☰

Mis on tselluloos? Taimne kiudaine on polüsahhariid. Suur nafta ja gaasi entsüklopeedia

Tselluloos on kahe loodusliku aine derivaat: puit ja puuvill. Taimedes täidab see oluline funktsioon andes neile paindlikkust ja jõudu.

Kust ainet leitakse?

Tselluloos on looduslik aine. Taimed suudavad seda ise toota. Kompositsioon sisaldab: vesinikku, hapnikku, süsinikku.

Taimed toodavad suhkrut päikesevalguse mõjul, seda töötlevad rakud ja see võimaldab kiududel taluda suuri tuulekoormusi. Tselluloos on aine, mis osaleb fotosünteesi protsessis. Kui värske puu lõikele piserdada suhkruvett, imendub vedelik kiiresti.

Algab tselluloosi tootmine. Seda looduslikku meetodit selle saamiseks võetakse puuvillase kanga tööstuslikul tootmisel aluseks. Erineva kvaliteediga paberimassi saamiseks on mitu meetodit.

Tootmismeetod nr 1

Tselluloos saadakse looduslikult puuvillaseemnetest. Karvad kogutakse automatiseeritud mehhanismide abil, kuid nõuavad pikk periood taime kasvatamine. Sel viisil toodetud kangast peetakse kõige puhtamaks.

Puidukiududest saab kiiremini kätte tselluloosi. Selle meetodi puhul on aga kvaliteet palju halvem. See materjal sobib ainult mittekiulise plasti, tsellofaani valmistamiseks. Samuti saab sellisest materjalist toota tehiskiude.

loomulik vastuvõtt

Puuvillaseemnetest tselluloosi tootmine algab pikkade kiudude eraldamisega. Seda materjali kasutatakse puuvillase kanga valmistamiseks. Väikesed osad, alla 1,5 cm, nimetatakse

Need sobivad tselluloosi tootmiseks. Kokkupandud osad kuumutatakse kõrgsurvega. Protsessi kestus võib olla kuni 6 tundi. Enne materjali kuumutamist lisatakse sellele naatriumhüdroksiidi.

Saadud ainet tuleb pesta. Selleks kasutatakse kloori, mis ka pleegitab. Selle meetodiga tselluloosi koostis on puhtaim (99%).

Valmistamisviis nr 2 puidust

80–97% tselluloosi saamiseks kasutatakse okaspuuhaket, keemilised ained. Kogu mass segatakse ja töödeldakse temperatuuriga. Keetmise tulemusena vabaneb vajalik aine.

Segatakse kaltsiumvesiniksulfit, vääveldioksiid ja puidumass. Saadud segus ei ole tselluloosi rohkem kui 50%. Reaktsiooni tulemusena lahustuvad vedelikus süsivesinikud ja ligniinid. Tahke materjal läbib puhastusfaasi.

Hankige madala kvaliteediga paberit meenutav mass. See materjal on ainete valmistamise aluseks:

  • Efirov.
  • tsellofaan.
  • Viskooskiud.

Mida toodetakse väärtuslikust materjalist?

Kiuline, mis võimaldab sellest riideid valmistada. Materjal on 99,8% puuvillane looduslik toode saadud ülaltoodud loodusliku meetodi abil. Seda saab kasutada ka lõhkeainete valmistamiseks keemilise reaktsiooni tulemusena. Tselluloos on aktiivne, kui sellele kantakse happeid.

Tselluloosi omadused on rakendatavad kangaste tootmisel. Niisiis valmistatakse sellest tehiskiud, mis meenutavad välimuselt ja katsumisel looduslikke kangaid:

  • viskoos ja;
  • tehiskarusnahk;
  • vask-ammoniaagi siid.

Enamasti puidumassist valmistatakse:

  • lakid;
  • fotofilm;
  • paberitooted;
  • plastid;
  • nõudepesukäsnad;
  • suitsuvaba pulber.

Keemilise reaktsiooni tulemusena saadakse tselluloos:

  • trinitrotselluloos;
  • dinitrotselluloos;
  • glükoos;
  • vedelkütus.

Tselluloosi võib kasutada ka toidus. Mõned taimed (seller, salat, kliid) sisaldavad selle kiude. See toimib ka tärklise tootmise materjalina. Juba õppinud seda tegema õhukesed niidid- tehisvõrk on väga vastupidav ja ei veni.

Tselluloosi keemiline valem on C6H10O5. See on polüsahhariid. See on valmistatud:

  • meditsiiniline puuvill;
  • sidemed;
  • tampoonid;
  • papp, puitlaastplaat;
  • toidulisand E460.

Aine eelised

Tselluloos on võimeline taluma kuni 200 kraadi kõrgeid temperatuure. Molekulid ei lagune, mistõttu on võimalik sellest valmistada korduvkasutatavaid plastnõusid. Samas säilib oluline omadus – elastsus.

Tselluloos talub pikaajalist kokkupuudet hapetega. Vees absoluutselt lahustumatu. Ei seeditud Inimkeha, kasutatakse sorbendina.

Mikrokristallilist tselluloosi kasutatakse Alternatiivmeditsiin preparaadina seedesüsteemi puhastamiseks. Pulbriline materjal toimib kui toidu lisaaine et vähendada tarbitava toidu kalorisisaldust. See aitab kaasa toksiinide eemaldamisele, alandab suhkrut ja kolesterooli veres.

Tootmismeetod nr 3 - tööstuslik

Tootmisplatsidel valmistatakse tselluloosi keetmisel erinevates keskkondades. Kasutatav materjal sõltub reaktiivi tüübist - puidu tüübist:

  • Vaigused kivimid.
  • Lehtpuud.
  • Taimed.

Toiduvalmistamiseks on mitut tüüpi reaktiive:

  • Vastasel juhul nimetatakse seda meetodit sulfitiks. Lahusena kasutatakse väävelhappe soola või selle vedelat segu. Selle tootmisvõimalusega eraldatakse tselluloos okaspuuliikidest. Nulg ja kuusk on hästi töödeldud.
  • Leeliselise keskkonna ehk sooda meetod põhineb naatriumhüdroksiidi kasutamisel. Lahus eraldab hästi tselluloosi taimede (maisivarred) ja puude (peamiselt lehtpuu) kiududest.
  • Naatriumhüdroksiidi ja naatriumsulfiidi samaaegset kasutamist kasutatakse sulfaatmeetodis. Seda kasutatakse laialdaselt valge likööri sulfiidi tootmises. Tehnoloogia on keskkonnale üsna negatiivne kolmandate isikute keemiliste reaktsioonide tekke tõttu.

Viimane meetod on kõige levinum selle mitmekülgsuse tõttu: paberimassi saab saada peaaegu igast puust. Kuid materjali puhtus ei ole pärast ühte keemist päris kõrge. Lisandid eemaldatakse täiendavate reaktsioonide abil:

  • hemitselluloosid eemaldatakse leeliseliste lahustega;
  • ligniini makromolekulid ja nende hävimisproduktid eemaldatakse klooriga, millele järgneb töötlemine leelisega.

Toiteväärtus

Tärklisel ja tselluloosil on sarnane struktuur. Katsete tulemusena õnnestus saada mittesöödavatest kiududest toode. Ta vajab inimest pidevalt. Tarbitav toit koosneb enam kui 20% tärklisest.

Teadlastel õnnestus saada tselluloosist amüloosi, millel on positiivne mõju inimkeha seisundile. Samal ajal vabaneb reaktsiooni käigus glükoos. Selgub jäätmevaba tootmine - viimane aine saadetakse etanooli tootmiseks. Amüloos toimib ka rasvumise ennetamise vahendina.

Reaktsiooni tulemusena jääb tselluloos tahkeks, settides anuma põhja. Ülejäänud komponendid eemaldatakse magnetiliste nanoosakeste abil või lahustatakse ja eemaldatakse koos vedelikuga.

