☰

ما هو السليلوز؟ الألياف النباتية هي عديد السكاريد. موسوعة كبيرة عن النفط والغاز

السليلوز مشتق من مادتين طبيعيتين: الخشب والقطن. ينفذ في النباتات وظيفة مهمةمما يمنحهم المرونة والقوة.

أين توجد المادة؟

السليلوز مادة طبيعية. النباتات قادرة على إنتاجها بمفردها. يحتوي التركيب على: الهيدروجين والأكسجين والكربون.

تنتج النباتات السكر تحت تأثير أشعة الشمس ، وتتم معالجته بواسطة الخلايا وتمكن الألياف من تحمل الأحمال العالية من الرياح. السليلوز مادة تشارك في عملية التمثيل الضوئي. إذا تم رش ماء السكر على قطعة من شجرة طازجة ، يتم امتصاص السائل بسرعة.

يبدأ إنتاج السليلوز. تؤخذ هذه الطريقة الطبيعية للحصول عليها كأساس لإنتاج الأقمشة القطنية على نطاق صناعي. هناك عدة طرق يتم من خلالها الحصول على لب من صفات مختلفة.

طريقة التصنيع # 1

يتم الحصول على السليلوز بشكل طبيعي من بذور القطن. يتم جمع الشعر بواسطة آليات آلية ولكنها تتطلب ذلك فترة طويلةزراعة نبات. النسيج المنتج بهذه الطريقة يعتبر أنقى.

وبسرعة أكبر ، يمكن الحصول على السليلوز من ألياف الخشب. ومع ذلك ، فإن الجودة أسوأ بكثير مع هذه الطريقة. هذه المواد مناسبة فقط لتصنيع البلاستيك غير الليفي ، السيلوفان. كما يمكن إنتاج ألياف صناعية من هذه المواد.

الاستلام الطبيعي

يبدأ إنتاج السليلوز من بذور القطن بفصل الألياف الطويلة. تستخدم هذه المادة لصنع نسيج قطني. الأجزاء الصغيرة ، أقل من 1.5 سم ، تسمى

إنها مناسبة لإنتاج السليلوز. الأجزاء المجمعة تخضع لتسخين عالي الضغط. يمكن أن تصل مدة العملية إلى 6 ساعات. قبل البدء في تسخين المادة ، يضاف إليها هيدروكسيد الصوديوم.

يجب غسل المادة الناتجة. لهذا ، يتم استخدام الكلور ، والذي يقوم أيضًا بالتبييض. يعتبر تكوين السليلوز بهذه الطريقة أنقى (99٪).

طريقة التصنيع رقم 2 من الخشب

للحصول على 80-97٪ من اللب ، يتم استخدام رقائق الخشب الصنوبرية ، مواد كيميائية. يتم خلط الكتلة بأكملها وتعريضها لمعاملة درجة الحرارة. نتيجة للطهي ، يتم تحرير المادة المطلوبة.

يتم خلط ثنائي كبريتيت الكالسيوم وثاني أكسيد الكبريت ولب الخشب. السليلوز في الخليط الناتج لا يزيد عن 50٪. نتيجة للتفاعل ، تذوب الهيدروكربونات واللجنين في السائل. تمر المادة الصلبة بمرحلة تنقية.

احصل على كتلة تشبه الورق منخفض الجودة. تعمل هذه المواد كأساس لتصنيع المواد:

  • ايفيروف.
  • السيلوفان.
  • ألياف الفسكوز.

ما الذي ينتج من المواد القيمة؟

ليفي مما يسمح لك بصنع الملابس منه. مادة القطن 99.8٪ منتج طبيعيتم الحصول عليها بالطريقة الطبيعية أعلاه. يمكن استخدامه أيضًا في صنع المتفجرات نتيجة تفاعل كيميائي. ينشط السليلوز عند وضع الأحماض عليه.

تنطبق خصائص السليلوز على إنتاج الأقمشة. لذلك تصنع منه ألياف صناعية تشبه الأقمشة الطبيعية في المظهر واللمس:

  • فسكوزي و
  • الفرو الاصطناعي؛
  • حرير النحاس والأمونيا.

معظمها مصنوعة من لب الخشب:

  • الورنيش.
  • فيلم فوتوغرافي
  • منتجات ورقية؛
  • البلاستيك.
  • اسفنج لغسل الصحون
  • مسحوق بدون دخان.

نتيجة لتفاعل كيميائي ، يتم الحصول على السليلوز:

  • ثلاثي نتروسليلوز.
  • دينيتروسليلوز.
  • الجلوكوز.
  • الوقود السائل.

يمكن أيضًا استخدام السليلوز في الطعام. تحتوي بعض النباتات (كرفس ، خس ، نخالة) على أليافها. كما أنه يستخدم كمواد لإنتاج النشا. تعلمت بالفعل أن تفعل ذلك خيوط رفيعة- النسيج الاصطناعي متين للغاية ولا يمتد.

الصيغة الكيميائية للسليلوز هي C6H10O5. إنه عديد السكاريد. وهي مصنوعة من:

  • قطن طبي
  • الضمادات.
  • حفائظ.
  • الورق المقوى واللوح.
  • المضافات الغذائية E460.

مزايا المادة

السليلوز قادر على تحمل درجات حرارة عالية تصل إلى 200 درجة. لا تتحلل الجزيئات ، مما يجعل من الممكن صنع أطباق بلاستيكية قابلة لإعادة الاستخدام منها. في الوقت نفسه ، يتم الحفاظ على جودة مهمة - المرونة.

يقاوم السليلوز التعرض الطويل للأحماض. غير قابل للذوبان في الماء على الإطلاق. لا يهضم جسم الانسان، كمادة ماصة.

يستخدم السليلوز الجريزوفولفين في الطب البديلكتحضير لتنظيف الجهاز الهضمي. تعمل المواد المسحوقة مثل المضافات الغذائيةلتقليل محتوى السعرات الحرارية في الأطعمة المستهلكة. هذا يساهم في إزالة السموم وخفض السكر والكوليسترول في الدم.

طريقة التصنيع رقم 3 - صناعي

في مواقع الإنتاج ، يتم تحضير اللب عن طريق الطهي في بيئات مختلفة. تعتمد المواد المستخدمة على نوع الكاشف - نوع الخشب:

  • صخور راتنجية.
  • الأشجار المتساقطة.
  • النباتات.

هناك عدة أنواع من الكواشف المستخدمة في الطهي:

  • خلاف ذلك ، يشار إلى الطريقة باسم الكبريتيت. كمحلول ، يتم استخدام ملح حامض الكبريت أو خليطه السائل. باستخدام خيار الإنتاج هذا ، يتم عزل السليلوز عن الأنواع الصنوبرية. تتم معالجة التنوب والتنوب بشكل جيد.
  • تعتمد الطريقة القلوية أو طريقة الصودا على استخدام هيدروكسيد الصوديوم. يفصل المحلول جيدًا السليلوز عن ألياف النباتات (سيقان الذرة) والأشجار (المتساقطة بشكل أساسي).
  • يتم استخدام الاستخدام المتزامن لهيدروكسيد الصوديوم وكبريتيد الصوديوم في طريقة الكبريتات. يتم إدخاله على نطاق واسع في إنتاج كبريتيد السائل الأبيض. هذه التقنية سلبية تمامًا على البيئة بسبب تكوين تفاعلات كيميائية من طرف ثالث.

الطريقة الأخيرة هي الأكثر شيوعًا بسبب تنوعها: يمكن الحصول على اللب من أي شجرة تقريبًا. ومع ذلك ، فإن نقاء المادة ليس مرتفعًا جدًا بعد غليان واحد. تتم إزالة الشوائب عن طريق تفاعلات إضافية:

  • تتم إزالة الهيميسليلوز بالمحاليل القلوية ؛
  • تتم إزالة الجزيئات الكبيرة من اللجنين ومنتجات تدميرها بالكلور متبوعة بالمعالجة بالقلويات.

القيمة الغذائية

النشا والسليلوز لهما هيكل مماثل. نتيجة للتجارب ، كان من الممكن الحصول على منتج من الألياف غير الصالحة للأكل. يحتاج إلى شخص باستمرار. يتكون الطعام المستهلك من أكثر من 20٪ نشا.

تمكن العلماء من الحصول على الأميلوز من السليلوز ، والذي له تأثير إيجابي على حالة جسم الإنسان. في نفس الوقت ، يتم تحرير الجلوكوز أثناء التفاعل. اتضح الإنتاج الخالي من النفايات - يتم إرسال المادة الأخيرة لتصنيع الإيثانول. يعمل الأميلوز أيضًا كوسيلة للوقاية من السمنة.

نتيجة للتفاعل ، يبقى السليلوز في حالة صلبة ، ويستقر في قاع الإناء. تتم إزالة المكونات المتبقية باستخدام الجسيمات النانوية المغناطيسية أو تذويبها وإزالتها مع السائل.

