☰

Čo je celulóza? Rastlinná vláknina je polysacharid. Veľká encyklopédia ropy a zemného plynu

Celulóza je derivátom dvoch prírodných látok: dreva a bavlny. V rastlinách účinkuje dôležitá funkcia dodáva im pružnosť a pevnosť.

Kde sa látka nachádza?

Celulóza je prírodná látka. Rastliny si ho dokážu vyrobiť samé. Kompozícia obsahuje: vodík, kyslík, uhlík.

Rastliny produkujú cukor pod vplyvom slnečného žiarenia, spracovávajú ho bunky a umožňujú vláknam odolávať vysokej záťaži vetrom. Celulóza je látka, ktorá sa podieľa na procese fotosyntézy. Ak sa na rez čerstvého stromu postrieka cukrová voda, tekutina sa rýchlo vstrebe.

Začína sa výroba celulózy. Tento prirodzený spôsob jeho získavania sa berie ako základ pre výrobu bavlnenej tkaniny v priemyselnom meradle. Existuje niekoľko metód, ktorými sa získava buničina rôznej kvality.

Výrobný spôsob #1

Celulóza sa získava prirodzene zo semien bavlníka. Vlasy sú zbierané automatizovanými mechanizmami, ale vyžadujú dlhé obdobie pestovanie rastliny. Tkanina vyrobená týmto spôsobom sa považuje za najčistejšiu.

Z drevených vlákien možno rýchlejšie získať celulózu. Kvalita je však pri tejto metóde oveľa horšia. Tento materiál je vhodný len na výrobu nevláknitého plastu, celofánu. Z takéhoto materiálu môžu byť vyrobené aj umelé vlákna.

prirodzené prijímanie

Výroba celulózy z bavlníkových semien začína oddeľovaním dlhých vlákien. Tento materiál sa používa na výrobu bavlnenej tkaniny. Malé časti, menšie ako 1,5 cm, sa nazývajú

Sú vhodné na výrobu celulózy. Zostavené diely sú vystavené vysokotlakovému ohrevu. Trvanie procesu môže byť až 6 hodín. Pred začatím zahrievania materiálu sa k nemu pridá hydroxid sodný.

Výsledná látka sa musí umyť. Na to sa používa chlór, ktorý zároveň bieli. Zloženie celulózy pri tejto metóde je najčistejšie (99 %).

Spôsob výroby č. 2 z dreva

Na získanie 80-97% buničiny sa používajú ihličnaté drevené štiepky, chemických látok. Celá hmota sa premieša a podrobí tepelnému spracovaniu. V dôsledku varenia sa uvoľňuje potrebná látka.

Mieša sa bisulfit vápenatý, oxid siričitý a drevná buničina. Celulóza vo výslednej zmesi nie je väčšia ako 50%. V dôsledku reakcie sa v kvapaline rozpúšťajú uhľovodíky a ligníny. Pevný materiál prechádza stupňom čistenia.

Získajte hmotu pripomínajúcu nekvalitný papier. Tento materiál slúži ako základ pre výrobu látok:

  • Efirov.
  • celofán.
  • Viskózové vlákno.

Čo sa vyrába z cenného materiálu?

Vláknitá, ktorá vám umožňuje vyrábať z nej oblečenie. Materiál bavlna je 99,8% prírodný produkt získané prírodnou metódou vyššie. Môže sa použiť aj na výrobu výbušnín v dôsledku chemickej reakcie. Celulóza je aktívna, keď sú na ňu aplikované kyseliny.

Vlastnosti celulózy sú použiteľné pri výrobe tkanín. Vyrábajú sa z neho umelé vlákna, ktoré sa podobajú prírodným tkaninám vzhľadom a na dotyk:

  • viskóza a;
  • umelá kožušina;
  • medeno-amoniakový hodváb.

Väčšinou z drevnej buničiny sa vyrábajú:

  • laky;
  • Fotografický film;
  • papierové výrobky;
  • plasty;
  • špongie na umývanie riadu;
  • bezdymový prášok.

V dôsledku chemickej reakcie sa získa celulóza:

  • trinitrocelulóza;
  • dinitrocelulóza;
  • glukóza;
  • kvapalné palivo.

Celulózu možno použiť aj v potravinách. Niektoré rastliny (zeler, šalát, otruby) obsahujú jeho vlákninu. Slúži aj ako materiál na výrobu škrobu. Už sa to naučil robiť tenké nite- umelý pás je veľmi odolný a neťahá sa.

Chemický vzorec celulózy je C6H10O5. Je to polysacharid. Je vyrobený z:

  • lekárska bavlna;
  • obväzy;
  • tampóny;
  • lepenka, drevotrieska;
  • potravinárska prídavná látka E460.

Výhody látky

Celulóza je schopná odolávať vysokým teplotám až do 200 stupňov. Molekuly sa nerozkladajú, čo umožňuje vyrábať z nich opakovane použiteľný plastový riad. Zároveň je zachovaná dôležitá vlastnosť - elasticita.

Celulóza odoláva dlhodobému pôsobeniu kyselín. Absolútne nerozpustný vo vode. Nestrávené Ľudské telo, sa používa ako sorbent.

Používa sa mikrokryštalická celulóza alternatívna medicína ako prípravok na čistenie tráviaceho systému. Práškový materiál pôsobí ako prídavná látka v potravinách na zníženie obsahu kalórií v konzumovaných potravinách. To prispieva k odstráneniu toxínov, zníženiu cukru a cholesterolu v krvi.

Spôsob výroby č. 3 - priemyselný

Na výrobných miestach sa dužina pripravuje varením v rôznych prostrediach. Použitý materiál závisí od typu činidla - druhu dreva:

  • Živicové horniny.
  • Listnaté stromy.
  • Rastliny.

Existuje niekoľko typov činidiel na varenie:

  • V opačnom prípade sa metóda označuje ako sulfitová. Ako roztok sa používa soľ kyseliny sírovej alebo jej kvapalná zmes. Pri tejto možnosti výroby sa celulóza izoluje z ihličnatých druhov. Jedľa a smrek sú dobre spracované.
  • Metóda alkalického média alebo sódy je založená na použití hydroxidu sodného. Roztok dobre oddeľuje celulózu od vlákien rastlín (steblá kukurice) a stromov (hlavne listnatých).
  • Pri sulfátovej metóde sa používa súčasné použitie hydroxidu sodného a sulfidu sodného. Široko sa zavádza do výroby sulfidu bieleho lúhu. Táto technológia je dosť negatívna pre životné prostredie v dôsledku vytvárania chemických reakcií tretích strán.

Posledná metóda je najbežnejšia kvôli jej všestrannosti: dužinu možno získať takmer z každého stromu. Čistota materiálu však po jednom vare nie je celkom vysoká. Nečistoty sa odstraňujú ďalšími reakciami:

  • hemicelulózy sa odstraňujú alkalickými roztokmi;
  • makromolekuly lignínu a produkty ich deštrukcie sa odstránia chlórom s následným spracovaním alkáliou.

Nutričná hodnota

Škrob a celulóza majú podobnú štruktúru. V dôsledku experimentov bolo možné získať produkt z nejedlých vlákien. Neustále potrebuje človeka. Konzumované jedlo pozostáva z viac ako 20% škrobu.

Vedcom sa podarilo získať amylózu z celulózy, ktorá má pozitívny vplyv na stav ľudského tela. Súčasne sa počas reakcie uvoľňuje glukóza. Ukazuje sa, že výroba bez odpadu - posledná látka sa posiela na výrobu etanolu. Amylóza tiež slúži ako prostriedok na prevenciu obezity.

V dôsledku reakcie zostáva celulóza v pevnom stave a usadzuje sa na dne nádoby. Zvyšné zložky sa odstránia pomocou magnetických nanočastíc alebo sa rozpustia a odstránia s kvapalinou.