Müügil olevad ainete liigid

Tarnijad pakuvad erineva kvaliteediga tselluloosi mõistlike hindadega. Loetleme peamised materjalitüübid:

  • Tselluloossulfaatvalge, toodetud kahte tüüpi puidust: okas- ja lehtpuust. Pakendimaterjalis on kasutatud pleegitamata materjali, isoleermaterjalideks ja muuks otstarbeks ebakvaliteetset paberit.
  • Sulfiit on kaubanduslikult saadaval ka valgena, valmistatud okaspuudest.
  • Valge pulbermaterjal sobib meditsiiniliste ainete tootmiseks.
  • Kvaliteetset tselluloosi toodetakse pleegitamise teel ilma kloori osaluseta. Tooraineks võetakse okaspuid. Puitmass koosneb kuuse- ja männilaastude kombinatsioonist vahekorras 20/80%. Saadud materjali puhtus on kõrgeim. See sobib meditsiinis kasutatavate steriilsete materjalide valmistamiseks.

Sobiva paberimassi valimiseks kasutatakse standardseid kriteeriume: materjali puhtus, tõmbetugevus, kiu pikkus, rebenemiskindluse indeks. Kvantitatiivselt on näidatud ka vesilahuse keemiline olek või agressiivsus ja niiskus. Pleegitatud paberimassi kujul tarnitava tselluloosi puhul kehtivad muud näitajad: erimaht, heledus, jahvatussuurus, tõmbetugevus, puhtus.

Tselluloosi massi oluline näitaja on rebenemiskindluse indeks. Sellest sõltub toodetavate materjalide otstarve. Arvestage toorainena kasutatavat ja niiskust. Samuti on oluline vaikude ja rasvade tase. Pulbri ühtlus on teatud protsessirakenduste puhul oluline. Sarnastel eesmärkidel hinnatakse lehtmaterjali sitkust ja lõhkemistugevust.

TSELLULOOS
kiudaine, taimemaailma peamine ehitusmaterjal, moodustades puude ja teiste kõrgemate taimede rakuseinad. Tselluloosi puhtaim looduslik vorm on puuvillaseemnete karvad.
Puhastamine ja isoleerimine. Praegu on tööstusliku tähtsusega vaid kaks tselluloosiallikat – puuvill ja puidumass. Puuvill on peaaegu puhas tselluloos ja ei vaja keerukat töötlemist, et saada keemiliste kiudude ja mittekiuliste plastide tootmise lähtematerjaliks. Pärast seda, kui puuvillase kanga valmistamiseks kasutatud pikad kiud on puuvillaseemnest eraldatud, jäävad alles lühikesed karvad ehk 10-15 mm pikkused "kiud" (puuvillane kohev). Kiud eraldatakse seemnest, kuumutatakse rõhu all 2-6 tundi 2,5-3% naatriumhüdroksiidi lahusega, seejärel pestakse, pleegitatakse klooriga, pestakse uuesti ja kuivatatakse. Saadud toode on 99% puhas tselluloos. Saagis on 80% (massi järgi) kiud ja ülejäänu on ligniin, rasvad, vahad, pektaadid ja seemnekestad. Puitmassi valmistatakse tavaliselt puude puidust. okaspuud. See sisaldab 50-60% tselluloosi, 25-35% ligniini ja 10-15% hemitselluloose ja mittetselluloosi süsivesinikke. Sulfitprotsessis keedetakse puiduhaket rõhu all (umbes 0,5 MPa) 140°C juures vääveldioksiidi ja kaltsiumvesiniksulfitiga. Sel juhul lähevad ligniinid ja süsivesinikud lahusesse ning tselluloos jääb alles. Pärast pesemist ja pleegitamist valatakse puhastatud mass sarnaselt bloteerimispaberile lahtiseks paberiks ja kuivatatakse. Selline mass koosneb 88-97% tselluloosist ja on üsna sobiv keemiliseks töötlemiseks viskooskiuks ja tsellofaaniks, samuti tselluloosi derivaatideks - estriteks ja eetriteks. Tselluloosi lahusest regenereerimise protsessi, lisades selle kontsentreeritud ammooniumvase (s.t. mis sisaldab vasksulfaati ja ammooniumhüdroksiidi) vesilahusele hapet, kirjeldas inglane J. Mercer 1844. aasta paiku. Kuid selle meetodi esimene tööstuslik rakendus, mis tähistas vase-ammoniaagikiutööstuse algus, omistatud E. Schweitzerile (1857), ja selle edasine areng on M. Krameri ja I. Schlossbergeri (1858) teene. Ja alles 1892. aastal leiutasid Cross, Bevin ja Beadle Inglismaal viskooskiu saamise protsessi: viskoosne tselluloosi vesilahus (millest ka nimi viskoos) saadi pärast tselluloosi esmast töötlemist tugeva naatriumhüdroksiidi lahusega, mis andis "sooda" tselluloos" ja seejärel süsinikdisulfiidiga (CS2), mille tulemuseks on lahustuv tselluloosksantaat. Pigistades tilguti seda "ketrustavat" lahust läbi väikese ümmarguse auguga ketruse happevanni, regenereeriti tselluloos viskooskiu kujul. Kui lahus kitsa piluga matriitsi kaudu samasse vanni välja pigistati, saadi kile, mida kutsuti tsellofaaniks. J. Brandenberger, kes tegeles selle tehnoloogiaga Prantsusmaal aastatel 1908–1912, oli esimene, kes patenteeris pideva tsellofaani valmistamise protsessi.
Keemiline struktuur. Vaatamata tselluloosi ja selle derivaatide laialdasele tööstuslikule kasutamisele, pakuti praegu aktsepteeritud tselluloosi keemilist struktuurivalemit (W. Haworth) alles 1934. aastal. Tõsi, alates 1913. aastast oli teada selle empiiriline valem C6H10O5, mis määrati kindlaks tselluloosi kvantitatiivse analüüsi andmetest. hästi pestud ja kuivatatud proovid: 44,4% C, 6,2% H ja 49,4% O. Tänu G. Staudingeri ja K. Freudenbergi tööle teati ka, et tegemist on pika ahelaga polümeeri molekuliga, mis koosneb näidatud molekulidest. joonisel fig. 1 korduvad glükosiidijäägid. Igal üksusel on kolm hüdroksüülrühma – üks primaarne (-CH2CHOH) ja kaks sekundaarset (>CHCHOH). 1920. aastaks tegi E.Fischer kindlaks lihtsuhkrute struktuuri ja samal aastal näitasid tselluloosi röntgenuuringud esimest korda selle kiudude selget difraktsioonimustrit. Puuvillakiu röntgendifraktsioonimuster näitab täpselt määratletud kristallilist orientatsiooni, kuid linakiud on veelgi järjestatum. Kui tselluloos regenereeritakse kiu kujul, kaob suures osas kristallilisus. Kui lihtne on seda saavutuste valguses näha kaasaegne teadus, jäi tselluloosi struktuurikeemia aastatel 1860–1920 praktiliselt seisma põhjusel, et kogu selle aja olid probleemi lahendamiseks vajalikud abiteaduslikud distsipliinid lapsekingades.

REGENEREERITUD TSELLULOOS
Viskooskiud ja tsellofaan. Nii viskooskiud kui ka tsellofaan on regenereeritud (lahusest) tselluloos. Puhastatud looduslikku tselluloosi töödeldakse kontsentreeritud naatriumhüdroksiidi liiaga; pärast ülejäägi eemaldamist selle tükid jahvatatakse ja saadud massi hoitakse hoolikalt kontrollitud tingimustes. Selle "vananemisega" väheneb polümeeri ahelate pikkus, mis aitab kaasa järgnevale lahustumisele. Seejärel segatakse purustatud tselluloos süsinikdisulfiidiga ja saadud ksantaat lahustatakse naatriumhüdroksiidi lahuses, et saada "viskoos" - viskoosne lahus. Kui viskoos satub happe vesilahusesse, regenereeritakse sellest tselluloos. Lihtsustatud kogureaktsioonid on järgmised:


Viskooskiudu, mis saadakse viskoosi pressimisel läbi ketrus oleva väikeste aukude happelahuseks, kasutatakse laialdaselt rõivaste, drapeeringute ja mööbliriide valmistamisel, samuti tehnoloogias. Märkimisväärses koguses viskooskiudu kasutatakse tehniliste rihmade, teipide, filtrite ja rehvinööri jaoks.
Tsellofaan. Tsellofaan, mis saadakse viskoosi ekstrudeerimisel happelisse vanni läbi kitsa piluga ketruse, läbib seejärel pesu-, pleegitus- ja plastifitseerimisvannid, kuivati ​​trumlid ja keritakse rulli. Tsellofaankile pind on peaaegu alati kaetud nitrotselluloosi, vaigu, mingi vaha või lakiga, et vähendada veeauru läbilaskvust ja tagada termiline tihendus, kuna katmata tsellofaanil puudub termoplastsuse omadus. Kaasaegsetes tööstusharudes kasutatakse selleks polüvinülideenkloriidi tüüpi polümeerkatteid, kuna need on vähem niiskust läbilaskvad ja annavad termilise tihendamise ajal tugevama ühenduse. Tsellofaani kasutatakse laialdaselt peamiselt pakenditootmises pudukaupade pakkematerjalina, toiduained, tubakatooted, ja ka isekleepuva pakkelindi alusena.
Viskoosist käsn. Koos kiu või kile saamisega võib viskoosi segada sobivate kiuliste ja peenkristalliliste materjalidega; pärast happetöötlust ja veega leotamist muudetakse see segu viskooskäsnmaterjaliks (joonis 2), mida kasutatakse pakendamiseks ja soojusisolatsiooniks.



