☰

سلولز چیست؟ فیبر گیاهی یک پلی ساکارید است. دایره المعارف بزرگ نفت و گاز

سلولز از دو ماده طبیعی به دست می آید: چوب و پنبه. در گیاهان انجام می دهد عملکرد مهم، به آنها انعطاف و قدرت می بخشد.

ماده در کجا یافت می شود؟

سلولز یک ماده طبیعی است. گیاهان به تنهایی قادر به تولید آن هستند. حاوی: هیدروژن، اکسیژن، کربن.

گیاهان تحت تأثیر نور خورشید قند تولید می‌کنند، این قند توسط سلول‌ها پردازش می‌شود و الیاف را قادر می‌سازد تا بارهای زیادی از باد را تحمل کنند. سلولز ماده ای است که در فرآیند فتوسنتز نقش دارد. اگر روی قطعه چوب تازه آب شکر بپاشید، مایع به سرعت جذب می شود.

تولید سلولز آغاز می شود. این روش طبیعی به دست آوردن آن به عنوان پایه ای برای تولید پارچه پنبه ای در مقیاس صنعتی در نظر گرفته می شود. روش های مختلفی وجود دارد که از طریق آنها خمیر با کیفیت متفاوت به دست می آید.

روش ساخت شماره 1

سلولز تولید می شود روش طبیعی- از دانه های پنبه. موها با مکانیسم های خودکار جمع آوری می شوند، اما لازم است یک دوره طولانیرشد یک گیاه پارچه تولید شده به این روش خالص ترین پارچه محسوب می شود.

سلولز را می توان با سرعت بیشتری از الیاف چوب به دست آورد. با این حال، با این روش کیفیت بسیار بدتر است. این ماده فقط برای تولید پلاستیک بدون الیاف سلفون مناسب است. از چنین موادی می توان الیاف مصنوعی نیز تولید کرد.

رسید طبیعی

تولید سلولز از دانه های پنبه با جداسازی الیاف بلند آغاز می شود. از این ماده برای ساخت پارچه نخی استفاده می شود. قطعات کوچک، کمتر از 1.5 سانتی متر، نامیده می شود

برای تولید سلولز مناسب هستند. قطعات مونتاژ شده تحت فشار بالا گرم می شوند. مدت زمان این فرآیند می تواند تا 6 ساعت باشد. قبل از حرارت دادن مواد، هیدروکسید سدیم به آن اضافه می شود.

ماده حاصل باید شسته شود. برای این منظور از کلر استفاده می شود که سفید کننده نیز می باشد. ترکیب سلولزی با این روش خالص ترین (99%) است.

روش ساخت شماره 2 از چوب

برای بدست آوردن 80 تا 97 درصد سلولز از تراشه های درختان سوزنی برگ استفاده می شود. مواد شیمیایی. کل توده مخلوط شده و تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد. در نتیجه پختن، ماده مورد نیاز آزاد می شود.

بی سولفیت کلسیم، دی اکسید گوگرد و خمیر چوب مخلوط می شوند. سلولز در مخلوط حاصل بیش از 50٪ نیست. در نتیجه واکنش، هیدروکربن ها و لیگنین ها در مایع حل می شوند. ماده جامد مرحله تصفیه را طی می کند.

نتیجه جرمی است که یادآور کاغذ با کیفیت پایین است. این ماده به عنوان پایه ای برای ساخت مواد عمل می کند:

  • اترها.
  • سلفون.
  • الیاف ویسکوز

چه چیزی از مواد با ارزش تولید می شود؟

این فیبری است که امکان استفاده از آن را برای تولید لباس فراهم می کند. جنس پنبه 99.8٪ است محصول طبیعی، با روش طبیعی ارائه شده در بالا به دست می آید. همچنین می توان از آن برای ساخت مواد منفجره از طریق یک واکنش شیمیایی استفاده کرد. سلولز زمانی فعال است که اسیدها به آن بمالند.

خواص سلولز برای تولید منسوجات قابل استفاده است. بنابراین، الیاف مصنوعی از آن ساخته شده است، که در ظاهر و لمس، یادآور پارچه های طبیعی است:

  • ویسکوز و؛
  • خز مصنوعی؛
  • ابریشم مس آمونیاک.

عمدتا از سلولز چوب ساخته شده است:

  • لاک ها؛
  • فیلم عکاسی;
  • محصولات کاغذی؛
  • پلاستیک؛
  • اسفنج برای شستن ظروف؛
  • پودر بدون دود

در نتیجه یک واکنش شیمیایی از سلولز، موارد زیر به دست می آید:

  • تری نیتروسلولز؛
  • دی تروفیبر؛
  • گلوکز؛
  • سوخت مایع.

از سلولز می توان در مواد غذایی نیز استفاده کرد. برخی از گیاهان (کرفس، کاهو، سبوس) حاوی فیبرهای آن هستند. همچنین به عنوان ماده ای برای تولید نشاسته عمل می کند. ما قبلاً نحوه ساخت آن را یاد گرفته ایم نخ های نازک- وب مصنوعی بسیار بادوام است و کشیده نمی شود.

فرمول شیمیایی سلولز C6H10O5 است. پلی ساکارید است. ساخته شده از:

  • پشم پنبه پزشکی؛
  • باند;
  • تامپون؛
  • مقوا، نئوپان؛
  • افزودنی غذایی E460.

مزایای ماده

سلولز می تواند مقاومت کند دمای بالاتا 200 درجه مولکول ها از بین نمی روند و این باعث می شود ظروف پلاستیکی قابل استفاده مجدد از آن ساخته شوند. در عین حال، یک کیفیت مهم حفظ می شود - کشش.

سلولز می تواند در برابر قرار گرفتن طولانی مدت در برابر اسیدها مقاومت کند. مطلقاً در آب نامحلول است. قابل هضم نیست بدن انسان، به عنوان جاذب استفاده می شود.

از سلولز میکرو کریستالی استفاده می شود طب جایگزینبه عنوان یک محصول پاک کننده دستگاه گوارش. ماده پودری به عنوان عمل می کند افزودنی های مواد غذاییبرای کاهش محتوای کالری غذاهای مصرفی. این به حذف سموم، کاهش قند خون و کلسترول کمک می کند.

روش ساخت شماره 3 - صنعتی

در محل های تولید، سلولز با پخت و پز در محیط های مختلف تهیه می شود. مواد مورد استفاده - نوع چوب - به نوع معرف بستگی دارد:

  • سنگ های صمغی.
  • درختان برگریز.
  • گیاهان.

انواع مختلفی از معرف های پخت و پز وجود دارد:

  • در غیر این صورت، روش به عنوان سولفیت نامیده می شود. محلول مورد استفاده نمک اسید سولفورو یا مخلوط مایع آن است. در این گزینه تولید، سلولز از گونه های مخروطی جدا می شود. صنوبر و صنوبر به خوبی پردازش می شوند.
  • روش محیط قلیایی یا سودا مبتنی بر استفاده از هیدروکسید سدیم است. این محلول به طور موثر سلولز را از الیاف گیاهی (ساقه ذرت) و درختان (عمدتاً درختان برگریز) جدا می کند.
  • استفاده همزمان از هیدروکسید سدیم و سولفید سدیم در روش سولفات استفاده می شود. به طور گسترده ای در تولید سولفید مشروب سفید استفاده می شود. این فناوری به دلیل واکنش های شیمیایی شخص ثالث برای محیط زیست کاملاً منفی است.

آخرین روش به دلیل تطبیق پذیری آن رایج ترین است: سلولز را می توان تقریباً از هر درختی به دست آورد. با این حال، خلوص مواد پس از یک بار پختن کاملاً بالا نیست. ناخالصی ها با واکنش های اضافی حذف می شوند:

  • همی سلولزها با محلول های قلیایی حذف می شوند.
  • ماکرومولکول های لیگنین و محصولات تخریب آنها با کلر حذف می شوند و سپس با قلیایی تصفیه می شوند.

ارزش غذایی

نشاسته و سلولز ساختار مشابهی دارند. در نتیجه آزمایش‌ها، می‌توان محصولی از الیاف غیرخوراکی به‌دست آورد. انسان مدام به آن نیاز دارد. غذای مصرفی شامل بیش از 20 درصد نشاسته است.

دانشمندان موفق به بدست آوردن ماده آمیلوز از سلولز شده اند که تأثیر مثبتی بر وضعیت بدن انسان دارد. در همان زمان، گلوکز در طی واکنش آزاد می شود. نتیجه تولید بدون زباله است - آخرین ماده برای تولید اتانول ارسال می شود. آمیلوز همچنین به عنوان وسیله ای برای جلوگیری از چاقی عمل می کند.

در نتیجه واکنش، سلولز در حالت جامد باقی می ماند و در ته ظرف می نشیند. اجزای باقیمانده با استفاده از نانوذرات مغناطیسی حذف می شوند یا با مایع حل و حذف می شوند.