Druhy látok v predaji

Dodávatelia ponúkajú buničinu rôznej kvality za rozumné ceny. Uvádzame hlavné typy materiálov:

  • Síran celulózy biely, vyrobený z dvoch druhov dreva: ihličnatého a tvrdého dreva. V obalovom materiáli sa používa nebielený materiál, nekvalitný papier na izolačné materiály a iné využitie.
  • Siričitan je komerčne dostupný aj v bielej farbe, vyrobený z ihličnatých stromov.
  • Biely práškový materiál je vhodný na výrobu liečivých látok.
  • Celulóza prémiovej kvality sa vyrába bielením bez účasti chlóru. Ako surovina sa berú ihličnany. Drevovinu tvorí kombinácia smrekových a borovicových štiepok v pomere 20/80 %. Čistota výsledného materiálu je najvyššia. Je vhodný na výrobu sterilných materiálov používaných v medicíne.

Na výber vhodnej buničiny sa používajú štandardné kritériá: čistota materiálu, pevnosť v ťahu, dĺžka vlákna, index odolnosti proti roztrhnutiu. Chemický stav alebo agresivita vodného extrakčného média a vlhkosť sú tiež kvantitatívne indikované. Pre buničinu dodávanú vo forme bielenej buničiny platia ďalšie ukazovatele: špecifický objem, belosť, veľkosť mletia, pevnosť v ťahu, čistota.

Dôležitým ukazovateľom hmotnosti celulózy je index odolnosti proti roztrhnutiu. Od toho závisí účel vyrobených materiálov. Berte do úvahy použitý ako surovina a vlhkosť. Dôležitá je aj hladina živíc a tukov. Rovnomernosť prášku je dôležitá pre určité procesné aplikácie. Na podobné účely sa hodnotí húževnatosť a pevnosť v roztrhnutí plošného materiálu.

CELULÓZA
vlákno, hlavný stavebný materiál rastlinného sveta, tvoriace bunkové steny stromov a iných vyšších rastlín. Najčistejšou prírodnou formou celulózy sú chĺpky z bavlníkových semien.
Čistenie a izolácia. V súčasnosti majú priemyselný význam len dva zdroje celulózy – bavlna a drevná buničina. Bavlna je takmer čistá celulóza a nevyžaduje zložité spracovanie, aby sa stala východiskovým materiálom na výrobu umelých vlákien a nevláknových plastov. Po oddelení dlhých vlákien používaných na výrobu bavlnených tkanín od bavlníkových semien zostanú krátke chĺpky alebo "chlpy" (bavlnené chmýří) dlhé 10-15 mm. Žmolky sa oddelia od semien, zahrievajú sa pod tlakom počas 2 až 6 hodín s 2,5 až 3 % roztokom hydroxidu sodného, ​​potom sa premyjú, vybielia chlórom, znova sa premyjú a vysušia. Výsledným produktom je 99% čistá celulóza. Výťažok je 80 % (hmotn.) vlákna a zvyšok tvorí lignín, tuky, vosky, pektáty a šupky semien. Drevná buničina sa zvyčajne vyrába z dreva stromov. ihličnany. Obsahuje 50-60% celulózy, 25-35% lignínu a 10-15% hemicelulóz a necelulózových uhľovodíkov. Pri sulfitovom procese sa drevná štiepka varí pod tlakom (asi 0,5 MPa) pri 140 °C s oxidom siričitým a hydrogénsiričitanom vápenatým. V tomto prípade ligníny a uhľovodíky prechádzajú do roztoku a zostáva celulóza. Po umytí a vybielení sa vyčistená hmota odleje do voľného papiera podobného pijavému papieru a vysuší. Takáto hmota pozostáva z 88-97% celulózy a je celkom vhodná na chemické spracovanie na viskózové vlákno a celofán, ako aj na deriváty celulózy - estery a étery. Proces regenerácie celulózy z roztoku pridaním kyseliny do jej koncentrovaného amónno-meďnatého (t.j. obsahujúceho síran meďnatý a hydroxid amónny) vodného roztoku opísal Angličan J. Mercer okolo roku 1844. Ale prvá priemyselná aplikácia tejto metódy, ktorá zn. začiatok priemyslu medeno-amoniakových vlákien, pripisovaný E. Schweitzerovi (1857) a o jeho ďalší rozvoj sa zaslúžili M. Kramer a I. Schlossberger (1858). A až v roku 1892 Cross, Bevin a Beadle v Anglicku vynašli postup na získanie viskózového vlákna: viskózny (odtiaľ názov viskóza) vodný roztok celulózy sa získal po spracovaní celulózy najprv silným roztokom hydroxidu sodného, ​​ktorý dal „sódu“. celulózou" a potom sírouhlíkom (CS2), čo vedie k rozpustnému xantátu celulózy. Vytláčaním pramienku tohto „zvlákňovacieho“ roztoku cez zvlákňovaciu dýzu s malým okrúhlym otvorom do kyslého kúpeľa sa celulóza regenerovala vo forme viskózového vlákna. Keď sa roztok vytlačil do toho istého kúpeľa cez matricu s úzkou štrbinou, získal sa film, nazývaný celofán. J. Brandenberger, ktorý sa touto technológiou zaoberal vo Francúzsku v rokoch 1908 až 1912, ako prvý patentoval kontinuálny proces výroby celofánu.
Chemická štruktúra. Napriek širokému priemyselnému využívaniu celulózy a jej derivátov bol v súčasnosti akceptovaný chemický štruktúrny vzorec celulózy navrhnutý (W. Haworth) až v roku 1934. Je pravda, že od roku 1913 bol známy jej empirický vzorec C6H10O5, stanovený z údajov kvantitatívnej analýzy dobre umyté a vysušené vzorky : 44,4 % C, 6,2 % H a 49,4 % O. Vďaka práci G. Staudingera a K. Freudenberga bolo tiež známe, že ide o molekulu polyméru s dlhým reťazcom, ktorá pozostáva z uvedených na obr. 1 opakujúce sa glukozidové zvyšky. Každá jednotka má tri hydroxylové skupiny - jednu primárnu (-CH2CHOH) a dve sekundárne (>CHCHOH). V roku 1920 E.Fischer stanovil štruktúru jednoduchých cukrov a v tom istom roku röntgenové štúdie celulózy po prvýkrát ukázali jasný difrakčný obrazec jej vlákien. Röntgenový difrakčný obraz bavlneného vlákna ukazuje dobre definovanú kryštalickú orientáciu, ale ľanové vlákno je ešte viac usporiadané. Keď sa celulóza regeneruje vo forme vlákna, kryštalinita sa do značnej miery stratí. Aké ľahké je vidieť vo svetle úspechov moderná vedaštrukturálna chémia celulózy sa v rokoch 1860 až 1920 prakticky zastavila z toho dôvodu, že pomocné vedné disciplíny potrebné na riešenie problému zostali po celú dobu v plienkach.

REGENEROVANÁ CELULÓZA
Viskózové vlákno a celofán. Viskózové vlákno aj celofán sú regenerovanou (z roztoku) celulózy. Na prečistenú prírodnú celulózu sa pôsobí nadbytkom koncentrovaného hydroxidu sodného; po odstránení prebytku sa jeho hrudky rozomelú a výsledná hmota sa udržiava za starostlivo kontrolovaných podmienok. S týmto „starnutím“ sa dĺžka polymérnych reťazcov zmenšuje, čo prispieva k následnému rozpusteniu. Potom sa rozdrvená celulóza zmieša so sírouhlíkom a výsledný xantát sa rozpustí v roztoku hydroxidu sodného, ​​čím sa získa "viskóza" - viskózny roztok. Keď sa viskóza dostane do vodného roztoku kyseliny, regeneruje sa z nej celulóza. Zjednodušené celkové reakcie sú nasledovné:


Viskózové vlákno, získané vytláčaním viskózy cez malé otvory vo zvlákňovacej tryske do kyslého roztoku, sa široko používa na výrobu odevov, závesov a poťahových látok, ako aj v technológii. Značné množstvo viskózového vlákna sa používa na technické pásy, pásky, filtre a kordy pneumatík.
celofán. Celofán, získaný vytláčaním viskózy do kyslého kúpeľa cez zvlákňovaciu dýzu s úzkou štrbinou, potom prechádza cez pracie, bieliace a plastifikačné kúpele, prechádza cez sušiace bubny a je navinutý do kotúča. Povrch celofánovej fólie je takmer vždy potiahnutý nitrocelulózou, živicou, nejakým druhom vosku alebo laku, aby sa znížila priepustnosť vodných pár a zabezpečilo sa tepelné utesnenie, pretože nepotiahnutý celofán nemá vlastnosť termoplasticity. V modernom priemysle sa na to používajú polymérové ​​povlaky typu polyvinylidénchloridu, pretože sú menej priepustné pre vlhkosť a poskytujú pevnejšie spojenie pri tepelnom tesnení. Celofán je široko používaný hlavne pri výrobe obalov ako obalový materiál pre galantérny tovar, produkty na jedenie, tabakové výrobky a tiež ako základ pre samolepiacu baliacu pásku.
Viskózová špongia. Spolu so získaním vlákna alebo filmu môže byť viskóza zmiešaná s vhodnými vláknitými a jemne kryštalickými materiálmi; po kyslom ošetrení a vylúhovaní vodou sa táto zmes premení na viskózový hubovitý materiál (obr. 2), ktorý sa používa na balenie a tepelnú izoláciu.



Medené vlákno. Regenerované celulózové vlákno sa vyrába aj komerčne rozpustením celulózy v koncentrovanom roztoku amónnej medi (CuSO4 v NH4OH) a zvlákňovaním výsledného roztoku na vlákno v kyslom zvlákňovacom kúpeli. Takéto vlákno sa nazýva meď-amoniak.
VLASTNOSTI CELULÓZY
Chemické vlastnosti. Ako je znázornené na obr. 1, celulóza je vysoko polymérny sacharid pozostávajúci z C6H10O5 glukozidových zvyškov spojených esterovými mostíkmi v polohe 1,4. Tri hydroxylové skupiny na každej glukopyranózovej jednotke môžu byť esterifikované organickými činidlami, ako je zmes kyselín a anhydridov kyselín s vhodným katalyzátorom, ako je kyselina sírová. Étery môžu vznikať pôsobením koncentrovaného hydroxidu sodného, ​​čo vedie k tvorbe sódovej celulózy a následnej reakcii s alkylhalogenidom:


Reakciou s etylénoxidom alebo propylénoxidom sa získajú hydroxylované étery:


Prítomnosť týchto hydroxylových skupín a geometria makromolekuly sú zodpovedné za silnú polárnu vzájomnú príťažlivosť susedných jednotiek. Príťažlivé sily sú také silné, že bežné rozpúšťadlá nie sú schopné pretrhnúť reťazec a rozpustiť celulózu. Tieto voľné hydroxylové skupiny sú zodpovedné aj za vysokú hygroskopickosť celulózy (obr. 3). Éterifikácia a éterizácia znižujú hygroskopickosť a zvyšujú rozpustnosť v bežných rozpúšťadlách.



Pôsobením vodného roztoku kyseliny sa prerušia kyslíkové mostíky v polohe 1,4. Úplné prerušenie reťazca poskytuje glukózu, monosacharid. Počiatočná dĺžka reťazca závisí od pôvodu celulózy. Je maximálne in prirodzený stav a poklesy v procese izolácie, čistenia a konverzie na deriváty zlúčenín (pozri tabuľku).

STUPEŇ POLYMERIZÁCIE CELULÓZY
Materiál Počet zvyškov glukozidov
Surová bavlna 2500-3000
Vyčistený bavlnený linter 900-1000
Prečistená drevná buničina 800-1000
Regenerovaná celulóza 200-400
Priemyselný acetát celulózy 150-270


Dokonca aj mechanický strih, napríklad pri abrazívnom brúsení, vedie k zníženiu dĺžky reťazí. Keď sa dĺžka polymérneho reťazca zníži pod určitú minimálnu hodnotu, makroskopické fyzikálne vlastnosti celulózy sa zmenia. Oxidačné činidlá ovplyvňujú celulózu bez toho, aby spôsobili štiepenie glukopyranózového kruhu (obr. 4). Následné pôsobenie (v prítomnosti vlhkosti, napríklad pri environmentálnych testoch) spravidla vedie k štiepeniu reťazca a zvýšeniu počtu koncových skupín podobných aldehydu. Keďže aldehydové skupiny sa ľahko oxidujú na karboxylové skupiny, obsah karboxylu, ktorý sa v prírodnej celulóze prakticky nevyskytuje, za atmosférických podmienok a oxidácie prudko stúpa.



Ako všetky polyméry, aj celulóza sa rozkladá pod vplyvom atmosférických faktorov v dôsledku spoločného pôsobenia kyslíka, vlhkosti, kyslých zložiek vzduchu a slnečného žiarenia. Dôležitá je ultrafialová zložka slnečného žiarenia a mnoho dobrých činidiel na ochranu pred UV žiarením zvyšuje životnosť produktov z derivátov celulózy. Kyslé zložky vzduchu, ako sú oxidy dusíka a síry (ktoré sú vždy prítomné v atmosférickom vzduchu priemyselných oblastí), urýchľujú rozklad, často so silnejším účinkom ako slnečné žiarenie. Napríklad v Anglicku sa zistilo, že vzorky bavlny testované na vystavenie atmosférickým podmienkam v zime, keď prakticky nebolo jasné slnečné svetlo, degradovali rýchlejšie ako v lete. Faktom je, že spaľovanie veľkého množstva uhlia a plynu v zime viedlo k zvýšeniu koncentrácie oxidov dusíka a síry v ovzduší. Lapače kyselín, antioxidanty a látky absorbujúce UV žiarenie znižujú citlivosť celulózy na poveternostné vplyvy. Substitúcia voľných hydroxylových skupín vedie k zmene tejto citlivosti: dusičnan celulózy sa rozkladá rýchlejšie, zatiaľ čo acetát a propionát pomalšie.
fyzikálne vlastnosti. Polymérne reťazce celulózy sú balené do dlhých zväzkov alebo vlákien, v ktorých sú popri usporiadaných kryštalických aj menej usporiadané amorfné úseky (obr. 5). Namerané percento kryštalinity závisí od typu buničiny, ako aj od spôsobu merania. Podľa röntgenových údajov sa pohybuje od 70% (bavlna) do 38-40% (viskózové vlákno). Röntgenová štrukturálna analýza poskytuje informácie nielen o kvantitatívnom pomere medzi kryštalickým a amorfným materiálom v polyméri, ale aj o stupni orientácie vlákna spôsobenej naťahovaním alebo normálnymi rastovými procesmi. Ostrosť difrakčných prstencov charakterizuje stupeň kryštalinity, zatiaľ čo difrakčné škvrny a ich ostrosť charakterizuje prítomnosť a stupeň preferovanej orientácie kryštalitov. Vo vzorke recyklovaného acetátu celulózy získaného procesom zvlákňovania "nasucho" je stupeň kryštalinity aj orientácie veľmi malý. Vo vzorke triacetátu je stupeň kryštalinity vyšší, ale neexistuje žiadna preferovaná orientácia. Tepelné spracovanie triacetátu pri teplote 180-240 °C výrazne zvyšuje stupeň jeho kryštalinity a orientácia (kresba) v kombinácii s tepelným spracovaním dáva najviac objednávaný materiál. Ľan vykazuje vysoký stupeň kryštalinity a orientácie.
pozri tiež
ORGANICKÁ CHÉMIA;
PAPIER A OSTATNÉ PISOVACIE MATERIÁLY;
PLASTY.


Ryža. 5. MOLEKULÁRNA ŠTRUKTÚRA celulózy. Molekulové reťazce prechádzajú niekoľkými micelami (kryštalickými oblasťami) dĺžky L. Tu sú A, A" a B" konce reťazcov ležiacich v kryštalickej oblasti; B - koniec reťazca mimo kryštalizovanej oblasti.


