Celuloză distribuită în natură. Care sunt proprietățile chimice și fizice ale celulozei

Toate viețile noastre ne înconjoară o cantitate mare articole - cutii de carton, hârtie offset, pungi de celofan, îmbrăcăminte din viscoză, prosoape din bambus și multe altele. Dar puțini oameni știu că celuloza este utilizată în mod activ în producția lor. Ce este această substanță cu adevărat magică, fără de care aproape niciun modern întreprindere industrială? În acest articol vom vorbi despre proprietățile celulozei, despre utilizarea acesteia în domenii diverse, precum și din ce este extras și ce este formula chimica. Să începem, poate, de la început.

Detectarea substanței

Formula pentru celuloză a fost descoperită de chimistul francez Anselme Payen în timpul experimentelor de separare a lemnului în componentele sale. După ce l-a tratat cu acid azotic, omul de știință a descoperit că în timpul reactie chimica se formează o substanță fibroasă asemănătoare bumbacului. După o analiză atentă a materialului rezultat, Payen a obținut formula chimică a celulozei - C 6 H 10 O 5. O descriere a procesului a fost publicată în 1838 și a lui nume stiintific substanța a fost primită în 1839.

Darurile naturii

Acum se știe cu certitudine că aproape toate părțile moi ale plantelor și animalelor conțin o anumită cantitate de celuloză. De exemplu, plantele au nevoie de această substanță pentru creșterea și dezvoltarea normală, sau mai precis, pentru crearea membranelor celulelor nou formate. În compoziție aparține polizaharidelor.

În industrie, de regulă, celuloza naturală este extrasă din conifere și foioase - lemnul uscat conține până la 60% din această substanță, precum și prin prelucrarea deșeurilor de bumbac, care conține aproximativ 90% celuloză.

Se știe că dacă lemnul este încălzit în vid, adică fără acces la aer, se va produce descompunerea termică a celulozei, rezultând formarea de acetonă, alcool metilic, apă, acid aceticși cărbune.

În ciuda florei bogate a planetei, nu mai există păduri suficiente pentru a produce cantitatea de fibre chimice necesară industriei - utilizarea celulozei este prea extinsă. Prin urmare, este din ce în ce mai extras din paie, stuf, tulpini de porumb, bambus și stuf.

Celuloză sintetică folosind diverse procese tehnologice derivate din cărbune, petrol, gaze naturale și șist.

De la pădure la ateliere

Să ne uităm la pradă celuloză tehnică din lemn este un proces complex, interesant și îndelungat. În primul rând, lemnul este adus la producție, tăiat în fragmente mari și scoarța este îndepărtată.

Batoanele curățate sunt apoi procesate în chipsuri și sortate, după care sunt fierte în leșie. Celuloza rezultată este separată de alcalii, apoi uscată, tăiată și ambalată pentru expediere.

Chimie și fizică

Ce secrete chimice și fizice se ascund în proprietățile celulozei în afară de faptul că este o polizaharidă? În primul rând, această substanță alb. Se aprinde usor si arde bine. Se dizolvă în compuși complecși ai apei cu hidroxizi ai anumitor metale (cupru, nichel), cu amine, precum și în acizi sulfuric și fosforic, soluție concentrată clorura de zinc.

Celuloza nu se dizolvă în solvenții de uz casnic disponibili și în apa obișnuită. Acest lucru se întâmplă deoarece moleculele lungi sub formă de fir ale acestei substanțe sunt conectate în mănunchiuri deosebite și sunt situate paralel unele cu altele. În plus, toată această „structură” este întărită de legăturile de hidrogen, motiv pentru care moleculele unui solvent slab sau apă pur și simplu nu pot pătrunde în interior și distrug acest plex puternic.

Cele mai subțiri fire, a căror lungime variază de la 3 la 35 de milimetri, conectate în mănunchiuri - așa puteți reprezenta schematic structura celulozei. Fibrele lungi sunt folosite în industria textilă, fibrele scurte sunt folosite în producția, de exemplu, de hârtie și carton.

Celuloza nu se topește și nu se transformă în abur, dar începe să se descompună atunci când este încălzită peste 150 de grade Celsius, eliberând compuși cu greutate moleculară mică - hidrogen, metan și monoxid de carbon (monoxid de carbon). La temperaturi de 350 o C și peste, celuloza devine carbonizată.

