Gamtoje paplitusi celiuliozė. Kokios cheminės ir fizinės celiuliozės savybės

Visas mūsų gyvenimas supa mus puiki suma daiktai – kartoninės dėžės, ofsetinis popierius, celofaniniai maišeliai, viskozės drabužiai, bambukiniai rankšluosčiai ir daug daugiau. Tačiau mažai žmonių žino, kad jų gamyboje aktyviai naudojama celiuliozė. Kas yra ši tikrai stebuklinga medžiaga, be kurios beveik nėra šiuolaikinių pramonės įmonė? Šiame straipsnyje kalbėsime apie celiuliozės savybes, jos panaudojimą įvairiose srityse, taip pat iš ko jis išgaunamas ir kas tai yra cheminė formulė. Pradėkime, galbūt, nuo pradžių.

Medžiagos aptikimas

Celiuliozės formulę atrado prancūzų chemikas Anselme Payen, atlikdamas medienos atskyrimo į komponentus eksperimentus. Ją apdorojęs azoto rūgštimi, mokslininkas atrado, kad per cheminė reakcija susidaro pluoštinė medžiaga, panaši į medvilnę. Kruopščiai išanalizavęs gautą medžiagą, Payenas gavo cheminę celiuliozės formulę - C 6 H 10 O 5. Proceso aprašymas buvo paskelbtas 1838 m., o jo paties mokslinis vardas medžiaga buvo gauta 1839 m.

Gamtos dovanos

Dabar tikrai žinoma, kad beveik visose minkštose augalų ir gyvūnų dalyse yra tam tikras kiekis celiuliozės. Pavyzdžiui, augalams ši medžiaga reikalinga normaliam augimui ir vystymuisi, o tiksliau – naujai susiformavusių ląstelių membranoms kurti. Pagal sudėtį jis priklauso polisacharidams.

Pramonėje, kaip taisyklė, natūrali celiuliozė išgaunama iš spygliuočių ir lapuočių medžių – sausoje medienoje šios medžiagos yra iki 60%, taip pat apdorojant medvilnės atliekas, kuriose yra apie 90% celiuliozės.

Yra žinoma, kad jei mediena kaitinama vakuume, tai yra be oro, įvyks terminis celiuliozės skilimas, dėl kurio susidaro acetonas, metilo alkoholis, vanduo, acto rūgštis ir anglis.

Nepaisant turtingos planetos floros, miškų nebeužtenka pagaminti pramonei reikalingo cheminio pluošto – celiuliozės naudojimas yra per didelis. Todėl jis vis dažniau išgaunamas iš šiaudų, nendrių, kukurūzų stiebų, bambuko ir nendrių.

Sintetinė celiuliozė naudojant įvairius technologiniai procesai gaunama iš anglies, naftos, gamtinių dujų ir skalūnų.

Iš miško į dirbtuves

Pažiūrėkime į grobį techninė celiuliozė medienos gamyba yra sudėtingas, įdomus ir ilgas procesas. Pirmiausia į gamybą atvežama mediena, supjaustoma stambiais fragmentais ir pašalinama žievė.

Tada nuvalyti batonėliai apdorojami drožlėmis ir rūšiuojami, o po to verdami šarme. Gauta celiuliozė atskiriama nuo šarmo, po to išdžiovinama, supjaustoma ir supakuojama siuntimui.

Chemija ir fizika

Kokios cheminės ir fizinės paslaptys slypi celiuliozės savybėse, be to, kad ji yra polisacharidas? Visų pirma, ši medžiaga baltas. Jis lengvai užsidega ir gerai dega. Jis tirpsta sudėtinguose vandens junginiuose su tam tikrų metalų hidroksidais (variu, nikeliu), aminais, taip pat sieros ir fosforo rūgštyse, koncentruotas tirpalas cinko chloridas.

Celiuliozė netirpsta turimuose buitiniuose tirpikliuose ir įprastame vandenyje. Taip atsitinka todėl, kad šios medžiagos ilgos į siūlą panašios molekulės yra susijungusios į savotiškus ryšulius ir išsidėsčiusios lygiagrečiai viena kitai. Be to, visa ši „struktūra“ yra sustiprinta vandeniliniais ryšiais, todėl silpno tirpiklio ar vandens molekulės tiesiog negali prasiskverbti į vidų ir sunaikinti šio stipraus rezginio.

Ploniausi siūlai, kurių ilgis svyruoja nuo 3 iki 35 milimetrų, sujungti į ryšulius – taip galite schematiškai pavaizduoti celiuliozės struktūrą. Ilgi pluoštai naudojami tekstilės pramonėje, trumpi pluoštai naudojami, pavyzdžiui, popieriaus ir kartono gamyboje.

Celiuliozė netirpsta ir nevirsta garais, tačiau kaitinama virš 150 laipsnių Celsijaus pradeda irti, išskirdama mažos molekulinės masės junginius – vandenilį, metaną ir anglies monoksidą (anglies monoksidą). Esant 350 o C ir aukštesnei temperatūrai, celiuliozė suanglėja.

Keisk į gerąją pusę

Taip cheminiai simboliai apibūdina celiuliozę, kurios struktūrinė formulė aiškiai parodo ilgos grandinės polimero molekulę, susidedančią iš pasikartojančių gliukozidų likučių. Atkreipkite dėmesį į „n“, nurodantį didelį jų skaičių.