LITERATÚRA
Bushmelev V.A., Volman N.S. Procesy a zariadenia výroby celulózy a papiera. M., 1974 Celulóza a jej deriváty. M., 1974 Akim E.L. atď. Technológia spracovania a spracovania celulózy, papiera a kartónu. L., 1977

Collierova encyklopédia. - Otvorená spoločnosť. 2000 .

Celulóza je polysacharid vytvorený z elementárnych jednotiek bezvodej látky D -glukóza a predstavujúce poly-1, 4-β-D -glukopyranozyl- D -glukopyranóza. Celulózová makromolekula spolu s anhydroglukózovými jednotkami môže obsahovať zvyšky iných monosacharidov (hexózy a pentózy), ako aj urónové kyseliny (pozri obr.). Povaha a množstvo takýchto zvyškov sú určené podmienkami biochemickej syntézy.

Celulóza - hlavná komponent bunkové steny vyšších rastlín. Spolu s látkami, ktoré ho sprevádzajú, zohráva úlohu konštrukcie, ktorá nesie hlavné mechanické zaťaženie. Celulóza sa nachádza hlavne vo vlasoch semien niektorých rastlín, napríklad bavlny (97 – 98 % celulózy), dreva (40 – 50 % na sušinu), lykových vlákien, vnútorných vrstiev kôry rastlín (ľan a ramie). - 80-90%, juta - 75% a iné), stonky jednoročných rastlín (30-40%), napríklad trstina, kukurica, obilniny, slnečnica.

Izolácia celulózy z prírodných materiálov je založená na pôsobení činidiel, ktoré ničia alebo rozpúšťajú necelulózové zložky. Charakter ošetrenia závisí od zloženia a štruktúry rastlinného materiálu. Pre bavlnené vlákno (necelulózové nečistoty – 2,0 – 2,5 % látok obsahujúcich dusík; asi 1 % pentózanov a pektínov; 0,3 – 1,0 % tukov a voskov; 0,1 – 0,2 % minerálnych solí) používajte relatívne mierne extrakčné metódy.

Bavlnené chmýří sa podrobí parku (3-6 hodín, 3-10 atmosfér) 1,5-3% roztokom hydroxidu sodného, ​​po ktorom nasleduje pranie a bielenie rôznymi oxidačnými činidlami - oxid chloričitý, chlórnan sodný, peroxid vodíka. Do roztoku prechádzajú niektoré polysacharidy s nízkou molárnou hmotnosťou (pentosany, čiastočne hexosany), urónové kyseliny, niektoré tuky a vosky. Obsahα -celulóza (frakcia nerozpustná v 17,5% rozt N aOH pri 20 °C počas 1 hodiny) sa môže zvýšiť na 99,8-99,9 %. V dôsledku čiastočnej deštrukcie morfologickej štruktúry vlákna počas varenia sa zvyšuje reaktivita celulózy (charakteristika, ktorá určuje rozpustnosť éterov získaných pri následnom chemickom spracovaní celulózy a filtrovateľnosť zvlákňovacích roztokov týchto esterov) .

Na izoláciu celulózy z dreva obsahujúceho 40 – 55 % celulózy, 5 – 10 % iných hexosanov, 10 – 20 % pentosanov, 20 – 30 % lignínu, 2 – 5 % živíc a množstvo iných nečistôt a so zložitou morfologickou štruktúrou, viac prísne podmienky spracovania; najčastejšie sa používa sulfitové alebo sulfátové rozvlákňovanie drevnej štiepky.

Počas sulfitového rozvlákňovania sa drevo ošetruje roztokom obsahujúcim 3-6 % voľne SO2 a asi 2 % SO2 viazaný ako hydrogénsiričitan vápenatý, horečnatý, sodný alebo amónny. Varenie sa vykonáva pod tlakom pri 135-150 ° počas 4-12 hodín; varné roztoky pri kyslom bisulfitovom rozvlákňovaní majú pH od 1,5 do 2,5 Pri sulfitovom rozvlákňovaní dochádza k sulfonácii lignínu, po ktorej nasleduje jeho prechod do roztoku. Súčasne sa hydrolyzuje časť hemicelulóz, vznikajúce oligo- a monosacharidy, ako aj časť živicových látok sa rozpúšťajú vo varnom lúhu. Pri použití takto izolovanej celulózy (sulfitovej celulózy) na chemické spracovanie (hlavne pri výrobe viskózového vlákna) je celulóza podrobená rafinácii, ktorej hlavnou úlohou je zvýšiť chemickú čistotu a jednotnosť celulózy (odstránenie lignín, hemicelulóza, zníženie obsahu popola a obsahu živice, zmena koloidných chemických a fyzikálne vlastnosti). Najbežnejšími spôsobmi rafinácie je úprava bielenej buničiny 4-10% roztokom N aOH pri 20° (rafinácia za studena) alebo 1% roztok NaOH pri 95-100° (rafinácia za horúca). Vylepšená sulfitová buničina na chemické spracovanie má tieto ukazovatele: 95-98%α - celulóza; 0,15 - 0,25 % lignínu; 1,8-4,0 % pentosanov; 0,07-0,14 % živice; 0,06-0,13 % popola. Sulfitová buničina sa používa aj na výrobu vysokokvalitného papiera a lepenky.

Drevené štiepky možno variť aj so 4- 6 % N roztok aOH (sódová drť) alebo jej zmes so sulfidom sodným (sulfátová drť) pri 170-175° pod tlakom počas 5-6 hodín. V tomto prípade nastáva rozpúšťanie lignínu, prechod do roztoku a hydrolýza časti hemicelulóz (hlavne hexosanov) a ďalšie premeny vzniknutých cukrov na organické hydroxykyseliny (mliečna, cukrová a iné) a kyseliny (mravčia). Živica a vyššie mastné kyseliny postupne prechádzajú do varného lúhu vo forme sodných solí (tzv"sulfátové mydlo"). Alkalická výroba buničiny je použiteľná na spracovanie smreka, borovice a tvrdého dreva. Pri použití celulózy (sulfátovej celulózy) izolovanej týmto spôsobom na chemické spracovanie sa drevo pred varením podrobí predhydrolýze (úprava zriedenou kyselinou sírovou pri zvýšenej teplote). Sulfátová buničina pred hydrolýzou používaná na chemické spracovanie po rafinácii a bielení má nasledujúce priemerné zloženie (%):α -celulóza - 94,5-96,9; pentosany 2-2, 5; živice a tuky - 0,01-0,06; popol - 0,02-0,06 Sulfátová celulóza sa používa aj na výrobu sáčkových a baliacich papierov, papierových povrazov, technických papierov (paličkový, šmirgľový, kondenzátorový), písacích, tlačiarenských a bielených trvácnych papierov (kresliarske, kartografické, na dokumenty).

Sulfátové rozvlákňovanie sa používa na získanie buničiny s vysokou výťažnosťou používanej na výrobu vlnitej lepenky a vrecového papiera (výťažnosť buničiny z dreva je v tomto prípade 50 – 60 % vs.~ 35% na predhydrolýzu sulfátovej celulózy na chemické spracovanie). Buničina s vysokým výnosom obsahuje významné množstvo lignínu (12-18 %) a zachováva si tvar štiepok. Preto sa po varení podrobí mechanickému brúseniu. Varenie so sódou a síranom sa môže použiť aj pri separácii celulózy zo slamy obsahujúcej veľké množstvá Si02 odstráni sa pôsobením alkálií.

Z listnatých a jednoročných rastlín sa celulóza izoluje aj hydrotropným varením - spracovaním surovín koncentrovanými (40-50%) roztokmi solí alkalických kovov a aromatických karboxylových a sulfónových kyselín (napríklad kyseliny benzoovej, cyménovej a xylénsulfónovej) pri 150-180 ° po dobu 5-10 hodín. Iné metódy izolácie celulózy (kyselina dusičná, chlór-alkálie a iné) nie sú široko používané.