انواع مواد در فروش

تامین کنندگان خمیر کاغذ با کیفیت های مختلف را با قیمت مناسب ارائه می دهند. ما انواع اصلی مواد را لیست می کنیم:

  • سولفات سلولز سفید، ساخته شده از دو نوع چوب: مخروطی و برگریز. مواد سفید نشده در مواد بسته بندی، کاغذ با کیفیت پایین برای عایق کاری و سایر اهداف استفاده می شود.
  • سولفیت به رنگ سفید نیز موجود است که از درختان مخروطی ساخته شده است.
  • مواد پودر سفید برای تولید مواد پزشکی مناسب است.
  • خمیر درجه یک با سفید کردن بدون کلر تولید می شود. از درختان مخروطی به عنوان مواد اولیه استفاده می شود. خمیر چوب از ترکیب تراشه های صنوبر و کاج به نسبت 20/80 درصد تشکیل شده است. خلوص ماده به دست آمده بالاترین میزان است. برای تولید مواد استریل مورد استفاده در پزشکی مناسب است.

برای انتخاب یک سلولز مناسب از معیارهای استاندارد استفاده می شود: خلوص مواد، استحکام کششی، طول الیاف، شاخص مقاومت به پارگی. حالت شیمیایی یا تهاجمی محیط عصاره آب و رطوبت نیز از نظر کمی نشان داده شده است. برای سلولز عرضه شده به شکل خمیر سفید شده، شاخص های دیگری قابل استفاده است: حجم خاص، روشنایی، اندازه سنگ زنی، استحکام کششی، درجه خلوص.

یک شاخص مهم برای جرم سلولز، شاخص مقاومت به پارگی است. هدف مواد تولید شده به آن بستگی دارد. مواد خام مورد استفاده و رطوبت را در نظر بگیرید. سطح قطران و چربی نیز مهم است. یکنواختی پودر برای فرآیندهای خاص مهم است. برای اهداف مشابه، ویسکوزیته و مقاومت فشاری مواد به شکل ورق ارزیابی می شود.

سلولز
فیبر، ماده اصلی ساختمانی دنیای گیاهان است که دیواره سلولی درختان و سایر گیاهان عالی را تشکیل می دهد. خالص ترین شکل طبیعی سلولز موهای پنبه دانه است.
تصفیه و انزوا.در حال حاضر، تنها دو منبع سلولز از اهمیت صنعتی برخوردار هستند - پنبه و خمیر چوب. پنبه تقریباً سلولز خالص است و برای تبدیل شدن به ماده اولیه برای الیاف مصنوعی و پلاستیک های غیر الیافی نیازی به پردازش پیچیده ندارد. پس از جدا شدن الیاف بلندی که برای تولید پارچه های پنبه ای استفاده می شود از دانه پنبه، موهای کوتاه یا «پرز» (کرک پنبه ای) به طول 10-15 میلی متر باقی می ماند. پرز از دانه جدا می شود، تحت فشار با محلول هیدروکسید سدیم 2.5-3٪ به مدت 2-6 ساعت حرارت داده می شود، سپس شسته می شود، با کلر سفید می شود، دوباره شسته شده و خشک می شود. محصول به دست آمده 99 درصد سلولز خالص است. عملکرد 80 درصد (وزنی) پرز است، بقیه لیگنین، چربی، موم، پکتات و پوسته بذر است. خمیر چوب معمولا از چوب درخت ساخته می شود گونه های سوزنی برگ. حاوی 50-60 درصد سلولز، 25-35 درصد لیگنین و 10-15 درصد همی سلولز و هیدروکربن های غیر سلولزی است. در فرآیند سولفیت، تراشه های چوب تحت فشار (حدود 0.5 مگاپاسکال) در دمای 140 درجه سانتیگراد با دی اکسید گوگرد و بی سولفیت کلسیم جوشانده می شوند. در این حالت لیگنین ها و هیدروکربن ها وارد محلول می شوند و سلولز باقی می ماند. پس از شستن و سفید کردن، توده خالص شده را در کاغذ شل مانند کاغذ لکه ریخته و خشک می کنند. این توده از 88 تا 97 درصد سلولز تشکیل شده و برای پردازش شیمیایی به فیبر ویسکوز و سلفون و همچنین مشتقات سلولز - استرها و اترها کاملاً مناسب است. فرآیند احیای سلولز از محلول با افزودن اسید به محلول آبی غلیظ مس آمونیوم (یعنی حاوی سولفات مس و هیدروکسید آمونیوم) توسط مرد انگلیسی جی مرسر در حدود سال 1844 شرح داده شد. اما اولین کاربرد صنعتی این روش که مشخص شد. آغاز صنعت الیاف مس آمونیوم، به E. Schweitzer (1857) نسبت داده می شود، و توسعه بیشتر آن شایستگی M. Kramer و I. Schlossberger (1858) است. و تنها در سال 1892 کراس، Bevin و Beadle در انگلستان فرآیندی را برای تولید الیاف ویسکوز اختراع کردند: یک محلول آبی ویسکوز (از این رو ویسکوز نامیده می شود) از سلولز پس از تصفیه سلولز ابتدا با محلول قوی سود سوزآور به دست آمد که "سودا" را تولید کرد. سلولز» و سپس با دی سولفید کربن (CS2) که منجر به سلولز زانتات محلول می شود. با فشردن جریانی از این محلول "ریسنده" از طریق یک اسپینر با سوراخ گرد کوچک در حمام اسیدی، سلولز به شکل الیاف ابریشم مصنوعی بازسازی شد. هنگامی که محلول از طریق یک قالب با شکاف باریک در همان حمام فشرده شد، فیلمی به نام سلفون به دست آمد. J. Brandenberger که از سال 1908 تا 1912 بر روی این فناوری در فرانسه کار می کرد، اولین کسی بود که یک فرآیند مداوم برای ساخت سلفون را ثبت کرد.
ساختار شیمیایی.علیرغم استفاده گسترده صنعتی از سلولز و مشتقات آن، فرمول ساختاری شیمیایی سلولز که در حال حاضر پذیرفته شده است (توسط W. Haworth) تنها در سال 1934 پیشنهاد شد. با این حال، از سال 1913 فرمول تجربی آن C6H10O5 شناخته شده است، که از تجزیه و تحلیل کمی به خوبی تعیین شده است. نمونه های شسته و خشک شده: 44.4% C، 6.2% H و 49.4% O. به لطف کار G. Staudinger و K. Freudenberg، همچنین مشخص شد که این یک مولکول پلیمری با زنجیره بلند متشکل از مولکول های نشان داده شده در شکل است. 1 تکرار باقی مانده های گلوکوزیدی. هر واحد دارای سه گروه هیدروکسیل است - یک گروه اولیه (-CH2CHOH) و دو گروه ثانویه (>CHCHOH). در سال 1920، E. Fisher ساختار قندهای ساده را ایجاد کرد و در همان سال، مطالعات پرتو ایکس سلولز برای اولین بار الگوی پراش واضحی از الیاف آن را نشان داد. الگوی پراش اشعه ایکس فیبر پنبه یک جهت کریستالی واضح را نشان می دهد، اما فیبر کتان حتی نظم بیشتری دارد. هنگامی که سلولز به شکل فیبر بازسازی می شود، بلورینگی تا حد زیادی از بین می رود. چقدر آسان است که بتوان آن را در پرتو دستاوردها دید علم مدرن، شیمی ساختاری سلولز عملاً از سال 1860 تا 1920 متوقف شد، به این دلیل که در تمام این مدت مواد کمکی رشته های علمیبرای حل مشکل لازم است.

سلولز بازسازی شده
الیاف ویسکوز و سلفون.هم فیبر ویسکوز و هم سلفون سلولز (از محلول) بازسازی می شوند. سلولز طبیعی خالص شده با بیش از حد هیدروکسید سدیم غلیظ درمان می شود. پس از حذف توده های اضافی، توده ها آسیاب می شوند و توده به دست آمده در شرایط به دقت کنترل شده نگهداری می شود. با این "پیری"، طول زنجیره های پلیمری کاهش می یابد، که باعث انحلال بعدی می شود. سپس سلولز خرد شده با دی سولفید کربن مخلوط می شود و زانتات حاصل در محلول هیدروکسید سدیم حل می شود تا "ویسکوز" - محلولی ویسکوز به دست آید. هنگامی که ویسکوز وارد محلول اسید آبی می شود، سلولز از آن بازسازی می شود. کل واکنش های ساده شده عبارتند از:


الیاف ویسکوز که با فشردن ویسکوز از طریق سوراخ های کوچک یک نخ ریسی به محلول اسیدی به دست می آید، به طور گسترده برای تولید لباس، پارچه های پارچه ای و اثاثه یا لوازم داخلی و همچنین در فناوری استفاده می شود. مقادیر قابل توجهی از الیاف ویسکوز برای تسمه های فنی، نوارها، فیلترها و سیم لاستیک استفاده می شود.
سلفون.سلفونی که با فشردن ویسکوز در حمام اسیدی از طریق یک اسپینر با شکاف باریک به دست می آید، سپس از حمام های شستشو، سفید کننده و پلاستیک سازی عبور می کند، از درام های خشک کن عبور داده می شود و به شکل رول پیچیده می شود. سطح فیلم سلفون تقریباً همیشه با نیتروسلولز، رزین، نوعی موم یا لاک پوشانده می شود تا انتقال بخار آب را کاهش داده و امکان آب بندی حرارتی را فراهم کند، زیرا سلفون بدون روکش خاصیت ترموپلاستیسیته را ندارد. در تولید مدرن، از پوشش های پلیمری از نوع پلی وینیلیدین کلرید برای این کار استفاده می شود، زیرا رطوبت کمتری نفوذپذیر است و اتصال بادوام تری را در طول آب بندی حرارتی ایجاد می کند. سلفون به طور گسترده ای در صنعت بسته بندی به عنوان ماده بسته بندی برای کالاهای خشک استفاده می شود. محصولات غذایی, محصولات تنباکوو همچنین به عنوان پایه ای برای نوار بسته بندی خود چسب.
اسفنج ویسکوز.ویسکوز علاوه بر تشکیل یک فیبر یا فیلم، می تواند با مواد فیبری مناسب و ریز کریستالی مخلوط شود. پس از اسیدپاشی و آبشویی، این مخلوط به ماده اسفنجی ویسکوز تبدیل می شود (شکل 2) که برای بسته بندی و عایق حرارتی استفاده می شود.



فیبر مس آمونیاک.فیبر سلولز احیا شده نیز در مقیاس صنعتی با حل سلولز در محلول غلیظ مس آمونیاک (CuSO4 در NH4OH) و چرخاندن محلول حاصل به فیبر در حمام رسوب اسیدی تولید می‌شود. به این فیبر فیبر مس آمونیاکی گفته می شود.
خواص سلولز
خواص شیمیایی. همانطور که در شکل نشان داده شده است. 1، سلولز یک کربوهیدرات بسیار پلیمری است که از بقایای گلوکوزیدی C6H10O5 تشکیل شده است که توسط پل های اتری در موقعیت 1،4 متصل شده اند. سه گروه هیدروکسیل در هر واحد گلوکوپیرانوز را می توان با عوامل آلی مانند مخلوطی از اسیدها و انیدریدهای اسید با کاتالیزور مناسب مانند اسید سولفوریک استری کرد. اترها می توانند از اثر هیدروکسید سدیم غلیظ تشکیل شوند که منجر به تشکیل سلولز سودا و واکنش بعدی با آلکیل هالید می شود:


واکنش با اتیلن یا پروپیلن اکسید اترهای هیدروکسیله تولید می کند:


حضور این گروه های هیدروکسیل و هندسه ماکرومولکول، جاذبه متقابل قطبی قوی واحدهای مجاور را تعیین می کند. نیروهای جاذبه آنقدر قوی هستند که حلال های معمولی قادر به شکستن زنجیره و حل کردن سلولز نیستند. این گروه های هیدروکسیل آزاد نیز مسئول رطوبت بیشتر سلولز هستند (شکل 3). استری شدن و اتریزاسیون باعث کاهش رطوبت سنجی و افزایش حلالیت در حلال های رایج می شود.



تحت تأثیر محلول اسیدی آبی، پل های اکسیژن در موقعیت 1،4 شکسته می شوند. استراحت کاملزنجیره گلوکز می دهد - یک مونوساکارید. طول زنجیره اولیه به منشا سلولز بستگی دارد. حداکثر در است حالت طبیعیو در طول جداسازی، خالص سازی و تبدیل به ترکیبات مشتق کاهش می یابد (جدول را ببینید).

درجه پلیمریزاسیون سلولز
تعداد مواد باقی مانده گلوکوزید
پنبه خام 2500-3000
پرز پنبه خالص 900-1000
خمیر چوب تصفیه شده 800-1000
سلولز بازسازی شده 200-400
استات سلولز صنعتی 150-270


حتی برش مکانیکی، به عنوان مثال در هنگام سنگ زنی ساینده، منجر به کاهش طول زنجیره می شود. هنگامی که طول زنجیره پلیمری به زیر یک مقدار حداقل معین کاهش می یابد، خواص فیزیکی ماکروسکوپی سلولز تغییر می کند. عوامل اکسید کننده بدون ایجاد برش حلقه گلوکوپیرانوز بر سلولز تأثیر می گذارند (شکل 4). اقدامات بعدی (در حضور رطوبت، مانند آزمایش آب و هوا) معمولاً منجر به بریدگی زنجیره و افزایش تعداد گروه‌های انتهایی آلدهید مانند می‌شود. از آنجایی که گروه های آلدئیدی به راحتی به گروه های کربوکسیل اکسید می شوند، محتوای کربوکسیل، که عملاً در سلولز طبیعی وجود ندارد، در شرایط تأثیرات جوی و اکسیداسیون به شدت افزایش می یابد.



مانند همه پلیمرها، سلولز نیز تحت تأثیر عوامل جوی در نتیجه عملکرد ترکیبی اکسیژن، رطوبت، اجزای اسیدی هوا و نور خورشید از بین می رود. مهمدارای جزء فرابنفش نور خورشید است و بسیاری از عوامل محافظت کننده خوب در برابر اشعه ماوراء بنفش باعث افزایش عمر محصولات مشتقات سلولز می شوند. اجزای اسیدی هوا، مانند اکسیدهای نیتروژن و گوگرد (که همیشه در هوای جوی مناطق صنعتی وجود دارند)، تجزیه را تسریع می کنند و اغلب تأثیر قوی تری نسبت به نور خورشید دارند. بنابراین، در انگلستان، اشاره شد که نمونه‌های پنبه‌ای که برای قرار گرفتن در معرض شرایط جوی در زمستان، زمانی که عملاً نور خورشید روشن وجود نداشت، آزمایش شده‌اند، سریع‌تر از تابستان تخریب می‌شوند. واقعیت این است که سوزاندن مقادیر زیادی زغال سنگ و گاز در زمستان منجر به افزایش غلظت اکسیدهای نیتروژن و گوگرد در هوا می شود. جاذب های اسید، آنتی اکسیدان ها و جاذب های اشعه ماوراء بنفش حساسیت سلولز به هوا را کاهش می دهند. جایگزینی گروه های هیدروکسیل آزاد منجر به تغییر در این حساسیت می شود: نیترات سلولز سریعتر تجزیه می شود و استات و پروپیونات - کندتر.
مشخصات فیزیکی.زنجیره‌های پلیمری سلولزی در بسته‌های بلند یا الیافی بسته‌بندی می‌شوند که در آن‌ها، همراه با زنجیره‌های کریستالی منظم، بخش‌های بی‌شکلی کمتری نیز وجود دارد (شکل 5). درصد بلورینگی اندازه گیری شده به نوع سلولز و همچنین روش اندازه گیری بستگی دارد. بر اساس داده های اشعه ایکس، از 70٪ (پنبه) تا 38-40٪ (الیاف ویسکوز) متغیر است. تجزیه و تحلیل ساختاری اشعه ایکس اطلاعاتی را نه تنها در مورد رابطه کمی بین مواد کریستالی و بی شکل در پلیمر، بلکه در مورد درجه جهت گیری فیبر ناشی از کشش یا فرآیندهای رشد طبیعی ارائه می دهد. تیزی حلقه های پراش درجه بلورینگی را مشخص می کند و لکه های پراش و وضوح آنها وجود و درجه جهت گیری ترجیحی کریستالیت ها را مشخص می کند. در نمونه ای از استات سلولز بازیافت شده تولید شده توسط فرآیند ریسندگی خشک، هم درجه بلورینگی و هم جهت گیری بسیار کوچک است. در نمونه تری استات، درجه بلورینگی بیشتر است، اما هیچ جهت گیری ترجیحی وجود ندارد. عملیات حرارتی تری استات در دمای 180-240 درجه سانتیگراد به طور قابل توجهی درجه بلورینگی را افزایش می دهد و جهت گیری (با کشش) در ترکیب با عملیات حرارتی سفارشی ترین مواد را می دهد. کتان درجه بالایی از تبلور و جهت گیری را نشان می دهد.
همچنین ببینید
شیمی ارگانیک؛
کاغذ و سایر مواد نوشتاری؛
پلاستیک.


برنج. 5. ساختار مولکولی سلولز. زنجیره های مولکولی از چندین میسل (منطقه کریستالی) به طول L عبور می کنند. در اینجا A، A" و B" انتهای زنجیره هایی هستند که در ناحیه متبلور قرار دارند. B انتهای زنجیره خارج از ناحیه متبلور شده است.


ادبیات
Bushmelev V.A., Volman N.S. فرآیندها و دستگاه های تولید خمیر و کاغذ. M., 1974 سلولز و مشتقات آن. M., 1974 Akim E.L. فن آوری پردازش و پردازش سلولز، کاغذ و مقوا. L.، 1977

دایره المعارف کولیر. - جامعه باز. 2000 .