أنواع المواد المعروضة للبيع

يقدم الموردون لبًا بجودة مختلفة وبأسعار معقولة. نسرد الأنواع الرئيسية من المواد:

  • كبريتات السليلوز الأبيض ، ينتج من نوعين من الخشب: الصنوبرية والصلبة. هناك مواد غير مبيضة مستخدمة في مواد التغليف ، ورق ذو جودة رديئة للمواد العازلة واستخدامات أخرى.
  • يتوفر الكبريتيت أيضًا تجاريًا باللون الأبيض المصنوع من الأشجار الصنوبرية.
  • مادة المسحوق الأبيض مناسبة لإنتاج المواد الطبية.
  • يتم إنتاج السليلوز عالي الجودة عن طريق التبييض دون مشاركة الكلور. تؤخذ الصنوبريات كمواد خام. يتكون لب الخشب من مزيج من رقائق التنوب والصنوبر بنسبة 20/80٪. نقاء المادة الناتجة هو الأعلى. وهي مناسبة لتصنيع المواد المعقمة المستخدمة في الطب.

لتحديد اللب المناسب ، يتم استخدام المعايير القياسية: نقاء المادة ، قوة الشد ، طول الألياف ، مؤشر مقاومة التمزق. يشار أيضًا إلى الحالة الكيميائية أو عدوانية وسط المستخلص المائي والرطوبة كميًا. بالنسبة لللب الموفر على شكل لب مبيض ، فإن هناك مؤشرات أخرى قابلة للتطبيق: الحجم المحدد ، والسطوع ، وحجم الطحن ، وقوة الشد ، والنقاء.

مؤشر مهم لكتلة السليلوز هو مؤشر مقاومة التمزق. الغرض من المواد المنتجة يعتمد عليها. يراعى استخدامها كمادة خام ، والرطوبة. مستوى الراتنجات والدهون مهم أيضًا. تجانس المسحوق مهم لتطبيقات عملية معينة. لأغراض مماثلة ، يتم تقييم المتانة وقوة الانفجار لمادة الصفيحة.

السليلوز
الألياف ، مادة البناء الرئيسية لعالم النبات ، وتشكل جدران الخلايا للأشجار والنباتات العليا الأخرى. أنقى شكل طبيعي من السليلوز هو شعر بذرة القطن.
تنقية وعزل.حاليًا ، هناك مصدران فقط من مصادر السليلوز لهما أهمية صناعية - القطن ولب الخشب. القطن عبارة عن سلولوز نقي تقريبًا ولا يتطلب معالجة معقدة ليصبح مادة البداية لتصنيع الألياف الاصطناعية والبلاستيك غير الليفي. بعد فصل الألياف الطويلة المستخدمة في صناعة الأقمشة القطنية عن بذرة القطن ، يبقى الشعر القصير أو "الوبر" (زغب القطن) بطول 10-15 مم. يفصل الوبر عن البذرة ويسخن تحت ضغط لمدة 2-6 ساعات بمحلول هيدروكسيد الصوديوم 2.5-3٪ ثم يغسل ويبيض بالكلور ثم يغسل مرة أخرى ويجفف. المنتج الناتج هو 99٪ سليلوز نقي. المحصول 80٪ (بالوزن) نسالة ، والباقي من اللجنين والدهون والشموع والبكتات وقشور البذور. يصنع لب الخشب عادة من خشب الأشجار. الصنوبريات. يحتوي على 50-60٪ سليلوز ، 25-35٪ لجنين و 10-15٪ هيميسليلوز وهيدروكربونات غير سليلوز. في عملية الكبريتات ، تُغلى رقائق الخشب تحت ضغط (حوالي 0.5 ميجا باسكال) عند 140 درجة مئوية باستخدام ثاني أكسيد الكبريت وثنائي كبريتيت الكالسيوم. في هذه الحالة ، يدخل اللجنين والهيدروكربونات في المحلول وبقايا السليلوز. بعد الغسيل والتبييض ، تُصب الكتلة التي تم تنظيفها في ورق فضفاض ، على غرار الورق النشاف ، ثم تُجفف. تتكون هذه الكتلة من 88-97 ٪ من السليلوز وهي مناسبة تمامًا للمعالجة الكيميائية إلى ألياف الفسكوز والسيلوفان ، وكذلك في مشتقات السليلوز - الإسترات والإيثرات. وصف الإنجليزي ج. بداية صناعة ألياف النحاس والأمونيا ، المنسوبة إلى E. Schweitzer (1857) ، وتطويرها الإضافي هو ميزة M. Kramer و I. Schlossberger (1858). وفقط في عام 1892 اخترع Cross و Bevin و Beadle في إنجلترا عملية للحصول على ألياف الفسكوز: تم الحصول على محلول مائي لزج (ومن هنا اسم فسكوز) من السليلوز بعد معالجة السليلوز أولاً بمحلول قوي من هيدروكسيد الصوديوم ، والذي أعطى "الصودا". السليلوز "، ثم ثاني كبريتيد الكربون (CS2) ، مما ينتج عنه زانثات السليلوز القابل للذوبان. عن طريق الضغط على كمية قليلة من هذا المحلول "الدوار" من خلال مغزل مع ثقب دائري صغير في حمام حمضي ، تم تجديد السليلوز على شكل ألياف فسكوزية. عندما يتم ضغط المحلول في نفس الحمام من خلال قالب ذو شق ضيق ، يتم الحصول على فيلم يسمى السيلوفان. كان J. Brandenberger ، الذي انخرط في هذه التكنولوجيا في فرنسا من 1908 إلى 1912 ، أول من حصل على براءة اختراع لعملية مستمرة لتصنيع السيلوفان.
التركيب الكيميائي.على الرغم من الاستخدام الصناعي الواسع النطاق للسليلوز ومشتقاته ، تم اقتراح الصيغة الهيكلية الكيميائية المقبولة حاليًا للسليلوز (W. Haworth) فقط في عام 1934. صحيح ، منذ عام 1913 ، كانت صيغتها التجريبية C6H10O5 معروفة ، وقد تم تحديدها من بيانات التحليل الكمي لـ عينات مغسولة ومجففة جيدًا: 44.4٪ C و 6.2٪ H و 49.4٪ O. بفضل عمل G. Staudinger و K. Freudenberg ، كان معروفًا أيضًا أن هذا جزيء بوليمر طويل السلسلة ، يتكون من تلك الموضحة في التين. 1 تكرار بقايا الجلوكوزيد. تحتوي كل وحدة على ثلاث مجموعات هيدروكسيل - واحدة أساسية (-CH2CH2OH) واثنتان ثانويتان (> CHCHOH). بحلول عام 1920 ، أنشأ إي فيشر بنية السكريات البسيطة ، وفي نفس العام ، أظهرت دراسات الأشعة السينية للسليلوز لأول مرة نمط حيود واضح لأليافه. يُظهر نمط حيود الأشعة السينية لألياف القطن اتجاهًا بلوريًا محددًا جيدًا ، ولكن ألياف الكتان أكثر ترتيبًا. عندما يتم تجديد السليلوز في شكل ألياف ، يتم فقدان التبلور إلى حد كبير. ما مدى سهولة الرؤية في ضوء الإنجازات العلم الحديث، بقيت الكيمياء الهيكلية للسليلوز عمليا ثابتة من عام 1860 إلى عام 1920 لسبب أن التخصصات العلمية المساعدة اللازمة لحل المشكلة ظلت في مهدها طوال هذا الوقت.

السليلوز المتجدد
ألياف الفيسكوز والسيلوفان.يتم تجديد كل من ألياف الفسكوز والسيلوفان (من محلول) السليلوز. يتم معالجة السليلوز الطبيعي المنقى بفائض من هيدروكسيد الصوديوم المركز ؛ بعد إزالة الفائض ، يتم طحن كتلها ويتم الاحتفاظ بالكتلة الناتجة تحت ظروف يتم التحكم فيها بعناية. مع هذا "التقادم" ، يتناقص طول سلاسل البوليمر ، مما يساهم في الانحلال اللاحق. ثم يتم خلط السليلوز المسحوق مع ثاني كبريتيد الكربون ويتم إذابة الزانثات الناتج في محلول من هيدروكسيد الصوديوم للحصول على "فيسكوز" - محلول لزج. عندما يدخل الفسكوز في محلول حمض مائي ، يتجدد السليلوز منه. ردود الفعل الإجمالية المبسطة هي كما يلي:


تُستخدم ألياف الفسكوز ، التي يتم الحصول عليها عن طريق ضغط الفسكوز من خلال ثقوب صغيرة في مغزل في محلول حمضي ، على نطاق واسع في تصنيع أقمشة الملابس والأقمشة والمفروشات ، وكذلك في التكنولوجيا. يتم استخدام كميات كبيرة من ألياف الفسكوز للأحزمة التقنية والأشرطة والمرشحات وسلك الإطارات.
السيلوفان.يتم الحصول على السيلوفان عن طريق بثق الفسكوز إلى حمام حمضي من خلال مغزل بفتحة ضيقة ، ثم يمر عبر حمامات الغسيل والتبييض والبلاستيك ، ويمر عبر براميل المجفف ويتم لفه في لفافة. غالبًا ما يكون سطح فيلم السيلوفان مغطى بالنيتروسيليلوز والراتنج ونوع من الشمع أو الورنيش لتقليل انتقال بخار الماء وتوفير الختم الحراري ، نظرًا لأن السيلوفان غير المطلي لا يمتلك خاصية اللدونة الحرارية. في الصناعات الحديثة ، يتم استخدام طلاء البوليمر من نوع كلوريد البوليفينيليدين لهذا الغرض ، نظرًا لأنها أقل نفاذية للرطوبة وتعطي اتصالًا أقوى أثناء الختم الحراري. يستخدم السيلوفان على نطاق واسع بشكل رئيسي في إنتاج التعبئة والتغليف كمادة تغليف لسلع الخردوات ، منتجات الطعام, منتجات التبغ، وأيضًا كأساس لشريط تغليف ذاتي اللصق.
اسفنجة فيسكوز.إلى جانب الحصول على الألياف أو الفيلم ، يمكن خلط الفسكوز بمواد ليفية وبلورية مناسبة ؛ بعد المعالجة الحمضية وترشيح الماء ، يتم تحويل هذا الخليط إلى مادة إسفنجية فيسكوز (الشكل 2) ، والتي تستخدم للتعبئة والعزل الحراري.