Vask kiud. Regenereeritud tsellulooskiudu toodetakse ka kaubanduslikult, lahustades tselluloosi kontsentreeritud ammooniumvase lahuses (CuSO4 NH4OH-s) ja keerutades saadud lahuse kiuks happelises ketrusvannis. Sellist kiudu nimetatakse vask-ammoniaagiks.
TSELLULOOSI OMADUSED
Keemilised omadused. Nagu on näidatud joonisel fig. 1, tselluloos on kõrge polümeerse sisaldusega süsivesik, mis koosneb C6H10O5 glükosiidjääkidest, mis on ühendatud estersildadega positsioonis 1,4. Iga glükopüranoosiüksuse kolm hüdroksüülrühma saab esterdada orgaaniliste ainetega, nagu hapete ja happeanhüdriidide segu sobiva katalüsaatoriga, näiteks väävelhappega. Eetreid saab moodustada kontsentreeritud naatriumhüdroksiidi toimel, mille tulemuseks on soodatselluloosi moodustumine ja sellele järgnev reaktsioon alküülhalogeniidiga:


Reaktsioon etüleeni või propüleenoksiidiga annab hüdroksüülitud eetrid:


Nende hüdroksüülrühmade olemasolu ja makromolekuli geomeetria vastutavad naaberüksuste tugeva polaarse vastastikuse külgetõmbe eest. Tõmbejõud on nii tugevad, et tavapärased lahustid ei suuda ahelat katkestada ja tselluloosi lahustada. Need vabad hüdroksüülrühmad vastutavad ka tselluloosi kõrge hügroskoopsuse eest (joonis 3). Eeterdamine ja eeterdamine vähendavad hügroskoopsust ja suurendavad lahustuvust tavalistes lahustites.



Happe vesilahuse toimel purunevad hapnikusillad asendis 1,4. Ahela täielik katkemine annab glükoosi, monosahhariidi. Esialgne ahela pikkus sõltub tselluloosi päritolust. See on maksimaalne loomulik olek ja väheneb eraldamise, puhastamise ja derivaatideks muundamise protsessis (vt tabelit).

TSELLULOOSI POLÜMERISEERIMISKRAAD
Materjal Glükosiidijääkide arv
Toorpuuvill 2500-3000
Puhastatud puuvillane linter 900-1000
Puhastatud puidumass 800-1000
Regenereeritud tselluloos 200-400
Tööstuslik tselluloosatsetaat 150-270


Isegi mehaaniline nihke, näiteks abrasiivse lihvimise ajal, viib kettide pikkuse vähenemiseni. Kui polümeeri ahela pikkus väheneb alla teatud miinimumväärtuse, muutuvad tselluloosi makroskoopilised füüsikalised omadused. Oksüdeerivad ained mõjutavad tselluloosi glükopüranoositsüklit lõhustamata (joonis 4). Järgnev toime (näiteks niiskuse juuresolekul keskkonnakatsetes) viib reeglina ahela katkemiseni ja aldehüüditaoliste lõpprühmade arvu suurenemiseni. Kuna aldehüüdrühmad oksüdeeruvad kergesti karboksüülrühmadeks, suureneb karboksüüli sisaldus, mis looduslikus tselluloosis praktiliselt puudub, atmosfääritingimustel ja oksüdatsioonil järsult.



Nagu kõik polümeerid, laguneb tselluloos atmosfääritegurite mõjul hapniku, niiskuse, õhu happeliste komponentide ja päikesevalguse koosmõjul. Päikesevalguse ultraviolettkomponent on oluline ja paljud head UV-kaitsevahendid pikendavad tselluloosi derivaatide eluiga. Õhu happelised komponendid, nagu lämmastik- ja vääveloksiidid (mis on alati olemas tööstuspiirkondade atmosfääriõhus), kiirendavad lagunemist, sageli tugevama toimega kui päikesevalgus. Näiteks Inglismaal märgiti, et talvel, kui eredat päikesevalgust praktiliselt polnud, puuvillaproovid, mida testiti atmosfääritingimuste suhtes, lagunesid kiiremini kui suvel. Fakt on see, et talvel suures koguses kivisöe ja gaasi põletamine tõi kaasa lämmastik- ja vääveloksiidide kontsentratsiooni suurenemise õhus. Happepüüdurid, antioksüdandid ja UV-kiirgust neelavad ained vähendavad tselluloosi tundlikkust ilmastikumõjude suhtes. Vabade hüdroksüülrühmade asendamine viib selle tundlikkuse muutumiseni: tselluloosnitraat laguneb kiiremini, atsetaat ja propionaat aga aeglasemalt.
füüsikalised omadused. Tselluloosi polümeeri ahelad on pakitud pikkadeks kimpudeks ehk kiududeks, milles on koos korrastatud kristallidega ka vähem korrastatud amorfseid lõike (joonis 5). Mõõdetud kristallilisuse protsent sõltub nii paberimassi tüübist kui ka mõõtmismeetodist. Röntgeniandmete järgi jääb see vahemikku 70% (puuvill) kuni 38-40% (viskooskiud). Röntgenstruktuurianalüüs ei anna teavet mitte ainult polümeeri kristalse ja amorfse materjali kvantitatiivse suhte kohta, vaid ka venimisest või normaalsest kasvuprotsessist põhjustatud kiudude orientatsiooni astme kohta. Difraktsioonirõngaste teravus iseloomustab kristallilisuse astet, difraktsioonilaigud ja nende teravus aga kristalliitide olemasolu ja eelistatud orientatsiooni astet. "Kuival" ketrusprotsessil saadud ringlussevõetud tselluloosatsetaadi proovis on nii kristallilisuse aste kui ka orientatsioon väga väikesed. Triatsetaadi proovis on kristallilisuse aste suurem, kuid eelistatud orientatsiooni pole. Triatsetaadi kuumtöötlemine temperatuuril 180–240 ° C suurendab oluliselt selle kristallilisuse astet ja orientatsioon (joonis) koos kuumtöötlusega annab kõige tellitavama materjali. Linal on kõrge kristallilisus ja orientatsioon.
Vaata ka
KEEMIA ORGAANILINE;
PABER JA MUUD KIRJUTAMISVAHENDID ;
PLASTIKUD.


Riis. 5. Tselluloosi MOLEKULAARSTRUKTUUR. Molekulaarsed ahelad läbivad mitut L pikkusega mitselli (kristallilised piirkonnad). Siin on A, A" ja B" ahelate otsad, mis asuvad kristalliseerunud piirkonnas; B - ahela ots väljaspool kristalliseerunud piirkonda.


KIRJANDUS
Bušmelev V.A., Volman N.S. Tselluloosi ja paberi tootmise protsessid ja seadmed. M., 1974 Tselluloos ja selle derivaadid. M., 1974 Akim E.L. jne. Tselluloosi, paberi ja papi töötlemise ja töötlemise tehnoloogia. L., 1977

Collier Encyclopedia. - Avatud ühiskond. 2000 .

