Biến đổi ete hóa xenluloza

01. Giới thiệu về cellulose

Cellulose là một polysaccharid phân tử lớn được cấu tạo từ glucose. Nó không tan trong nước và các dung môi hữu cơ thông thường. Nó là thành phần chính của vách tế bào thực vật, và cũng là polysaccharid phân bố rộng rãi nhất và dồi dào nhất trong tự nhiên.

Cellulose là nguồn tài nguyên tái tạo dồi dào nhất trên trái đất, và cũng là loại polymer tự nhiên có trữ lượng lớn nhất. Nó có những ưu điểm như khả năng tái tạo, phân hủy sinh học hoàn toàn và khả năng tương thích sinh học tốt.

02. Lý do cần phải biến đổi cellulose

Các đại phân tử cellulose chứa một lượng lớn nhóm -OH. Do tác dụng của liên kết hydro, lực giữa các đại phân tử tương đối lớn, dẫn đến enthalpy nóng chảy △H lớn; mặt khác, trong các đại phân tử cellulose có cấu trúc vòng, độ cứng của chuỗi phân tử lớn hơn, dẫn đến sự thay đổi entropy nóng chảy ΔS nhỏ hơn. Hai lý do này làm cho nhiệt độ nóng chảy của cellulose (= △H / △S) cao hơn, và nhiệt độ phân hủy của cellulose tương đối thấp. Do đó, khi cellulose được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định, sẽ xuất hiện hiện tượng cellulose bị phân hủy trước khi bắt đầu nóng chảy, vì vậy, việc xử lý vật liệu cellulose không thể áp dụng phương pháp nóng chảy trước rồi mới tạo hình.

03. Ý nghĩa của việc biến đổi cellulose

Trước sự cạn kiệt dần các nguồn tài nguyên hóa thạch và những vấn đề môi trường ngày càng nghiêm trọng do chất thải từ dệt may sợi hóa học gây ra, việc phát triển và sử dụng các vật liệu sợi tự nhiên tái tạo đã trở thành một trong những điểm nóng được nhiều người quan tâm. Cellulose là nguồn tài nguyên thiên nhiên tái tạo dồi dào nhất trong tự nhiên. Nó có những đặc tính tuyệt vời như khả năng hút ẩm tốt, chống tĩnh điện, độ thoáng khí cao, khả năng nhuộm màu tốt, thoải mái khi mặc, dễ gia công dệt may và khả năng phân hủy sinh học. Nó có những đặc điểm mà sợi hóa học không thể so sánh được.

Phân tử cellulose chứa một lượng lớn nhóm hydroxyl, dễ dàng hình thành liên kết hydro nội phân tử và liên phân tử, và phân hủy ở nhiệt độ cao mà không tan chảy. Tuy nhiên, cellulose có khả năng phản ứng tốt, và liên kết hydro của nó có thể bị phá vỡ bằng cách biến đổi hóa học hoặc phản ứng ghép, giúp hạ thấp điểm nóng chảy một cách hiệu quả. Là một sản phẩm công nghiệp đa dạng, nó được sử dụng rộng rãi trong dệt may, màng lọc, nhựa, thuốc lá và sơn phủ.

04. Biến đổi ete hóa xenluloza

Cellulose ether là một loại dẫn xuất của cellulose thu được bằng cách biến đổi cellulose bằng phản ứng ete hóa. Nó được sử dụng rộng rãi nhờ các đặc tính tuyệt vời như làm đặc, nhũ hóa, tạo huyền phù, tạo màng, keo bảo vệ, giữ ẩm và bám dính. Được sử dụng trong thực phẩm, dược phẩm, sản xuất giấy, sơn, vật liệu xây dựng, v.v.

Phản ứng ete hóa xenluloza là một loạt các dẫn xuất được tạo ra bằng phản ứng giữa các nhóm hydroxyl trên chuỗi phân tử xenluloza với các tác nhân alkyl hóa trong điều kiện kiềm. Sự tiêu thụ các nhóm hydroxyl làm giảm số lượng liên kết hydro giữa các phân tử, làm giảm lực liên phân tử, từ đó cải thiện độ ổn định nhiệt của xenluloza, nâng cao hiệu suất gia công vật liệu, đồng thời làm giảm điểm nóng chảy của xenluloza.

Ví dụ về tác động của quá trình biến đổi ete hóa lên các chức năng khác của xenluloza:

Sử dụng bông tinh chế làm nguyên liệu thô cơ bản, các nhà nghiên cứu đã sử dụng quy trình ete hóa một bước để điều chế ete phức hợp carboxymethyl hydroxypropyl cellulose với phản ứng đồng nhất, độ nhớt cao, khả năng kháng axit và kháng muối tốt thông qua các phản ứng kiềm hóa và ete hóa. Bằng quy trình ete hóa một bước, carboxymethyl hydroxypropyl cellulose được tạo ra có khả năng kháng muối, kháng axit và độ hòa tan tốt. Bằng cách thay đổi tỷ lệ tương đối của propylene oxide và axit chloroacetic, có thể điều chế các sản phẩm có hàm lượng carboxymethyl và hydroxypropyl khác nhau. Kết quả thử nghiệm cho thấy carboxymethyl hydroxypropyl cellulose được sản xuất bằng phương pháp một bước có chu kỳ sản xuất ngắn, tiêu thụ dung môi thấp, và sản phẩm có khả năng kháng tuyệt vời với muối đơn hóa trị và đa hóa trị cũng như khả năng kháng axit tốt.

05. Triển vọng cải tiến ete hóa xenluloza

Cellulose là một nguyên liệu hóa học quan trọng, giàu tài nguyên, thân thiện với môi trường và có thể tái tạo. Các dẫn xuất của cellulose được tạo ra bằng phương pháp ete hóa có hiệu suất tuyệt vời, phạm vi sử dụng rộng rãi và hiệu quả sử dụng cao, đáp ứng phần lớn nhu cầu của nền kinh tế quốc gia và nhu cầu phát triển xã hội. Với sự tiến bộ công nghệ liên tục và việc thương mại hóa trong tương lai, nếu nguyên liệu tổng hợp và phương pháp tổng hợp các dẫn xuất cellulose được công nghiệp hóa hơn nữa, chúng sẽ được tận dụng triệt để hơn và ứng dụng rộng rãi hơn.