Beje, Anselmo Payeno sukurta celiuliozės formulė šiek tiek pasikeitė. 1934 m. anglų organinis chemikas, laureatas Nobelio premija Walteris Normanas Haworthas tyrinėjo krakmolo, laktozės ir kitų cukrų, įskaitant celiuliozę, savybes. Atradęs šios medžiagos gebėjimą hidrolizuotis, jis pats pakoregavo Payeno tyrimus, o celiuliozės formulė buvo papildyta reikšme „n“, rodančia glikozidų likučių buvimą. Šiuo metu tai atrodo taip: (C 5 H 10 O 5) n.

Celiuliozės eteriai

Svarbu, kad celiuliozės molekulėse būtų hidroksilo grupių, kurios gali būti alkilintos ir acilintos, sudarydamos įvairius esterius. Tai dar vienas iš svarbiausias savybes kad celiuliozė turi. Įvairių junginių struktūrinė formulė gali atrodyti taip:

Celiuliozės eteriai yra paprasti arba sudėtingi. Paprastos yra metilo, hidroksipropilo, karboksimetilo, etilo, metilhidroksipropilo ir cianoetilceliuliozė. Sudėtingi yra nitratai, sulfatai ir celiuliozės acetatai, taip pat acetopropionatai, acetilftalilceliuliozė ir acetobutiratai. Visų šių eterių per metus pagaminama šimtai tūkstančių tonų beveik visose pasaulio šalyse.

Nuo fotojuostos iki dantų pastos

Kam jie skirti? Paprastai celiuliozės eteriai yra plačiai naudojami dirbtinio pluošto, įvairių plastikų, visų rūšių plėvelių (įskaitant fotografijos), lakų, dažų gamyboje, taip pat naudojami karinėje pramonėje kietojo raketinio kuro, bedūmių miltelių gamybai. ir sprogmenų.

Be to, celiuliozės eterių yra į gipso ir gipso-cemento mišinius, audinių dažus, dantų pastas, įvairius klijus, sintetinius plovikliai, kvepalai ir kosmetika. Žodžiu, jei celiuliozės formulė nebūtų atrasta dar 1838 m. šiuolaikiniai žmonės neturėtų daugelio civilizacijos privalumų.

Beveik dvyniai

Mažai jų paprasti žmonėsžino, kad celiuliozė turi savotišką dvynį. Celiuliozės ir krakmolo formulė yra identiška, tačiau tai yra dvi visiškai skirtingos medžiagos. Koks skirtumas? Nepaisant to, kad abi šios medžiagos yra natūralūs polimerai, krakmolo polimerizacijos laipsnis yra daug mažesnis nei celiuliozės. O jei gilinsitės toliau ir palyginsite šių medžiagų struktūras, pamatysite, kad celiuliozės makromolekulės išsidėsčiusios linijiškai ir tik viena kryptimi, taip formuojasi skaidulos, o krakmolo mikrodalelės atrodo kiek kitaip.

Taikymo sritys

Vienas geriausių vaizdinių praktiškai grynos celiuliozės pavyzdžių – įprasta medicininė vata. Kaip žinote, jis gaunamas iš kruopščiai išgrynintos medvilnės.

Antras, ne mažiau naudojamas celiuliozės gaminys – popierius. Tiesą sakant, tai yra plonas celiuliozės pluošto sluoksnis, kruopščiai suspaustas ir suklijuotas.

Be to, viskozės audinys gaminamas iš celiuliozės, kuri meistriškomis meistrų rankomis stebuklingai virsta gražūs drabužiai, apmušalai skirti minkšti baldai ir įvairios dekoratyvinės draperijos. Viskozė taip pat naudojama gaminant techninius diržus, filtrus ir padangų kordus.

Nepamirškime apie celofaną, kuris gaminamas iš viskozės. Be jo sunku įsivaizduoti prekybos centrus, parduotuves, pašto skyrių pakavimo skyrius. Celofanas yra visur: jame suvynioti saldainiai, supakuoti grūdai, duonos gaminiai, taip pat planšetės, pėdkelnės ir bet kokia įranga, pradedant nuo Mobilusis telefonas ir baigiant televizoriaus nuotolinio valdymo pultu.

Be to, gryna mikrokristalinė celiuliozė yra įtraukta į svorio metimo tabletes. Patekę į skrandį, jie išsipučia ir sukuria pilnumo jausmą. Žymiai sumažėja suvartojamo maisto kiekis per dieną ir atitinkamai krenta svoris.

Kaip matote, celiuliozės atradimas padarė tikrą revoliuciją ne tik chemijos pramonėje, bet ir medicinoje.

Visą gyvenimą mus supa daugybė daiktų – kartoninių dėžių, ofsetinės popieriaus, plastikinių maišelių, viskozės drabužių, bambukinių rankšluosčių ir dar daugiau. Tačiau mažai žmonių žino, kad jų gamyboje aktyviai naudojama celiuliozė. Kas yra ši tikrai stebuklinga medžiaga, be kurios negali išsiversti beveik nė viena šiuolaikinė pramonės įmonė? Šiame straipsnyje kalbėsime apie celiuliozės savybes, panaudojimą įvairiose srityse, taip pat iš ko ji išgaunama ir kokia cheminė formulė. Pradėkime, galbūt, nuo pradžių.

Medžiagos aptikimas

Celiuliozės formulę atrado prancūzų chemikas Anselme Payen, atlikdamas medienos atskyrimo į komponentus eksperimentus. Ją apdorojęs azoto rūgštimi, mokslininkas atrado, kad cheminės reakcijos metu susidarė pluoštinė medžiaga, panaši į medvilnę. Kruopščiai išanalizavęs gautą medžiagą, Payenas gavo cheminę celiuliozės formulę - C 6 H 10 O 5. Proceso aprašymas buvo paskelbtas 1838 m., o medžiaga gavo mokslinį pavadinimą 1839 m.

