్ (అజిరిడిన్)తో ఇలాంటి చర్య అమైనోఇథైల్ ఈథర్‌ను ఏర్పరుస్తుంది: Cell-O-CH2-CH2-NH2. హైడ్రాక్సీఇథైల్ సెల్యులోజ్, హైడ్రాక్సీప్రొపైల్ సెల్యులోజ్ మరియు హైడ్రాక్సీబ్యూటైల్ సెల్యులోజ్ వంటి ఉత్పత్తులన్నీ క్షార-ఉత్ప్రేరక ఎపాక్సీకరణ యొక్క ఉత్పత్తులు.

క్షార మాధ్యమంలో Cell-OH మరియు క్రియాశీల ద్విబంధాలు కలిగిన సేంద్రీయ సమ్మేళనాల మధ్య జరిగే చర్యను చర్య సూత్రం (3) అంటారు, ఇక్కడ Y అనేది CN, CONH2, లేదా SO3-Na+ వంటి ఎలక్ట్రాన్-ఉపసంహరణ సమూహం. నేడు ఈ రకమైన చర్యను పారిశ్రామికంగా అరుదుగా ఉపయోగిస్తున్నారు.

చర్య సూత్రం (4), డయాజోఆల్కేన్‌తో ఈథరీకరణ ఇంకా పారిశ్రామికీకరించబడలేదు.

1. సెల్యులోజ్ ఈథర్ల రకాలు

సెల్యులోజ్ ఈథర్ మోనోఈథర్ లేదా మిశ్రమ ఈథర్‌గా ఉంటుంది మరియు దాని ధర్మాలు విభిన్నంగా ఉంటాయి. సెల్యులోజ్ మాక్రోమాలిక్యూల్‌పై హైడ్రాక్సీఇథైల్ గ్రూపుల వంటి తక్కువ ప్రతిక్షేపణ కలిగిన హైడ్రోఫిలిక్ గ్రూపులు ఉంటాయి, ఇవి ఉత్పత్తికి ఒక నిర్దిష్ట స్థాయి నీటిలో కరిగే గుణాన్ని అందిస్తాయి. అయితే, మిథైల్, ఇథైల్ మొదలైన హైడ్రోఫోబిక్ గ్రూపుల విషయంలో, అధిక స్థాయి నుండి మధ్యస్థ ప్రతిక్షేపణ మాత్రమే ఉత్పత్తికి కొంత నీటిలో కరిగే గుణాన్ని ఇస్తుంది. తక్కువ ప్రతిక్షేపణ కలిగిన ఉత్పత్తి నీటిలో కేవలం ఉబ్బుతుంది లేదా విలీన క్షార ద్రావణంలో కరుగుతుంది. సెల్యులోజ్ ఈథర్‌ల ధర్మాలపై లోతైన పరిశోధనతో, కొత్త సెల్యులోజ్ ఈథర్‌లు మరియు వాటి అనువర్తన రంగాలు నిరంతరం అభివృద్ధి చేయబడి, ఉత్పత్తి చేయబడతాయి. విస్తృతమైన మరియు నిరంతరం మెరుగుపరచబడుతున్న అనువర్తన మార్కెట్ దీనికి అతిపెద్ద చోదక శక్తి.

మిశ్రమ ఈథర్‌లలోని సమూహాల ప్రభావం ద్రావణీయత లక్షణాలపై చూపే సాధారణ నియమం:

1) ఈథర్ యొక్క జలవికర్షణను పెంచడానికి మరియు జెల్ పాయింట్‌ను తగ్గించడానికి ఉత్పత్తిలో జలవికర్షణ సమూహాల కంటెంట్‌ను పెంచండి;

2) దాని జెల్ పాయింట్‌ను పెంచడానికి హైడ్రోఫిలిక్ సమూహాల (హైడ్రాక్సీఇథైల్ సమూహాల వంటివి) కంటెంట్‌ను పెంచండి;

3) హైడ్రాక్సీప్రొపైల్ సమూహం ప్రత్యేకమైనది, మరియు సరైన హైడ్రాక్సీప్రొపైలేషన్ ఉత్పత్తి యొక్క జెల్ ఉష్ణోగ్రతను తగ్గిస్తుంది, మరియు మధ్యస్థంగా హైడ్రాక్సీప్రొపైలేట్ చేయబడిన ఉత్పత్తి యొక్క జెల్ ఉష్ణోగ్రత మళ్ళీ పెరుగుతుంది, కానీ అధిక స్థాయిలో ప్రతిక్షేపణ దాని జెల్ బిందువును తగ్గిస్తుంది; దీనికి కారణం హైడ్రాక్సీప్రొపైల్ సమూహం యొక్క ప్రత్యేకమైన కార్బన్ గొలుసు పొడవు నిర్మాణం, తక్కువ-స్థాయి హైడ్రాక్సీప్రొపైలేషన్, సెల్యులోజ్ మాక్రోమాలిక్యూల్‌లోని అణువులలో మరియు వాటి మధ్య బలహీనపడిన హైడ్రోజన్ బంధాలు, మరియు శాఖా గొలుసులపై జలప్రియ హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు ఉండటం. నీరు ప్రబలంగా ఉంటుంది. మరోవైపు, ప్రతిక్షేపణ ఎక్కువగా ఉంటే, సైడ్ గ్రూప్‌పై పాలిమరైజేషన్ జరుగుతుంది, హైడ్రాక్సిల్ సమూహం యొక్క సాపేక్ష పరిమాణం తగ్గుతుంది, జలవిరోధకత పెరుగుతుంది, మరియు దానికి బదులుగా ద్రావణీయత తగ్గుతుంది.

