โครงสร้างของเซลลูโลสอีเทอร์

โครงสร้างทั่วไปของสองเซลลูโลสอีเทอร์ดังแสดงในรูปที่ 1.1 และ 1.2 องุ่น β-D ที่ผ่านการกำจัดน้ำแต่ละลูกประกอบด้วยโมเลกุลเซลลูโลสหนึ่งโมเลกุล

หน่วยน้ำตาล (หน่วยซ้ำของเซลลูโลส) ถูกแทนที่ด้วยหมู่เอเทอร์หนึ่งหมู่ที่ตำแหน่ง C(2), C(3) และ C(6) กล่าวคือ มากถึงสามหมู่

หมู่เอเทอร์ เนื่องจากมีหมู่ไฮดรอกซิล โมเลกุลขนาดใหญ่ของเซลลูโลสจึงมีพันธะไฮโดรเจนทั้งภายในโมเลกุลและระหว่างโมเลกุล ซึ่งทำให้ละลายในน้ำได้ยาก

และละลายได้ยากในตัวทำละลายอินทรีย์เกือบทุกชนิด อย่างไรก็ตาม หลังจากทำการอีเทอร์ริฟิเคชันของเซลลูโลสแล้ว หมู่เอเทอร์จะถูกนำเข้าไปในสายโซ่โมเลกุล

ด้วยวิธีนี้ พันธะไฮโดรเจนภายในและระหว่างโมเลกุลของเซลลูโลสจะถูกทำลาย และคุณสมบัติในการดูดซับน้ำก็จะดีขึ้น ทำให้ความสามารถในการละลายดีขึ้นด้วย

ปรับปรุงอย่างมาก ในจำนวนนั้น รูปที่ 1.1 แสดงโครงสร้างทั่วไปของหน่วยแอนไฮโดรกลูโคสสองหน่วยของสายโซ่โมเลกุลอีเทอร์เซลลูโลส R1-R6=H

หรือสารทดแทนอินทรีย์ 1.2 เป็นส่วนหนึ่งของสายโซ่โมเลกุลของคาร์บอกซีเมทิลไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส โดยมีระดับการแทนที่ของคาร์บอกซีเมทิลเป็น 0.5,4

ระดับการแทนที่ของไฮดรอกซีเอทิลคือ 2.0 และระดับการแทนที่เชิงโมลคือ 3.0

สำหรับสารทดแทนแต่ละชนิดของเซลลูโลส ปริมาณรวมของการเกิดอีเทอร์สามารถแสดงได้ในรูปของระดับการแทนที่ (DS) ที่ทำจากเส้นใย

จากโครงสร้างของโมเลกุลหลัก จะเห็นได้ว่าระดับการแทนที่อยู่ในช่วง 0-3 นั่นคือ วงแหวนหน่วยแอนไฮโดรกลูโคสแต่ละวงของเซลลูโลส

จำนวนเฉลี่ยของหมู่ไฮดรอกซิลที่ถูกแทนที่ด้วยหมู่อีเทอร์ริไฟเออร์ของสารอีเทอร์ริไฟเออร์ เนื่องจากหมู่ไฮดรอกซีอัลคิลของเซลลูโลส การแทนที่ของมัน

กระบวนการสร้างอีเทอร์ควรเริ่มต้นใหม่จากหมู่ไฮดรอกซิลอิสระใหม่ ดังนั้น ระดับการแทนที่ของอีเทอร์เซลลูโลสชนิดนี้จึงสามารถแสดงได้ในหน่วยโมล

ระดับการแทนที่ (MS) หรือที่เรียกว่าระดับการแทนที่โมลาร์ บ่งบอกถึงปริมาณของสารอีเทอร์ริฟายที่เติมลงในแต่ละหน่วยแอนไฮโดรกลูโคสของเซลลูโลส

มวลเฉลี่ยของสารตั้งต้น

1. โครงสร้างทั่วไปของหน่วยกลูโคส

2. ชิ้นส่วนของโซ่โมเลกุลเซลลูโลสอีเทอร์

1.2.2 การจำแนกประเภทของเซลลูโลสอีเทอร์

ไม่ว่าเซลลูโลสอีเทอร์จะเป็นอีเทอร์เดี่ยวหรืออีเทอร์ผสม คุณสมบัติของพวกมันก็แตกต่างกันออกไปบ้าง โมเลกุลขนาดใหญ่ของเซลลูโลส

