คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส เซลลูโลสอัลคิลอีเทอร์ และเซลลูโลสไฮดรอกซีอัลคิลอีเทอร์ มีคุณสมบัติอย่างไรบ้าง?

คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส:

ไอออนิกเซลลูโลสอีเทอร์ผลิตจากเส้นใยธรรมชาติ (เช่น ฝ้าย) หลังจากผ่านการบำบัดด้วยด่าง โดยใช้โซเดียมโมโนคลอโรอะซิเตตเป็นสารทำให้เกิดอีเทอร์ และผ่านกระบวนการทำปฏิกิริยาหลายขั้นตอน โดยทั่วไประดับการแทนที่อยู่ที่ 0.4 ถึง 1.4 และประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์จะได้รับผลกระทบอย่างมากจากระดับการแทนที่นี้

(1) คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสดูดซับความชื้นได้ดีกว่า และจะมีน้ำมากกว่าเมื่อเก็บรักษาภายใต้สภาวะทั่วไป

(2) สารละลายคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสในน้ำไม่ก่อให้เกิดเจล และความหนืดจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิเกิน 50°C ความหนืดจะกลับคืนไม่ได้

(3) ความเสถียรของมันได้รับผลกระทบอย่างมากจากค่า pH โดยทั่วไปแล้ว สามารถใช้ในปูนฉาบยิปซัมได้ แต่ไม่สามารถใช้ในปูนฉาบซีเมนต์ได้ เมื่อมีค่าความเป็นด่างสูง มันจะสูญเสียความหนืด

(4) การกักเก็บน้ำของมันต่ำกว่าเมทิลเซลลูโลสมาก มีผลทำให้ปูนฉาบยิปซัมแข็งตัวและลดความแข็งแรงลง อย่างไรก็ตาม ราคาของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสต่ำกว่าเมทิลเซลลูโลสอย่างมาก

เซลลูโลสอัลคิลอีเทอร์:

ตัวอย่างที่สำคัญได้แก่ เมทิลเซลลูโลสและเอทิลเซลลูโลส ในการผลิตทางอุตสาหกรรม โดยทั่วไปจะใช้เมทิลคลอไรด์หรือเอทิลคลอไรด์เป็นสารเร่งปฏิกิริยาการสร้างอีเทอร์ และปฏิกิริยาจะเป็นดังนี้:

ในสูตร R แทน CH3 หรือ C2H5 ความเข้มข้นของด่างไม่เพียงแต่ส่งผลต่อระดับการเกิดอีเทอร์เท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อการใช้แอลคิลเฮไลด์ด้วย ยิ่งความเข้มข้นของด่างต่ำ การไฮโดรไลซิสของแอลคิลเฮไลด์ก็จะยิ่งแรงขึ้น เพื่อลดการใช้สารก่ออีเทอร์ ความเข้มข้นของด่างจึงต้องเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อความเข้มข้นของด่างสูงเกินไป ผลกระทบจากการบวมตัวของเซลลูโลสจะลดลง ซึ่งไม่เอื้อต่อปฏิกิริยาการเกิดอีเทอร์ และระดับการเกิดอีเทอร์จึงลดลง ด้วยเหตุนี้ จึงสามารถเติมด่างเข้มข้นหรือด่างแข็งลงไปในระหว่างปฏิกิริยาได้ เครื่องปฏิกรณ์ควรมีอุปกรณ์กวนและกระจายตัวที่ดี เพื่อให้ด่างกระจายตัวได้อย่างสม่ำเสมอ

เมทิลเซลลูโลสมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในฐานะสารเพิ่มความหนืด กาว และคอลลอยด์ป้องกัน เป็นต้น นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นสารช่วยกระจายตัวสำหรับการพอลิเมอไรเซชันแบบอิมัลชัน สารช่วยกระจายตัวสำหรับเมล็ดพืช สารละลายสิ่งทอ สารเติมแต่งสำหรับอาหารและเครื่องสำอาง กาวทางการแพทย์ วัสดุเคลือบยา และสำหรับสีลาเท็กซ์ หมึกพิมพ์ การผลิตเซรามิก และผสมลงในซีเมนต์เพื่อควบคุมเวลาการแข็งตัวและเพิ่มความแข็งแรงเริ่มต้น เป็นต้น

ผลิตภัณฑ์เอทิลเซลลูโลสมีคุณสมบัติเด่นคือมีความแข็งแรงเชิงกลสูง มีความยืดหยุ่น ทนความร้อน และทนความเย็น เอทิลเซลลูโลสที่มีการแทนที่ต่ำจะละลายได้ในน้ำและสารละลายด่างเจือจาง ส่วนผลิตภัณฑ์ที่มีการแทนที่สูงจะละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์ส่วนใหญ่ นอกจากนี้ยังมีความเข้ากันได้ดีกับเรซินและสารเพิ่มความยืดหยุ่นต่างๆ สามารถนำไปใช้ในการผลิตพลาสติก ฟิล์ม วานิช กาว น้ำยาง และวัสดุเคลือบสำหรับยา เป็นต้น

การเติมหมู่ไฮดรอกซีอัลคิลลงในเซลลูโลสอัลคิลอีเทอร์สามารถช่วยเพิ่มความสามารถในการละลาย ลดความไวต่อการตกตะกอนด้วยเกลือ เพิ่มอุณหภูมิการเกิดเจล และปรับปรุงคุณสมบัติการหลอมร้อน เป็นต้น ระดับของการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติข้างต้นจะแตกต่างกันไปตามลักษณะของหมู่แทนที่และอัตราส่วนของหมู่แอลคิลต่อหมู่ไฮดรอกซีอัลคิล