Gamtos dovanos

Dabar tikrai žinoma, kad beveik visose minkštose augalų ir gyvūnų dalyse yra tam tikras kiekis celiuliozės. Pavyzdžiui, augalams ši medžiaga reikalinga normaliam augimui ir vystymuisi, o tiksliau – naujai susiformavusių ląstelių membranoms kurti. Pagal sudėtį jis priklauso polisacharidams.

Pramonėje, kaip taisyklė, natūrali celiuliozė išgaunama iš spygliuočių ir lapuočių medžių – sausoje medienoje šios medžiagos yra iki 60%, taip pat apdorojant medvilnės atliekas, kuriose yra apie 90% celiuliozės.

Yra žinoma, kad jei mediena šildoma vakuume, tai yra, nepasiekus oro, vyksta terminis celiuliozės skilimas, dėl kurio susidaro acetonas, metilo alkoholis, vanduo, acto rūgštis ir medžio anglis.

Nepaisant turtingos planetos floros, miškų nebeužtenka pagaminti pramonei reikalingo cheminio pluošto – celiuliozės naudojimas yra per didelis. Todėl jis vis dažniau išgaunamas iš šiaudų, nendrių, kukurūzų stiebų, bambuko ir nendrių.

Sintetinė celiuliozė gaminama iš anglies, naftos, gamtinių dujų ir skalūnų naudojant įvairius technologinius procesus.

Iš miško į dirbtuves

Pažvelkime į techninės celiuliozės išgavimą iš medienos – tai sudėtingas, įdomus ir ilgas procesas. Pirmiausia į gamybą atvežama mediena, supjaustoma stambiais fragmentais ir pašalinama žievė.

Tada nuvalyti batonėliai apdorojami drožlėmis ir rūšiuojami, o po to verdami šarme. Gauta celiuliozė atskiriama nuo šarmo, po to išdžiovinama, supjaustoma ir supakuojama siuntimui.

Chemija ir fizika

Kokios cheminės ir fizinės paslaptys slypi celiuliozės savybėse, be to, kad ji yra polisacharidas? Visų pirma, tai yra balta medžiaga. Jis lengvai užsidega ir gerai dega. Jis tirpsta sudėtinguose vandens junginiuose su tam tikrų metalų hidroksidais (variu, nikeliu), su aminais, taip pat sieros ir ortofosforo rūgštyse, koncentruotame cinko chlorido tirpale.

Celiuliozė netirpsta turimuose buitiniuose tirpikliuose ir įprastame vandenyje. Taip atsitinka todėl, kad šios medžiagos ilgos į siūlą panašios molekulės yra susijungusios į savotiškus ryšulius ir išsidėsčiusios lygiagrečiai viena kitai. Be to, visa ši „struktūra“ yra sustiprinta vandeniliniais ryšiais, todėl silpno tirpiklio ar vandens molekulės tiesiog negali prasiskverbti į vidų ir sunaikinti šio stipraus rezginio.

Ploniausi siūlai, kurių ilgis svyruoja nuo 3 iki 35 milimetrų, sujungti į ryšulius – taip galite schematiškai pavaizduoti celiuliozės struktūrą. Ilgi pluoštai naudojami tekstilės pramonėje, trumpi pluoštai naudojami, pavyzdžiui, popieriaus ir kartono gamyboje.

Celiuliozė netirpsta ir nevirsta garais, tačiau kaitinama virš 150 laipsnių Celsijaus pradeda irti, išskirdama mažos molekulinės masės junginius – vandenilį, metaną ir anglies monoksidą (anglies monoksidą). Esant 350 o C ir aukštesnei temperatūrai, celiuliozė suanglėja.

Keisk į gerąją pusę

Taip cheminiai simboliai apibūdina celiuliozę, kurios struktūrinė formulė aiškiai parodo ilgos grandinės polimero molekulę, susidedančią iš pasikartojančių gliukozidų likučių. Atkreipkite dėmesį į „n“, nurodantį didelį jų skaičių.

Beje, Anselmo Payeno sukurta celiuliozės formulė šiek tiek pasikeitė. 1934 metais anglų organinis chemikas ir Nobelio premijos laureatas Walteris Normanas Haworthas ištyrė krakmolo, laktozės ir kitų cukrų, įskaitant celiuliozę, savybes. Atradęs šios medžiagos gebėjimą hidrolizuotis, jis pats pakoregavo Payeno tyrimus, o celiuliozės formulė buvo papildyta reikšme „n“, rodančia glikozidų likučių buvimą. Šiuo metu tai atrodo taip: (C 5 H 10 O 5) n.

Celiuliozės eteriai

Svarbu, kad celiuliozės molekulėse būtų hidroksilo grupių, kurios gali būti alkilintos ir acilintos, sudarydamos įvairius esterius. Tai dar viena iš svarbiausių celiuliozės savybių. Įvairių junginių struktūrinė formulė gali atrodyti taip:

Celiuliozės eteriai yra paprasti arba sudėtingi. Paprastos yra metilo, hidroksipropilo, karboksimetilo, etilo, metilhidroksipropilo ir cianoetilceliuliozė. Sudėtingi yra nitratai, sulfatai ir celiuliozės acetatai, taip pat acetopropionatai, acetilftalilceliuliozė ir acetobutiratai. Visų šių eterių per metus pagaminama šimtai tūkstančių tonų beveik visose pasaulio šalyse.