Tselluloos on polüsahhariid, mis on ehitatud veevaba elementaarühikutest D - glükoos ja esindab polü-1, 4-β-D - glükopüranosüül - D - glükopüranoos. Tselluloosi makromolekul võib koos anhüdroglükoosiühikutega sisaldada teiste monosahhariidide (heksooside ja pentooside) jääke, aga ka uroonhappeid (vt joonis). Selliste jääkide olemus ja kogus määratakse biokeemilise sünteesi tingimustega.

Tselluloos – põhiline komponent kõrgemate taimede rakuseinad. Koos sellega kaasnevate ainetega täidab see raamistiku rolli, mis kannab peamist mehaanilist koormust. Tselluloosi leidub peamiselt mõnede taimede seemnete karvades, näiteks puuvillas (97-98% tselluloos), puidus (40-50% kuivainest), niinekiududes, taimekoore sisekihtides (lina ja ramjee). - 80-90%, džuut - 75% ja teised), üheaastaste taimede varred (30-40%), näiteks pilliroog, mais, teravili, päevalilled.

Tselluloosi eraldamine looduslikest materjalidest põhineb reaktiivide toimel, mis hävitavad või lahustavad mittetselluloosi komponente. Töötlemise iseloom sõltub taimse materjali koostisest ja struktuurist. Puuvillakiu (mittetselluloosi lisandid - 2,0-2,5% lämmastikku sisaldavaid aineid; umbes 1% pentosaane ja pektiine; 0,3-1,0% rasvu ja vahasid; 0,1-0,2% mineraalsooli) jaoks kasutage suhteliselt leebeid ekstraheerimismeetodeid.

Puuvillane kohev allutatakse pargile (3-6 tundi, 3-10 atmosfääri) 1,5-3% naatriumhüdroksiidi lahusega, millele järgneb pesemine ja pleegitamine erinevate oksüdeerivate ainetega - kloordioksiid, naatriumhüpoklorit, vesinikperoksiid. Lahusesse lähevad osa väikese molaarmassiga polüsahhariidid (pentosaanid, osaliselt heksoosid), uroonhapped, osa rasvu ja vahasid. Sisuα -tselluloos (17,5% lahuses lahustumatu fraktsioon N aOH 20° juures 1 tund) saab tõsta 99,8-99,9%-ni. Kiu morfoloogilise struktuuri osalise hävimise tulemusena keetmise ajal suureneb tselluloosi reaktsioonivõime (omadus, mis määrab tselluloosi järgneval keemilisel töötlemisel saadud eetrite lahustuvuse ja nende eetrite ketruslahuste filtreeritavuse) .

Tselluloosi eraldamiseks puidust, mis sisaldab 40-55% tselluloosi, 5-10% muid heksoose, 10-20% pentosaane, 20-30% ligniini, 2-5% vaiku ja mitmeid muid lisandeid ning millel on keeruline morfoloogiline struktuur, rohkem jäigad töötlemistingimused; kõige sagedamini kasutatakse puiduhakke sulfit- või sulfaatmassi töötlemist.

Sulfiittselluloosi valmistamisel töödeldakse puitu lahusega, mis sisaldab 3-6% vaba SO 2 ja umbes 2% SO 2 seotud kaltsiumi, magneesiumi, naatriumi või ammooniumvesiniksulfiidina. Keetmine toimub rõhu all 135-150 ° juures 4-12 tundi; Keetmislahuste pH on happevesiniksulfitimassi valmistamisel vahemikus 1,5 kuni 2,5. Sulfiidi valmistamisel toimub ligniini sulfoonimine, millele järgneb selle üleminek lahusesse. Samal ajal hüdrolüüsitakse osa hemitselluloosidest, tekkivad oligo- ja monosahhariidid ning osa vaiguseid aineid lahustatakse keeduvedelikus. Selle meetodiga eraldatud tselluloosi (sulfittselluloosi) kasutamisel keemiliseks töötlemiseks (peamiselt viskooskiu tootmisel) läbib tselluloos rafineerimise, mille põhiülesanne on tselluloosi keemilise puhtuse ja ühtluse suurendamine (eemaldamine). ligniin, hemitselluloos, tuha- ja vaigusisalduse vähenemine, kolloidse kemikaali ja füüsikalised omadused). Levinumad rafineerimismeetodid on pleegitatud paberimassi töötlemine 4-10% lahusega N aOH 20° juures (külmrafineerimine) või 1% lahus NaOH temperatuuril 95-100 ° (kuum rafineerimine). Keemiliseks töötlemiseks täiustatud sulfittselluloosil on järgmised näitajad: 95-98%α - tselluloos; 0,15-0,25% ligniini; 1,8-4,0% pentosaane; 0,07-0,14% vaiku; 0,06-0,13% tuhka. Sulfiittselluloosi kasutatakse ka kvaliteetse paberi ja kartongi valmistamiseks.

Puiduhaket saab keeta ka 4- 6% N lahus aOH (soodapulp) või selle segu naatriumsulfiidiga (sulfaatpulp) temperatuuril 170-175° rõhu all 5-6 tundi. Sel juhul toimub ligniini lahustumine, osa hemitsellulooside (peamiselt heksooside) üleminek lahusesse ja hüdrolüüs ning saadud suhkrute edasine muundumine orgaanilisteks hüdroksühapeteks (piim-, sahhariin- ja teised) ja hapeteks (sipelghape). Vaik ja kõrgem rasvhape lähevad järk-järgult keeduvedelikku naatriumisoolade kujul (nn"sulfaatseep"). Leelistselluloos on rakendatav nii kuuse kui ka männi ja lehtpuu töötlemisel. Selle meetodiga eraldatud tselluloosi (sulfaattselluloosi) kasutamisel keemiliseks töötlemiseks tehakse puidule enne keetmist eelhüdrolüüs (töötlemine lahjendatud väävelhappega kõrgendatud temperatuuril). Hüdrolüüsieelsel sulfaattselluloosil, mida kasutatakse keemiliseks töötlemiseks, on pärast rafineerimist ja pleegitamist järgmine keskmine koostis (%):α -tselluloos - 94,5-96,9; pentosaanid 2-2, 5; vaigud ja rasvad - 0,01-0,06; tuhk - 0,02-0,06.Sulfaattselluloosi kasutatakse ka koti- ja pakkepaberite, pabernööride, tehniliste paberite (pool, smirgel, kondensaator), kirjutus-, trüki- ja pleegitatud vastupidava paberi (joonistus-, kartograafiline, dokumentide jaoks) tootmiseks.

Sulfaatmassi töötlemist kasutatakse lainepapi ja kotipaberi tootmiseks kasutatava suure saagikusega tselluloosi saamiseks (tselluloosi saagis puidust on sel juhul 50-60% vs.~ 35% sulfaattselluloosi hüdrolüüsieelseks keemiliseks töötlemiseks). Suure saagisega paberimass sisaldab märkimisväärses koguses ligniini (12-18%) ja säilitab laastude kuju. Seetõttu lihvitakse see pärast keetmist mehaaniliselt. Sooda ja sulfaadiga keetmist saab kasutada ka tselluloosi eraldamisel suures koguses õlgedest SiO2 eemaldatakse leelise toimel.

Lehtpuidust ja üheaastastest taimedest eraldatakse tselluloosi ka hüdrotroopsel keetmisel – tooraine töötlemine leelismetallisoolade ning aromaatsete karboksüül- ja sulfoonhapete (näiteks bensoe-, tsümeen- ja ksüleensulfoonhapete) kontsentreeritud (40-50%) lahustega kl. 150-180 ° 5-10 tundi. Muid tselluloosi eraldamise meetodeid (lämmastikhape, kloorleelised ja teised) laialdaselt ei kasutata.

Tselluloosi molaarmassi määramiseks kasutatakse tavaliselt viskoossust [tselluloosi lahuste viskoossuse järgi vase-ammooniumi lahuses, kvaternaarsete ammooniumi aluste lahustes, kaadmiumetüleendiamiinhüdroksiidis (nn kadokseen), leeliselises lahuses. naatriumi-raud-viinakompleks ja teised, või tselluloosi eetrite viskoossuse järgi - peamiselt atsetaadid ja nitraadid, mis on saadud hävitamist välistavates tingimustes] ja osmootsetel (tselluloosi eetrite puhul) meetoditel. Nende meetodite abil määratud polümerisatsiooniaste on tselluloosi erinevate preparaatide puhul erinev: puuvillatselluloosi ja niinekiudude tselluloosi puhul 10-12 tuhat; Puitmassi puhul 2,5-3 tuhat (ultratsentrifuugis tehtud määramise järgi) ja viskoos-siidtselluloosi puhul 0,3-0,5 tuhat.