ألياف نحاسية.يتم أيضًا إنتاج ألياف السليلوز المُجددة تجاريًا عن طريق إذابة السليلوز في محلول نحاس أمونيوم مركز (CuSO4 في NH4OH) وتدوير المحلول الناتج إلى ألياف في حمام غزل حمض. تسمى هذه الألياف النحاس الأمونيا.
خصائص السليلوز
الخواص الكيميائية. كما يظهر في الشكل. في الشكل 1 ، السليلوز عبارة عن كربوهيدرات بوليمرية عالية تتكون من مخلفات الجلوكوزيد C6H10O5 المتصلة بجسور الإستر في الموضع 1،4. يمكن أسترة مجموعات الهيدروكسيل الثلاث في كل وحدة جلوكوبيرانوز بعوامل عضوية مثل خليط من الأحماض وأنهيدريدات الحمض مع محفز مناسب مثل حمض الكبريتيك. يمكن أن تتشكل الإيثرات من خلال عمل هيدروكسيد الصوديوم المركز ، مما يؤدي إلى تكوين صودا السليلوز ، والتفاعل اللاحق مع هاليد الألكيل:


يعطي التفاعل مع الإيثيلين أو أكسيد البروبيلين إيثرات هيدروكسيل:


إن وجود مجموعات الهيدروكسيل هذه وهندسة الجزيء الكبير مسؤولان عن الجذب القطبي المتبادل القوي للوحدات المجاورة. تكون قوى الجذب قوية لدرجة أن المذيبات التقليدية غير قادرة على كسر السلسلة وحل السليلوز. مجموعات الهيدروكسيل الحرة هذه مسؤولة أيضًا عن الرطوبة العالية للسليلوز (الشكل 3). الأثير والإيثر يقللان من الرطوبة ويزيدان من قابلية الذوبان في المذيبات الشائعة.



تحت تأثير محلول مائي من الحمض ، تنكسر جسور الأكسجين في موضع 1.4. كسر كامل في السلسلة يعطي الجلوكوز ، وهو أحادي السكاريد. يعتمد طول السلسلة الأولي على أصل السليلوز. هو الحد الأقصى في الحالة الطبيعيةويقل في عملية العزل والتنقية والتحويل إلى مركبات مشتقة (انظر الجدول).

درجة بلمرة السليلوز
عدد المواد المتبقية من الجلوكوزيد
قطن خام 2500-3000
لبيتر قطني نظيف 900-1000
تنقية لب الخشب 800-1000
تجديد السليلوز 200-400
أسيتات السليلوز الصناعي 150-270


حتى القص الميكانيكي ، على سبيل المثال أثناء الطحن الكاشطة ، يؤدي إلى انخفاض في طول السلاسل. عندما يقل طول سلسلة البوليمر عن قيمة دنيا معينة ، تتغير الخصائص الفيزيائية العيانية للسليلوز. تؤثر العوامل المؤكسدة على السليلوز دون التسبب في انقسام حلقة الجلوكوبيرانوز (الشكل 4). يؤدي الإجراء اللاحق (في وجود الرطوبة ، على سبيل المثال ، في الاختبارات البيئية) ، كقاعدة عامة ، إلى انفصال السلسلة وزيادة عدد المجموعات الطرفية الشبيهة بالألدهيد. نظرًا لأن مجموعات الألدهيد تتأكسد بسهولة إلى مجموعات الكربوكسيل ، فإن محتوى الكربوكسيل ، الذي يكون غائبًا عمليًا في السليلوز الطبيعي ، يزداد بشكل حاد في ظل الظروف الجوية والأكسدة.



مثل جميع البوليمرات ، يتحلل السليلوز تحت تأثير العوامل الجوية نتيجة للعمل المشترك للأكسجين والرطوبة والمكونات الحمضية للهواء وضوء الشمس. عنصر الأشعة فوق البنفسجية لأشعة الشمس مهم ، والعديد من عوامل الحماية من الأشعة فوق البنفسجية الجيدة تزيد من عمر منتجات مشتقات السليلوز. تعمل المكونات الحمضية للهواء ، مثل أكاسيد النيتروجين والكبريت (التي توجد دائمًا في الهواء الجوي للمناطق الصناعية) ، على تسريع عملية التحلل ، وغالبًا ما يكون لها تأثير أقوى من ضوء الشمس. على سبيل المثال ، في إنجلترا ، لوحظ أن عينات القطن ، التي تم اختبارها للتعرض للظروف الجوية ، في الشتاء ، عندما لا يكون هناك ضوء شمس ساطع ، تدهورت بشكل أسرع مما كانت عليه في الصيف. والحقيقة أن حرق كميات كبيرة من الفحم والغاز في الشتاء أدى إلى زيادة تركيز النيتروجين وأكاسيد الكبريت في الهواء. تقلل كاسحات الأحماض ومضادات الأكسدة والعوامل الماصة للأشعة فوق البنفسجية من حساسية السليلوز للعوامل الجوية. يؤدي استبدال مجموعات الهيدروكسيل الحرة إلى تغيير في هذه الحساسية: تتحلل نترات السليلوز بشكل أسرع ، بينما تتحلل الأسيتات والبروبيونات بشكل أبطأ.
الخصائص الفيزيائية.يتم تعبئة سلاسل بوليمر السليلوز في حزم طويلة ، أو ألياف ، حيث توجد أيضًا ، جنبًا إلى جنب مع المقاطع البلورية المرتبة ، أقسامًا غير متبلورة أقل ترتيبًا (الشكل 5). تعتمد النسبة المئوية المقاسة للتبلور على نوع اللب ، وكذلك على طريقة القياس. وفقًا لبيانات الأشعة السينية ، فإنها تتراوح من 70٪ (قطن) إلى 38-40٪ (ألياف فيسكوز). يوفر التحليل الإنشائي للأشعة السينية معلومات ليس فقط عن النسبة الكمية بين المادة البلورية وغير المتبلورة في البوليمر ، ولكن أيضًا عن درجة اتجاه الألياف الناتجة عن عمليات التمدد أو النمو الطبيعي. تميز حدة حلقات الانعراج درجة التبلور ، بينما تميز بقع الحيود وحدتها وجود ودرجة الاتجاه المفضل للبلورات. في عينة من أسيتات السليلوز المعاد تدويرها التي تم الحصول عليها عن طريق عملية الغزل "الجاف" ، تكون درجة التبلور والتوجيه صغيرة جدًا. في عينة ثلاثي الأسيتات ، تكون درجة التبلور أكبر ، لكن لا يوجد اتجاه مفضل. المعالجة الحرارية لثلاثي الأسيتات عند درجة حرارة 180-240 درجة مئوية تزيد بشكل كبير من درجة التبلور ، والتوجيه (الرسم) مع المعالجة الحرارية يعطي المادة الأكثر طلبًا. يُظهر الكتان درجة عالية من التبلور والاتجاه.
أنظر أيضا
الكيمياء العضوية ؛
الورق ومواد الكتابة الأخرى ؛
بلاستيك.


أرز. 5. التركيب الجزيئي للسليلوز. تمر السلاسل الجزيئية عبر عدة مذيلات (مناطق بلورية) بطول L. وهنا تمثل أ ، أ "و ب" أطراف السلاسل الموجودة في المنطقة المتبلورة ؛ ب - نهاية السلسلة خارج المنطقة المتبلورة.


الأدب
Bushmelev V.A. ، Volman NS. عمليات وأجهزة إنتاج اللب والورق. M.، 1974 السليلوز ومشتقاته. M.، 1974 Akim E.L. إلخ تكنولوجيا معالجة وتجهيز السليلوز والورق والكرتون. L. ، 1977

موسوعة كولير. - مجتمع مفتوح. 2000 .

السليلوز هو عديد السكاريد مبني من الوحدات الأولية من اللامائىد -جلوكوز ويمثل بولي -1 ، 4-β-D -جلوكوبيرانوسيل-د -جلوكوبيرانوز. قد يحتوي جزيء السليلوز الكبير ، جنبًا إلى جنب مع وحدات الجلوكوز اللامائي ، على بقايا السكريات الأحادية الأخرى (السداسيات والبنتوز) ، وكذلك الأحماض البولية (انظر الشكل). يتم تحديد طبيعة وكمية هذه البقايا من خلال ظروف التركيب الكيميائي الحيوي.