หากหมู่ไฮดรอกซิลของวงแหวนหน่วยถูกแทนที่ด้วยหมู่ที่ชอบน้ำ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีระดับการแทนที่ที่ต่ำกว่าภายใต้เงื่อนไขของระดับการแทนที่ที่ต่ำกว่า

สารนี้มีความสามารถในการละลายในน้ำได้ในระดับหนึ่ง และหากถูกแทนที่ด้วยหมู่ที่ไม่ชอบน้ำ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีระดับการแทนที่ในระดับหนึ่งเท่านั้น โดยขึ้นอยู่กับว่าระดับการแทนที่นั้นอยู่ในระดับปานกลาง

ผลิตภัณฑ์อีเทอร์ริฟิเคชันของเซลลูโลสที่ละลายน้ำได้และมีการแทนที่น้อยกว่า จะบวมตัวได้เฉพาะในน้ำ หรือละลายได้ในสารละลายด่างที่มีความเข้มข้นต่ำเท่านั้น

กลาง.

ตามชนิดของหมู่แทนที่ เซลลูโลสอีเทอร์สามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภท ได้แก่ หมู่แอลคิล เช่น เมทิลเซลลูโลส และเอทิลเซลลูโลส

ไฮดรอกซีอัลคิล เช่น ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส ไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลส และอื่นๆ เช่น คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส เป็นต้น หากเกิดการแตกตัวเป็นไอออน

การจำแนกประเภท เซลลูโลสอีเทอร์สามารถแบ่งออกได้เป็น: แบบไอออนิก เช่น คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส; แบบไม่มีไอออนิก เช่น ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส; และแบบผสม

ประเภท เช่น ไฮดรอกซีเอทิลคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส ตามการจำแนกประเภทตามความสามารถในการละลาย เซลลูโลสสามารถแบ่งออกได้เป็น: เซลลูโลสที่ละลายน้ำได้ เช่น คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส; สารที่ไม่ละลายน้ำ เช่น เมทิลเซลลูโลส เป็นต้น

1.2.3 คุณสมบัติและการประยุกต์ใช้ของเซลลูโลสอีเทอร์

เซลลูโลสอีเทอร์เป็นผลิตภัณฑ์ชนิดหนึ่งที่ได้จากการดัดแปลงเซลลูโลสด้วยกระบวนการอีเทอร์ริฟิเคชัน และเซลลูโลสอีเทอร์มีคุณสมบัติที่สำคัญหลายประการ เช่น

มีคุณสมบัติในการสร้างฟิล์มที่ดี และเมื่อใช้เป็นกาวสำหรับงานพิมพ์ ก็มีคุณสมบัติในการละลายน้ำได้ดี มีคุณสมบัติในการเพิ่มความหนืด กักเก็บน้ำ และมีความเสถียร

5

อีเทอร์ธรรมดาไม่มีกลิ่น ไม่เป็นพิษ และเข้ากันได้ดีกับสิ่งมีชีวิต ในบรรดาสารเหล่านี้ คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) มีคุณสมบัติเป็น “โมโนโซเดียมกลูตาเมตทางอุตสาหกรรม”

ชื่อเล่น.

1.2.3.1 การสร้างฟิล์ม

ระดับการเกิดอีเทอร์ของเซลลูโลสอีเทอร์มีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติการขึ้นรูปฟิล์ม เช่น ความสามารถในการขึ้นรูปฟิล์มและความแข็งแรงในการยึดเกาะ เซลลูโลสอีเทอร์

เนื่องจากมีคุณสมบัติทางกลที่ดีและเข้ากันได้ดีกับเรซินหลายชนิด จึงสามารถนำไปใช้ในฟิล์มพลาสติก กาว และวัสดุอื่นๆ ได้