Tselluloosi iseloomustab molaarmassi järgi märkimisväärne polüdisperssus. Tselluloos fraktsioneeritakse fraktsioneeriva lahustamise või sadestamise teel vase-ammoniaagi lahusest, lahusest kuprietüleendiamiinis, kaadmiumetüleendiamiinis või naatriumraud-viinhappe kompleksi leeliselises lahuses, samuti fraktsioneeriva sadestamise teel tselluloosnitraatide atsetooni- või etüüllahustest. atsetaat. Puuvillatselluloosi, niinekiudude ja okaspuuliikide puidumassi puhul on iseloomulikud jaotuskõverad molaarmassi järgi kahe maksimumiga; lehtpuitmassi kõveratel on üks maksimum.

Tselluloosil on keeruline supramolekulaarne struktuur. Röntgeni-, elektronide difraktsiooni- ja spektroskoopiliste uuringute andmete põhjal ollakse tavaliselt aktsepteeritud, et tselluloos kuulub kristalsete polümeeride hulka. Tselluloosil on mitmeid struktuurseid modifikatsioone, millest peamised on looduslik tselluloos ja hüdraatunud tselluloos. Looduslik tselluloos muundatakse hüdraatunud tselluloosiks lahustumisel ja sellele järgneval lahusest sadestamisel, kontsentreeritud leeliselahuste toimel ja sellele järgneval leelistselluloosi jt lagunemisel. Pöördsiirde saab läbi viia hüdraatunud tselluloosi kuumutamisel lahustis, mis põhjustab selle tugevat paisumist (glütseriin, vesi). Mõlemad struktuursed modifikatsioonid on erineva röntgenikiirguse mustriga ja erinevad suuresti reaktsioonivõime, lahustuvuse (mitte ainult tselluloosi enda, vaid ka selle eetrite), adsorptsioonivõime ja muu poolest. Hüdreeritud tselluloosi preparaatidel on suurenenud hügroskoopsus ja värvimisomadused ning palju muud suur kiirus hüdrolüüs.

Atsetaal- (glükosiid-) sidemete olemasolu tselluloosi makromolekuli elementaarühikute vahel põhjustab selle madalat vastupidavust hapete toimele, mille juuresolekul toimub tselluloosi hüdrolüüs (vt joonis). Protsessi kiirus sõltub paljudest teguritest, millest otsustavaks teguriks, eriti reaktsiooni läbiviimisel heterogeenses keskkonnas, on preparaatide struktuur, mis määrab molekulidevahelise interaktsiooni intensiivsuse. AT esialgne etapp hüdrolüüsi kiirus võib olla suurem, mis on seotud makromolekuli olemasolu võimalusega mitte suur hulk sidemed, mis on hüdrolüüsivate reaktiivide toimele vähem vastupidavad kui tavalised glükosiidsidemed. Tselluloosi osalise hüdrolüüsi saadusi nimetatakse hüdrotselluloosiks.

Hüdrolüüsi tulemusena muutuvad oluliselt tselluloosmaterjali omadused - väheneb kiudude mehaaniline tugevus (polümerisatsiooniastme languse tõttu), suureneb aldehüüdrühmade sisaldus ja lahustuvus leelistes. Osaline hüdrolüüs ei muuda tselluloosi preparaadi vastupidavust leeliselisele töötlemisele. Tselluloosi täieliku hüdrolüüsi produkt on glükoos. Tselluloosi sisaldavate taimsete materjalide hüdrolüüsi tööstuslikud meetodid hõlmavad töötlemist lahjendatud lahustega HCl ja H2SO4 (0,2-0,3%) 150-180° juures; suhkrute saagis astmelise hüdrolüüsi käigus on kuni 50%.

Keemilise olemuselt on tselluloos polüatomiline alkohol. Hüdroksüülrühmade olemasolu tõttu makromolekuli elementaarüksuses reageerib tselluloos leelismetallide ja alustega. Kuivatatud tselluloosi töödeldes 24 tunni jooksul metallilise naatriumi lahusega vedelas ammoniaagis temperatuuril miinus 25–50 °, moodustub tselluloostrinaatriumalkoholaat:

n + 3nNa → n + 1,5nH 2.

Kui leeliste kontsentreeritud lahused toimivad tselluloosile, toimuvad koos keemilise reaktsiooniga ka füüsikalised ja keemilised protsessid - tselluloosi paisumine ja selle madala molekulmassiga fraktsioonide osaline lahustumine, struktuurimuutused. Leelismetallhüdroksiidi ja tselluloosi interaktsioon võib toimuda kahe skeemi järgi:

n + n NaOH ↔ n + nH 2 O

[C 6 H 7 O 2 (OH) 3] n + n NaOH ↔ n.

Tselluloosi primaarsete ja sekundaarsete hüdroksüülrühmade reaktsioonivõime leeliselises keskkonnas on erinev. Happelised omadused avalduvad enim tselluloosi elementaarühiku teises süsinikuaatomis paiknevate hüdroksüülrühmade puhul, mis on osa glükoolrühmast ja asuvadα -positsioon atsetaalsideme suhtes. Tselluloosalkoholaadi moodustumine toimub ilmselt just nende hüdroksüülrühmade tõttu, samas kui koostoime ülejäänud OH-rühmadega moodustab molekulaarse ühendi.

Aluselise tselluloosi koostis sõltub selle tootmise tingimustest - leelise kontsentratsioonist; temperatuur, tselluloosmaterjali olemus ja muud. Leeliselise tselluloosi moodustumise reaktsiooni pöörduvuse tõttu põhjustab leelise kontsentratsiooni suurenemine lahusesγ (asendatud hüdroksüülrühmade arv tselluloosi makromolekuli 100 elementaarühiku kohta) leeliselise tselluloosi ja merserisatsioonitemperatuuri langus toob kaasa tõusu.γ leeliseline tselluloos, mis saadakse võrdse kontsentreeritud leeliselahuste toimel, mis on seletatav päri- ja vastupidise reaktsiooni temperatuurikoefitsientide erinevusega. Erinevate tselluloosmaterjalide leelistega interaktsiooni erinev intensiivsus on ilmselt seotud nende materjalide füüsikalise struktuuri iseärasustega.

Tselluloosi ja leeliste interaktsiooni protsessi oluline komponent on tselluloosi paisumine ja selle madala molekulmassiga fraktsioonide lahustumine. Need protsessid hõlbustavad madala molekulmassiga fraktsioonide (hemitsellulooside) eemaldamist tselluloosist ja esterdavate reaktiivide difusiooni kiudude järgnevate esterdamisprotsesside (näiteks ksantogeenimise) käigus. Temperatuuri langusega suureneb turse määr oluliselt. Näiteks 18° juures suureneb puuvillakiu läbimõõt 12% võrra NaOH on 10% ja -10° juures ulatub 66%. Leelise kontsentratsiooni suurenemisega toimub esmalt turse suurenemine ja seejärel (üle 12%) vähenemise. Maksimaalne kraad turset täheldatakse leelise nende kontsentratsioonide juures, mille juures tekib leeliselise tselluloosi röntgenpilt. Need kontsentratsioonid on erinevatel tselluloosmaterjalidel erinevad: puuvillal 18% (temperatuuril 25°C), ramjeel 14-15%, sulfittselluloosil 9,5-10%. Tselluloosi koostoime kontsentreeritud lahustega N AOH-d kasutatakse laialdaselt tekstiilitööstuses, tehiskiudude ja tsellulooseetrite tootmisel.

Tselluloosi interaktsioon teiste leelismetallide hüdroksiididega toimub sarnaselt reaktsioonile seebikiviga. Leelistselluloosi röntgenograafia ilmub siis, kui looduslikud tselluloosipreparaadid puutuvad kokku ligikaudu ekvimolaarsete (3,5-4,0 mol/l) leelismetallihüdroksiidide lahustega. Tugevad orgaanilised alused – mõned tetraalküül(arüül)ammooniumhüdroksiidid, ilmselt moodustavad tselluloosiga molekulaarseid ühendeid.