السليلوز - رئيسي عنصرجدران الخلايا للنباتات العليا. إلى جانب المواد المصاحبة لها ، تلعب دور الإطار الذي يحمل الحمل الميكانيكي الرئيسي. يوجد السليلوز بشكل رئيسي في شعر بذور بعض النباتات ، على سبيل المثال ، القطن (97-98٪ سليلوز) ، والخشب (40-50٪ على أساس المادة الجافة) ، وألياف اللحاء ، والطبقات الداخلية لحاء النبات (الكتان والرامي. - 80-90٪ ، الجوت - 75٪ وغيرها) ، سيقان النباتات السنوية (30-40٪) ، مثل القصب ، والذرة ، والحبوب ، وعباد الشمس.

يعتمد عزل السليلوز عن المواد الطبيعية على عمل الكواشف التي تدمر أو تذوب المكونات غير السليلوزية. تعتمد طبيعة العلاج على تكوين وهيكل المادة النباتية. بالنسبة للألياف القطنية (الشوائب غير السليلوز - 2.0-2.5٪ المواد المحتوية على النيتروجين ؛ حوالي 1٪ البنتوزان والبكتين ؛ 0.3-1.0٪ الدهون والشموع ؛ 0.1-0.2٪ أملاح معدنية) استخدم طرق استخراج معتدلة نسبيًا.

يتعرض زغب القطن إلى حديقة (3-6 ساعات ، 3-10 أجواء) بمحلول هيدروكسيد الصوديوم بنسبة 1.5-3٪ ، يليه الغسيل والتبييض بعوامل مؤكسدة مختلفة - ثاني أكسيد الكلور ، هيبوكلوريت الصوديوم ، بيروكسيد الهيدروجين. تنتقل بعض السكريات ذات الوزن المولي المنخفض (البنتوزان ، السداسي جزئياً) ، وأحماض اليورونيك ، وبعض الدهون والشموع إلى المحلول. محتوىα - السليلوز (جزء غير قابل للذوبان في محلول 17.5٪ن aOH عند 20 درجة لمدة ساعة واحدة) يمكن زيادتها إلى 99.8-99.9٪. نتيجة للتدمير الجزئي للبنية المورفولوجية للألياف أثناء الطهي ، تزداد تفاعلية السليلوز (وهي خاصية تحدد قابلية ذوبان الإيثرات التي يتم الحصول عليها أثناء المعالجة الكيميائية اللاحقة للسليلوز وإمكانية ترشيح محاليل الغزل لهذه الإسترات) .

لعزل السليلوز من الخشب الذي يحتوي على 40-55٪ سليلوز ، 5-10٪ هيكسوزان آخر ، 10-20٪ بنتوزان ، 20-30٪ لجنين ، 2-5٪ راتنجات وعدد من الشوائب الأخرى وله بنية شكلية معقدة ، المزيد ظروف معالجة صارمة في معظم الأحيان ، يتم استخدام كبريتات أو كبريتات لب رقائق الخشب.

أثناء عملية استخلاص اللب بالكبريتيت ، تتم معالجة الخشب بمحلول خالٍ من 3-6٪ SO 2 وحوالي 2٪ SO 2 ملزمة كالكالسيوم والمغنيسيوم والصوديوم أو ثنائي سلفيت الأمونيوم. يتم الطهي تحت ضغط 135-150 درجة لمدة 4-12 ساعة ؛ تحتوي محاليل الطهي أثناء عملية فصل اللب عن طريق حامض الكبريتيت على درجة حموضة تتراوح من 1.5 إلى 2.5. أثناء فصل اللب بالكبريتيت ، تحدث سلفنة اللجنين ، يليها انتقالها إلى محلول. في الوقت نفسه ، يتم تحلل جزء من الهيميسليلوز ، ويتم إذابة السكريات الصغيرة والأحادية الناتجة ، بالإضافة إلى جزء من المواد الراتنجية ، في سائل الطهي. عند استخدام السليلوز (السليلوز الكبريتيت) المعزول بهذه الطريقة للمعالجة الكيميائية (بشكل رئيسي في إنتاج ألياف الفسكوز) ، يخضع السليلوز للتكرير ، وتتمثل مهمته الرئيسية في زيادة النقاوة الكيميائية وتوحيد السليلوز (إزالة اللجنين ، الهيميسليلوز ، تقليل محتوى الرماد ومحتوى الراتنج ، التغيير في المواد الكيميائية الغروية و الخصائص الفيزيائية). أكثر طرق التكرير شيوعًا هي معالجة اللب المبيض بمحلول 4-10٪ن aOH عند 20 درجة (تكرير بارد) أو محلول 1٪هيدروكسيد الصوديوم عند 95-100 درجة (تكرير ساخن). يحتوي لب الكبريتيت المحسن للمعالجة الكيميائية على المؤشرات التالية: 95-98٪α - السليلوز 0.15 - 0.25٪ لجنين ؛ 1.8-4.0٪ البنتوزان ؛ 0.07-0.14٪ راتينج ؛ 0.06-0.13٪ رماد. يستخدم عجينة الكبريتيت أيضًا في تصنيع الورق والكرتون عالي الجودة.

يمكن أيضًا غلي رقائق الخشب بـ 4 6٪ ن حل aOH (لب الصودا) أو خليطها مع كبريتيد الصوديوم (لب الكبريتات) عند 170-175 درجة تحت الضغط لمدة 5-6 ساعات. في هذه الحالة ، يحدث انحلال اللجنين ، والانتقال إلى محلول والتحلل المائي لجزء من الهيميسليلوز (بشكل رئيسي hexosans) وتحويلات أخرى للسكريات الناتجة إلى أحماض هيدروكسي عضوية (اللاكتيك والسكريات وغيرها) والأحماض (الفورميك). الراتنج وأعلى حمض دهنيتنتقل تدريجياً إلى سائل الطهي على شكل أملاح الصوديوم (ما يسمى ب"صابون كبريتات"). يمكن استخدام عملية استخلاص اللب القلوي في معالجة كل من خشب التنوب والصنوبر والأخشاب الصلبة. عند استخدام السليلوز (كبريتات السليلوز) المعزول بهذه الطريقة للمعالجة الكيميائية ، يتعرض الخشب لتحلل مائي مسبق (معالجة بحمض الكبريتيك المخفف عند درجة حرارة مرتفعة) قبل الطهي. يحتوي لب كبريتات التحلل المائي الأولي المستخدم في المعالجة الكيميائية ، بعد التكرير والتبييض ، على متوسط ​​التركيب التالي (٪):α -سيليلوز - 94.5-96.9 ؛ البنتوزان 2-2 ، 5 ؛ الراتنجات والدهون - 0.01-0.06 ؛ الرماد - 0.02-0.06. يستخدم السليلوز الكبريت أيضًا في إنتاج الأكياس وأوراق التغليف ، والحبال الورقية ، والأوراق الفنية (البكر ، والصنفرة ، والمكثف) ، والكتابة ، والطباعة ، والأوراق المتينة المبيضة (الرسم ، ورسم الخرائط ، للوثائق).

يتم استخدام اللب بالكبريتات للحصول على لب عالي الإنتاجية يستخدم في إنتاج الكرتون المضلع وورق الأكياس (إنتاج اللب من الخشب في هذه الحالة هو 50-60٪ مقابل.~ 35% لسليلوز الكبريتات قبل التحلل المائي للمعالجة الكيميائية). يحتوي اللب عالي الإنتاجية على كميات كبيرة من اللجنين (12-18٪) ويحتفظ بشكل الرقائق. لذلك ، بعد الطهي ، يتعرض للطحن الميكانيكي. يمكن أيضًا استخدام طهي الصودا والكبريتات في فصل السليلوز عن القش الذي يحتوي على كميات كبيرة من SiO2 إزالتها بفعل القلوي.

من نباتات الأخشاب الصلبة والحولية ، يتم عزل السليلوز أيضًا عن طريق الطهي المائي - معالجة المواد الخام بمحلول مركزة (40-50٪) من الأملاح المعدنية القلوية والأحماض الكربوكسيلية والسلفونية العطرية (على سبيل المثال ، أحماض البنزويك والسيمين والزيلين السلفونيك) في 150-180 درجة لمدة 5-10 ساعات. طرق أخرى لعزل السليلوز (حمض النيتريك ، والكلور القلوي ، وغيرها) لا تستخدم على نطاق واسع.

لتحديد الوزن المولي للسليلوز ، عادةً ما يتم استخدام مقياس اللزوجة [بواسطة لزوجة محاليل السليلوز في محلول أمونيا نحاسي ، في محاليل قواعد الأمونيوم الرباعية ، هيدروكسيد إيثيلين أمين الكادميوم (ما يسمى كادوكسين) ، في محلول قلوي من أ مركب طرطريك وحديد الصوديوم وغيره ، أو عن طريق لزوجة إثيرات السليلوز - بشكل أساسي الأسيتات والنترات التي تم الحصول عليها في ظل ظروف تمنع التدمير] والطرق التناضحية (لإيثرات السليلوز). تختلف درجة البلمرة التي تم تحديدها باستخدام هذه الطرق باختلاف مستحضرات السليلوز: 10-12 ألف للسيليلوز القطني والسليلوز لألياف اللحاء ؛ 2.5 - 3 آلاف لب الخشب (حسب التحديد في جهاز طرد مركزي فائق) و 0.3 - 0.5 ألف من السليلوز الحريري الفسكوزي.

