Gamtoje paplitusi celiuliozė. Techninė celiuliozė ir jos pritaikymas

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

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, 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.

Daugiausia yra minkštojoje augalų ir gyvūnų dalyje celiuliozė Celiuliozė suteikia augalams lankstumo. Celiuliozė (pluoštas) yra augalinis polisacharidas, labiausiai paplitusi organinė medžiaga Žemėje.

Beveik visi žali augalai savo poreikiams gamina celiuliozę. Jame yra tų pačių elementų kaip ir cukruje, ty anglies, vandenilio ir deguonies. Šių elementų yra ore ir vandenyje. Cukrus susidaro lapuose ir, ištirpęs sultyse, pasklinda po visą augalą. Pagrindinė cukraus dalis naudojama augalų augimo skatinimui ir atkūrimo darbams, likusi cukraus dalis paverčiama celiulioze. Augalas jį naudoja kurdamas naujų ląstelių apvalkalą.

Celiuliozės tirpinimas Schweitzerio reagente

Kas yra celiuliozė?

Celiuliozė yra vienas iš tų natūralių produktų, kurių dirbtinai gauti beveik neįmanoma. Bet mes jį naudojame įvairiose srityse. Žmogus celiuliozės iš augalų gauna net ir po to, kai jie miršta ir visiškas nebuvimas juose yra drėgmės. Pavyzdžiui, laukinė medvilnė yra viena gryniausių natūralios celiuliozės formų, kurią žmonės naudoja drabužiams gaminti.

Celiuliozė yra augalų dalis, kurią žmonės naudoja maistui – salotos, salierai, sėlenos. Žmogaus kūnas nesugeba virškinti celiuliozės, tačiau ji yra naudinga kaip „stambioji pašara“ žmogaus mityboje. Kai kurių gyvūnų, pavyzdžiui, avių ir kupranugarių, skrandžiuose yra bakterijų, kurios leidžia šiems gyvūnams virškinti celiuliozę.

Rūgštinis celiuliozės nusodinimas

Celiuliozė yra vertinga žaliava

Celiuliozė – vertinga žaliava, iš kurios žmonės gauna įvairių produktų. Medvilnė, kurią sudaro 99,8 % celiuliozės, yra puikus pavyzdys, ką žmogus gali pagaminti iš celiuliozės pluošto. Jei medvilnė apdorojama azoto ir sieros rūgšties mišiniu, gauname piroksiliną, kuris yra sprogstamoji medžiaga.

Po įvairių cheminis apdorojimas celiuliozė gali būti naudojama kitiems gaminiams gaminti. Tarp jų: ​​fotojuostos pagrindas, lakų priedai, viskozės pluoštas audinių gamybai, celofanas ir kitos plastikinės medžiagos. Celiuliozė taip pat naudojama popieriaus gamyboje.

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 sudaryta 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 (CS 2), 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 pramoninio celiuliozės ir jos darinių naudojimo, šiuo metu priimta cheminė struktūrinė celiuliozės formulė (W. Haworth) buvo pasiūlyta tik 1934 m. Tačiau nuo 1913 metų jos empirinė formulė C 6 H 10 O 5, nustatyta iš kiekybinės analizės buvo žinomi gerai išplauti ir išdžiovinti mėginiai: 44,4 % C, 6,2 % H ir 49,4 % O. G. Staudingerio ir K. Freudenbergo darbo dėka taip pat buvo žinoma, kad tai ilgos grandinės polimero molekulė, susidedanti iš tų. parodyta pav. 1 pasikartojančios gliukozidų liekanos. Kiekvienas vienetas turi tris hidroksilo grupes – vieną pirminę (– CH 2 CH OH) ir dvi antrines (> CH CH OH). 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 CIELIULĖ

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 ir amoniako tirpale (CuSO 4 NH 4 OH) 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 daug polimerų turintis angliavandenis, sudarytas iš gliukozidinių liekanų C 6 H 10 O 5, sujungtų eterio 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.

Veikiant vandeniniam rūgšties tirpalui, 1,4 padėtyje esantys deguonies tilteliai nutrūksta. Visiškai nutrūkus grandinei, susidaro gliukozė, monosacharidas. Pradinis grandinės ilgis priklauso nuo celiuliozės kilmės. Jis yra didžiausias natūralioje būsenoje ir mažėja izoliacijos, gryninimo ir pavertimo dariniais junginiais metu ( cm. lentelė).

Net mechaninis šlytis, pavyzdžiui, šlifuojant abrazyviniu būdu, sumažina grandinės ilgį. Kai polimero grandinės ilgis sumažinamas žemiau tam tikros minimalios vertės, pasikeičia makroskopinės fizinės celiuliozės savybės.

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° temperatūroje

Celiuliozė – kas tai? Šis klausimas kelia nerimą visiems, kurie užsiima organine chemija. Pabandykime išsiaiškinti pagrindines šio junginio savybes ir jį identifikuoti skiriamieji bruožai, praktinio pritaikymo sritys.