سلولز یک پلی ساکارید است که از واحدهای ابتدایی آن هیدروژن ساخته شده است. D -گلوکز و نشان دهنده پلی-1، 4-β - D -گلوکوپیرانوزیل- D -گلوکوپیرانوز ماکرومولکول سلولز، همراه با واحدهای آنهیدروگلوکز، ممکن است حاوی باقیمانده‌های مونوساکاریدهای دیگر (هگزوز و پنتوز)، و همچنین اسیدهای اورونیک باشد (شکل را ببینید). ماهیت و کمیت این گونه باقیمانده ها با شرایط سنتز بیوشیمیایی تعیین می شود.

سلولز اصلی است جزءدیواره سلولی گیاهان عالی همراه با مواد همراه آن، نقش یک قاب را ایفا می کند که بار مکانیکی اصلی را تحمل می کند. سلولز عمدتاً در کرک دانه های برخی از گیاهان یافت می شود، به عنوان مثال، پنبه (97-98٪ سلولز)، چوب (40-50٪ بر اساس ماده خشک)، الیاف پایه، لایه های داخلی پوست گیاه (کتان و رامی - 80-90٪ ، جوت - 75٪ و دیگران)، ساقه گیاهان یک ساله (30-40٪)، به عنوان مثال، نی، ذرت، غلات، آفتابگردان.

جداسازی سلولز از مواد طبیعی بر اساس عملکرد معرف هایی است که اجزای غیر سلولزی را از بین می برند یا حل می کنند. ماهیت فرآوری به ترکیب و ساختار مواد گیاهی بستگی دارد. برای الیاف پنبه (ناخالصی های غیر سلولزی - 2.0-2.5٪ مواد حاوی نیتروژن؛ حدود 1٪ پنتوسان ها و مواد پکتین؛ 0.3-1.0٪ چربی و موم؛ 0.1-0.2٪ نمک های معدنی) از روش های استخراج نسبتا ملایم استفاده کنید.

کرک پنبه در یک پارک (3-6 ساعت، 3-10 اتمسفر) با محلول 1.5-3٪ هیدروکسید سدیم قرار می گیرد و به دنبال آن شستشو و سفید کردن با عوامل اکسید کننده مختلف - دی اکسید کلر، هیپوکلریت سدیم، پراکسید هیدروژن انجام می شود. برخی از پلی ساکاریدها با وزن مولی کم (پنتوزان ها، تا حدی هگزوزان ها)، اسیدهای اورونیک و برخی چربی ها و موم ها وارد محلول می شوند. محتواα سلولز (کسری نامحلول در محلول 17.5٪ن aOH در 20 درجه به مدت 1 ساعت) می تواند به 99.8-99.9٪ افزایش یابد. در نتیجه تخریب جزئی ساختار مورفولوژیکی فیبر در طی پخت و پز، واکنش سلولز افزایش می یابد (ویژگی که حلالیت استرهای بدست آمده در طی پردازش شیمیایی بعدی سلولز و قابلیت فیلترپذیری محلول های در حال چرخش این استرها را تعیین می کند).

برای جداسازی سلولز از چوب حاوی 40-55% سلولز، 5-10% سایر هگزوزان ها، 10-20% پنتوسان، 20-30% لیگنین، 2-5% رزین و تعدادی ناخالصی دیگر و دارای ساختار مورفولوژیکی پیچیده، بیشتر شرایط پردازش سفت و سخت؛ اغلب از پخت سولفیت یا سولفات تراشه های چوب استفاده می شود.

در طول پخت و پز سولفیت، چوب با محلولی حاوی 3-6٪ آزاد درمان می شود SO 2 و حدود 2٪ SO 2 ، به شکل بی سولفیت کلسیم، منیزیم، سدیم یا آمونیوم متصل می شود. پخت و پز تحت فشار 135-150 درجه به مدت 4-12 ساعت انجام می شود. محلول های پخت در حین پخت بی سولفیت اسید دارای pH از 1.5 تا 2.5 هستند. در طی پخت سولفیت، لیگنین سولفونه می شود و به دنبال آن تبدیل به محلول می شود. در همان زمان، بخشی از همی سلولزها هیدرولیز می شوند، الیگو و مونوساکاریدهای حاصل و همچنین بخشی از مواد رزینی در مایع پخت حل می شوند. هنگام استفاده از سلولز جدا شده با این روش (سلولز سولفیت) برای فرآوری شیمیایی (عمدتاً در تولید الیاف ویسکوز)، سلولز در معرض پالایش قرار می گیرد که وظیفه اصلی آن افزایش خلوص شیمیایی و یکنواختی سلولز (حذف لیگنین) است. ، همی سلولز، کاهش میزان خاکستر و میزان رزین، تغییر در ماده شیمیایی کلوئیدی و مشخصات فیزیکی). متداول ترین روش های پالایش، تصفیه سلولز سفید شده با محلول 10-4 درصد استن aOH در 20 درجه (تصفیه سرد) یا محلول 1٪ NaOH در 95-100 درجه (تصفیه گرم). سلولز سولفیت تصفیه شده برای پردازش شیمیایی دارای شاخص های زیر است: 95-98٪α -سلولز؛ 0.15--0.25٪ لیگنین؛ 1.8-4.0٪ پنتوسان؛ 0.07-0.14٪ رزین؛ 0.06-0.13 درصد خاکستر. سولفیت سلولز همچنین برای تولید کاغذ و مقوا با کیفیت بالا استفاده می شود.

تراشه های چوب را می توان با 4- هم پختمحلول 6% N aOH (پخت سودا) یا مخلوط آن با سولفید سدیم (پخت سولفات) در دمای 170-175 درجه تحت فشار به مدت 6-5 ساعت. در این حالت لیگنین حل می شود، بخشی از همی سلولزها (عمدتاً هگزوزان ها) به محلول منتقل و هیدرولیز می شوند و قندهای حاصل بیشتر به اسیدهای هیدروکسی آلی (لاکتیک، ساکاریک و غیره) و اسیدها (فرمیک) تبدیل می شوند. رزین و بالاتر اسید چرببه تدریج به شکل نمک های سدیمی وارد مشروب پخت و پز می شود (به اصطلاح"صابون سولفات"). پخت و پز قلیایی برای پردازش چوب صنوبر، کاج و برگریز قابل استفاده است. هنگام استفاده از سلولز (سلولز سولفات) جدا شده با این روش برای فرآوری شیمیایی، چوب قبل از پخت در معرض پیش هیدرولیز قرار می گیرد (تصویر با اسید سولفوریک رقیق در درجه حرارت بالا). خمیر کرافت پیش هیدرولیز مورد استفاده برای فرآوری شیمیایی، پس از تصفیه و سفید کردن، دارای ترکیب متوسط ​​زیر (%) است:α سلولز - 94.5-96.9؛ پنتوسانس 2-2، 5; رزین ها و چربی ها - 0.01-0.06؛ خاکستر - 0.02-0.06. همچنین از سلولز سولفاته برای تولید کاغذهای گونی و بسته بندی، طناب کاغذی، کاغذهای فنی (بابن، سنباده، کندانسور)، نوشتن، چاپ و کاغذهای بادوام سفید شده (نقاشی، نقشه کشی، برای اسناد) استفاده می شود.

پخت و پز سولفات برای تولید سلولز پر بازده استفاده می شود و برای تولید مقوای راه راه و کاغذ گونی استفاده می شود (بازده سلولز از چوب در این مورد 50-60٪ در مقابل است.~ 35% برای خمیر کرافت قبل از هیدرولیز برای پردازش شیمیایی). سلولز پر بازده حاوی مقادیر قابل توجهی لیگنین (18-12 درصد) است و شکل تراشه ای خود را حفظ می کند. بنابراین پس از پخت در معرض آسیاب مکانیکی قرار می گیرد. برای جدا کردن سلولز از نی حاوی مقادیر زیاد نیز می توان از پخت سودا و سولفات استفاده کرد. SiO2 ، با عمل قلیایی حذف می شود.

سلولز همچنین از چوب برگریز و گیاهان یک ساله با پخت هیدروتروپیک جدا می شود - فرآوری مواد خام با محلول های غلیظ (40-50٪) نمک های فلزات قلیایی و اسیدهای کربنیک و سولفونیک معطر (به عنوان مثال، اسیدهای بنزوئیک، سیمن و زایلن سولفونیک) در 150-180 درجه به مدت 5-10 ساعت. سایر روش های جداسازی سلولز (اسید نیتریک، کلر قلیایی و غیره) به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرند.