يتميز السليلوز بالتشتت المتعدد بالوزن المولي. يتم تجزئة السليلوز عن طريق الانحلال الجزئي أو الترسيب من محلول أمونيا نحاسي ، أو من محلول في كوبري إيثيلين ديامين ، أو كادميوم إيثيلين ديامين أو في محلول قلوي لمركب طرطريك من حديد الصوديوم ، وكذلك عن طريق الترسيب الجزئي من محاليل نترات السليلوز في الأسيتون أو الإيثيل. خلات. بالنسبة إلى السليلوز القطني وألياف اللحاء ولب الخشب من الأنواع الصنوبرية ، تتميز منحنيات التوزيع بالوزن المولي مع حد أقصى ؛ منحنيات لب الخشب الصلب لها حد أقصى.

يحتوي السليلوز على بنية جزيئية معقدة. بناءً على بيانات الأشعة السينية وانحراف الإلكترون والدراسات الطيفية ، من المقبول عادةً أن السليلوز ينتمي إلى البوليمرات البلورية. يحتوي السليلوز على عدد من التعديلات الهيكلية ، أهمها السليلوز الطبيعي والسليلوز المائي. يتم تحويل السليلوز الطبيعي إلى سليلوز رطب عند الذوبان والترسيب اللاحق من المحلول ، تحت تأثير المحاليل القلوية المركزة والتحلل اللاحق للسليلوز القلوي وغيرها. يمكن إجراء الانتقال العكسي عن طريق تسخين السليلوز المائي في مذيب يسبب انتفاخه الشديد (الجلسرين والماء). كلا التعديلين الهيكليين لهما أنماط مختلفة من الأشعة السينية ويختلفان اختلافًا كبيرًا في التفاعل ، والقابلية للذوبان (ليس فقط للسليلوز نفسه ، ولكن أيضًا في استراته) ، وقدرة الامتصاص ، وغيرها. مستحضرات السليلوز المميهة زادت من الرطوبة وخصائص الصباغة ، بالإضافة إلى المزيد السرعه العاليهالتحلل المائي.

يؤدي وجود روابط أسيتال (غلوكوزيدية) بين الوحدات الأولية في جزيء السليلوز الكبير إلى مقاومة منخفضة لعمل الأحماض ، في وجود تحلل السليلوز المائي (انظر الشكل). يعتمد معدل العملية على عدد من العوامل ، منها العامل الحاسم ، خاصة عند تنفيذ التفاعل في وسط غير متجانس ، هو بنية المستحضرات ، التي تحدد شدة التفاعل بين الجزيئات. في المرحلة الأوليةيمكن أن يكون معدل التحلل المائي أعلى ، وهو ما يرتبط باحتمالية عدم وجود في الجزيء الكبير عدد كبيرروابط أقل مقاومة لعمل كواشف التحلل المائي من روابط الجلوكوزيد التقليدية. تسمى منتجات التحلل المائي الجزئي للسليلوز هيدروسيليلوز.

نتيجة للتحلل المائي ، تتغير خصائص مادة السليلوز بشكل كبير - تقل القوة الميكانيكية للألياف (بسبب انخفاض درجة البلمرة) ، ويزداد محتوى مجموعات الألدهيد وقابلية الذوبان في القلويات. لا يغير التحلل المائي الجزئي من مقاومة مستحضر السليلوز للعلاجات القلوية. منتج التحلل المائي الكامل للسليلوز هو الجلوكوز. تتكون الطرق الصناعية للتحلل المائي للمواد النباتية المحتوية على السليلوز في المعالجة باستخدام المحاليل المخففةحمض الهيدروكلوريك و H2SO4 (0.2-0.3٪) عند 150-180 درجة ؛ يصل عائد السكريات أثناء التحلل المائي التدريجي إلى 50٪.

بطبيعته الكيميائية ، السليلوز هو كحول متعدد الذرات. بسبب وجود مجموعات الهيدروكسيل في الوحدة الأولية للجزيء الكبير ، يتفاعل السليلوز مع المعادن والقواعد القلوية. عندما يتم معالجة السليلوز المجفف بمحلول من الصوديوم المعدني في الأمونيا السائلة عند درجة حرارة 25-50 درجة تحت الصفر لمدة 24 ساعة ، يتم تكوين كحول السليلوز ثلاثي الصوديوم:

n + 3nNa → n + 1.5nH 2.

عندما تعمل المحاليل المركزة للقلويات على السليلوز ، إلى جانب تفاعل كيميائي ، تحدث أيضًا عمليات فيزيائية وكيميائية - تورم السليلوز والانحلال الجزئي للكسور ذات الوزن الجزيئي المنخفض ، والتحولات الهيكلية. يمكن أن يستمر تفاعل هيدروكسيد الفلز القلوي مع السليلوز وفقًا لمخططين:

n + n هيدروكسيد الصوديوم n + nH 2 O

[C 6 H 7 O 2 (OH) 3] n + n NaOH n.

يختلف تفاعل مجموعات الهيدروكسيل الأولية والثانوية من السليلوز في وسط قلوي. تكون الخصائص الحمضية أكثر وضوحًا لمجموعات الهيدروكسيل الموجودة في ذرة الكربون الثانية للوحدة الأولية من السليلوز ، والتي تعد جزءًا من مجموعة الجليكول وتقع فيα -الموقع على رابطة الأسيتال. يبدو أن تكوين كحول السليلوز يحدث على وجه التحديد بسبب مجموعات الهيدروكسيل هذه ، بينما يشكل التفاعل مع مجموعات OH المتبقية مركبًا جزيئيًا.

يعتمد تكوين السليلوز القلوي على ظروف إنتاجه - تركيز القلويات ؛ درجة الحرارة وطبيعة مادة السليلوز وغيرها. نظرًا لعكس تفاعل تكوين السليلوز القلوي ، تؤدي الزيادة في تركيز القلويات في المحلول إلى زيادةγ (عدد مجموعات الهيدروكسيل المستبدلة لكل 100 وحدة أولية من جزيء السليلوز الكبير) من السليلوز القلوي ، ويؤدي انخفاض درجة حرارة المرمرة إلى زيادةγ السليلوز القلوي الذي تم الحصول عليه من خلال عمل المحاليل القلوية متساوية التركيز ، والذي يفسر بالاختلاف في معاملات درجة الحرارة للتفاعلات الأمامية والعكسية. يبدو أن الكثافة المختلفة للتفاعل مع قلويات المواد السليلوزية المختلفة مرتبطة بخصائص البنية الفيزيائية لهذه المواد.

أحد المكونات المهمة في عملية تفاعل السليلوز مع القلويات هو تورم السليلوز وانحلال الكسور ذات الوزن الجزيئي المنخفض. تسهل هذه العمليات إزالة الكسور ذات الوزن الجزيئي المنخفض (الهيميسليلوز) من السليلوز وانتشار كواشف الأسترة في الألياف أثناء عمليات الأسترة اللاحقة (على سبيل المثال ، تكوين الزانثوجينيشن). مع انخفاض درجة الحرارة ، تزداد درجة التورم بشكل ملحوظ. على سبيل المثال ، عند 18 درجة ، زيادة في قطر ألياف القطن تحت تأثير 12٪هيدروكسيد الصوديوم هو 10٪ وعند -10 درجة تصل إلى 66٪. مع زيادة تركيز القلويات ، هناك أولاً زيادة ، ثم (أكثر من 12٪) انخفاض في درجة التورم. ماكس درجةلوحظ تورم في تلك التركيزات من القلويات ، حيث يحدث ظهور نمط الأشعة السينية من السليلوز القلوي. تختلف هذه التركيزات باختلاف المواد السليلوزية: للقطن 18٪ (عند 25 درجة مئوية) ، الرامي 14-15٪ ، لباب الكبريتيت 9.5-10٪. تفاعل السليلوز مع المحاليل المركزةن يستخدم AOH على نطاق واسع في صناعة النسيج ، في إنتاج الألياف الاصطناعية وإيثرات السليلوز.

يستمر تفاعل السليلوز مع هيدروكسيدات الفلزات القلوية الأخرى بشكل مشابه للتفاعل مع الصودا الكاوية. تظهر الصورة الشعاعية للسليلوز القلوي عندما تتعرض مستحضرات السليلوز الطبيعية لمحاليل متساوية (3.5-4.0 مول / لتر) من هيدروكسيدات الفلزات القلوية. قواعد عضوية قوية - بعض هيدروكسيدات الأمونيوم رباعي الألكيل (أريل) ، على ما يبدو تشكل مركبات جزيئية مع السليلوز.