Nuo fotojuostos iki dantų pastos

Kam jie skirti? Paprastai celiuliozės eteriai yra plačiai naudojami dirbtinio pluošto, įvairių plastikų, visų rūšių plėvelių (įskaitant fotografijos), lakų, dažų gamyboje, taip pat naudojami karinėje pramonėje kietojo raketinio kuro, bedūmių miltelių gamybai. ir sprogmenų.

Be to, celiuliozės eteriai yra gipso ir gipso-cemento mišinių, audinių dažų, dantų pastų, įvairių klijų, sintetinių ploviklių, kvepalų ir kosmetikos dalis. Žodžiu, jei celiuliozės formulė nebūtų atrasta dar 1838 m., šiuolaikiniai žmonės nebūtų pasimėgavę daugeliu civilizacijos privalumų.

Beveik dvyniai

Nedaug paprastų žmonių žino, kad celiuliozė turi savotišką dvigubą. Celiuliozės ir krakmolo formulė yra identiška, tačiau tai yra dvi visiškai skirtingos medžiagos. Koks skirtumas? Nepaisant to, kad abi šios medžiagos yra natūralūs polimerai, krakmolo polimerizacijos laipsnis yra daug mažesnis nei celiuliozės. O jei gilinsitės toliau ir palyginsite šių medžiagų struktūras, pamatysite, kad celiuliozės makromolekulės išsidėsčiusios linijiškai ir tik viena kryptimi, taip formuojasi skaidulos, o krakmolo mikrodalelės atrodo kiek kitaip.

Taikymo sritys

Vienas geriausių vaizdinių praktiškai grynos celiuliozės pavyzdžių – įprasta medicininė vata. Kaip žinote, jis gaunamas iš kruopščiai išgrynintos medvilnės.

Antras, ne mažiau naudojamas celiuliozės gaminys – popierius. Tiesą sakant, tai yra plonas celiuliozės pluošto sluoksnis, kruopščiai suspaustas ir suklijuotas.

Be to, iš celiuliozės gaminamas viskozinis audinys, kuris meistriškomis meistrų rankomis stebuklingai virsta gražiais drabužiais, minkštų baldų apmušalais ir įvairiomis dekoratyvinėmis draperijomis. Viskozė taip pat naudojama gaminant techninius diržus, filtrus ir padangų kordus.

Nepamirškime apie celofaną, kuris gaminamas iš viskozės. Be jo sunku įsivaizduoti prekybos centrus, parduotuves, pašto skyrių pakavimo skyrius. Celofano yra visur: juo vyniojami saldainiai, jame pakuojami dribsniai ir kepiniai, taip pat tabletės, pėdkelnės ir bet kokia įranga – nuo ​​mobiliojo telefono iki televizoriaus pultelio.

Be to, gryna mikrokristalinė celiuliozė yra įtraukta į svorio metimo tabletes. Patekę į skrandį, jie išsipučia ir sukuria pilnumo jausmą. Žymiai sumažėja suvartojamo maisto kiekis per dieną ir atitinkamai krenta svoris.

Kaip matote, celiuliozės atradimas padarė tikrą revoliuciją ne tik chemijos pramonėje, bet ir medicinoje.


Celiuliozė (C 6 H 10 O 5) n – natūralus polimeras, polisacharidas, susidedantis iš β-gliukozės liekanų, molekulės turi linijinę struktūrą. Kiekvienoje gliukozės molekulės liekanoje yra trys hidroksilo grupės, todėl ji pasižymi daugiahidroksilio alkoholio savybėmis.

Fizinės savybės

Celiuliozė yra pluoštinė medžiaga, netirpi nei vandenyje, nei įprastuose organiniuose tirpikliuose ir yra higroskopinė. Turi didelį mechaninį ir cheminį stiprumą.

1. Celiuliozė, arba pluoštas, yra augalų dalis, formuojanti juose ląstelių sieneles.

2. Iš čia ir kilęs jos pavadinimas (iš lotyniško „cellulum“ – ląstelė).

3. Celiuliozė suteikia augalams reikiamo stiprumo ir elastingumo ir yra tarsi jų skeletas.

4. Medvilnės pluoštuose yra iki 98% celiuliozės.

5. Linų ir kanapių pluoštai taip pat daugiausia sudaryti iš celiuliozės; medienoje yra apie 50 proc.

6. Popierius ir medvilniniai audiniai yra gaminiai, pagaminti iš celiuliozės.

7. Ypač gryni celiuliozės pavyzdžiai yra vata, gauta iš išgrynintos medvilnės, ir filtravimo (neklijuotas) popierius.

8. Celiuliozė, išskirta iš natūralių medžiagų, yra kieta pluoštinė medžiaga, netirpi nei vandenyje, nei įprastuose organiniuose tirpikliuose.

Cheminės savybės

1. Celiuliozė yra polisacharidas, kuris hidrolizuojamas ir susidaro gliukozė:

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

2. Celiuliozė yra polihidroksilis alkoholis, kuriame vyksta esterifikacijos reakcijos ir susidaro esteriai

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

celiuliozės triacetatas

Celiuliozės acetatai yra dirbtiniai polimerai, naudojami šilko acetato, plėvelės (plėvelės) ir lakų gamyboje.

Taikymas

Celiuliozės panaudojimo galimybės yra labai įvairios. Iš jo gaunamas popierius, audiniai, lakai, plėvelės. sprogmenų, dirbtinis šilkas (acetatas, viskozė), plastikai (celiulioidas), gliukozė ir daug daugiau.