เซลลูโลสไฮดรอกซีอัลคิลอีเทอร์:

ตัวอย่างที่สำคัญคือ ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสและไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลส สารที่ทำให้เกิดอีเทอร์คืออีพอกไซด์ เช่น เอทิลีนออกไซด์และโพรพิลีนออกไซด์ โดยใช้กรดหรือเบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา การผลิตในระดับอุตสาหกรรมคือการทำปฏิกิริยาระหว่างอัลคาไลเซลลูโลสกับสารที่ทำให้เกิดอีเทอร์: ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสที่มีค่าการแทนที่สูงจะละลายได้ทั้งในน้ำเย็นและน้ำร้อน ส่วนไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลสที่มีค่าการแทนที่สูงจะละลายได้เฉพาะในน้ำเย็นเท่านั้น แต่ไม่ละลายในน้ำร้อน ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสสามารถใช้เป็นสารเพิ่มความหนืดสำหรับสารเคลือบลาเท็กซ์ สารพิมพ์และย้อมสิ่งทอ วัสดุสำหรับปรับขนาดกระดาษ กาว และคอลลอยด์ป้องกัน การใช้ไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลสคล้ายกับการใช้ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส ไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลสที่มีค่าการแทนที่ต่ำสามารถใช้เป็นสารช่วยในเภสัชกรรม ซึ่งมีคุณสมบัติทั้งในการยึดเกาะและการแตกตัว

คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส ย่อว่าซีเอ็มซีโดยทั่วไปจะอยู่ในรูปของเกลือโซเดียม สารที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาคือกรดโมโนคลอโรอะซิติก และปฏิกิริยาเป็นดังนี้:

คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสเป็นเซลลูโลสอีเทอร์ที่ละลายน้ำได้ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ในอดีตส่วนใหญ่ใช้เป็นโคลนเจาะน้ำมัน แต่ปัจจุบันได้ขยายการใช้งานไปเป็นสารเติมแต่งในผงซักฟอก น้ำยาซักผ้า สีลาเท็กซ์ สารเคลือบกระดาษแข็งและกระดาษ เป็นต้น คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสบริสุทธิ์สามารถใช้ในอาหาร ยา เครื่องสำอาง และยังใช้เป็นกาวสำหรับเซรามิกและแม่พิมพ์ได้อีกด้วย

เซลลูโลสโพลีแอนไอออนิก (PAC) เป็นเซลลูโลสที่มีประจุไอออนเซลลูโลสอีเทอร์และเป็นผลิตภัณฑ์ทดแทนคุณภาพสูงสำหรับคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) มีลักษณะเป็นผงหรือเม็ดสีขาว ขาวนวล หรือเหลืองอ่อน ไม่เป็นพิษ ไม่มีกลิ่น ละลายน้ำได้ง่าย เกิดเป็นสารละลายใสที่มีความหนืดระดับหนึ่ง มีเสถียรภาพต่อความร้อนและเกลือได้ดีกว่า และมีคุณสมบัติในการต้านเชื้อแบคทีเรียสูง ไม่ขึ้นราและไม่เสื่อมสภาพ มีลักษณะเด่นคือมีความบริสุทธิ์สูง มีอัตราการแทนที่สูง และมีการกระจายตัวของหมู่แทนที่อย่างสม่ำเสมอ สามารถใช้เป็นสารยึดเกาะ สารเพิ่มความหนืด สารปรับความหนืด สารลดการสูญเสียของเหลว สารทำให้สารแขวนลอยคงตัว เป็นต้น โพลีแอนไอออนิกเซลลูโลส (PAC) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ ที่สามารถใช้ CMC ได้ ซึ่งสามารถลดปริมาณการใช้ลงได้อย่างมาก ทำให้ใช้งานง่ายขึ้น มีความเสถียรที่ดีกว่า และตรงตามข้อกำหนดของกระบวนการที่สูงขึ้น

ไซยาโนเอทิลเซลลูโลสเป็นผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาระหว่างเซลลูโลสและอะคริโลไนไตรล์ภายใต้การเร่งปฏิกิริยาของด่าง:

ไซยาโนเอทิลเซลลูโลสมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงและค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียต่ำ จึงสามารถใช้เป็นเมทริกซ์เรซินสำหรับหลอดฟอสฟอร์และหลอดอิเล็กโทรลูมิเนสเซนต์ได้ ส่วนไซยาโนเอทิลเซลลูโลสที่มีการแทนที่ในระดับต่ำ สามารถใช้เป็นกระดาษฉนวนสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าได้

มีการเตรียมอีเทอร์แอลกอฮอล์ไขมันสูง อีเทอร์อัลเคนิล และอีเทอร์แอลกอฮอล์อะโรมาติกของเซลลูโลสแล้ว แต่ยังไม่ได้นำมาใช้ในทางปฏิบัติ

วิธีการเตรียมเซลลูโลสอีเทอร์สามารถแบ่งออกได้เป็น วิธีการใช้น้ำเป็นตัวกลาง วิธีการใช้ตัวทำละลาย วิธีการนวด วิธีการแขวนตะกอน วิธีการแก๊ส-ของแข็ง วิธีการเฟสของเหลว และการผสมผสานของวิธีการข้างต้น