برای تعیین وزن مولی سلولز، معمولاً از روش‌های ویسکومتری (با ویسکوزیته محلول‌های سلولز در محلول مس-آمونیم، در محلول‌های بازهای آمونیوم چهارتایی، هیدروکسید اتیلن دیامین کادمیوم (به اصطلاح کادوکسن)، در محلول قلیایی استفاده می‌شود. کمپلکس اسید آهنی سدیم و غیره، یا با ویسکوزیته اترهای سلولزی - عمدتاً استات ها و نیترات ها در شرایط به استثنای تخریب به دست می آیند] و روش های اسمزی (برای اترهای سلولزی). درجه پلیمریزاسیون تعیین شده با استفاده از این روش ها برای آماده سازی های سلولزی مختلف متفاوت است: 10-12 هزار برای سلولز پنبه و سلولز الیاف باست. 2.5-3 هزار برای سلولز چوب (طبق تعیین در اولتراسانتریفیوژ) و 0.3-0.5 هزار برای سلولز ابریشم ویسکوز.

سلولز با چند پراکندگی قابل توجه در وزن مولی مشخص می شود. سلولز با انحلال جزئی یا رسوب از محلول مس-آمونیاک، از محلول کوپری اتیلن دی آمین، کادمیوم اتیلن دی آمین یا در محلول قلیایی کمپلکس سدیم فروس اسید، و همچنین رسوب کسری از محلول های نیترات سلولز در استات یا استون، تکه تکه می شود. سلولز پنبه، الیاف پایه و خمیر چوب نرم با منحنی های توزیع وزن مولی با دو حداکثر مشخص می شوند. منحنی های خمیر چوب سخت یک حداکثر دارند.

سلولز دارای ساختار فوق مولکولی پیچیده است. بر اساس پراش اشعه ایکس، پراش الکترون و مطالعات طیف سنجی، معمولا پذیرفته شده است که سلولز یک پلیمر کریستالی است. سلولز دارای تعدادی تغییرات ساختاری است که اصلی ترین آنها سلولز طبیعی و سلولز هیدراته است. سلولز طبیعی پس از انحلال و رسوب بعدی از محلول، تحت تأثیر محلول های قلیایی غلیظ و تجزیه متعاقب آن سلولز قلیایی و غیره، به سلولز هیدراته تبدیل می شود. انتقال معکوس را می توان با گرم کردن هیدرات سلولز در یک حلال انجام داد که باعث تورم شدید آن (گلیسیرین، آب) می شود. هر دو اصلاح ساختاری الگوهای پراش اشعه ایکس متفاوتی دارند و از نظر واکنش پذیری، حلالیت (نه تنها خود سلولز، بلکه همچنین استرهای آن)، ظرفیت جذب و موارد دیگر تفاوت زیادی دارند. آماده سازی هیدرات سلولزی باعث افزایش رطوبت و رنگ پذیری و همچنین بیشتر شده است سرعت بالاهیدرولیز

وجود پیوندهای استال (گلوکزیدیک) بین واحدهای ابتدایی در ماکرومولکول سلولز، مقاومت کم آن را در برابر عمل اسیدها تعیین می کند، که در حضور آن هیدرولیز سلولز رخ می دهد (شکل را ببینید). سرعت فرآیند به عوامل متعددی بستگی دارد، که عامل تعیین کننده، به ویژه هنگام انجام واکنش در یک محیط ناهمگن، ساختار داروها است که شدت برهمکنش بین مولکولی را تعیین می کند. که در مرحله اولیهسرعت هیدرولیز ممکن است بالاتر باشد که با احتمال وجود در یک ماکرومولکول غیر مرتبط است تعداد زیادیپیوندهایی که نسبت به پیوندهای گلوکوزیدی معمولی در برابر عمل معرف های هیدرولیز مقاومت کمتری دارند. محصولات حاصل از هیدرولیز جزئی سلولز را هیدروسلولز می نامند.

در نتیجه هیدرولیز، خواص مواد سلولز به طور قابل توجهی تغییر می کند - استحکام مکانیکی الیاف کاهش می یابد (به دلیل کاهش درجه پلیمریزاسیون)، محتوای گروه های آلدهید و حلالیت در قلیاها افزایش می یابد. هیدرولیز جزئی مقاومت سلولز را در برابر تیمارهای قلیایی تغییر نمی دهد. محصول هیدرولیز کامل سلولز گلوکز است. روش های صنعتی برای هیدرولیز مواد خام گیاهی حاوی سلولز شامل پردازش با محلول های رقیق است. HCl و H2SO4 (0.2-0.3%) در 150-180 درجه؛ عملکرد قندها در طول هیدرولیز گام به گام تا 50٪ است.

از نظر ماهیت شیمیایی، سلولز یک الکل چند هیدریک است. به دلیل وجود گروه های هیدروکسیل در واحد ابتدایی ماکرومولکول، سلولز با فلزات و بازهای قلیایی واکنش می دهد. هنگامی که سلولز خشک شده با محلول فلز سدیم در آمونیاک مایع در دمای منفی 25-50 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت درمان می شود، تری سدیم سلولز الکلات تشکیل می شود:

n + 3nNa → n + 1.5nH 2.

هنگامی که محلول های قلیایی غلیظ روی سلولز عمل می کنند، همراه با یک واکنش شیمیایی، فرآیندهای فیزیکوشیمیایی نیز رخ می دهد - تورم سلولز و انحلال جزئی بخش های کم مولکولی آن، دگرگونی های ساختاری. برهمکنش هیدروکسید فلز قلیایی با سلولز می تواند طبق دو طرح انجام شود:

n + n NaOH ↔ n + nH 2 O

[C 6 H 7 O 2 (OH) 3 ]n + n NaOH ↔ n.

واکنش گروه های هیدروکسیل اولیه و ثانویه سلولز در یک محیط قلیایی متفاوت است. بارزترین خواص اسیدی مربوط به گروه های هیدروکسیل است که در اتم دوم کربن واحد ابتدایی سلولز قرار دارند که بخشی از گروه گلیکول هستند و درα موقعیت نسبت به پیوند استال تشکیل آلکوکسید سلولز ظاهراً دقیقاً به دلیل این گروه های هیدروکسیل اتفاق می افتد ، در حالی که هنگام تعامل با گروه های OH باقی مانده ، یک ترکیب مولکولی تشکیل می شود.

ترکیب سلولز قلیایی به شرایط تولید آن بستگی دارد - غلظت قلیایی. دما، ماهیت مواد سلولزی و موارد دیگر. به دلیل برگشت پذیری واکنش تشکیل سلولز قلیایی، افزایش غلظت قلیایی در محلول منجر به افزایش می شود.γ (تعداد گروه های هیدروکسیل جایگزین در هر 100 واحد ابتدایی یک ماکرومولکول سلولز) سلولز قلیایی و کاهش دمای مرسریزاسیون منجر به افزایش می شود.γ سلولز قلیایی که با عمل محلول های قلیایی متمرکز به دست می آید، که با تفاوت در ضرایب دمایی واکنش های رو به جلو و معکوس توضیح داده می شود. شدت متفاوت برهمکنش مواد سلولزی مختلف با قلیاها ظاهراً با ویژگی‌های ساختار فیزیکی این مواد مرتبط است.

یکی از اجزای مهم فرآیند برهمکنش سلولز با مواد قلیایی، متورم شدن سلولز و انحلال کسرهای کم مولکولی آن است. این فرآیندها حذف بخش‌های با وزن مولکولی کم (همی سلولز) از سلولز و انتشار معرف‌های استری‌کننده به فیبر را در طی فرآیندهای استری‌سازی بعدی (به عنوان مثال، گزانتوژناسیون) تسهیل می‌کنند. با کاهش دما، میزان تورم به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. به عنوان مثال، در 18 درجه، افزایش قطر الیاف پنبه در 12٪. NaOH 10٪ است و در -10 درجه به 66٪ می رسد. با افزایش غلظت قلیایی ابتدا افزایش و سپس (بیش از 12 درصد) درجه تورم کاهش می یابد. حداکثر مدرک تحصیلیتورم در آن غلظت های قلیایی که در آن یک الگوی اشعه ایکس از سلولز قلیایی ظاهر می شود، مشاهده می شود. این غلظت ها برای مواد سلولزی مختلف متفاوت است: برای پنبه 18٪ (در دمای 25 درجه)، برای رامی 14-15٪، برای سلولز سولفیت 9.5-10٪. برهمکنش سلولز با محلول های غلیظن AOH به طور گسترده در صنعت نساجی، در تولید الیاف مصنوعی و اترهای سلولزی استفاده می شود.

برهمکنش سلولز با سایر هیدروکسیدهای فلزات قلیایی مشابه واکنش با سود سوزآور انجام می شود. الگوی اشعه ایکس سلولز قلیایی زمانی ظاهر می شود که آماده سازی سلولز طبیعی در معرض محلول های تقریباً هم مولار (3.5-4.0 مول در لیتر) هیدروکسیدهای فلزات قلیایی قرار می گیرد. بازهای آلی قوی، برخی از هیدروکسیدهای آمونیوم تترا آلکیل (آریل)، ظاهراً ترکیبات مولکولی را با سلولز تشکیل می دهند.