Celiuliozės radimas gamtoje.

1. Natūraliuose pluoštuose celiuliozės makromolekulės išsidėsčiusios viena kryptimi: orientuotos išilgai pluošto ašies.

2. Daugybė vandenilinių jungčių, susidarančių tarp makromolekulių hidroksilo grupių, lemia didelį šių skaidulų stiprumą.

3. Verpimo procese medvilnė, linai ir kt., šie elementarūs pluoštai audžiami į ilgesnius siūlus.

4. Tai paaiškinama tuo, kad jame esančios makromolekulės, nors ir turi linijinę struktūrą, išsidėsčiusios labiau atsitiktinai ir nėra orientuotos viena kryptimi.

Krakmolo ir celiuliozės makromolekulių konstrukcija iš skirtingų ciklinių gliukozės formų daro didelę įtaką jų savybėms:

1) krakmolas yra svarbus produktasžmonių mityba, celiuliozė negali būti naudojama šiam tikslui;

2) priežastis ta, kad fermentai, skatinantys krakmolo hidrolizę, neveikia ryšių tarp celiuliozės likučių.

Celiuliozė (pluoštas) yra augalinis polisacharidas, labiausiai paplitusi organinė medžiaga Žemėje.

1. Fizinės savybės

Ši medžiaga yra balta, beskonė ir bekvapė, vandenyje netirpi, skaidulinės struktūros. Ištirpsta amoniako vario (II) hidroksido tirpale – Schweitzerio reagentas.

Vaizdo eksperimentas „Celiuliozės ištirpinimas vario (II) hidroksido amoniako tirpale“

2. Buvimas gamtoje

Šis biopolimeras pasižymi dideliu mechaniniu stiprumu ir yra augalų atraminė medžiaga, formuojanti sienelę augalų ląstelės. IN dideli kiekiai Celiuliozės yra medienos audiniuose (40-55%), linų pluoštuose (60-85%) ir medvilnėje (95-98%). Pagrindinis augalų ląstelių membranos komponentas. Jis susidaro augaluose fotosintezės proceso metu.

Medieną sudaro 50% celiuliozės, o medvilnė, linai ir kanapės yra beveik gryna celiuliozė.

Chitinas (celiuliozės analogas) yra pagrindinis nariuotakojų ir kitų bestuburių egzoskeleto komponentas, taip pat kompozicijoje. ląstelių sienelės grybai ir bakterijos.

3. Struktūra

Susideda iš β-gliukozės liekanų

4. Kvitas

Gauta iš medžio

5. Taikymas

Celiuliozė naudojama popieriaus, dirbtinio pluošto, plėvelių, plastikų, dažų ir lakų, bedūmių miltelių, sprogmenų, kietojo raketinio kuro gamyboje, hidrolizinio alkoholio gamybai ir kt.

· Acetatinio šilko - dirbtinio pluošto, organinio stiklo, nedegios plėvelės gamyba iš celiuliozės acetato.

· Bedūmio parako ruošimas iš triacetilceliuliozės (piroksilino).

· Kolodijaus (stora plėvelė vaistams) ir celiulioido (plėvelių, žaislų gamyba) paruošimas iš celiuliozės diacetilo.

· Siūlų, virvių, popieriaus gamyba.

· Gliukozės, etilo alkoholio gamyba (gumos gamybai)

Svarbiausi celiuliozės dariniai yra šie:
- metilceliuliozė(celiuliozės metilo eteriai), kurios bendroji formulė

N ( X= 1, 2 arba 3);

- celiuliozės acetatas(celiuliozės triacetatas) – celiuliozės ir acto rūgšties esteris

- nitroceliuliozė(celiuliozės nitratai) – celiuliozės nitratai:

N ( X= 1, 2 arba 3).

6. Cheminės savybės

Hidrolizė

(C6H10O5)n + nH2O t, H2SO4→ nC 6 H 12 O 6

gliukozė

Hidrolizė vyksta etapais:

(C6H10O5)n → (C6H10O5)m →xC12H22O11 →n C6H12O6 ( Pastaba, m

krakmolas dekstrinmaltozė gliukozė

Vaizdo eksperimentas „Celiuliozės rūgštinė hidrolizė“

Esterifikacijos reakcijos

Celiuliozė yra polihidroksinis alkoholis; viename polimero elemente yra trys hidroksilo grupės. Šiuo atžvilgiu celiuliozei būdingos esterinimo reakcijos (esterių susidarymas). Reakcijos su azoto rūgštimi ir acto anhidridu turi didžiausią praktinę reikšmę. Celiuliozė nesukelia „sidabrinio veidrodžio“ reakcijos.

1. Nitravimas:

(C 6 H 7 O 2 (OH ) 3) n + 3 nHNO 3 H 2 TAIP4(konc.)→(C 6 H 7 O 2 (ONO 2 ) 3) n + 3 nH 2 O

piroksilinas

Vaizdo eksperimentas „Nitroceliuliozės paruošimas ir savybės“

Visiškai esterifikuotas pluoštas yra žinomas kaip parakas, kuris, tinkamai apdorojus, virsta bedūmiu paraku. Atsižvelgiant į nitrinimo sąlygas, galima gauti celiuliozės dinitratą, kuris technologijoje vadinamas koloksilinu. Jis taip pat naudojamas parako ir kietojo raketinio kuro gamyboje. Be to, celiulioidas yra pagamintas iš koloksilino.