Struktūriniai bruožai

Cheminė celiuliozė turi formulę (C 6 H 10 O 5) p. Tai polisacharidas, kuriame yra β-gliukozės liekanų. Celiuliozei būdinga linijinė struktūra. Kiekviena jo molekulės liekana turi tris OH grupes, todėl šiam junginiui būdingos daugiahidrozės alkoholių savybės. Žiedo aldehido grupės buvimas molekulėje suteikia celiuliozei atkuriamųjų (redukuojančių) savybių. Būtent šis organinis junginys yra svarbiausias natūralus polimeras, pagrindinis augalinio audinio komponentas.

IN dideli kiekiai jo yra linuose, medvilnėje ir kituose pluoštiniuose augaluose, kurie yra pagrindinis celiuliozės pluošto šaltinis.

Techninė celiuliozė išskiriama iš sumedėjusių augalų.

Medienos chemija

Šiame atskirame chemijos skyriuje aptariama celiuliozės gamyba. Būtent čia mes turėtume atsižvelgti į medžio sudėties ypatybes, jo chemines savybes ir fizines savybes, medžiagų analizės ir išskyrimo metodai, medienos ir atskirų jos komponentų apdirbimo procesų cheminė esmė.

Medienos celiuliozė yra polidispersinė, turinti įvairaus ilgio makromolekulių. Polidispersiškumo laipsniui nustatyti naudojamas frakcionavimo metodas. Mėginys suskirstomas į atskiras frakcijas, tada tiriamos jų charakteristikos.

Cheminės savybės

Aptariant, kas yra celiuliozė, būtina atlikti išsamią šio organinio junginio cheminių savybių analizę.

Techninė celiuliozė gali būti naudojama kartono ir popieriaus gamyboje, nes ją galima be problemų chemiškai apdoroti.

Bet kokia technologinė grandinė, susijusi su natūralios celiuliozės perdirbimu, yra skirta išsaugoti vertingąsias jos savybes. Šiuolaikinis celiuliozės apdorojimas leidžia atlikti šios medžiagos tirpinimo procesą ir iš celiuliozės pagaminti visiškai naujas chemines medžiagas.

Kokias savybes turi celiuliozė? Kas yra naikinimo procesas? Šie klausimai įtraukti į mokyklos kursas organinė chemija.

Tarp būdingų cheminių celiuliozės savybių yra:

• sunaikinimas;
• susiuvimas;
• reakcijos, kuriose dalyvauja funkcinės grupės.

Sunaikinimo metu pastebimas glikozidinių jungčių makromolekulės grandinės pertrauka, kartu sumažėjęs polimerizacijos laipsnis. Kai kuriais atvejais galimas visiškas molekulės plyšimas.

Celiuliozės naikinimo galimybės

Išsiaiškinkime, kokios yra pagrindinės celiuliozės naikinimo rūšys, kas yra makromolekulių plyšimas.

Šiuo metu yra chemijos gamyba Yra keletas sunaikinimo tipų.

Mechaninėje versijoje yra tarpas C-C jungtys ciklais, taip pat glikozidinių ryšių sunaikinimas. Panašus procesas vyksta mechaniškai šlifuojant medžiagą, pavyzdžiui, šlifuojant popieriui gaminti.

Terminis sunaikinimas vyksta veikiant šiluminei energijai. Būtent šiuo procesu ir yra pagrįsta technologinė medienos pirolizė.

Fotocheminis naikinimas apima makromolekulių sunaikinimą veikiant ultravioletinei spinduliuotei.

Dėl natūralaus polimero sunaikinimo radiacijos tipo, buvimas rentgeno spinduliuotė. Šis naikinimo būdas naudojamas specialiuose įrenginiuose.

Veikiant atmosferos deguoniui, galimas oksidacinis celiuliozės sunaikinimas. Procesui būdingas alkoholio ir aldehido grupių, esančių tam tikrame junginyje, oksidacija vienu metu.

Vandens įtakoje celiuliozei, taip pat vandeniniai tirpalai rūgščių ir šarmų, vyksta celiuliozės hidrolizės procesas. Reakcija tikslingai vykdoma tais atvejais, kai reikia atlikti kokybinę medžiagos struktūros analizę, tačiau verdant šią medžiagą nepageidautina.

Mikroorganizmai, tokie kaip grybai, gali biologiškai skaidyti celiuliozę. Už gavimą kokybiškas produktas Gaminant popierinius ir medvilninius audinius svarbu užkirsti kelią jo biologiniam sunaikinimui.

Dėl to, kad molekulėse yra dvi funkcinės grupės, celiuliozė pasižymi daugiahidročiams alkoholiams ir aldehidams būdingomis savybėmis.

Kryžminės reakcijos

Tokie procesai reiškia galimybę gauti makromolekules su nurodytomis fizinėmis ir cheminėmis savybėmis.

Jie plačiai naudojami pramoninėje celiuliozės gamyboje ir suteikia jai naujų eksploatacinių savybių.