يحتل تفاعله مع هيدرات الكوبريامين مكانًا خاصًا في سلسلة تفاعلات السليلوز مع القواعد [ Cu (NH 3) 4] (OH) 2 ، وكذلك مع عدد من المركبات المعقدة الأخرى من النحاس والنيكل والكادميوم والزنك - كوبري إيثيلين ديامين [ Cu (en) 2] (OH) 2 (en - جزيء إيثيلين ديامين) ، نيوكسان [ Ni (NH 3) 6] (OH) 2 ، nioxene [Ni (en) 3] (OH) 2 ، cadoxene [Cd (en) 3] (OH) 2 و اخرين. يذوب السليلوز في هذه المنتجات. يتم ترسيب السليلوز من محلول أمونيا نحاسي تحت تأثير الماء أو القلويات أو المحاليل الحمضية.

تحت تأثير العوامل المؤكسدة ، يحدث أكسدة جزئية للسليلوز - وهي عملية تستخدم بنجاح في التكنولوجيا (تبييض السليلوز والأقمشة القطنية ، النضج المسبق للسليلوز القلوي). أكسدة السليلوز هي عملية جانبية في تنقية السليلوز ، وتحضير محلول غزل من النحاس والأمونيا ، وتشغيل المنتجات المصنوعة من مواد السليلوز. تسمى منتجات الأكسدة الجزئية للسليلوز هيدروكسي سليلوز. اعتمادًا على طبيعة العامل المؤكسد ، يمكن أن تكون أكسدة السليلوز انتقائية أو غير انتقائية. تشمل العوامل المؤكسدة الأكثر انتقائية حمض اليود وأملاحه ، والتي تعمل على أكسدة مجموعة الجليكول للوحدة الأولية من السليلوز مع كسر في حلقة الجيران (تكوين السليلوز الديالديهيد) (انظر الشكل). تحت تأثير حمض اليوديك والبيورات ، يتأكسد أيضًا عدد صغير من مجموعات الهيدروكسيل الأولية (للكربوكسيل أو الألدهيد). يتأكسد السليلوز بطريقة مماثلة تحت تأثير رباعي أسيتات الرصاص في المذيبات العضوية (حمض الأسيتيك ، الكلوروفورم).

من حيث مقاومة الأحماض ، يختلف الديالديهيد السليلوز قليلاً عن السليلوز الأصلي ، ولكنه أقل مقاومة للقلويات وحتى الماء ، والذي ينتج عن التحلل المائي للرابطة النصفية في وسط قلوي. أكسدة مجموعات الألدهيد إلى مجموعات كربوكسيل بفعل كلوريت الصوديوم (تكوين ثنائي كربوكسي سليلوز) ، وكذلك اختزالها إلى مجموعات هيدروكسيل (تكوين ما يسمى"disspirt" - السليلوز) يثبت السليلوز المؤكسد لعمل الكواشف القلوية. قابلية ذوبان النترات وخلات ديالديهيد السليلوز ، حتى مع وجود درجة منخفضة من الأكسدة (γ = 6-10) أقل بكثير من قابلية ذوبان إيثرات السليلوز المقابلة ، على ما يبدو بسبب تكوين روابط نصفية بين الجزيئات أثناء الأسترة. تحت تأثير ثاني أكسيد النيتروجين على السليلوز ، تتأكسد مجموعات الهيدروكسيل الأولية في الغالب إلى مجموعات كربوكسيل (تكوين أحادي كربوكسي سليلوز) (انظر الشكل). يستمر التفاعل وفقًا لآلية جذرية مع التكوين الوسيط لإسترات نتريت السليلوز والتحولات التأكسدية اللاحقة لهذه الإسترات. ما يصل إلى 15 ٪ من المحتوى الإجمالي لمجموعات الكربوكسيل غير عصبي (تتشكل مجموعات COOH عند ذرات الكربون الثانية والثالثة). في الوقت نفسه ، تتأكسد مجموعات الهيدروكسيل لهذه الذرات إلى مجموعات كيتو (تصل إلى 15-20٪ من العدد الإجمالي لمجموعات الهيدروكسيل المؤكسد). من الواضح أن تكوين مجموعات الكيتو هو سبب المقاومة المنخفضة للغاية لأحادي الكربوكسي سليلوز لتأثير القلويات وحتى الماء في درجات حرارة مرتفعة.

بمحتوى 10-13٪ من مجموعات COOH ، يذوب السليلوز أحادي الكربوكسيل في محلول مخففهيدروكسيد الصوديوم محاليل الأمونيا والبيريدين مع تشكيل الأملاح المقابلة. تتم عملية الأستلة بشكل أبطأ من السليلوز. الأسيتات ليست قابلة للذوبان تمامًا في كلوريد الميثيلين. لا تذوب نترات مونوكربوكسي سليلوز في الأسيتون حتى في محتوى النيتروجين حتى 13.5٪. ترتبط هذه السمات لخصائص استرات أحادي الكربوكسيلوز بتكوين روابط إيثر بين الجزيئات أثناء تفاعل مجموعات الكربوكسيل والهيدروكسيل. يستخدم أحادي كربوكسي سليلوز كعامل مرقئ ، كمبادل كاتيون لفصل بيولوجي المواد الفعالة(الهرمونات). عن طريق أكسدة السليلوز مع البوريت ، ثم مع الكلوريت وثاني أكسيد النيتروجين ، تم تصنيع مستحضرات ما يسمى السليلوز ثلاثي الكربوكسيل الذي يحتوي على ما يصل إلى 50.8 ٪ من مجموعات COOH.

يعتمد اتجاه أكسدة السليلوز تحت تأثير العوامل المؤكسدة غير الانتقائية (ثاني أكسيد الكلور ، أملاح حمض هيبوكلوروس ، بيروكسيد الهيدروجين ، الأكسجين في وسط قلوي) إلى حد كبير على طبيعة الوسط. في الوسط الحمضي والمتعادل ، تحت تأثير هيبوكلوريت وبيروكسيد الهيدروجين ، تتشكل منتجات من النوع المختزل ، على ما يبدو نتيجة لأكسدة مجموعات الهيدروكسيل الأولية إلى الألدهيد وإحدى مجموعات OH الثانوية لمجموعة كيتو (بيروكسيد الهيدروجين يؤكسد أيضًا مجموعات الجليكول مع حدوث كسر في حلقة الجيران). أثناء الأكسدة مع هيبوكلوريت في وسط قلوي ، تتحول مجموعات الألدهيد تدريجياً إلى مجموعات كربوكسيل ، ونتيجة لذلك يكون لمنتج الأكسدة طابع حمضي. تعتبر معالجة الهيبوكلوريت من أكثر طرق تبييض اللب شيوعًا. للحصول على لب عالي الجودة بدرجة عالية من البياض ، يتم تبييضه بثاني أكسيد الكلور أو الكلوريت في بيئة حمضية أو قلوية. في هذه الحالة ، يتأكسد اللجنين ، ويتم تدمير الأصباغ ، وتتأكسد مجموعات الألدهيد في جزيء السليلوز الكبير إلى الكربوكسيل ؛ لا تتأكسد مجموعات الهيدروكسيل. تؤدي الأكسدة بالأكسجين الجوي في وسط قلوي ، وفقًا لآلية جذرية ويصاحبها تدمير كبير للسليلوز ، إلى تراكم مجموعات الكربونيل والكربوكسيل في الجزيء الكبير (خداج السليلوز القلوي).

يسمح وجود مجموعات الهيدروكسيل في الوحدة الأولية لجزيء السليلوز الكبير بالانتقال إلى هذا فصول مهمةمشتقات السليلوز كإيثرات وإسترات. نظرًا لخصائصها القيمة ، تُستخدم هذه المركبات في مختلف فروع التكنولوجيا - في إنتاج الألياف والأغشية (الأسيتات ، نترات السليلوز) ، والبلاستيك (الأسيتات ، والنترات ، والإيثيل ، وإيثرات البنزيل) ، والورنيشات ، والطلاء العازل الكهربائي ، كمعلق المثبتات والمكثفات في صناعة الزيوت والنسيج (كربوكسي ميثيل سليلوز منخفض الاستبدال).

الألياف القائمة على السليلوز (الطبيعية والاصطناعية) هي مادة نسيجية كاملة مع مجموعة من الخصائص القيمة (قوة عالية واسترطابية ، قابلية جيدة للصبغ. عيوب ألياف السليلوز هي القابلية للاشتعال ، ومرونة عالية غير كافية ، وسهولة التدمير تحت تأثير الكائنات الحية الدقيقة ، إلخ. الميل إلى التغيير الموجه (التعديل) لمواد السليلوز قد تسبب في ظهور عدد من مشتقات السليلوز الجديدة ، وفي بعض الحالات ، أصناف جديدة من مشتقات السليلوز.

يتم تعديل خصائص وتوليف مشتقات السليلوز الجديدة باستخدام مجموعتين من الطرق:

1) الأسترة ، ألكلة O أو تحويل مجموعات الهيدروكسيل للوحدة الأولية إلى مجموعات وظيفية أخرى (الأكسدة ، استبدال النواة باستخدام إثيرات السليلوز - النترات ، الإيثرات معن - التولوين - وحمض الميثان سلفونيك) ؛

2) البلمرة المشتركة الكسب غير المشروع أو تفاعل السليلوز مع المركبات متعددة الوظائف (تحويل السليلوز إلى بوليمر متفرع أو متقاطع ، على التوالي).