2. Sąveika su acto rūgštimi:

(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3nCH 3 COOH H2SO4( konc. .)→ (C6H7O2 (OCOCH3)3) n + 3nH2O

Kai celiuliozė reaguoja su acto anhidridu, dalyvaujant acto ir sieros rūgštims, susidaro triacetilceliuliozė.

Triacetilceliuliozė (arba celiuliozės acetatas) yra vertingas produktas gaminant antipireną plėvelę iracetatinis šilkas. Norėdami tai padaryti, celiuliozės acetatas ištirpinamas dichlormetano ir etanolio mišinyje, o šis tirpalas per štampus patenka į šilto oro srovę.

O pats štampas schematiškai atrodo taip:

1 - verpimo tirpalas,
2 - mirti,
3 - pluoštai.

Tirpiklis išgaruoja ir tirpalo srautai virsta geriausiais acetatinio šilko siūlais.

Kalbant apie celiuliozės panaudojimą, negalima teigti, kad įvairių popierių gamybai sunaudojama daug celiuliozės. Popierius– Tai plonas pluošto pluošto sluoksnis, suklijuotas ir presuojamas specialia popieriaus gamybos mašina.

CELIULIOZĖ
pluoštas, pagrindinė augalų pasaulio statybinė medžiaga, formuojanti medžių ir kitų aukštesnių augalų ląstelių sieneles. Gryniausia natūrali celiuliozės forma yra medvilnės sėklų plaukeliai.
Valymas ir izoliacija. Šiuo metu pramoninės reikšmės turi tik du celiuliozės šaltiniai – medvilnė ir medienos masė. Medvilnė yra beveik gryna celiuliozė ir nereikalauja sudėtingo apdorojimo, kad taptų cheminio pluošto ir nepluošto plastiko pradine medžiaga. Atskyrus ilgus pluoštus, naudojamus medvilniniams audiniams gaminti, nuo medvilnės sėklos lieka trumpi plaukeliai arba 10-15 mm ilgio „pūkas“ (medvilnės pūkas). Pūkeliai atskiriami nuo sėklos, 2-6 valandas kaitinami slėgiu 2,5-3% natrio šarmo tirpalu, po to nuplaunami, balinami chloru, vėl nuplaunami ir išdžiovinami. Gautas produktas yra 99% grynos celiuliozės. Išeiga 80 % (masės) pūkų, likusi dalis – ligninas, riebalai, vaškai, pektatai ir sėklų lukštai. Medienos masė dažniausiai gaminama iš spygliuočių medžių medienos. Jame yra 50-60% celiuliozės, 25-35% lignino ir 10-15% hemiceliuliozės ir neceliuliozinių angliavandenilių. Sulfito procese medžio drožlės verdamos slėgiu (apie 0,5 MPa) 140° C temperatūroje su sieros dioksidu ir kalcio bisulfitu. Šiuo atveju ligninai ir angliavandeniliai patenka į tirpalą, o celiuliozė lieka. Po plovimo ir balinimo išgryninta masė supilama į birų popierių, panašų į blotinginį popierių, ir išdžiovinama. Ši masė susideda iš 88-97% celiuliozės ir yra gana tinkama cheminiam perdirbimui į viskozės pluoštą ir celofaną, taip pat celiuliozės darinius - esterius ir eterius. Celiuliozės regeneravimo iš tirpalo procesą pridedant rūgšties į koncentruotą vario-amonio (t. y. turinčio vario sulfato ir amonio hidroksido) vandeninį tirpalą aprašė anglas J. Merceris apie 1844 m. Tačiau pirmasis šio metodo pritaikymas pramonėje buvo pažymėtas. vario-amonio pluošto pramonės pradžia, priskiriama E. Schweitzeriui (1857), o tolesnė jos plėtra yra M. Kramerio ir I. Schlossbergerio (1858) nuopelnas. Ir tik 1892 m. Cross, Bevin ir Beadle Anglijoje išrado viskozės pluošto gamybos procesą: klampus (iš čia ir pavadinimas viskozė) vandeninis celiuliozės tirpalas buvo gautas, celiuliozę apdorojus stipriu kaustinės sodos tirpalu, kuris davė „sodą“. celiuliozė“, o po to su anglies disulfidu (CS2), todėl susidaro tirpus celiuliozės ksantatas. Išspaudžiant šio „sukimo“ tirpalo srovę per suktuką su maža apvalia skylute į rūgšties vonią, celiuliozė buvo regeneruota viskozės pluošto pavidalu. Kai tirpalas buvo išspaustas į tą pačią vonią per štampą su siauru plyšiu, buvo gauta plėvelė, vadinama celofanu. J. Brandenbergeris, Prancūzijoje dirbęs su šia technologija 1908–1912 metais, pirmasis užpatentavo nepertraukiamą celofano gamybos procesą.
Cheminė struktūra. Nepaisant plačiai paplitusio celiuliozės ir jos darinių pramoninio naudojimo, šiuo metu priimta cheminė celiuliozės struktūrinė formulė (W. Haworth) buvo pasiūlyta tik 1934 m. Tačiau nuo 1913 m. žinoma jos empirinė formulė C6H10O5, nustatyta atlikus kiekybinę šulinių analizę. išplauti ir išdžiovinti mėginiai: 44,4 % C, 6,2 % H ir 49,4 % O. G. Staudinger ir K. Freudenberg darbo dėka taip pat buvo žinoma, kad tai ilgos grandinės polimero molekulė, susidedanti iš tų, kurios parodytos Fig. 1 pasikartojančios gliukozidų liekanos. Kiekvienas vienetas turi tris hidroksilo grupes – vieną pirminę (-CH2CHOH) ir dvi antrines (>CHCHOH). Iki 1920 metų E. Fisheris nustatė paprastų cukrų struktūrą, o tais pačiais metais celiuliozės rentgeno tyrimai pirmą kartą parodė aiškų jos skaidulų difrakcijos modelį. Medvilnės pluošto rentgeno spindulių difrakcijos modelis rodo aiškią kristalinę orientaciją, tačiau linų pluoštas yra dar labiau tvarkingas. Kai celiuliozė regeneruojama į pluošto formą, kristališkumas iš esmės prarandamas. Kaip lengva tai pamatyti pasiekimų šviesoje šiuolaikinis mokslas, struktūrinė chemija 1860–1920 m. celiuliozė praktiškai stovėjo vietoje dėl to, kad visą šį laiką problemos sprendimui reikalingos pagalbinės mokslo disciplinos tebebuvo pradinėje stadijoje.