ఉత్పత్తి మరియు పరిశోధనసెల్యులోజ్ ఈథర్దీనికి సుదీర్ఘ చరిత్ర ఉంది. 1905లో, డైమిథైల్ సల్ఫేట్‌తో మిథైలేషన్ చేయబడిన సెల్యులోజ్ యొక్క ఈథరిఫికేషన్‌ను సుయిడా మొదటిసారిగా నివేదించారు. నీటిలో కరిగే లేదా నూనెలో కరిగే సెల్యులోజ్ ఈథర్‌ల కోసం వరుసగా లిలియన్‌ఫెల్డ్ (1912), డ్రేఫస్ (1914) మరియు లూక్స్ (1920) నాన్-అయానిక్ ఆల్కైల్ ఈథర్‌లకు పేటెంట్ పొందారు. 1921లో బుచ్లర్ మరియు గోంబెర్గ్ బెంజైల్ సెల్యులోజ్‌ను ఉత్పత్తి చేశారు, 1918లో జాన్సెన్ మొదటిసారిగా కార్బాక్సీమిథైల్ సెల్యులోజ్‌ను ఉత్పత్తి చేశారు, మరియు 1920లో హుబెర్ట్ హైడ్రాక్సీఇథైల్ సెల్యులోజ్‌ను ఉత్పత్తి చేశారు. 1920ల ప్రారంభంలో, జర్మనీలో కార్బాక్సీమిథైల్ సెల్యులోజ్ వాణిజ్యపరంగా అందుబాటులోకి వచ్చింది. 1937 నుండి 1938 వరకు, యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లో MC మరియు HECల పారిశ్రామిక ఉత్పత్తి సాధ్యమైంది. 1945లో స్వీడన్ నీటిలో కరిగే EHEC ఉత్పత్తిని ప్రారంభించింది. 1945 తర్వాత, పశ్చిమ ఐరోపా, యునైటెడ్ స్టేట్స్ మరియు జపాన్‌లలో సెల్యులోజ్ ఈథర్ ఉత్పత్తి వేగంగా విస్తరించింది. 1957 సంవత్సరం చివరలో, షాంఘై సెల్యులాయిడ్ ఫ్యాక్టరీలో చైనా CMC మొదటిసారిగా ఉత్పత్తిలోకి వచ్చింది. 2004 నాటికి, మన దేశ ఉత్పత్తి సామర్థ్యం 30,000 టన్నుల అయానిక్ ఈథర్ మరియు 10,000 టన్నుల నాన్-అయానిక్ ఈథర్‌కు చేరుకుంది. 2007 నాటికి, ఇది 100,000 టన్నుల అయానిక్ ఈథర్ మరియు 40,000 టన్నుల నాన్-అయానిక్ ఈథర్‌కు చేరుకుంటుంది. స్వదేశీ, విదేశీ ఉమ్మడి సాంకేతిక కంపెనీలు కూడా నిరంతరం పుట్టుకొస్తున్నాయి, మరియు చైనా యొక్క సెల్యులోజ్ ఈథర్ ఉత్పత్తి సామర్థ్యం, ​​సాంకేతిక స్థాయి నిరంతరం మెరుగుపడుతున్నాయి.

ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, విభిన్న DS విలువలు, స్నిగ్ధతలు, స్వచ్ఛత మరియు రియోలాజికల్ లక్షణాలతో కూడిన అనేక సెల్యులోజ్ మోనోఈథర్‌లు మరియు మిశ్రమ ఈథర్‌లు నిరంతరం అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. ప్రస్తుతం, సెల్యులోజ్ ఈథర్‌ల రంగంలో అభివృద్ధిపై దృష్టి సారించి, అధునాతన ఉత్పత్తి సాంకేతికత, నూతన తయారీ సాంకేతికత, నూతన పరికరాలు, నూతన ఉత్పత్తులు, అధిక-నాణ్యత ఉత్పత్తులు మరియు క్రమబద్ధమైన ఉత్పత్తులను సాంకేతికంగా పరిశోధించి అభివృద్ధి చేయాలి.