Tselluloosi ja aluste reaktsioonide seerias on eriline koht selle interaktsioonil kupriamiinhüdraadiga [ Cu (NH 3) 4] (OH) 2 , samuti mitmete teiste vase, nikli, kaadmiumi, tsingi kompleksühenditega - kuprietüleendiamiin [ Cu (en) 2] (OH) 2 (en - etüleendiamiini molekul), nioksaan [ Ni (NH 3 ) 6 ] (OH) 2, niokseen [ Ni (en ) 3 ] (OH) 2, kadoksiin [ Cd (en ) 3 ] (OH ) 2 ja teised. Nendes toodetes lahustub tselluloos. Tselluloosi sadestamine vase-ammoniaagi lahusest toimub vee, leelise või happe lahuste toimel.

Oksüdeerivate ainete toimel toimub tselluloosi osaline oksüdeerumine – tehnoloogias edukalt kasutatav protsess (tselluloosi ja puuvillaste kangaste pleegitamine, aluselise tselluloosi eelküpsemine). Tselluloosi oksüdeerimine on kõrvalprotsess tselluloosi rafineerimisel, vase-ammoniaagi ketruslahuse valmistamisel ja tselluloosmaterjalidest valmistatud toodete kasutamisel. Tselluloosi osalise oksüdatsiooni saadusi nimetatakse hüdroksütselluloosideks. Sõltuvalt oksüdeeriva aine olemusest võib tselluloosi oksüdatsioon olla selektiivne või mitteselektiivne. Selektiivsemate oksüdeerivate ainete hulka kuuluvad joodhape ja selle soolad, mis oksüdeerivad tselluloosi elementaarüksuse glükoolirühma koos püraanitsükli katkemisega (dialdehüüdtselluloosi moodustumine) (vt joonis). Joodhappe ja perjodaatide toimel oksüdeeritakse ka väike hulk primaarseid hüdroksüülrühmi (karboksüül- või aldehüüdiks). Tselluloos oksüdeeritakse sarnasel viisil pliitetraatsetaadi toimel orgaanilistes lahustites (äädikhape, kloroform).

Happekindluse poolest erineb dialdehüüdtselluloos algsest tselluloosist vähe, kuid on palju vähem vastupidav leelistele ja isegi veele, mis on poolatsetaalsideme hüdrolüüsi tulemus leeliselises keskkonnas. Aldehüüdrühmade oksüdeerimine karboksüülrühmadeks naatriumkloriti toimel (dikarboksütselluloosi moodustumine), samuti nende redutseerimine hüdroksüülrühmadeks (nn."hävitada" - tselluloos) stabiliseerivad oksüdeeritud tselluloosi aluseliste reaktiivide toimel. Tselluloosdialdehüüdi nitraatide ja atsetaatide lahustuvus isegi madala oksüdatsiooniastmega (γ = 6-10) on oluliselt madalam vastavate tsellulooseetrite lahustuvusest, mis on ilmselt tingitud molekulidevaheliste poolatsetaalsidemete tekkest esterdamise käigus. Lämmastikdioksiidi toimel tselluloosile oksüdeeritakse primaarsed hüdroksüülrühmad valdavalt karboksüülrühmadeks (monokarboksütselluloosi moodustumine) (vt joonis). Reaktsioon kulgeb radikaalse mehhanismi kohaselt tselluloosi nitritestrite vahepealse moodustumisega ja nende eetrite järgnevate oksüdatiivsete transformatsioonidega. Kuni 15% karboksüülrühmade kogusisaldusest on mitteuroonsed (COOH rühmad moodustuvad teise ja kolmanda süsinikuaatomi juures). Samal ajal oksüdeeritakse nende aatomite hüdroksüülrühmad ketorühmadeks (kuni 15-20% oksüdeerunud hüdroksüülrühmade koguarvust). Ketorühmade moodustumine on ilmselt põhjuseks monokarboksütselluloosi ülimadalale vastupidavusele leeliste ja isegi vee toimele kõrgendatud temperatuuridel.

Kui COOH rühmade sisaldus on 10-13%, lahustub monokarboksüültselluloos lahjendatud lahuses NaOH ammoniaagi, püridiini lahused vastavate soolade moodustumisega. Selle atsetüülimine toimub aeglasemalt kui tselluloos; atsetaadid ei lahustu metüleenkloriidis täielikult. Monokarboksütselluloosnitraadid ei lahustu atsetoonis isegi lämmastikusisalduse juures kuni 13,5%. Need monokarboksütselluloosi estrite omaduste omadused on seotud molekulidevaheliste eetersidemete moodustumisega karboksüül- ja hüdroksüülrühmade interaktsiooni käigus. Monokarboksütselluloosi kasutatakse hemostaatilise ainena, katioonivahetina bioloogiliselt toimeaineid(hormoonid). Tselluloosi kombineeritud oksüdeerimisel perjodaadiga ning seejärel kloriti ja lämmastikdioksiidiga sünteesiti nn trikarboksüültselluloosi preparaadid, mis sisaldasid kuni 50,8% COOH rühmi.

Tselluloosi oksüdatsiooni suund mitteselektiivsete oksüdeerivate ainete (kloordioksiid, hüpokloorhappe soolad, vesinikperoksiid, hapnik aluselises keskkonnas) toimel sõltub suuresti keskkonna olemusest. Happelises ja neutraalses keskkonnas tekivad hüpokloriti ja vesinikperoksiidi toimel redutseerivat tüüpi produktid ilmselt primaarsete hüdroksüülrühmade oksüdeerumisel aldehüüdiks ja ühe sekundaarse OH rühma oksüdeerumisel ketorühmaks (vesinikperoksiid). oksüdeerib ka glükoolirühmi koos püraanitsükli katkemisega). Hüpokloritiga oksüdeerimisel aluselises keskkonnas muutuvad aldehüüdrühmad järk-järgult karboksüülrühmadeks, mille tulemusena on oksüdatsiooniproduktil happeline iseloom. Hüpokloritiga töötlemine on üks enamkasutatavaid paberimassi pleegitamise meetodeid. Kvaliteetse ja suure valge värvusega paberimassi saamiseks pleegitatakse seda happelises või leeliselises keskkonnas kloordioksiidi või kloritiga. Sel juhul oksüdeeritakse ligniin, hävivad värvained ja tselluloosi makromolekulis olevad aldehüüdrühmad oksüdeeritakse karboksüülrühmadeks; hüdroksüülrühmad ei ole oksüdeerunud. Oksüdatsioon atmosfäärihapniku toimel aluselises keskkonnas, mis toimub radikaalse mehhanismi järgi ja millega kaasneb tselluloosi märkimisväärne hävimine, põhjustab karbonüül- ja karboksüülrühmade akumuleerumist makromolekulis (leeliselise tselluloosi enneaegne valmimine).

Hüdroksüülrühmade olemasolu tselluloosi makromolekuli elementaarühikus võimaldab üleminekut sellistele tähtsad klassid tselluloosi derivaadid eetrite ja estritena. Tänu oma väärtuslikele omadustele kasutatakse neid ühendeid erinevates tehnoloogiaharudes - kiudude ja kilede (atsetaadid, tselluloosnitraadid), plastide (atsetaadid, nitraadid, etüül-, bensüüleetrid), lakkide ja elektriisolatsioonikatete tootmisel, suspensioonina. stabilisaatorid ja paksendajad nafta- ja tekstiilitööstuses.tööstus (väheasendatud karboksümetüültselluloos).

Tselluloosipõhised kiud (looduslikud ja tehislikud) on täisväärtuslik tekstiilmaterjal, millel on väärtuslike omaduste kompleks (kõrge tugevus ja hügroskoopsus, hea värvitavus. Tsellulooskiudude miinusteks on süttivus, ebapiisavalt kõrge elastsus, lihtne hävitamine mikroorganismide toimel jne. Kalduvus tselluloosi materjalide suunatud muutmisele (modifitseerimisele) on põhjustanud mitmete uute tselluloosi derivaatide ja mõnel juhul ka uute tselluloosi derivaatide klasside tekke.