Na stanovenie molárnej hmotnosti celulózy sa zvyčajne používa viskozimetria [podľa viskozity roztokov celulózy v roztoku medi a amoniaku, v roztokoch kvartérnych amóniových zásad, hydroxidu kademnatého etyléndiamínu (tzv. kadoxénu), v alkalickom roztoku komplex sodík železo-vínny a iné, alebo viskozitou éterov celulózy – hlavne acetátov a dusičnanov získaných za podmienok vylučujúcich deštrukciu] a osmotické (pre étery celulózy) metódy. Stupeň polymerizácie stanovený týmito metódami je rôzny pre rôzne prípravky celulózy: 10-12 tisíc pre bavlnenú celulózu a celulózu z lykových vlákien; 2,5-3 tisíc za drevnú hmotu (podľa stanovenia v ultracentrifúge) a 0,3-0,5 tisíc za viskózovú hodvábnu celulózu.

Celulóza sa vyznačuje výraznou polydisperzitou podľa molárnej hmotnosti. Celulóza sa frakcionuje frakčným rozpustením alebo vyzrážaním z roztoku medi a amoniaku, z roztoku v kuprietyléndiamíne, kadmiumetyléndiamíne alebo v alkalickom roztoku komplexu sodno-železo-vínna, ako aj frakčným zrážaním z roztokov dusičnanov celulózy v acetóne alebo etyle acetát. Pre bavlnenú celulózu, lykové vlákna a drevnú buničinu ihličnatých druhov sú charakteristické distribučné krivky molárnej hmotnosti s dvoma maximami; krivky pre buničinu z tvrdého dreva majú jedno maximum.

Celulóza má zložitú supramolekulárnu štruktúru. Na základe údajov röntgenových, elektrónových difrakcií a spektroskopických štúdií sa zvyčajne uznáva, že celulóza patrí medzi kryštalické polyméry. Celulóza má množstvo štruktúrnych modifikácií, z ktorých hlavnými sú prírodná celulóza a hydratovaná celulóza. Prírodná celulóza sa rozpustením a následným vyzrážaním z roztoku, pôsobením koncentrovaných roztokov alkálií a následným rozkladom alkalickej celulózy a iné premieňa na hydratovanú celulózu. Reverzný prechod sa môže uskutočniť zahrievaním hydratovanej celulózy v rozpúšťadle, ktoré spôsobí jej intenzívne napučiavanie (glycerín, voda). Obe štrukturálne modifikácie majú rôzne rôntgenové obrazce a veľmi sa líšia v reaktivite, rozpustnosti (nielen samotnej celulózy, ale aj jej éterov), adsorpčnej kapacite a iných. Hydratované celulózové prípravky majú zvýšenú hygroskopickosť a farbiace vlastnosti, ako aj ďalšie vysoká rýchlosť hydrolýza.

Prítomnosť acetálových (glukozidových) väzieb medzi elementárnymi jednotkami v makromolekule celulózy spôsobuje jej nízku odolnosť voči pôsobeniu kyselín, v prítomnosti ktorých dochádza k hydrolýze celulózy (pozri obr.). Rýchlosť procesu závisí od množstva faktorov, z ktorých je rozhodujúca najmä pri uskutočňovaní reakcie v heterogénnom prostredí štruktúra prípravkov, ktorá určuje intenzitu medzimolekulovej interakcie. AT počiatočná fáza rýchlosť hydrolýzy môže byť vyššia, čo je spojené s možnosťou existencie v makromolekule nie Vysoké číslo väzby, ktoré sú menej odolné voči pôsobeniu hydrolyzačných činidiel ako bežné glukozidové väzby. Produkty čiastočnej hydrolýzy celulózy sa nazývajú hydrocelulóza.

V dôsledku hydrolýzy sa výrazne menia vlastnosti celulózového materiálu - klesá mechanická pevnosť vlákien (v dôsledku poklesu stupňa polymerizácie), zvyšuje sa obsah aldehydových skupín a rozpustnosť v alkáliách. Čiastočná hydrolýza nemení odolnosť celulózového prípravku voči alkalickému spracovaniu. Produktom úplnej hydrolýzy celulózy je glukóza. Priemyselné spôsoby hydrolýzy rastlinných materiálov obsahujúcich celulózu spočívajú v spracovaní so zriedenými roztokmi HCl a H2S04 (0,2-0,3%) pri 150-180°; výťažok cukrov pri postupnej hydrolýze je až 50 %.

Chemickou povahou je celulóza polyatómový alkohol. V dôsledku prítomnosti hydroxylových skupín v elementárnej jednotke makromolekuly celulóza reaguje s alkalickými kovmi a zásadami. Keď sa vysušená celulóza spracuje s roztokom kovového sodíka v kvapalnom amoniaku pri mínus 25-50 ° počas 24 hodín, vytvorí sa alkoholát celulózy trisodný:

n + 3 nNa -> n + 1,5 nH 2.

Pri pôsobení koncentrovaných roztokov alkálií na celulózu spolu s chemickou reakciou dochádza aj k fyzikálnym a chemickým procesom - napučiavanie celulózy a čiastočné rozpúšťanie jej nízkomolekulárnych frakcií, štrukturálne premeny. Interakcia hydroxidu alkalického kovu s celulózou môže prebiehať podľa dvoch schém:

n + n NaOH ↔ n + nH20

[C6H702(OH)3]n + n NaOH ↔ n.

Reaktivita primárnych a sekundárnych hydroxylových skupín celulózy v alkalickom prostredí je rozdielna. Kyslé vlastnosti sú najvýraznejšie pre hydroxylové skupiny nachádzajúce sa na druhom atóme uhlíka elementárnej jednotky celulózy, ktoré sú súčasťou glykolovej skupiny a sú vα -pozícia k acetálovej väzbe. K tvorbe alkoholátu celulózy zjavne dochádza práve vďaka týmto hydroxylovým skupinám, zatiaľ čo interakcia so zvyšnými OH skupinami vytvára molekulárnu zlúčeninu.

Zloženie alkalickej celulózy závisí od podmienok jej výroby - koncentrácie alkálií; teplota, charakter celulózového materiálu a iné. Vzhľadom na reverzibilitu reakcie tvorby alkalickej celulózy vedie zvýšenie koncentrácie alkálií v roztoku k zvýšeniuγ (počet substituovaných hydroxylových skupín na 100 elementárnych jednotiek makromolekuly celulózy) alkalickej celulózy a zníženie teploty mercerizácie vedie k zvýšeniuγ alkalická celulóza získaná pôsobením ekvikoncentrovaných alkalických roztokov, čo sa vysvetľuje rozdielom v teplotných koeficientoch priamych a reverzných reakcií. Rôzna intenzita interakcie s alkáliami rôznych celulózových materiálov zjavne súvisí s vlastnosťami fyzikálnej štruktúry týchto materiálov.

Dôležitou súčasťou procesu interakcie celulózy s alkáliami je napučiavanie celulózy a rozpúšťanie jej nízkomolekulárnych frakcií. Tieto procesy uľahčujú odstránenie frakcií s nízkou molekulovou hmotnosťou (hemicelulózy) z celulózy a difúziu esterifikačných činidiel do vlákna počas následných esterifikačných procesov (napríklad xantogenácia). S klesajúcou teplotou sa výrazne zvyšuje stupeň opuchu. Napríklad pri 18° zväčšenie priemeru bavlneného vlákna pri pôsobení o 12 % NaOH je 10% a pri -10° dosahuje 66%. So zvýšením koncentrácie alkálií dochádza najprv k zvýšeniu a potom (viac ako 12%) k zníženiu stupňa opuchu. Maximálny stupeň napučiavanie sa pozoruje pri tých koncentráciách alkálií, pri ktorých sa objavuje rôntgenový obrazec alkalickej celulózy. Tieto koncentrácie sú rôzne pre rôzne celulózové materiály: pre bavlnu 18% (pri 25°C), pre ramiu 14-15%, pre sulfitovú buničinu 9,5-10%. Interakcia celulózy s koncentrovanými roztokmi N AOH má široké využitie v textilnom priemysle, pri výrobe umelých vlákien a éterov celulózy.