REGENERUOTA CIELILIOZĖ
Viskozės pluoštas ir celofanas. Tiek viskozės pluoštas, tiek celofanas yra regeneruota (iš tirpalo) celiuliozė. Išgryninta natūrali celiuliozė apdorojama koncentruoto natrio hidroksido pertekliumi; Pašalinus perteklių, gumuliukai sumalami, o gauta masė laikoma kruopščiai kontroliuojamomis sąlygomis. Dėl šio "senėjimo" polimerų grandinių ilgis mažėja, o tai skatina vėlesnį tirpimą. Tada susmulkinta celiuliozė sumaišoma su anglies disulfidu ir gautas ksantatas ištirpinamas natrio hidroksido tirpale, kad būtų gauta „viskozė“ - klampus tirpalas. Viskozei patekus į vandeninį rūgšties tirpalą, iš jo regeneruojama celiuliozė. Supaprastintos bendros reakcijos yra:


Viskozės pluoštas, gaunamas išspaudžiant viskozę per mažas suktuko skylutes į rūgšties tirpalą, plačiai naudojamas drabužių, draperijų ir apmušalų gamyboje, taip pat technikoje. Nemažai viskozės pluošto sunaudojama techniniams diržams, juostoms, filtrams ir padangų kordui.
Celofanas. Celofanas, gaunamas išspaudžiant viskozę į rūgšties vonią per suktuką su siaura plyšiu, po to praeina per plovimo, balinimo ir plastifikavimo voneles, perleidžiamas per džiovinimo būgnus ir suvyniojamas į ritinį. Celiofano plėvelės paviršius beveik visada padengiamas nitroceliulioze, derva, tam tikru vašku ar laku, kad būtų sumažintas vandens garų pralaidumas ir būtų sudaryta terminio sandarinimo galimybė, nes nepadengtas celofanas neturi termoplastiškumo. Šiuolaikinėje gamyboje tam naudojamos polivinilidenchlorido tipo polimerinės dangos, nes jos yra mazesniu mastu yra pralaidūs drėgmei ir užtikrina patvaresnę jungtį terminio sandarinimo metu. Celofanas plačiai naudojamas daugiausia pakavimo pramonėje kaip sausų prekių vyniojimo medžiaga, maisto produktai, tabako gaminiai, taip pat kaip lipnios pakavimo juostos pagrindas.
Viskozės kempinė. Viskozę galima sumaišyti su pluoštinėmis ir smulkiai kristalinėmis medžiagomis, ne tik formuojant pluoštą ar plėvelę; Po apdorojimo rūgštimi ir vandens išplovimo šis mišinys paverčiamas viskozės kempinės medžiaga (2 pav.), kuri naudojama pakavimui ir šilumos izoliacijai.



Vario-amoniako pluoštas. Regeneruotas celiuliozės pluoštas taip pat gaminamas pramoniniu mastu, ištirpinant celiuliozę koncentruotame vario-amoniako tirpale (CuSO4 NH4OH) ir gautą tirpalą sukant į pluoštą rūgščių nusodinimo vonioje. Šis pluoštas vadinamas vario amoniako pluoštu.
CELIULIOZĖS SAVYBĖS
Cheminės savybės. Kaip parodyta pav. 1, celiuliozė yra labai polimerinis angliavandenis, susidedantis iš gliukozidinių liekanų C6H10O5, sujungtų eteriniais tilteliais 1,4 padėtyje. Tris hidroksilo grupes kiekviename gliukopiranozės vienete galima esterinti organiniais agentais, tokiais kaip rūgščių ir rūgšties anhidridų mišinys su tinkamu katalizatoriumi, pavyzdžiui, sieros rūgštimi. Eteriai gali susidaryti veikiant koncentruotam natrio hidroksidui, dėl kurio susidaro sodos celiuliozė ir vėliau reaguojama su alkilo halogenidu:


Reakcijos su etilenu arba propileno oksidu metu susidaro hidroksilintų eterių:


Šių hidroksilo grupių buvimas ir makromolekulės geometrija lemia stiprų polinį abipusį kaimyninių vienetų trauką. Traukos jėgos yra tokios stiprios, kad įprasti tirpikliai nesugeba nutraukti grandinės ir ištirpinti celiuliozę. Šios laisvosios hidroksilo grupės taip pat yra atsakingos už didesnį celiuliozės higroskopiškumą (3 pav.). Esterifikacija ir eterinimas sumažina higroskopiškumą ir padidina tirpumą įprastuose tirpikliuose.