Šarminės celiuliozės paruošimas

Kas tai per celiuliozė? Apžvalgos rodo, kad ši technologija laikoma seniausia ir labiausiai paplitusi pasaulyje. Šiais laikais polimeras, gaunamas gaminant viskozės pluoštą ir plėveles bei kuriant celiuliozės eterius, rafinuojamas panašiu būdu.

Laboratoriniais tyrimais nustatyta, kad po tokio apdorojimo padidėja audinio blizgesys ir padidėja jo mechaninis stiprumas. Šarminė celiuliozė yra puiki žaliava pluoštui gaminti.

Tokie produktai yra trijų tipų: fiziniai-cheminiai, struktūriniai, cheminiai. Visi jie yra paklausūs šiuolaikinėje chemijos gamyboje ir naudojami popieriaus bei kartono gamyboje. Sužinojome, kokios struktūros celiuliozė ir koks jos gamybos procesas.

Sudėtinis angliavandenis iš polisacharidų grupės, kuris yra augalų ląstelių sienelės dalis, vadinamas celiulioze arba pluoštu. Šią medžiagą 1838 m. atrado prancūzų chemikas Anselme Payen. Celiuliozės formulė yra (C 6 H 10 O 5) n.

Struktūra

Nepaisant bendrų savybių, celiuliozė skiriasi nuo kitų augalinis polisacharidas- krakmolas. Celiuliozės molekulė yra ilga, išskirtinai neišsišakojusi sacharidų grandinė. Skirtingai nuo krakmolo, kurį sudaro α-gliukozės liekanos, jame yra daug β-gliukozės liekanų, susietų viena su kita.

Dėl tankios linijinės molekulių struktūros susidaro skaidulos.

Ryžiai. 1. Celiuliozės molekulės sandara.

Celiuliozė turi didesnį polimerizacijos laipsnį nei krakmolas.

Kvitas

Pramoninėmis sąlygomis celiuliozė verdama iš medienos (drožlių). Šiuo tikslu naudojami rūgštiniai arba šarminiai reagentai. Pavyzdžiui, natrio hidrosulfitas, natrio hidroksidas, šarmas.

Virimo metu susidaro celiuliozė su organinių junginių priemaiša. Norėdami jį išvalyti, naudokite šarminį tirpalą.

Fizinės savybės

Pluoštas yra beskonė, balta, kieta skaidulinė medžiaga. Celiuliozė blogai tirpsta vandenyje ir organiniuose tirpikliuose. Tirpsta Šveitzerio reagente – vario (II) hidroksido amoniako tirpale.

Pagrindinės fizinės savybės:

• sunaikinama 200°C temperatūroje;
• dega 275°C temperatūroje;
• savaime užsidega 420°C temperatūroje;
• lydosi 467°C temperatūroje.

Gamtoje celiuliozė randama augaluose. Jis susidaro fotosintezės metu ir augaluose atlieka struktūrinę funkciją. Is maisto priedas E460.

Ryžiai. 2. Augalų ląstelės sienelė.

Cheminės savybės

Kadangi viename sacharide yra trys hidroksilo grupės, pluoštas pasižymi daugiahidroksilių alkoholių savybėmis ir gali dalyvauti esterinimo reakcijose, sudarydamas esterius. Skildamas be deguonies, suyra į anglį, vandenį ir lakiuosius organinius junginius.

Pagrindinis Cheminės savybės pluoštai pateikti lentelėje.

Reakcija	apibūdinimas	Lygtis
Hidrolizė	Atsiranda kaitinant rūgščioje aplinkoje, susidarant gliukozei	(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O (t°, H 2 SO 4) → nC 6 H 12 O 6
Su acto anhidridu	Triacetilceliuliozės susidarymas esant sieros ir acto rūgštims	(C 6 H 10 O 5) n + 3nCH 3 COOH (H 2 SO 4) → (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3 nH 2 O
Nitravimas	Įprastoje temperatūroje reaguoja su koncentruota azoto rūgštimi. Susidaro esteris – celiuliozės trinitratas arba piroksilinas, naudojamas bedūmiams milteliams gaminti	(C 6 H 10 O 5) n + nHNO 3 (H 2 SO 4) → n
	Visiška oksidacija vyksta iki anglies dioksido ir vandens	(C 6 H 10 O 5) n + 6nO 2 (t°) → 6nCO 2 + 5nH 2 O

Ryžiai. 3. Piroksilinas.

Celiuliozė daugiausia naudojama popieriui gaminti, taip pat esteriams, alkoholiams ir gliukozei gaminti.

Ko mes išmokome?

Celiuliozė arba pluoštas yra angliavandenių klasės polimeras, susidedantis iš β-gliukozės likučių. Įtraukta į augalą ląstelių sienelės. Tai balta beskonė medžiaga, formuojanti pluoštus, kurie blogai tirpsta vandenyje ir organiniuose tirpikliuose. Celiuliozė iš medienos išskiriama verdant. Junginys vyksta esterinimo ir hidrolizės reakcijose ir gali suskaidyti nesant oro. Visiškai suyra, susidaro vanduo ir anglies dioksidas.