Uute tselluloosi derivaatide omaduste muutmine ja süntees viiakse läbi kahe meetodite rühma abil:

1) elementaarüksuse hüdroksüülrühmade esterdamine, O-alküülimine või muundamine teisteks funktsionaalrühmadeks (oksüdeerimine, nukleofiilne asendamine teatud tselluloosi eetrite - nitraatide, eetrite abil n -tolueen- ja metaansulfoonhape);

2) tselluloosi pookpolümerisatsioon või interaktsioon polüfunktsionaalsete ühenditega (tselluloosi muundumine vastavalt hargnenud või ristseotud polümeeriks).

Üks kõige enam levinud meetodid erinevate tselluloosi derivaatide süntees on nukleofiilne asendus. Sel juhul on lähteaineteks tsellulooseetrid mõne tugeva happega (tolueen ja metaansulfoonhape, lämmastik- ja fenüülfosforhape), samuti tselluloosi halogeniiddesoksüderivaadid. Nukleofiilse asendusreaktsiooni abil on sünteesitud tselluloosi derivaadid, milles hüdroksüülrühmad on asendatud halogeenidega (kloor, fluor, jood), rodaan-, nitriil- ja muud rühmad; Sünteesitud on heterotsükleid (püridiini ja piperidiini) sisaldavaid deoksütselluloosi preparaate, fenoolide ja naftoolidega tsellulooseetreid, mitmeid tselluloosi estreid (kõrgemate karboksüülhapetega,α - aminohapped , küllastumata happed). Nukleofiilse asendusega molekulisisene reaktsioon (tselluloosi tosüülestrite seebistamine) viib segatud polüsahhariidide moodustumiseni, mis sisaldavad 2, 3- ja 3, 6-anhüdrotsüklit.

Suurim praktiline väärtus uute tehniliselt väärtuslike omadustega tselluloosmaterjalide loomiseks, omab tselluloosi pookkopolümeeride sünteesi. Kõige levinumad tselluloosi pookkopolümeeride sünteesimeetodid hõlmavad tselluloosi ahelülekande reaktsiooni, kiirgus-keemilist kopolümerisatsiooni ja redokssüsteemide kasutamist, milles tselluloos mängib redutseerija rolli. Viimasel juhul võib makroradikaali moodustumine toimuda nii tselluloosi hüdroksüülrühmade (oksüdeerimine tseeriumisooladega) kui ka spetsiaalselt makromolekuli sisestatud funktsionaalrühmade - aldehüüdi, aminorühmade (oksüdatsioon vanaadiumisooladega) tõttu. , mangaan) või tselluloosi aromaatsetesse aminorühmadesse viidud diasotiseerimise käigus tekkinud diasoühendi lagunemine. Tselluloosi pookkopolümeeride sünteesi saab mõnel juhul läbi viia ilma homopolümeeri moodustamata, mis vähendab monomeeri tarbimist. Tavalistes kopolümerisatsioonitingimustes saadud tselluloosi pookkopolümeerid koosnevad algse tselluloosi (või selle poogitud eetri) ja pookkopolümeeri (40–60%) segust. Poogitud ahelate polümerisatsiooniaste varieerub olenevalt initsieerimismeetodist ja poogitud komponendi olemusest vahemikus 300 kuni 28 000.

Pookitud kopolümerisatsioonist tingitud omaduste muutuse määrab poogitud monomeeri olemus. Stüreeni, akrüülamiidi, akrüülnitriili pookimine suurendab puuvillakiu kuivtugevust. Polüstüreeni, polümetüülmetakrülaadi ja polübutüülakrülaadi pookimine võimaldab saada hüdrofoobseid materjale. Tselluloosi pookpolümeerid painduva ahelaga polümeeridega (polümetüülakrülaat) piisavas koguses suurepärane sisu poogitud komponendid on termoplastsed. Tselluloosi pookpolümeere polüelektrolüütidega (polüakrüülhape, polümetüülvinüülpüridiin) saab kasutada ioonivahetuskangaste, kiudude, kiledena.

Tsellulooskiudude üheks miinuseks on madal elastsus ja sellest tulenevalt toodete kehv kuju säilitamine ja suurenenud kortsumine. Selle puuduse kõrvaldamine saavutatakse molekulidevaheliste sidemete moodustumisega kudede töötlemisel polüfunktsionaalsete ühenditega (dimetülooluurea, dimetülooltsükloetüleenuurea, trimetüloolmelamiin, dimetülooltriasoon, erinevad diepoksiidid, atsetaalid), mis reageerivad tselluloosi OH-rühmadega. Koos keemiliste sidemete moodustumisega tselluloosi makromolekulide vahel toimub ristsildava aine polümerisatsioon lineaarsete ja ruumiliste polümeeride moodustumisega. Tsellulooskiududest valmistatud kangad immutatakse ristsiduvat ainet ja katalüsaatorit sisaldava lahusega, pressitakse välja, kuivatatakse madalal temperatuuril ja kuumtöödeldakse temperatuuril 120-160° 3-5 minutit. Tselluloosi töötlemisel polüfunktsionaalsete ristsiduvate reagentidega kulgeb protsess peamiselt kiu amorfsetes piirkondades. Samasuguse kortsumiskindluse efekti saavutamiseks peab viskooskiudude töötlemisel kuluma ristsiduvat ainet oluliselt rohkem kui puuvillakiu töötlemisel, mis on ilmselt seotud viimase suurema kristallilisusega.

puhas tselluloos või kiudaineid(lad. cellula - "rakk") - need on ained, mis on samuti otseselt seotud suhkrutega. Nende molekulid on omavahel seotud vesiniksidemetega (nõrk interaktsioon) ja moodustuvad paljudest (2000 kuni 3000) B-glükoosi jääkidest. Tselluloos on iga taimeraku peamine koostisosa. Seda leidub puidus, mõnede puuviljade (näiteks päevalilleseemnete) kestades. Kõige puhtamal kujul tselluloos See on valge pulber, vees lahustumatu ja ei moodusta pastat. "Puudutusega" hindamine puhas tselluloos võite võtta näiteks vati või valge papli koheva.
See on praktiliselt sama. Kui võrrelda tselluloosi ja tärklist, siis tärklis on paremini hüdrolüüsitud. Tselluloosi hüdrolüüs viiakse läbi happelises keskkonnas, kusjuures kõigepealt moodustub tsellobioosdisahhariid ja seejärel glükoos.
Tselluloosi kasutatakse laialdaselt tööstuses, pärast puhastamist saavad nad tuttavaks tsellofaan(polüetüleen ja tsellofaan erinevad üksteisest katsudes (tsellofaan ei tundu deformeerituna "rasvane" ja "kahiseb"), samuti tehiskiud - viskoos (lat. Viscosus - "viskoosne").
Kehasse sattunud disahhariidid (näiteks sahharoos, laktoos) ja polüsahhariidid (tärklis) hüdrolüüsitakse spetsiaalsete ensüümide toimel, moodustades glükoosi ja fruktoosi. Sellist ümberkujundamist saab hõlpsasti suus teha. Kui närida leivapuru pikka aega, siis ensüümi amülaasi toimel hüdrolüüsitakse leivas sisalduv tärklis glükoosiks. See tekitab suus magusa maitse.

Allpool on diagramm tselluloosi hüdrolüüs

Paberi kättesaamine

puhas tselluloos

Mis teie arvates sisaldub paberi koostis?! Tegelikult on see materjal, mis on väga õhukeselt põimunud kiududest. tselluloos. Mõned neist kiududest on ühendatud vesiniksidemega (rühmade vahel moodustuv side on OH - hüdroksüülrühm). Paberi tootmismeetod 2. sajandil eKr tunti juba Vana-Hiinas. Sel ajal valmistati paberit bambusest või puuvillast. Hiljem – 9. sajandil pKr jõudis see saladus Euroopasse. Sest paberi vastuvõtmine juba keskajal kasutati linast või puuvillast kangast.

Kuid alles 18. sajandil leidsid nad kõige mugavama viisi paberi vastuvõtmine- puust. Ja sellist paberit, mida praegu kasutame, hakati valmistama alles 19. sajandil.