جایگاه ویژه ای در مجموعه واکنش های سلولز با بازها، برهمکنش آن با هیدرات کوپریامین است.مس (NH 3 ) 4 ] (OH ) 2 و همچنین با تعدادی دیگر از ترکیبات پیچیده مس، نیکل، کادمیوم، روی - کوپری اتیلن دی آمین [ Cu (en) 2 ] (OH) 2 (en - مولکول اتیلن دی آمین)، نیوکسان [ Ni(NH 3 ) 6 ] (OH) 2 , Nioxene [ Ni (en ) 3 ] (OH) 2 , Cadoxene [ Cd (en ) 3 ] (OH ) 2 و دیگران. سلولز در این محصولات حل می شود. رسوب سلولز از محلول مس-آمونیاک تحت تأثیر محلول های آب، قلیایی یا اسیدی انجام می شود.

تحت تأثیر عوامل اکسید کننده، اکسیداسیون جزئی سلولز رخ می دهد - فرآیندی که با موفقیت در فناوری استفاده می شود (سفید کردن سلولز و پارچه های پنبه ای، قبل از رسیدن سلولز قلیایی). اکسیداسیون سلولز یک فرآیند جانبی در طی پالایش سلولز، تهیه محلول ریسندگی مس-آمونیاک و بهره برداری از محصولات ساخته شده از مواد سلولزی است. محصولات اکسیداسیون جزئی سلولز را اکسی سلولز می نامند. بسته به ماهیت عامل اکسید کننده، اکسیداسیون سلولز می تواند انتخابی یا غیر انتخابی باشد. انتخابی ترین عوامل اکسید کننده شامل اسید پریودیک و نمک های آن است که گروه گلیکول واحد ابتدایی سلولز را با پاره شدن حلقه پیران (تشکیل دی آلدئید سلولز) اکسید می کند (شکل را ببینید). تحت تأثیر اسید پریودیک و پریودات ها، تعداد کمی از گروه های هیدروکسیل اولیه نیز اکسید می شوند (به گروه های کربوکسیل یا آلدهید). طبق یک طرح مشابه، سلولز تحت اثر تترا استات سرب در محیطی از حلال های آلی (اسید استیک، کلروفرم) اکسید می شود.

از نظر مقاومت در برابر اسیدها، دی آلدئید سلولز تفاوت کمی با سلولز اصلی دارد، اما در برابر مواد قلیایی و حتی آب که نتیجه هیدرولیز پیوند همی استال در یک محیط قلیایی است، مقاومت بسیار کمتری دارد. اکسیداسیون گروه های آلدئیدی به گروه های کربوکسیل با عمل کلریت سدیم (تشکیل دی کربوکسیل سلولز) و همچنین تبدیل آنها به گروه های هیدروکسیل (تشکیل به اصطلاح"دیالکل" - سلولز) سلولز اکسید شده را به عملکرد معرف های قلیایی تثبیت می کند. حلالیت سلولز دی آلدئید نیترات ها و استات ها حتی در حالت های اکسیداسیون پایین (γ = 6-10) به طور قابل توجهی کمتر از حلالیت اترهای سلولزی مربوطه است، ظاهراً به دلیل تشکیل پیوندهای همی استال بین مولکولی در طول استری شدن. هنگامی که دی اکسید نیتروژن روی سلولز اثر می کند، گروه های هیدروکسیل اصلی عمدتا به گروه های کربوکسیل اکسید می شوند (تشکیل مونو کربوکسیل سلولز) (شکل را ببینید). واکنش با یک مکانیسم رادیکال با تشکیل واسطه استرهای نیترات سلولز و تبدیل اکسیداتیو بعدی این استرها انجام می شود. تا 15 درصد از محتوای کل گروه‌های کربوکسیل غیراورونیک هستند (گروه‌های COOH در اتم‌های دوم و سوم کربن تشکیل می‌شوند). در همان زمان، اکسیداسیون گروه های هیدروکسیل در این اتم ها به گروه های کتو اتفاق می افتد (تا 15-20٪ از تعداد کل گروه های هیدروکسیل اکسید شده). تشکیل گروه‌های کتو ظاهراً دلیل مقاومت بسیار کم مونوکربوکسیل سلولز در برابر عمل قلیاها و حتی آب در دماهای بالا است.

مونوکربوکسیل سلولز با محتوای 10-13٪ گروه COOH در محلول رقیق حل می شود. NaOH، محلول های آمونیاک، پیریدین با تشکیل نمک های مربوطه. استیلاسیون آن کندتر از سلولز انجام می شود. استات ها به طور کامل در متیلن کلرید محلول نیستند. نیترات های مونو کربوکسیل سلولز حتی با محتوای نیتروژن تا 13.5٪ در استون محلول نیستند. این ویژگی های خواص استرهای مونوکربوکسیل سلولز با تشکیل پیوندهای اتر بین مولکولی در طول برهمکنش گروه های کربوکسیل و هیدروکسیل همراه است. مونو کربوکسیل سلولز به عنوان یک عامل هموستاتیک و به عنوان یک مبدل کاتیونی برای جداسازی بیولوژیکی استفاده می شود. مواد فعال(هورمون ها). با اکسیداسیون ترکیبی سلولز با پریودات، و سپس با کلریت و دی اکسید نیتروژن، آماده سازی به اصطلاح تری کربوکسیل سلولز حاوی تا 50.8٪ گروه COOH سنتز شد.

جهت اکسیداسیون سلولز تحت تأثیر عوامل اکسید کننده غیر انتخابی (دی اکسید کلر، نمک های اسید هیپوکلرو، پراکسید هیدروژن، اکسیژن در یک محیط قلیایی) تا حد زیادی به ماهیت محیط بستگی دارد. در محیط های اسیدی و خنثی، تحت اثر هیپوکلریت و پراکسید هیدروژن، تشکیل محصولات از نوع احیا کننده ظاهراً در نتیجه اکسید شدن گروه های هیدروکسیل اولیه به آلدئیدها و یکی از گروه های OH ثانویه به یک گروه کتو (هیدروژن) رخ می دهد. پراکسید همچنین گروه های گلیکول را با پارگی حلقه پیران اکسید می کند. در طی اکسیداسیون با هیپوکلریت در یک محیط قلیایی، گروه های آلدهیدی به تدریج به گروه های کربوکسیل تبدیل می شوند که در نتیجه محصول اکسیداسیون ماهیت اسیدی دارد. درمان هیپوکلریت یکی از رایج ترین روش های سفید کننده پالپ است. برای به دست آوردن سلولز با کیفیت با درجه سفیدی بالا، آن را با دی اکسید کلر یا کلریت در محیط اسیدی یا قلیایی سفید می کنند. در این حالت، لیگنین اکسید می شود، رنگ ها از بین می روند و گروه های آلدئیدی در ماکرومولکول سلولز به گروه های کربوکسیل اکسید می شوند. گروه های هیدروکسیل اکسید نمی شوند. اکسیداسیون توسط اکسیژن اتمسفر در یک محیط قلیایی که با مکانیسم رادیکال رخ می دهد و با تخریب قابل توجه سلولز همراه است، منجر به تجمع گروه های کربونیل و کربوکسیل در ماکرومولکول می شود (پیش رسیدن سلولز قلیایی).

حضور گروه های هیدروکسیل در واحد ابتدایی ماکرومولکول سلولز امکان انتقال به چنین کلاس های مهممشتقات سلولز مانند اترها و استرها. این ترکیبات به دلیل خواص ارزشمند خود در زمینه های مختلف فناوری - در تولید الیاف و فیلم (استات سلولز، نیترات)، پلاستیک (استات، نیترات، اتیل، بنزیل اترها)، لاک ها و پوشش های عایق الکتریکی، به عنوان تثبیت کننده استفاده می شوند. سوسپانسیون ها و قوام دهنده ها در صنایع نفت و نساجی.صنعت (کربوکسی متیل سلولز کم جانشین).

الیاف مبتنی بر سلولز (طبیعی و مصنوعی) یک ماده نساجی کامل با مجموعه ای از خواص ارزشمند (استحکام و رطوبت بالا، قابلیت رنگ پذیری خوب است. از معایب الیاف سلولزی می توان به اشتعال پذیری، کشش ناکافی بالا، تخریب آسان تحت تأثیر میکروارگانیسم ها اشاره کرد. تمایل به جهت گیری تغییرات (اصلاحات) مواد سلولزی منجر به پیدایش تعدادی از مشتقات سلولزی جدید و در برخی موارد، طبقات جدیدی از مشتقات سلولزی شده است.

اصلاح خواص و سنتز مشتقات سلولز جدید با استفاده از دو گروه روش انجام می شود:

1) استری کردن، آلکیلاسیون یا تبدیل گروه های هیدروکسیل یک واحد ابتدایی به گروه های عاملی دیگر (اکسیداسیون، جایگزینی هسته دوست با استفاده از برخی اترهای سلولزی - نیترات ها، اترها با n تولوئن و متان سولفونیک اسید)؛

2) کوپلیمریزاسیون پیوندی یا برهمکنش سلولز با ترکیبات چند عملکردی (تبدیل سلولز به یک پلیمر شاخه دار یا متقاطع به ترتیب).