การเตรียมวัสดุ

1.2.3.2 ความสามารถในการละลาย

เนื่องจากมีหมู่ไฮดรอกซิลจำนวนมากบนวงแหวนของหน่วยกลูโคสที่มีออกซิเจนเป็นองค์ประกอบ เซลลูโลสอีเทอร์จึงละลายน้ำได้ดีกว่า

ขึ้นอยู่กับหมู่แทนที่อีเทอร์ของเซลลูโลสและระดับของการแทนที่ ความสามารถในการเลือกจับกับตัวทำละลายอินทรีย์ก็จะแตกต่างกันไปด้วย

1.2.3.3 การทำให้ข้น

เซลลูโลสอีเทอร์ละลายในสารละลายในน้ำในรูปของคอลลอยด์ โดยที่ระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันของเซลลูโลสอีเทอร์จะเป็นตัวกำหนดเซลลูโลส

ความหนืดของสารละลายอีเทอร์ แตกต่างจากของเหลวแบบนิวตัน ความหนืดของสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์จะเปลี่ยนแปลงไปตามแรงเฉือน และ

เนื่องจากโครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่เหล่านี้ ความหนืดของสารละลายจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อปริมาณของแข็งของเซลลูโลสอีเทอร์เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ความหนืดของสารละลายนั้น

ความหนืดจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น [33]

1.2.3.4 ความสามารถในการย่อยสลาย

สารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ที่ละลายในน้ำเป็นระยะเวลานานจะทำให้แบคทีเรียเจริญเติบโต ก่อให้เกิดเอนไซม์จากแบคทีเรีย และทำลายเฟสของเซลลูโลสอีเทอร์ไป

หน่วยกลูโคสที่อยู่ติดกันซึ่งไม่มีหมู่แทนที่ จะเกิดพันธะ ทำให้มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของโมเลกุลขนาดใหญ่ลดลง ดังนั้น เซลลูโลสอีเทอร์จึงมีคุณสมบัติดังกล่าว

การรักษาสภาพของสารละลายในน้ำจำเป็นต้องเติมสารกันบูดในปริมาณที่กำหนด

นอกจากนี้ เซลลูโลสอีเทอร์ยังมีคุณสมบัติพิเศษอื่นๆ อีกมากมาย เช่น คุณสมบัติในการลดแรงตึงผิว คุณสมบัติทางไอออนิก ความเสถียรของโฟม และคุณสมบัติในการเป็นสารเติมแต่ง

การเกิดเจล เนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้ เซลลูโลสอีเทอร์จึงถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ การผลิตกระดาษ ผงซักฟอกสังเคราะห์ เครื่องสำอาง อาหาร ยา และอื่นๆ

มีการนำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขา

1.3 บทนำเกี่ยวกับวัตถุดิบจากพืช

จากภาพรวมของหัวข้อ 1.2 เซลลูโลสอีเทอร์ จะเห็นได้ว่าวัตถุดิบหลักในการเตรียมเซลลูโลสอีเทอร์คือเซลลูโลสจากฝ้าย ซึ่งเป็นหนึ่งในเนื้อหาของหัวข้อนี้

เป็นการนำเซลลูโลสที่สกัดจากวัตถุดิบจากพืชมาใช้แทนเซลลูโลสจากฝ้ายเพื่อเตรียมเซลลูโลสอีเทอร์ ต่อไปนี้เป็นข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับพืชชนิดนี้

วัสดุ.

เนื่องจากทรัพยากรทั่วไป เช่น น้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ กำลังลดน้อยลง การพัฒนาผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่ใช้ประโยชน์จากทรัพยากรเหล่านี้ เช่น เส้นใยสังเคราะห์และฟิล์มใยสังเคราะห์ ก็จะถูกจำกัดมากขึ้นเรื่อยๆ ประกอบกับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของสังคมและประเทศต่างๆ ทั่วโลก (โดยเฉพาะ...)

(ประเทศที่พัฒนาแล้ว) ให้ความสำคัญอย่างยิ่งต่อปัญหามลภาวะทางสิ่งแวดล้อม เซลลูโลสธรรมชาติสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

มันจะค่อยๆ กลายเป็นแหล่งวัตถุดิบเส้นใยหลักในที่สุด