Interakcia celulózy s inými hydroxidmi alkalických kovov prebieha podobne ako reakcia s hydroxidom sodným. Röntgenový snímok alkalickej celulózy sa objaví, keď sú prírodné celulózové prípravky vystavené približne ekvimolárnym (3,5-4,0 mol/l) roztokom hydroxidov alkalických kovov. Silné organické zásady - niektoré tetraalkyl (aryl)amóniumhydroxidy, zjavne tvoria molekulárne zlúčeniny s celulózou.

Zvláštne miesto v sérii reakcií celulózy so zásadami zaujíma jej interakcia s hydrátom kupriamínu [ Cu (NH3)4] (OH) 2 ako aj s radom ďalších komplexných zlúčenín medi, niklu, kadmia, zinku - kuprietyléndiamínu [ Cu (en)2] (OH)2 (en - molekula etyléndiamínu), nioxán [ Ni (NH 3) 6] (OH) 2, nioxén [Ni (en) 3] (OH) 2, kadoxén [Cd (en) 3] (OH) 2 a ďalšie. V týchto produktoch sa rozpúšťa celulóza. Zrážanie celulózy z roztoku medi a amoniaku sa uskutočňuje pôsobením vody, zásaditých alebo kyslých roztokov.

Pôsobením oxidačných činidiel dochádza k čiastočnej oxidácii celulózy - v technológii úspešne využívaný proces (bielenie celulózových a bavlnených tkanín, predzrievanie alkalickej celulózy). Oxidácia celulózy je vedľajším procesom pri rafinácii celulózy, príprave zvlákňovacieho roztoku medi a amoniaku a prevádzke produktov vyrobených z celulózových materiálov. Produkty čiastočnej oxidácie celulózy sa nazývajú hydroxycelulózy. V závislosti od povahy oxidačného činidla môže byť oxidácia celulózy selektívna alebo neselektívna. Medzi najselektívnejšie oxidačné činidlá patrí kyselina jodová a jej soli, ktoré oxidujú glykolovú skupinu elementárnej jednotky celulózy s prerušením pyránového kruhu (vznik dialdehydcelulózy) (pozri obr.). Pôsobením kyseliny jodovej a jodistanu sa oxiduje aj malý počet primárnych hydroxylových skupín (na karboxyl alebo aldehyd). Celulóza sa oxiduje podobným spôsobom pôsobením octanu olovnatého v organických rozpúšťadlách (kyselina octová, chloroform).

Z hľadiska odolnosti voči kyselinám sa dialdehydcelulóza od pôvodnej celulózy líši len málo, ale je oveľa menej odolná voči zásadám a dokonca aj vode, čo je výsledkom hydrolýzy poloacetálovej väzby v alkalickom prostredí. Oxidácia aldehydových skupín na karboxylové skupiny pôsobením chloritanu sodného (vznik dikarboxycelulózy), ako aj ich redukcia na hydroxylové skupiny (tvorba tzv."rozptýliť" - celulóza) stabilizujú oxidovanú celulózu na pôsobenie alkalických činidiel. Rozpustnosť dusičnanov a acetátov dialdehydu celulózy aj pri nízkom stupni oxidácie (γ = 6-10) je výrazne nižšia ako rozpustnosť zodpovedajúcich éterov celulózy, zrejme v dôsledku tvorby medzimolekulových hemiacetálových väzieb počas esterifikácie. Pôsobením oxidu dusičitého na celulózu sa primárne hydroxylové skupiny oxidujú prevažne na karboxylové skupiny (vznik monokarboxycelulózy) (pozri obr.). Reakcia prebieha radikálovým mechanizmom so strednou tvorbou dusitanových esterov celulózy a následnými oxidačnými premenami týchto esterov. Až 15 % z celkového obsahu karboxylových skupín je neurónových (skupiny COOH sa tvoria na druhom a treťom atóme uhlíka). Zároveň dochádza k oxidácii hydroxylových skupín týchto atómov na ketoskupiny (až 15-20 % z celkového počtu oxidovaných hydroxylových skupín). Vznik ketoskupín je zrejme dôvodom extrémne nízkej odolnosti monokarboxycelulózy voči pôsobeniu zásad a dokonca aj vody pri zvýšených teplotách.

Pri obsahu 10-13% COOH skupín sa monokarboxylová celulóza rozpúšťa v zriedenom roztoku NaOH roztoky amoniaku, pyridínu s tvorbou zodpovedajúcich solí. Jeho acetylácia prebieha pomalšie ako celulóza; acetáty nie sú úplne rozpustné v metylénchloride. Dusičnany monokarboxycelulózy sa nerozpúšťajú v acetóne ani pri obsahu dusíka do 13,5 %. Tieto vlastnosti vlastností esterov monokarboxycelulózy sú spojené s tvorbou medzimolekulových éterových väzieb počas interakcie karboxylových a hydroxylových skupín. Monokarboxycelulóza sa používa ako hemostatické činidlo, ako katex na separáciu biologicky účinných látok(hormóny). Kombinovanou oxidáciou celulózy jodistanom a následne chloritanom a oxidom dusičitým boli syntetizované prípravky tzv. trikarboxylovej celulózy obsahujúce až 50,8 % COOH skupín.

Smer oxidácie celulózy pôsobením neselektívnych oxidačných činidiel (oxid chloričitý, soli kyseliny chlórnej, peroxid vodíka, kyslík v alkalickom prostredí) do značnej miery závisí od charakteru prostredia. V kyslom a neutrálnom prostredí pôsobením chlórnanu a peroxidu vodíka vznikajú produkty redukčného typu, zrejme ako výsledok oxidácie primárnych hydroxylových skupín na aldehyd a jednej zo sekundárnych OH skupín na ketoskupinu (peroxid vodíka tiež oxiduje glykolové skupiny s prerušením pyránového kruhu). Pri oxidácii chlórnanom v alkalickom prostredí sa aldehydové skupiny postupne menia na karboxylové, v dôsledku čoho má oxidačný produkt kyslý charakter. Úprava chlórnanom je jednou z najčastejšie používaných metód bielenia buničiny. Pre získanie kvalitnej buničiny s vysokým stupňom belosti sa bieli oxidom chloričitým alebo chloritanom v kyslom alebo zásaditom prostredí. V tomto prípade sa lignín oxiduje, farbivá sa ničia a aldehydové skupiny v makromolekule celulózy sa oxidujú na karboxylové; hydroxylové skupiny nie sú oxidované. Oxidácia vzdušným kyslíkom v alkalickom prostredí, prebiehajúca radikálovým mechanizmom a sprevádzaná výraznou deštrukciou celulózy, vedie k akumulácii karbonylových a karboxylových skupín v makromolekule (predzretie alkalickej celulózy).

Prítomnosť hydroxylových skupín v elementárnej jednotke makromolekuly celulózy umožňuje prechod na napr dôležité triedy deriváty celulózy ako étery a estery. Pre svoje cenné vlastnosti sa tieto zlúčeniny používajú v rôznych odvetviach techniky - pri výrobe vlákien a fólií (acetáty, nitráty celulózy), plastov (acetáty, dusičnany, etyl, benzylétery), lakov a elektroizolačných náterov, ako suspenzie stabilizátory a zahusťovadlá v ropnom a textilnom priemysle.priemysel (nízko substituovaná karboxymetylcelulóza).

Vlákna na báze celulózy (prírodné aj umelé) sú plnohodnotným textilným materiálom s komplexom cenných vlastností (vysoká pevnosť a hygroskopickosť, dobrá farbiteľnosť. Nevýhodou celulózových vlákien je horľavosť, nedostatočne vysoká elasticita, ľahká deštrukcia pôsobením mikroorganizmov Tendencia k riadenej zmene (modifikácii) celulózových materiálov spôsobila vznik množstva nových derivátov celulózy a v niektorých prípadoch aj nových tried derivátov celulózy.