واحدة من أكثر الطرق الشائعةتخليق مشتقات السليلوز المختلفة هو بديل محب للنيوكليوفيليك. في هذه الحالة ، تكون المواد الأولية عبارة عن إيثرات السليلوز مع بعض الأحماض القوية (التولوين وحمض الميثان سلفونيك ، وأحماض النيتريك والفينيل فوسفوريك) ، وكذلك مشتقات هاليد ديوكسي من السليلوز. مشتقات السليلوز التي يتم فيها استبدال مجموعات الهيدروكسيل بالهالوجينات (الكلور ، الفلور ، اليود) ، الرودانيك ، النتريل ومجموعات أخرى تم تصنيعها باستخدام تفاعل الاستبدال النوكليوفيلي ؛ تم تصنيع مستحضرات deoxycellulose التي تحتوي على دورات غير متجانسة (بيريدين وبيبيريدين) ، وإيثرات السليلوز مع الفينولات والنفثول ، وعدد من استرات السليلوز (مع أحماض كربوكسيلية أعلى ،α - الأحماض الأمينية والأحماض غير المشبعة). يؤدي التفاعل داخل الجزيئي لإحلال النيوكليوفيليك (تصبن استرات السليلوز توزيل) إلى تكوين عديدات السكاريد المختلطة التي تحتوي على 2 و 3 و 3 و 6 دورات أنهيدروجين.

أعظم قيمة عمليةلإنشاء مواد السليلوز بخصائص جديدة ذات قيمة تقنية ، لديها تخليق بوليمرات مشتركة لتطعيم السليلوز. تشمل الطرق الأكثر شيوعًا لتخليق البوليمرات المشتركة لطعم السليلوز استخدام تفاعل نقل متسلسل على السليلوز ، والبلمرة المشتركة الكيميائية الإشعاعية ، واستخدام أنظمة الأكسدة والاختزال التي يلعب فيها السليلوز دور عامل الاختزال. في الحالة الأخيرة ، يمكن أن يحدث تكوين macroradical بسبب أكسدة كل من مجموعات الهيدروكسيل من السليلوز (الأكسدة بأملاح السيريوم) ، والمجموعات الوظيفية التي يتم إدخالها بشكل خاص في الجزيء الكبير - الألدهيد ، المجموعات الأمينية (الأكسدة بأملاح الفاناديوم ، المنغنيز) ، أو تحلل مركب الديازو المتشكل أثناء عملية التحلل من تلك التي يتم إدخالها في مجموعات السليلوز الأمينية العطرية. يمكن في بعض الحالات أن يتم تركيب البوليمرات المشتركة في طعم السليلوز دون تكوين بوليمر متجانس ، مما يقلل من استهلاك المونومر. تتكون البوليمرات المشتركة لتطعيم السليلوز التي يتم الحصول عليها في ظل ظروف البلمرة المشتركة العادية من خليط من السليلوز الأصلي (أو الأثير المطعوم) والبوليمر المشترك المطبق (40-60٪). تختلف درجة بلمرة السلاسل المطعمة باختلاف طريقة البدء وطبيعة المكون المطعمة من 300 إلى 28000.

يتم تحديد التغيير في الخصائص نتيجة البلمرة المشتركة للكسب غير المشروع من خلال طبيعة المونومر المطعمة. يؤدي تطعيم الستيرين والأكريلونيتريل والأكريلونيتريل إلى زيادة مقاومة ألياف القطن الجافة. يتيح تطعيم البوليسترين ، و polymethyl methacrylate ، و polybutyl acrylate ، الحصول على مواد كارهة للماء. بوليمرات الكسب غير المشروع من السليلوز مع بوليمرات سلسلة مرنة (بولي ميثيل أكريلات) بكمية كافية محتوى رائعالمكون المطعمة هو لدن بالحرارة. يمكن استخدام بوليمرات الكسب غير المشروع من السليلوز مع الإلكتروليتات المتعددة (حمض بولي أكريليك ، بولي ميثيل فينيل بيريدين) كأقمشة تبادل أيوني ، وألياف ، وأفلام.

أحد عيوب ألياف السليلوز هو المرونة المنخفضة ، ونتيجة لذلك ، احتفاظ المنتجات بالشكل السيئ وزيادة التجعيد. يتم القضاء على هذا العيب من خلال تكوين روابط بين الجزيئات أثناء معالجة الأنسجة بمركبات متعددة الوظائف (ثنائي ميثيلول اليوريا ، ثنائي ميثيلول سيكلو إيثيلين اليوريا ، ثلاثي ميثيلول ميلامين ، ثنائي ميثيلول تريازون ، ديبوكسيدات مختلفة ، الأسيتال) التي تتفاعل مع مجموعات OH من السليلوز. إلى جانب تكوين روابط كيميائية بين جزيئات السليلوز الكبيرة ، تحدث بلمرة عامل التشابك مع تكوين بوليمرات خطية ومكانية. يتم تشريب الأقمشة المصنوعة من ألياف السليلوز بمحلول يحتوي على عامل تشابك ومحفز ، ويتم عصرها وتجفيفها عند درجة حرارة منخفضة وتعريضها للمعالجة الحرارية عند 120-160 درجة لمدة 3-5 دقائق. عند معالجة السليلوز بكواشف متعددة الوظائف ، تستمر العملية بشكل أساسي في المناطق غير المتبلورة من الألياف. لتحقيق نفس تأثير مقاومة التجعد ، يجب أن يكون استهلاك عامل التشابك في معالجة ألياف الفسكوز أعلى بكثير مما هو عليه في معالجة ألياف القطن ، والتي يبدو أنها مرتبطة بدرجة أعلى من تبلور الأخير.

السليلوز النقيأو الفيبر(من lat. cellula - "خلية") - هذه هي المواد التي ترتبط أيضًا ارتباطًا مباشرًا بالسكريات. ترتبط جزيئاتها ببعضها البعض عن طريق روابط هيدروجينية (تفاعل ضعيف) وتتكون من العديد من بقايا الجلوكوز ب (من 2000 إلى 3000). السليلوز هو المكون الرئيسي لأي خلية نباتية. يوجد في الخشب ، في قشور بعض الفواكه (على سبيل المثال ، بذور عباد الشمس). في أنقى صورها السليلوزوهو عبارة عن مسحوق أبيض غير قابل للذوبان في الماء ولا يشكل عجينة. لتقييم "عن طريق اللمس" السليلوز النقييمكنك أن تأخذ ، على سبيل المثال ، الصوف القطني أو زغب الحور الأبيض.
عمليا نفس الشيء. إذا قارنا السليلوز والنشا ، فإن النشا يتحلل بالماء بشكل أفضل. يتم إجراء التحلل المائي للسليلوز في بيئة حمضية ، حيث يتم تشكيل ثنائي السليلوبيوز السليلوز أولاً ، ثم الجلوكوز.
يستخدم السليلوز على نطاق واسع في الصناعة ، بعد تنظيفه ، يصبحون مألوفين السيلوفان(يختلف البولي إيثيلين والسيلوفان عن بعضهما البعض للمس (لا يبدو السيلوفان "دهنيًا" و "حفيفًا" عند تشوهه) ، وكذلك الألياف الاصطناعية - فسكوزي (من اللات. لزج - "لزج").
بمجرد دخول الجسم ، يتم تحلل السكريات الثنائية (على سبيل المثال ، السكروز واللاكتوز) والسكريات (النشا) تحت تأثير إنزيمات خاصة لتكوين الجلوكوز والفركتوز. يمكن إجراء مثل هذا التحول بسهولة في فمك. إذا مضغت فتات الخبز لفترة طويلة ، ثم تحت تأثير إنزيم الأميليز ، يتحلل النشا الموجود في الخبز إلى الجلوكوز. هذا يخلق طعم حلو في الفم.

يوجد أدناه رسم تخطيطي التحلل المائي السليلوز

استلام الورق

السليلوز النقي

ما هو رأيك مدرج في تكوين الورق؟! في الواقع ، هذه مادة عبارة عن ألياف متشابكة رفيعة جدًا. السليلوز. يتم ربط بعض هذه الألياف برابطة هيدروجينية (الرابطة المتكونة بين المجموعات هي مجموعة الهيدروكسيل - OH). طريقة إنتاج الورقفي القرن الثاني قبل الميلاد كان معروفًا بالفعل في الصين القديمة. في ذلك الوقت ، كان الورق يصنع من الخيزران أو القطن. في وقت لاحق - في القرن التاسع الميلادي ، جاء هذا السر إلى أوروبا. ل استلام الورقبالفعل في العصور الوسطى ، تم استخدام أقمشة الكتان أو القطن.

لكن فقط في القرن الثامن عشر وجدوا الطريقة الأكثر ملاءمة استلام الورق- من الشجرة. ونوع الورق الذي نستخدمه الآن بدأ يصنع فقط في القرن التاسع عشر.

المواد الخام الرئيسية لـ استلام الورقيكون السليلوز. يحتوي الخشب الجاف على ما يقرب من 40٪ من هذا اللب. ما تبقى من الشجرة عبارة عن بوليمرات مختلفة مكونة من السكريات. أنواع مختلفة، بما في ذلك الفركتوز ، المواد المعقدة - كحول الفينول ، التانينات المختلفة ، المغنيسيوم ، أملاح الصوديوم والبوتاسيوم ، الزيوت الأساسية.