یکی از مهمترین روش های رایجسنتز مشتقات مختلف سلولز جایگزینی هسته دوست است. مواد اولیه در این مورد اترهای سلولز با برخی اسیدهای قوی (تولوئن و اسید متان سولفونیک، اسیدهای نیتریک و فنیل فسفریک)، و همچنین مشتقات هالوژنودوکسی سلولز هستند. با استفاده از یک واکنش جایگزینی هسته دوست، مشتقات سلولز سنتز شده اند که در آن گروه های هیدروکسیل با هالوژن ها (کلر، فلوئور، ید)، رودان، نیتریل و سایر گروه ها جایگزین می شوند. آماده‌سازی‌های دی‌اکسی سلولز حاوی هتروسیکل‌ها (پیریدین و پیپریدین)، اترهای سلولز با فنل‌ها و نفتول‌ها، تعدادی از استرهای سلولز (با اسیدهای کربوکسیلیک بالاتر،α - اسیدهای آمینه ، اسیدهای غیر اشباع). واکنش درون مولکولی جایگزینی نوکلئوفیل (صابون سازی توسیل اترهای سلولز) منجر به تشکیل پلی ساکاریدهای مخلوط حاوی 2، 3- و 3، 6-anhydrocycles می شود.

بزرگترین اهمیت عملیبرای ایجاد مواد سلولزی با خواص فنی جدید ارزشمند، از سنتز کوپلیمرهای پیوند سلولزی استفاده می شود. متداول‌ترین روش‌ها برای سنتز کوپلیمرهای پیوند سلولز شامل استفاده از واکنش انتقال زنجیره‌ای روی سلولز، کوپلیمریزاسیون پرتو-شیمیایی و استفاده از سیستم‌های ردوکس است که در آن سلولز نقش یک عامل کاهنده را ایفا می‌کند. در مورد دوم، تشکیل یک ماکرورادیکال می تواند به دلیل اکسیداسیون هر دو گروه هیدروکسیل سلولز (اکسیداسیون با نمک های سریم) و گروه های عاملی که به طور خاص به ماکرومولکول وارد شده اند - گروه های آلدئید، آمینو (اکسیداسیون با نمک های وانادیوم، منگنز) رخ دهد. یا تجزیه یک ترکیب دیازو تشکیل شده در طی دیازوتیزاسیون آنهایی که به گروه های آمینه آروماتیک سلولزی وارد شده اند. سنتز کوپلیمرهای پیوند سلولز در برخی موارد می تواند بدون تشکیل هموپلیمر انجام شود که مصرف مونومر را کاهش می دهد. کوپلیمرهای پیوند سلولزی، که تحت شرایط کوپلیمریزاسیون متداول به دست می‌آیند، از مخلوطی از سلولز اصلی (یا اتر آن که روی آن پیوند زده می‌شود) و کوپلیمر پیوندی (40-60%) تشکیل شده‌اند. درجه پلیمریزاسیون زنجیره های پیوندی بسته به روش شروع و ماهیت جزء پیوندی از 300 تا 28000 متغیر است.

تغییر در خواص در نتیجه کوپلیمریزاسیون پیوند توسط ماهیت مونومر پیوندی تعیین می شود. پیوند استایرن، آکریل آمید و اکریلونیتریل استحکام خشک الیاف پنبه را افزایش می دهد. پیوند پلی استایرن، پلی متیل متاکریلات و پلی بوتیل آکریلات مواد آبگریز تولید می کند. پیوند کوپلیمرهای سلولز با پلیمرهای زنجیره ای انعطاف پذیر (پلی متیل آکریلات) با مقدار کافی محتوای عالیجزء پیوندی ترموپلاستیک است. کوپلیمرهای پیوندی سلولز با پلی الکترولیت ها (پلی اکریلیک اسید، پلی متیل وینیل پیریدین) را می توان به عنوان پارچه تبادل یونی، الیاف، فیلم استفاده کرد.

یکی از معایب الیاف سلولزی خاصیت ارتجاعی کم و در نتیجه ماندگاری نامناسب محصولات و افزایش چین خوردگی است. از بین بردن این عیب با تشکیل پیوندهای بین مولکولی هنگام درمان پارچه ها با ترکیبات چند عملکردی (دی متیل اوره، دی متیلول سیکلوتیلن اوره، تری متیلول ملامین، دی متیلولتریازون، دیپوکسیدهای مختلف، استال ها) که با گروه های OH سلولز واکنش می دهند، به دست می آید. همراه با تشکیل پیوندهای شیمیایی بین ماکرومولکول های سلولز، پلیمریزاسیون معرف اتصال عرضی با تشکیل پلیمرهای خطی و فضایی اتفاق می افتد. پارچه های ساخته شده از الیاف سلولزی با محلولی حاوی یک معرف اتصال متقابل و یک کاتالیزور آغشته می شوند، ساییده می شوند، در دمای پایین خشک می شوند و در دمای 120-160 درجه به مدت 3-5 دقیقه تحت حرارت قرار می گیرند. هنگام درمان سلولز با معرف های چند منظوره پیوند متقابل، این فرآیند عمدتاً در مناطق آمورف فیبر رخ می دهد. برای دستیابی به همان اثر مقاوم در برابر چروک، مصرف معرف پیوند متقابل هنگام پردازش الیاف ویسکوز باید به طور قابل توجهی بیشتر از هنگام پردازش الیاف پنبه باشد، که ظاهراً به دلیل بیشتر است. درجه بالابلورینگی دومی

سلولز خالصیا فیبر(از cellula لاتین - "سلول") - اینها موادی هستند که مستقیماً با قندها مرتبط هستند. مولکول های آنها توسط پیوندهای هیدروژنی (برهم کنش های ضعیف) به یکدیگر متصل شده و از بسیاری (2000 تا 3000) باقی مانده های B-گلوکز تشکیل شده اند. سلولز جزء اصلی هر کدام است سلول گیاه. در چوب و در پوسته برخی میوه ها (مثلاً تخمه آفتابگردان) یافت می شود. در خالص ترین شکلش سلولز- پودری سفید رنگ، نامحلول در آب و تشکیل خمیر نمی دهد. برای ارزیابی "از طریق لمس" سلولز خالصمی توانید به عنوان مثال پشم پنبه یا کرک صنوبر سفید را مصرف کنید.
عملاً همینطور است. اگر سلولز و نشاسته را با هم مقایسه کنیم، نشاسته بهتر هیدرولیز می شود. هیدرولیز سلولز در محیط اسیدی انجام می شود و ابتدا دی ساکارید سلوبیوز و سپس گلوکز تشکیل می شود.
سلولز به طور گسترده در صنعت استفاده می شود، پس از تصفیه تولید می شود که برای همه ما آشناست. سلفون(پلی اتیلن و سلفون در لمس با یکدیگر متفاوت هستند (سلفون در هنگام تغییر شکل "چرب" به نظر نمی رسد و "خش خش" می شود) و همچنین الیاف مصنوعی - ویسکوز (از لاتین viscosus - "ویسکوز").
پس از ورود به بدن، دی ساکاریدها (به عنوان مثال، ساکارز، لاکتوز) و پلی ساکاریدها (نشاسته) تحت تأثیر آنزیم های خاص هیدرولیز می شوند و گلوکز و فروکتوز تشکیل می دهند. این تغییر شکل به راحتی در دهان شما انجام می شود. اگر خرده نان را برای مدت طولانی بجوید، تحت تأثیر آنزیم آمیلاز، نشاسته موجود در نان به گلوکز هیدرولیز می شود. این باعث ایجاد طعم شیرین در دهان می شود.

در زیر یک نمودار است هیدرولیز سلولز

دریافت کاغذ

سلولز خالص

به نظر شما شامل چه مواردی می شود ترکیب کاغذ؟! در واقع این ماده ای است که از الیاف بسیار ریز در هم تنیده شده تشکیل شده است سلولز. برخی از این الیاف با پیوند هیدروژنی (پیوندی که بین گروه ها - OH - گروه هیدروکسیل ایجاد می شود) متحد می شوند. روش تهیه کاغذدر قرن دوم قبل از میلاد در چین باستان شناخته شده بود. در آن زمان کاغذ از بامبو یا پنبه تهیه می شد. بعدها در قرن نهم میلادی این راز به اروپا آمد. برای دریافت کاغذقبلاً در قرون وسطی از پارچه های کتانی یا پنبه ای استفاده می شد.

اما تنها در قرن 18 آنها راحت ترین راه را پیدا کردند دریافت کاغذ- ساخته شده از چوب. و نوع کاغذی که ما اکنون از آن استفاده می کنیم تنها در قرن نوزدهم شروع به تولید کرد.

مواد اولیه اصلی برای دریافت کاغذاست سلولز. چوب خشک تقریباً 40 درصد از این سلولز را دارد. بقیه درخت پلیمرهای مختلفی است که از قندها تشکیل شده است انواع مختلفاز جمله فروکتوز، مواد پیچیده - الکل های فنل، تانن های مختلف، نمک های منیزیم، سدیم و پتاسیم، اسانس ها.