Esant įtakai vandeninis tirpalas rūgštys sulaužo deguonies tiltelius 1,4 padėtyje. Visiškai nutrūkus grandinei, susidaro gliukozė, monosacharidas. Pradinis grandinės ilgis priklauso nuo celiuliozės kilmės. Natūralioje būsenoje jis yra didžiausias ir sumažėja išskyrimo, gryninimo ir pavertimo dariniais junginiais metu (žr. lentelę).

CELIULIOZĖS POLIMERIZACIJOS LAIPSNIS
Medžiaga Gliukozidų likučių skaičius
Žalia medvilnė 2500-3000
Išvalytos medvilnės pūkai 900-1000
Rafinuota medienos masė 800-1000
Regeneruota celiuliozė 200-400
Pramoninis celiuliozės acetatas 150-270


Net mechaninis šlytis, pavyzdžiui, šlifuojant abrazyviniu būdu, sumažina grandinės ilgį. Kai polimero grandinės ilgis sumažėja žemiau tam tikros minimalios vertės, makroskopinis fizines savybes celiuliozė. Oksidatoriai veikia celiuliozę nesukeldami gliukopiranozės žiedo skilimo (4 pav.). Vėlesnis veiksmas (esant drėgmei, pvz., atliekant klimato bandymus) paprastai sukelia grandinės nutrūkimą ir aldehido tipo galinių grupių skaičiaus padidėjimą. Kadangi aldehido grupės lengvai oksiduojamos į karboksilo grupes, karboksilo kiekis, kurio natūralioje celiuliozėje praktiškai nėra, atmosferos poveikio ir oksidacijos sąlygomis smarkiai padidėja.



Kaip ir visi polimerai, celiuliozė sunaikinama veikiant atmosferos veiksniams dėl bendro deguonies, drėgmės, rūgščių oro ir oro komponentų veikimo. saulės šviesa. Saulės šviesos ultravioletinis komponentas yra svarbus, o daugelis gerų UV apsauginių medžiagų prailgina celiuliozės darinių produktų tarnavimo laiką. Rūgštūs oro komponentai, tokie kaip azoto ir sieros oksidai (o jų visada yra pramoninių zonų atmosferos ore), pagreitina skilimą, dažnai sukelia daugiau stiprus poveikis nei saulės šviesos. Taigi Anglijoje buvo pastebėta, kad medvilnės mėginiai, tirti dėl atmosferos sąlygų žiemą, kai ryškios saulės šviesos praktiškai nebuvo, suyra greičiau nei vasarą. Faktas yra tas, kad deginimas žiemą dideli kiekiai anglis ir dujos padidino azoto ir sieros oksidų koncentraciją ore. Rūgščių šalikliai, antioksidantai ir UV absorbentai sumažina celiuliozės jautrumą atmosferos poveikiui. Laisvųjų hidroksilo grupių pakeitimas lemia šio jautrumo pasikeitimą: celiuliozės nitratas skaidosi greičiau, o acetatas ir propionatas – lėčiau.
Fizinės savybės. Celiuliozės polimerų grandinės supakuotos į ilgus ryšulius arba pluoštus, kuriuose kartu su tvarkingais, kristaliniais, yra ir mažiau tvarkingų, amorfinių pjūvių (5 pav.). Išmatuotas kristališkumo procentas priklauso nuo celiuliozės rūšies ir matavimo metodo. Rentgeno spindulių duomenimis, jis svyruoja nuo 70% (medvilnė) iki 38-40% (viskozės pluoštas). Rentgeno struktūrinė analizė suteikia informacijos ne tik apie kiekybinį ryšį tarp kristalinės ir amorfinės medžiagos polimere, bet ir apie pluošto orientacijos laipsnį, kurį sukelia tempimas ar normalūs augimo procesai. Difrakcijos žiedų ryškumas apibūdina kristališkumo laipsnį, o difrakcijos dėmės ir jų ryškumas apibūdina kristalitų pageidaujamos orientacijos buvimą ir laipsnį. Perdirbto celiuliozės acetato mėginyje, pagamintame sauso verpimo būdu, tiek kristališkumo, tiek orientacijos laipsnis yra labai mažas. Triacetato mėginyje kristališkumo laipsnis yra didesnis, tačiau nėra pageidaujamos orientacijos. Triacetato terminis apdorojimas 180–240 ° C temperatūroje žymiai padidina kristališkumo laipsnį, o orientacija (tempiant) kartu su terminiu apdorojimu suteikia labiausiai užsakytą medžiagą. Lenas atranda aukštas laipsnis tiek kristališkumas, tiek orientacija.
taip pat žr
ORGANINĖ CHEMIJA;
POPIERIUS IR KITOS RAŠYMO MEDŽIAGOS;
PLASTIKAI.


Ryžiai. 5. Celiuliozės MOLEKULINĖ STRUKTŪRA. Molekulinės grandinės praeina per keletą micelių (kristalinių sričių), kurių ilgis L. Čia A, A" ir B" yra grandinių galai, esantys kristalizuotoje srityje; B yra grandinės galas už kristalizuoto regiono ribų.


LITERATŪRA
Bushmelev V.A., Volman N.S. Celiuliozės ir popieriaus gamybos procesai ir aparatai. M., 1974 Celiuliozė ir jos dariniai. M., 1974 Akim E.L. ir kt.. Celiuliozės, popieriaus ir kartono apdirbimo ir perdirbimo technologija. L., 1977 m

Collier enciklopedija. – Atvira visuomenė. 2000 .

2024 m. nowonline.ru
Apie gydytojus, ligonines, poliklinikas, gimdymo namus