Peamine tooraine selleks paberi vastuvõtmine on tselluloos. Kuiv puit sisaldab umbes 40% sellest paberimassist. Ülejäänud puu koosneb erinevatest polümeeridest, mis koosnevad suhkrutest. mitmesugused, sealhulgas fruktoos, kompleksained - fenoolalkoholid, erinevad tanniinid, magneesiumi-, naatriumi- ja kaaliumisoolad, eeterlikud õlid.

Tselluloosi tootmine

Tselluloosi tootmine seotud puidu mehaanilise töötlemisega ja seejärel saepuruga keemiliste reaktsioonide läbiviimisega. Okaspuud purustatakse väikeseks saepuruks. Need saepuru asetatakse keevasse lahusesse, mis sisaldab NaHSO 4 (naatriumvesiniksulfiid) ja SO 2 (väävelgaas). Keetmine toimub kl kõrgsurve(0,5 MPa) ja pikka aega (umbes 12 tundi). Sel juhul toimub lahuses keemiline reaktsioon, mille tulemusena saadakse aine hemitselluloos ja sisu ligniin (ligniin- see on aine, mis on aromaatsete süsivesinike segu või puu aromaatne osa), samuti reaktsiooni põhiprodukt - puhas tselluloos, mis sadestub mahutis, kus toimub keemiline reaktsioon. Lisaks interakteerub ligniin omakorda hapu gaas lahuses, mille tulemuseks on etüülalkohol, vanilliin, erinevad tanniinid, aga ka toidupärm.

Edasine protsess tselluloosi tootmine seotud setete jahvatusega rullide abil, mille tulemuseks on umbes 1 mm suurused tselluloosiosakesed. Ja kui sellised osakesed vette satuvad, siis need kohe paisuvad ja tekivad paber. Selles etapis ei näe paber veel välja nagu ise ja näeb välja nagu tselluloosikiudude suspensioon vees.

Järgmises etapis antakse paberile peamised omadused: tihedus, värvus, tugevus, poorsus, siledus, mille jaoks savi, titaanoksiid, baariumoksiid, kriit, talk ja täiendavad seonduvad ained tsellulooskiud. Kaugemale tsellulooskiud töödeldud spetsiaalse vaigul ja kampolil põhineva liimiga. Selle koostis sisaldab resineerib. Kui sellele liimile lisada kaaliumi alum, toimub keemiline reaktsioon ja tekib alumiiniumresinaatide sade. See aine on võimeline ümbritsema tsellulooskiude, mis annab neile niiskuskindluse ja tugevuse. Saadud mass kantakse ühtlaselt liikuvale võrgule, kus see pressitakse ja kuivatatakse. Siin on moodustumine pabervõrk. Paberi siledamaks ja läikivamaks muutmiseks juhitakse see esmalt metalli ja seejärel paksude paberirullide vahel (teostatakse kalandreerimine), misjärel lõigatakse paber spetsiaalsete kääridega lehtedeks.

Mida sa arvad, Miks paber aja jooksul kollaseks muutub?!?

Selgub, et puidust eraldatud tselluloosi molekulid koosnevad suurest hulgast C 6 H 10 O 5 tüüpi struktuuriüksustest, mis vesinikuaatomiioonide mõjul kaotavad teatud aja jooksul üksteisega sidemed. , mis viib ühise ahela rikkumiseni. Selle protsessi käigus muutub paber rabedaks ja kaotab oma esialgse värvi. Ikka jätkub, nagu öeldakse paberi hapendamine . Kokkupandava paberi taastamiseks kasutatakse kaltsiumvesinikkarbonaati Ca (HCO 3) 2), mis võimaldab ajutiselt happesust alandada.

On veel üks - progressiivsem meetod, mis on seotud aine dietüültsink Zn (C 2 H 5) 2 kasutamisega. Kuid see aine võib õhus ja isegi vee läheduses spontaanselt süttida!

Tselluloosi pealekandmine

Lisaks sellele, et tselluloosist valmistatakse paberit, kasutavad nad ära ka selle väga kasuliku omaduse. esterdamine erinevate anorgaaniliste ja orgaaniliste hapetega. Selliste reaktsioonide käigus tekivad estrid, mis on leidnud rakendust tööstuses. Keemilise reaktsiooni enda käigus ei katke sidemed, mis seovad tselluloosi molekuli fragmente, vaid saadakse uus keemiline ühend estrirühmaga -COOR-. Üks olulisi reaktsiooniprodukte on tselluloosatsetaat, mis tekib interaktsiooni käigus äädikhape(või selle derivaadid, nagu atseetaldehüüd) ja tselluloos. Seda keemilist ühendit kasutatakse laialdaselt sünteetiliste kiudude, näiteks atsetaatkiudude valmistamiseks.

Veel üks kasulik toode tselluloostrinitraat. See moodustub siis, kui tselluloosi nitreerimine hapete segu: kontsentreeritud väävelhape ja lämmastik. Tselluloostrinitraati kasutatakse laialdaselt suitsuvaba pulbri (püroksüliini) valmistamisel. On rohkemgi tselluloosdinitraat, mida kasutatakse teatud tüüpi plastide valmistamiseks ja


Tselluloos (C6H10O5) n - looduslik polümeer, β-glükoosi jääkidest koosnev polüsahhariid, molekulid on lineaarse struktuuriga. Iga glükoosimolekuli jääk sisaldab kolme hüdroksüülrühma, seega on sellel mitmehüdroksüülse alkoholi omadused.

Füüsikalised omadused

Tselluloos on kiuline aine, mis ei lahustu ei vees ega tavalistes orgaanilistes lahustites, on hügroskoopne. Sellel on suur mehaaniline ja keemiline tugevus.

1. Tselluloos ehk kiudaine on osa taimedest, moodustades neis rakumembraane.

2. Siit pärineb selle nimi (ladina keelest "cellula" - rakk).

3. Tselluloos annab taimedele vajaliku tugevuse ja elastsuse ning on justkui nende luustik.

4. Puuvillakiud sisaldavad kuni 98% tselluloosi.

5. Lina- ja kanepikiud on samuti enamasti tselluloos; puidus on see umbes 50%.

6. paber, puuvillased kangad on tselluloositooted.

7. Eriti puhtad tselluloosi proovid on puhastatud puuvillast saadud vatt ja filter (liimimata) paber.

8. Looduslikest materjalidest eraldatud tselluloos on tahke kiuline aine, mis ei lahustu ei vees ega tavalistes orgaanilistes lahustites.

Keemilised omadused

1. Tselluloos on polüsahhariid, mis hüdrolüüsib, moodustades glükoosi:

(C6H10O5) n + nH2O → nC6H12O6

2. Tselluloos – mitmehüdroksüülne alkohol, osaleb esterdamisreaktsioonides koos estrite moodustumisega

(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

tselluloosi triatsetaat

Tselluloosatsetaadid on kunstlikud polümeerid, mida kasutatakse atsetaatsiidi, kile (kile), lakkide tootmisel.

Rakendus

Tselluloosi kasutamine on väga mitmekesine. Sellest saadakse paberit, kangaid, lakke, kilesid, lõhkeaineid, viskoosi (atsetaat, viskoos), plastmassi (tselluloid), glükoosi ja palju muud.

Tselluloosi leidmine loodusest.

1. Looduslikes kiududes paiknevad tselluloosi makromolekulid ühes suunas: nad on orienteeritud piki kiu telge.

2. Arvukad vesiniksidemed, mis sel juhul tekivad makromolekulide hüdroksüülrühmade vahel, määravad nende kiudude suure tugevuse.

3. Puuvilla, lina jms ketramise käigus kootakse need elementaarsed kiud pikemateks niitideks.

4. Seda seletatakse asjaoluga, et selles olevad makromolekulid, kuigi neil on lineaarne struktuur, paiknevad juhuslikumalt, mitte ühes suunas.

Tärklise ja tselluloosi makromolekulide ehitus erinevatest glükoosi tsüklilistest vormidest mõjutab oluliselt nende omadusi:

1) tärklis on inimesele oluline toidutoode, tselluloosi selleks kasutada ei saa;

2) põhjus on selles, et tärklise hüdrolüüsi soodustavad ensüümid ei mõju tselluloosijääkide vahelistele sidemetele.