تهیه سلولز

تهیه سلولزمرتبط با پردازش مکانیکی چوب و سپس انجام واکنش های شیمیایی با خاک اره. درختان مخروطی به خاک اره ریز آسیاب می شوند. این خاک اره در یک محلول در حال جوش حاوی NaHSO 4 (سولفید هیدروژن سدیم) و SO2 (دی اکسید گوگرد) قرار می گیرد. جوشاندن در انجام می شود فشار خون بالا(0.5 مگاپاسکال) و برای مدت طولانی (حدود 12 ساعت). در این حالت، یک واکنش شیمیایی در محلول رخ می دهد و در نتیجه یک ماده تشکیل می شود همی سلولزو ماده لیگنین (لیگنین- این ماده ای است که مخلوطی از هیدروکربن های معطر یا قسمت معطر یک درخت و همچنین محصول اصلی واکنش است - سلولز خالصکه به صورت رسوب در ظرفی که واکنش شیمیایی انجام می شود می ریزد. علاوه بر این، لیگنین به نوبه خود با آن تعامل دارد دی اکسید گوگرددر محلول، منجر به الکل اتیل، وانیلین، تانن های مختلف و مخمر تغذیه می شود.

فرآیند بیشتر تولید خمیر کاغذمرتبط با سنگ زنی رسوب با استفاده از رول، و در نتیجه ذرات سلولز حدود 1 میلی متر. و هنگامی که چنین ذرات وارد آب می شوند، بلافاصله متورم می شوند و تشکیل می شوند کاغذ. در این مرحله، کاغذ هنوز شبیه خودش نیست و شبیه سوسپانسیون الیاف سلولزی در آب است.

در مرحله بعد، به کاغذ ویژگی های اساسی آن داده می شود: چگالی، رنگ، استحکام، تخلخل، صافی، که برای آن خاک رس، اکسید تیتانیوم، اکسید باریم، گچ، تالک و مواد اضافی که متصل می شوند. الیاف سلولزی. به علاوه الیاف سلولزیبا یک چسب مخصوص بر پایه رزین و رزین درمان می شود. متشکل از رزین می کند. اگر زاج پتاسیم را به این چسب اضافه کنید، یک واکنش شیمیایی رخ می دهد و رسوبی از رزین های آلومینیوم تشکیل می شود. این ماده قادر به پوشاندن الیاف سلولزی است که به آنها مقاومت در برابر رطوبت و استحکام می بخشد. جرم حاصل به طور یکنواخت روی یک توری متحرک اعمال می شود، جایی که آن را فشرده و خشک می کنند. در اینجا شکل گیری وجود دارد وب کاغذ. برای صاف و براق شدن کاغذ ابتدا آن را بین فلز و سپس بین رول های کاغذ ضخیم رد می کنند (کلندری انجام می شود) سپس کاغذ را با قیچی مخصوص به ورق برش می دهند.

به نظرت چطوره، چرا کاغذ با گذشت زمان زرد می شود؟!?

به نظر می رسد که مولکول های سلولز جدا شده از چوب شامل تعداد زیادی واحد ساختاری از نوع C 6 H 10 O 5 است که تحت تأثیر یون های اتم هیدروژن، در مدت زمان معینی اتصالات خود را با یکدیگر از دست می دهند. منجر به اختلال در زنجیره کلی می شود. با این فرآیند کاغذ شکننده می شود و رنگ اصلی خود را از دست می دهد. همانطور که می گویند هنوز هم اتفاق می افتد اسیدی شدن کاغذ . به منظور بازیابی کاغذ در حال فاسد شدن، از بی کربنات کلسیم Ca(HCO 3) 2) استفاده می شود که به شما امکان می دهد تا به طور موقت اسیدیته را کاهش دهید.

روش دیگری که پیشرونده تر است در ارتباط با استفاده از ماده دی اتیل روی Zn(C2H5)2 وجود دارد. اما این ماده می تواند به طور خود به خود در هوا و حتی در مجاورت آب مشتعل شود!

کاربردهای سلولز

علاوه بر اینکه از سلولز برای تولید کاغذ استفاده می شود، به دلیل خواص بسیار مفید آن نیز استفاده می شود. استری شدنبا مواد معدنی مختلف و اسیدهای آلی. در فرآیند چنین واکنش هایی استرهایی تشکیل می شوند که در صنعت کاربرد پیدا کرده اند. در طی خود واکنش شیمیایی، پیوندهایی که قطعات مولکول سلولز را به هم متصل می کنند، شکسته نمی شوند، اما یک ترکیب شیمیایی جدید با گروه استری -COOR- به دست می آید. یکی از محصولات مهم واکنش است استات سلولز، که در طول تعامل شکل می گیرد استیک اسید(یا مشتقات آن، به عنوان مثال استالدئید) و سلولز. این ترکیب شیمیایی به طور گسترده برای ساخت الیاف مصنوعی مانند الیاف استات استفاده می شود.

یکی دیگر محصول مفید - تری نیترات سلولز. زمانی تشکیل می شود که نیتراسیون سلولزمخلوطی از اسیدها: سولفوریک غلیظ و نیتریک. تری نیترات سلولز به طور گسترده در ساخت باروت بدون دود (پیروکسیلین) استفاده می شود. نیز وجود دارد دی تریت سلولز، که برای ساخت انواع خاصی از پلاستیک و


سلولز (C 6 H 10 O 5) n -یک پلیمر طبیعی، یک پلی ساکارید متشکل از بقایای گلوکز بتا، مولکول ها ساختار خطی دارند. هر باقیمانده از یک مولکول گلوکز شامل سه گروه هیدروکسیل است، بنابراین خواص یک الکل چند هیدروکسی را نشان می دهد.

مشخصات فیزیکی

سلولز یک ماده فیبری است که در آب یا در حلال های آلی معمولی نامحلول است و رطوبت سنجی است. استحکام مکانیکی و شیمیایی بالایی دارد.

1. سلولز یا فیبر بخشی از گیاهان است که دیواره های سلولی را در آنها تشکیل می دهد.

2. نام آن از اینجا آمده است (از لاتین "cellulum" - سلول).

3. سلولز استحکام و خاصیت ارتجاعی لازم را به گیاهان می بخشد و به قولی اسکلت آنهاست.

4. الیاف پنبه حاوی 98 درصد سلولز است.

5. الیاف کتان و کنف نیز عمدتاً از سلولز تشکیل شده اند. در چوب حدود 50 درصد است.

6. کاغذ، پارچه های پنبه ایاینها محصولات ساخته شده از سلولز هستند.

7. نمونه های خالص سلولز، پشم پنبه ای است که از پنبه خالص و کاغذ صافی (بدون چسب) به دست می آید.

8. سلولز، جدا شده از مواد طبیعی، یک ماده فیبری جامد است که در آب یا حلال‌های آلی معمولی نامحلول است.

خواص شیمیایی

1. سلولز یک پلی ساکارید است که برای تشکیل گلوکز تحت هیدرولیز قرار می گیرد:

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

2. سلولز یک الکل چند هیدرولیکی است که برای تشکیل استرها تحت واکنش های استری شدن قرار می گیرد

(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

تری استات سلولز

استات های سلولز پلیمرهای مصنوعی هستند که در تولید استات ابریشم، فیلم (فیلم) و لاک استفاده می شوند.

کاربرد

کاربردهای سلولز بسیار متنوع است. برای تولید کاغذ، پارچه، لاک، فیلم، مواد منفجره، ابریشم مصنوعی (استات، ویسکوز)، پلاستیک (سلولوئید)، گلوکز و موارد دیگر استفاده می شود.

یافتن سلولز در طبیعت

1. در الیاف طبیعی، ماکرومولکول های سلولز در یک جهت قرار دارند: آنها در امتداد محور فیبر جهت گیری می کنند.

2. پیوندهای هیدروژنی متعددی که بین گروه های هیدروکسیل ماکرومولکول ها ایجاد می شود، استحکام بالای این الیاف را تعیین می کند.

3. در فرآیند ریسندگی پنبه، کتان و غیره، این الیاف ابتدایی به صورت نخ های بلندتر بافته می شوند.

4. این امر با این واقعیت توضیح داده می شود که درشت مولکول های موجود در آن، اگرچه ساختار خطی دارند، اما به صورت تصادفی تر قرار دارند و در یک جهت قرار ندارند.

ساخت ماکرومولکول های نشاسته و سلولز از اشکال حلقوی مختلف گلوکز به طور قابل توجهی بر خواص آنها تأثیر می گذارد:

1) نشاسته یک محصول غذایی مهم برای انسان است؛ سلولز را نمی توان برای این منظور استفاده کرد.

2) دلیل آن این است که آنزیم هایی که هیدرولیز نشاسته را تقویت می کنند بر روی پیوند بین بقایای سلولز عمل نمی کنند.