إنتاج اللب

إنتاج اللبالمرتبطة بالمعالجة الميكانيكية للخشب ثم إجراء تفاعلات كيميائية مع نشارة الخشب. يتم سحق الأشجار الصنوبرية إلى نشارة الخشب الصغيرة. يتم وضع نشارة الخشب في محلول غليان يحتوي على NaHSO 4 (هيدرو كبريتيد الصوديوم) و SO 2 (غاز كبريتيد). يتم الغليان في ضغط مرتفع(0.5 ميجا باسكال) ولمدة طويلة (حوالي 12 ساعة). في هذه الحالة ، يحدث تفاعل كيميائي في المحلول ، ونتيجة لذلك يتم الحصول على مادة هيميسيلولوزوالجوهر اللجنين (اللجنين- هذه مادة عبارة عن خليط من الهيدروكربونات العطرية أو جزء عطري من شجرة) ، وكذلك المنتج الرئيسي للتفاعل - السليلوز النقي، الذي يترسب في الحاوية حيث يتم إجراء التفاعل الكيميائي. بالإضافة إلى ذلك ، يتفاعل اللجنين بدوره مع غاز حامضفي المحلول ، ينتج عنه الكحول الإيثيلي ، الفانيلين ، التانينات المختلفة ، وكذلك خميرة الطعام.

عملية أخرى إنتاج اللبيرتبط بطحن الرواسب بمساعدة اللفات ، مما ينتج عنه جزيئات السليلوز بحوالي 1 مم. وعندما تدخل هذه الجسيمات الماء ، فإنها تنتفخ وتتشكل على الفور ورق. في هذه المرحلة ، لا تبدو الورقة نفسها بعد وتبدو وكأنها معلقة لألياف السليلوز في الماء.

في المرحلة التالية ، يتم إعطاء الورق خصائصه الرئيسية: الكثافة ، اللون ، القوة ، المسامية ، النعومة ، والتي من أجلها الطين ، وأكسيد التيتانيوم ، وأكسيد الباريوم ، والطباشير ، والتلك والمواد الإضافية التي تربط ألياف السليلوز. إضافي ألياف السليلوزتعامل مع الغراء الخاص على أساس الراتنج والصنوبري. يشمل تكوينها يراتج. إذا تمت إضافة شب البوتاسيوم إلى هذه المادة اللاصقة ، يحدث تفاعل كيميائي ويتم تكوين راسب من راتنجات الألومنيوم. هذه المادة قادرة على تغليف ألياف السليلوز ، مما يمنحها مقاومة للرطوبة والقوة. يتم تطبيق الكتلة الناتجة بالتساوي على الشبكة المتحركة ، حيث يتم ضغطها وتجفيفها. هنا التشكيل الويب الورقي. لجعل الورق أكثر نعومة ولمعانًا ، يتم تمريره أولاً بين المعدن ثم بين لفات الورق السميكة (يتم إجراء الصقل) ، وبعد ذلك يتم قطع الورق إلى أوراق بمقص خاص.

كيف تفكر، لماذا يتحول لون الورق إلى اللون الأصفر بمرور الوقت؟!?

اتضح أن جزيئات السليلوز ، التي تم عزلها عن الخشب ، تتكون من عدد كبير من الوحدات الهيكلية من النوع C 6 H 10 O 5 ، والتي ، تحت تأثير أيونات ذرة الهيدروجين ، تفقد الروابط مع بعضها البعض لفترة معينة ، الأمر الذي يؤدي إلى انتهاك السلسلة المشتركة. خلال هذه العملية ، يصبح الورق هشًا ويفقد لونه الأصلي. لا يزال مستمرا ، كما يقولون تحمض الورق . من أجل استعادة الورق المنهار ، يتم استخدام بيكربونات الكالسيوم Ca (HCO 3) 2) ، مما يسمح لك بتقليل الحموضة مؤقتًا.

هناك طريقة أخرى - أكثر تقدمًا مرتبطة باستخدام مادة ثنائي إيثيل الزنك Zn (C 2 H 5) 2. لكن هذه المادة يمكن أن تشتعل تلقائيًا في الهواء وحتى بالقرب من الماء!

تطبيق السليلوز

بالإضافة إلى حقيقة أن السليلوز يستخدم في صناعة الورق ، فإنهم يستخدمون أيضًا خصائصه المفيدة جدًا. الأسترةمع مختلف الأحماض غير العضوية والعضوية. في سياق هذه التفاعلات ، تتشكل الإسترات ، والتي وجدت تطبيقًا في الصناعة. أثناء التفاعل الكيميائي نفسه ، لا يتم كسر الروابط التي تربط شظايا جزيء السليلوز ، ولكن يتم الحصول على مركب كيميائي جديد مع مجموعة استر- COOR-. أحد منتجات التفاعل المهمة هو خلات السليلوز، والذي يتكون أثناء التفاعل حمض الاسيتيك(أو مشتقاته ، مثل الأسيتالديهيد) والسليلوز. يستخدم هذا المركب الكيميائي على نطاق واسع في صناعة الألياف الاصطناعية مثل ألياف الأسيتات.

منتج مفيد آخر ثلاثي نترات السليلوز. يتم تشكيله عندما نترات السليلوزخليط من الأحماض: الكبريتيك والنتريك المركز. يستخدم ثلاثي نترات السليلوز على نطاق واسع في تصنيع مسحوق عديم الدخان (البيروكسيلين). هناك أكثر ثنائي نترات السليلوز، والذي يستخدم في صنع أنواع معينة من البلاستيك و


السليلوز (ج 6 س 10 س 5) ن -بوليمر طبيعي ، عديد السكاريد يتكون من بقايا بيتا جلوكوز ، الجزيئات لها بنية خطية. تحتوي كل بقايا من جزيء الجلوكوز على ثلاث مجموعات هيدروكسيل ، لذلك فهي تعرض خصائص كحول متعدد الهيدروكسيل.

الخصائص الفيزيائية

السليلوز مادة ليفية ، غير قابلة للذوبان في الماء ولا في المذيبات العضوية الشائعة ، وهي مادة استرطابية. لديها قوة ميكانيكية وكيميائية كبيرة.

1. السليلوز ، أو الألياف ، هو جزء من النباتات ، مكونًا أغشية الخلايا فيها.

2. من هنا يأتي اسمها (من الكلمة اللاتينية "cellula" - خلية).

3. يعطي السليلوز للنبات القوة والمرونة اللازمتين وهو ، كما كان ، هيكلها العظمي.

4. تحتوي ألياف القطن على ما يصل إلى 98٪ من السليلوز.

5. ألياف الكتان والقنب هي أيضا في الغالب من السليلوز. في الخشب حوالي 50٪.

6. الورق ، أقمشة قطنيةهي منتجات السليلوز.

7. العينات النظيفة بشكل خاص من السليلوز هي الصوف القطني المأخوذ من القطن المنقى والورق المرشح (غير اللاصق).

8. السليلوز المعزول من المواد الطبيعية عبارة عن مادة ليفية صلبة لا تذوب في الماء أو في المذيبات العضوية الشائعة.

الخواص الكيميائية

1. السليلوز هو عديد السكاريد الذي يخضع للتحلل المائي لتكوين الجلوكوز:

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6

2. السليلوز - الكحول متعدد الهيدروكسيل ، يدخل في تفاعلات الأسترة مع تكوين الإسترات

(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3nCH 3 COOH → 3nH 2 O + (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n

ثلاثي أسيتات السليلوز

أسيتات السليلوز عبارة عن بوليمرات صناعية تستخدم في إنتاج خلات الحرير والأفلام (الفيلم) والورنيشات.

طلب

استخدام السليلوز متنوع للغاية. يتم الحصول عليها من الورق والأقمشة والورنيش والأفلام والمتفجرات والحرير الصناعي (أسيتات وفيسكوز) والبلاستيك (السليلويد) والجلوكوز وأكثر من ذلك بكثير.

العثور على السليلوز في الطبيعة.

1. في الألياف الطبيعية ، توجد جزيئات السليلوز الكبيرة في اتجاه واحد: فهي موجهة على طول محور الألياف.

2. العديد من الروابط الهيدروجينية التي تنشأ في هذه الحالة بين مجموعات الهيدروكسيل في الجزيئات الكبيرة تحدد القوة العالية لهذه الألياف.

3. في عملية غزل القطن والكتان وما إلى ذلك ، يتم نسج هذه الألياف الأولية في خيوط أطول.

4. يفسر ذلك حقيقة أن الجزيئات الكبيرة الموجودة فيه ، على الرغم من أن لها بنية خطية ، تقع بشكل عشوائي أكثر ، وليست موجهة في اتجاه واحد.

يؤثر تكوين جزيئات النشا والسليلوز الكبيرة من الأشكال الدورية المختلفة للجلوكوز بشكل كبير على خصائصها:

1) النشا منتج غذائي بشري مهم ، ولا يمكن استخدام السليلوز لهذا الغرض ؛

2) السبب هو أن الإنزيمات التي تعزز التحلل المائي للنشا لا تعمل على الروابط بين بقايا السليلوز.