Modifikácia vlastností a syntéza nových derivátov celulózy sa uskutočňuje pomocou dvoch skupín metód:

1) esterifikácia, O-alkylácia alebo premena hydroxylových skupín elementárnej jednotky na iné funkčné skupiny (oxidácia, nukleofilná substitúcia pomocou určitých éterov celulózy - nitráty, étery s n kyselina -toluén- a metánsulfónová);

2) očkovaná kopolymerizácia alebo interakcia celulózy s polyfunkčnými zlúčeninami (transformácia celulózy na rozvetvený alebo zosieťovaný polymér).

Jeden z najviac bežné metódy syntéza rôznych derivátov celulózy je nukleofilná substitúcia. V tomto prípade sú východiskovými materiálmi étery celulózy s niektorými silnými kyselinami (toluén a kyselina metánsulfónová, kyselina dusičná a fenylfosforečná), ako aj halogenid-deoxyderiváty celulózy. Deriváty celulózy, v ktorých sú hydroxylové skupiny nahradené halogénmi (chlór, fluór, jód), rodanovými, nitrilovými a inými skupinami, boli syntetizované pomocou nukleofilnej substitučnej reakcie; boli syntetizované deoxycelulózové prípravky obsahujúce heterocykly (pyridín a piperidín), étery celulózy s fenolmi a naftolmi, množstvo esterov celulózy (s vyššími karboxylovými kyselinami,α - aminokyseliny nenasýtené kyseliny). Intramolekulárna reakcia nukleofilnej substitúcie (zmydelnenie tozylesterov celulózy) vedie k tvorbe zmiešaných polysacharidov obsahujúcich 2, 3– a 3, 6-anhydrocykly.

Najväčší praktickú hodnotu vytvárať celulózové materiály s novými technicky hodnotnými vlastnosťami, má syntézu celulózových štepených kopolymérov. Medzi najbežnejšie spôsoby syntézy celulózových vrúbľovaných kopolymérov patrí použitie reakcie prenosu reťazca na celulóze, radiačno-chemická kopolymerizácia a použitie redoxných systémov, v ktorých celulóza zohráva úlohu redukčného činidla. V druhom prípade môže dôjsť k tvorbe makroradikálu v dôsledku oxidácie hydroxylových skupín celulózy (oxidácia soľami céru) a funkčných skupín špeciálne zavedených do makromolekuly - aldehydové, aminoskupiny (oxidácia soľami vanádu mangán) alebo rozkladom diazozlúčeniny vzniknutej počas diazotácie zlúčenín zavedených do aromatických aminoskupín celulózy. Syntéza celulózových očkovaných kopolymérov môže byť v niektorých prípadoch uskutočnená bez vytvorenia homopolyméru, čo znižuje spotrebu monoméru. Vrúbľované kopolyméry celulózy získané za normálnych podmienok kopolymerizácie pozostávajú zo zmesi pôvodnej celulózy (alebo jej očkovaného éteru) a očkovaného kopolyméru (40 až 60 %). Stupeň polymerizácie očkovaných reťazcov sa pohybuje v závislosti od spôsobu iniciácie a charakteru očkovanej zložky od 300 do 28 000.

Zmena vlastností v dôsledku očkovanej kopolymerizácie je určená povahou očkovaného monoméru. Vrúbľovanie styrénu, akrylamidu, akrylonitrilu vedie k zvýšeniu pevnosti bavlneného vlákna za sucha. Vrúbľovanie polystyrénu, polymetylmetakrylátu a polybutylakrylátu umožňuje získať hydrofóbne materiály. Vrúbľované kopolyméry celulózy s polymérmi s pružným reťazcom (polymetylakrylát) v dostatočnom množstve skvelý obsah vrúbľovaný komponent je termoplastický. Vrúbľované kopolyméry celulózy s polyelektrolytmi (kyselina polyakrylová, polymetylvinylpyridín) sa môžu použiť ako iónomeničové tkaniny, vlákna, filmy.

Jednou z nevýhod celulózových vlákien je nízka elasticita a v dôsledku toho slabá tvarová stálosť výrobkov a zvýšená krčivosť. Odstránenie tejto nevýhody sa dosahuje tvorbou medzimolekulových väzieb pri ošetrení tkanív polyfunkčnými zlúčeninami (dimetylolmočovina, dimetylolcykloetylénmočovina, trimetylolmelamín, dimetyloltriazón, rôzne diepoxidy, acetály), ktoré reagujú s OH skupinami celulózy. Spolu s tvorbou chemických väzieb medzi makromolekulami celulózy dochádza k polymerizácii sieťovacieho činidla za vzniku lineárnych a priestorových polymérov. Tkaniny vyrobené z celulózových vlákien sa impregnujú roztokom obsahujúcim zosieťovacie činidlo a katalyzátor, vyžmýkajú, sušia pri nízkej teplote a podrobia tepelnému spracovaniu pri 120-160° počas 3-5 minút. Pri spracovaní celulózy s polyfunkčnými sieťovacími činidlami proces prebieha hlavne v amorfných oblastiach vlákna. Na dosiahnutie rovnakého efektu odolnosti proti pokrčeniu musí byť spotreba sieťovacieho činidla pri spracovaní viskózových vlákien podstatne vyššia ako pri spracovaní bavlneného vlákna, čo je zjavne spojené s vyšším stupňom kryštalinity bavlneného vlákna.

čistá celulóza alebo vláknina(z lat. cellula – „bunka“) – ide o látky, ktoré tiež priamo súvisia s cukrami. Ich molekuly sú vzájomne prepojené vodíkovými väzbami (slabá interakcia) a sú tvorené z mnohých (od 2000 do 3000) zvyškov B-glukózy. Celulóza je hlavnou zložkou každej rastlinnej bunky. Nachádza sa v dreve, v škrupinách niektorých druhov ovocia (napríklad slnečnicových semien). Vo svojej najčistejšej podobe celulóza Je to biely prášok, nerozpustný vo vode a netvorí pastu. Na vyhodnotenie „dotykom“ čistá celulóza môžete si vziať napríklad vatu alebo chmýří z topoľa bieleho.
Je to prakticky to isté. Ak porovnáme celulózu a škrob, potom je škrob lepšie hydrolyzovaný. Hydrolýza celulózy sa uskutočňuje v kyslom prostredí, pričom najskôr vzniká disacharid celobiózy a potom glukóza.
Celulóza je široko používaná v priemysle, po jej vyčistení sa stáva známym celofán(polyetylén a celofán sa navzájom líšia na dotyk (celofán sa nezdá "mastný" a pri deformácii "šuští"), rovnako ako umelé vlákno - viskóza (z lat. viscosus - "viskózne").
V tele sa disacharidy (napríklad sacharóza, laktóza) a polysacharidy (škrob) hydrolyzujú pôsobením špeciálnych enzýmov za vzniku glukózy a fruktózy. Takáto premena sa dá ľahko urobiť v ústach. Ak strúhanku dlho žujete, potom sa pôsobením enzýmu amylázy škrob obsiahnutý v chlebe hydrolyzuje na glukózu. To vytvára sladkú chuť v ústach.

Nižšie je uvedený diagram hydrolýza celulózy

Príjem papiera

čistá celulóza

Čo je podľa vás zahrnuté zloženie papiera?! V skutočnosti ide o materiál, ktorý je veľmi tenko pretkaný vláknami. celulóza. Niektoré z týchto vlákien sú spojené vodíkovou väzbou (väzba vytvorená medzi skupinami je OH - hydroxylová skupina). Spôsob výroby papiera v 2. storočí pred Kristom poznali už v starovekej Číne. Papier sa vtedy vyrábal z bambusu alebo bavlny. Neskôr – v 9. storočí nášho letopočtu sa toto tajomstvo dostalo do Európy. Pre prijímanie papiera už v stredoveku sa používali ľanové alebo bavlnené tkaniny.

Ale až v 18. storočí našli ten najpohodlnejší spôsob prijímanie papiera- zo stromu. A druh papiera, ktorý používame teraz, sa začal vyrábať až v 19. storočí.

Hlavnou surovinou pre prijímanie papiera je celulóza. Suché drevo obsahuje približne 40 % tejto buničiny. Zvyšok stromu sú rôzne polyméry zložené z cukrov. rôzne druhy, vrátane fruktózy, komplexné látky - fenolalkoholy, rôzne triesloviny, horečnaté, sodné a draselné soli, éterické oleje.

Výroba buničiny

Výroba buničiny spojené s mechanickým spracovaním dreva a následným vykonávaním chemických reakcií s pilinami. Ihličnaté stromy sú rozdrvené na malé piliny. Tieto piliny sa umiestnia do vriaceho roztoku obsahujúceho NaHS04 (hydrosulfid sodný) a SO2 (sírny plyn). Varenie sa vykonáva pri vysoký tlak(0,5 MPa) a dlhodobo (asi 12 hodín). V tomto prípade dochádza v roztoku k chemickej reakcii, v dôsledku ktorej sa získa látka hemicelulóza a látka lignín (lignín- je to látka, ktorá je zmesou aromatických uhľovodíkov alebo aromatická časť stromu), ako aj hlavný produkt reakcie - čistá celulóza, ktorý sa vyzráža v nádobe, kde prebieha chemická reakcia. Okrem toho lignín zase interaguje s kyslý plyn v roztoku, výsledkom čoho je etylalkohol, vanilín, rôzne triesloviny, ako aj potravinárske kvasnice.

Ďalší proces výroba buničiny spojené s mletím sedimentu pomocou valcov, výsledkom čoho sú častice celulózy s veľkosťou asi 1 mm. A keď sa takéto častice dostanú do vody, okamžite napučia a vytvoria sa papier. V tomto štádiu sa papier ešte nepodobá a vyzerá ako suspenzia celulózových vlákien vo vode.

V ďalšej fáze získava papier svoje hlavné vlastnosti: hustotu, farbu, pevnosť, pórovitosť, hladkosť, pre ktoré je hlina, oxid titaničitý, oxid bárnatý, krieda, mastenec a ďalšie látky, ktoré viažu celulózové vlákna. Ďaleko celulózové vlákna ošetrené špeciálnym lepidlom na báze živice a kolofónie. Jeho zloženie zahŕňa rezináty. Ak sa k tomuto lepidlu pridá kamenec draselný, dôjde k chemickej reakcii a vytvorí sa zrazenina hlinitých rezinátov. Táto látka je schopná obaliť celulózové vlákna, čo im dáva odolnosť proti vlhkosti a pevnosť. Výsledná hmota sa rovnomerne nanesie na pohyblivé pletivo, kde sa stlačí a vysuší. Tu je formácia papierový pás. Aby bol papier hladší a lesklejší, prechádza najprv medzi kov a potom medzi hrubé papierové kotúče (vykonáva sa kalandrovanie), potom sa papier nareže na listy špeciálnymi nožnicami.

Co si myslis, Prečo papier časom zožltne?!?

Ukazuje sa, že molekuly celulózy, ktoré boli izolované z dreva, pozostávajú z veľkého počtu štruktúrnych jednotiek typu C 6 H 10 O 5, ktoré pod vplyvom iónov atómov vodíka strácajú na určitý čas vzájomné väzby. , čo vedie k porušeniu spoločného reťazca. Počas tohto procesu papier skrehne a stratí svoju pôvodnú farbu. Stále pokračuje, ako sa hovorí okyslenie papiera . Na obnovu rozpadajúceho sa papiera sa používa hydrogénuhličitan vápenatý Ca (HCO 3) 2), ktorý umožňuje dočasne znížiť kyslosť.

S použitím látky dietylzinok Zn (C 2 H 5) 2 je spojená aj iná - progresívnejšia metóda. Ale táto látka sa môže samovoľne vznietiť na vzduchu a dokonca aj v blízkosti vody!

Aplikácia celulózy

Okrem toho, že sa z celulózy vyrába papier, využívajú aj jej veľmi užitočnú vlastnosť. esterifikácia s rôznymi anorganickými a organickými kyselinami. Pri takýchto reakciách vznikajú estery, ktoré našli uplatnenie v priemysle. Pri samotnej chemickej reakcii nedochádza k prerušeniu väzieb, ktoré viažu fragmenty molekuly celulózy, ale k získaniu novej chemickej zlúčeniny s esterovou skupinou -COOR-. Jedným z dôležitých produktov reakcie je acetát celulózy, ktorý vzniká pri interakcii octová kyselina(alebo jeho deriváty, ako je acetaldehyd) a celulóza. Táto chemická zlúčenina sa široko používa na výrobu syntetických vlákien, ako je acetátové vlákno.

Ďalší užitočný produkt trinitrát celulózy. Vzniká vtedy, keď nitrácia celulózy zmes kyselín: koncentrovaná sírová a dusičná. Trinitrát celulózy je široko používaný pri výrobe bezdymového prášku (pyroxylín). Je toho viac dinitrát celulózy, ktorý sa používa na výrobu určitých druhov plastov a


Celulóza (C6H1005)n- prírodný polymér, polysacharid pozostávajúci z β-glukózových zvyškov, molekuly majú lineárnu štruktúru. Každý zvyšok molekuly glukózy obsahuje tri hydroxylové skupiny, takže vykazuje vlastnosti viacsýtneho alkoholu.

Fyzikálne vlastnosti

Celulóza je vláknitá látka, nerozpustná vo vode ani v bežných organických rozpúšťadlách, je hygroskopická. Má veľkú mechanickú a chemickú pevnosť.

1. Celulóza, čiže vláknina, je súčasťou rastlín, tvorí v nich bunkové membrány.

2. Odtiaľ pochádza jeho názov (z latinského „cellula“ - bunka).

3. Celulóza dodáva rastlinám potrebnú pevnosť a pružnosť a je akoby ich kostrou.

4. Bavlnené vlákna obsahujú až 98% celulózy.

5. Ľanové a konopné vlákna sú tiež väčšinou celulózové; v dreve je to asi 50 %.

6. Papier, bavlnené tkaniny sú celulózové produkty.

7. Zvlášť čisté vzorky celulózy sú vata získaná z čistenej bavlny a filtračného (nelepeného) papiera.

8. Celulóza izolovaná z prírodných materiálov je tuhá vláknitá látka, ktorá sa nerozpúšťa ani vo vode, ani v bežných organických rozpúšťadlách.

Chemické vlastnosti

1. Celulóza je polysacharid, ktorý podlieha hydrolýze za vzniku glukózy:

(C6H1005) n + nH20 → nC6H1206

2. Celulóza - viacsýtny alkohol, vstupuje do esterifikačných reakcií za vzniku esterov

(C6H702 (OH) 3) n + 3nCH3COOH → 3nH20+ (C6H702 (OCOCH 3) 3) n

triacetát celulózy

Acetáty celulózy sú umelé polyméry používané pri výrobe acetátového hodvábu, filmu (filmu), lakov.

Aplikácia

Využitie celulózy je veľmi rôznorodé. Získava sa z nej papier, látky, laky, filmy, výbušniny, umelý hodváb (acetát, viskóza), plasty (celuloid), glukóza a mnoho iného.

Nájdenie celulózy v prírode.

1. V prírodných vláknach sú makromolekuly celulózy umiestnené v jednom smere: sú orientované pozdĺž osi vlákna.

2. Početné vodíkové väzby vznikajúce v tomto prípade medzi hydroxylovými skupinami makromolekúl určujú vysokú pevnosť týchto vlákien.

3. V procese pradenia bavlny, ľanu atď. sú tieto elementárne vlákna tkané do dlhších nití.

4. Vysvetľuje sa to tým, že makromolekuly v ňom, hoci majú lineárnu štruktúru, sú umiestnené náhodnejšie, nie sú orientované jedným smerom.

Konštrukcia makromolekúl škrobu a celulózy z rôznych cyklických foriem glukózy výrazne ovplyvňuje ich vlastnosti:

1) škrob je dôležitým potravinovým výrobkom pre ľudí, na tento účel nemožno použiť celulózu;

2) dôvodom je, že enzýmy, ktoré podporujú hydrolýzu škrobu, nepôsobia na väzby medzi celulózovými zvyškami.