Schimbare în bine

Așa descriu simbolurile chimice celuloza, a cărei formulă structurală arată clar o moleculă de polimer cu lanț lung, constând din reziduuri glucozidice repetate. Observați „n” care indică un număr mare dintre ele.

Apropo, formula celulozei, derivată de Anselm Payen, a suferit câteva modificări. În 1934, chimistul organic englez, laureat Premiul Nobel Walter Norman Haworth a studiat proprietățile amidonului, lactozei și altor zaharuri, inclusiv celulozei. După ce a descoperit capacitatea acestei substanțe de a se hidroliza, el a făcut propriile ajustări la cercetările lui Payen, iar formula celulozei a fost completată cu valoarea „n”, indicând prezența reziduurilor glicozidice. Momentan arată astfel: (C 5 H 10 O 5) n.

Eteri de celuloză

Este important ca moleculele de celuloză să conțină grupări hidroxil, care pot fi alchilate și acilate, formând diverși esteri. Acesta este încă unul dintre cele mai importante proprietăți pe care celuloza are. Formula structurală a diferiților compuși poate arăta astfel:

Eteri de celuloză sunt fie simpli, fie complecși. Cele simple sunt metil-, hidroxipropil-, carboximetil-, etil-, metilhidroxipropil- și cianoetilceluloza. Cele complexe sunt nitrații, sulfații și acetații de celuloză, precum și acetopropionații, acetilftalilceluloza și acetobutirații. Toți acești eteri sunt produși în aproape toate țările lumii în sute de mii de tone pe an.

De la film fotografic la pasta de dinti

Pentru ce sunt? De regulă, eterii de celuloză sunt utilizați pe scară largă pentru producerea de fibre artificiale, diverse materiale plastice, tot felul de filme (inclusiv fotografice), lacuri, vopsele și sunt, de asemenea, utilizați în industria militară pentru producerea de combustibil solid pentru rachete, pulbere fără fum. și explozivi.

În plus, eterii de celuloză sunt incluși în amestecurile de ipsos și ghips-ciment, coloranți pentru țesături, paste de dinți, diverși adezivi, sintetice detergenti, parfumuri si cosmetice. Într-un cuvânt, dacă formula celulozei nu ar fi fost descoperită în 1838, oameni moderni nu ar avea multe dintre beneficiile civilizației.

Aproape gemeni

Puțini dintre ei oameni normaliștie că celuloza are un fel de gemeni. Formula celulozei și a amidonului este identică, dar sunt două substanțe complet diferite. Care este diferența? În ciuda faptului că ambele aceste substanțe sunt polimeri naturali, gradul de polimerizare a amidonului este mult mai mic decât cel al celulozei. Și dacă aprofundați mai departe și comparați structurile acestor substanțe, veți constata că macromoleculele de celuloză sunt dispuse liniar și doar într-o singură direcție, formând astfel fibre, în timp ce microparticulele de amidon arată ușor diferit.

Domenii de aplicare

Unul dintre cele mai bune exemple vizuale de celuloză practic pură este obișnuit vată medicală. După cum știți, este obținut din bumbac atent purificat.

Al doilea produs celulozic, nu mai puțin folosit, este hârtia. De fapt, este un strat subțire de fibre celulozice, presate cu grijă și lipite între ele.

În plus, țesătura de viscoză este produsă din celuloză, care, sub mâinile pricepute ale meșterilor, se transformă magic în haine frumoase, tapiterie pt mobilier tapitatși diverse draperii decorative. Vâscoza este, de asemenea, utilizată pentru fabricarea curelelor tehnice, a filtrelor și a cordonilor pentru anvelope.

Să nu uităm de celofan, care este făcut din viscoză. Este greu de imaginat supermarketuri, magazine, departamente de ambalare ale oficiilor poștale fără el. Celofanul este peste tot: bomboane sunt învelite în el, cereale sunt ambalate în el, produse de patiserie, precum și tablete, dresuri și orice echipament, variind de la telefon mobilși terminând cu telecomanda pentru televizor.

În plus, celuloza microcristalină pură este inclusă în tabletele de slăbire. Odată ajunse în stomac, se umflă și creează o senzație de plenitudine. Cantitatea de alimente consumate pe zi este redusă semnificativ și, în consecință, scade în greutate.

După cum puteți vedea, descoperirea celulozei a făcut o adevărată revoluție nu numai în industria chimică, ci și în medicină.

Toată viața noastră suntem înconjurați de un număr imens de obiecte - cutii de carton, hârtie offset, pungi de plastic, îmbrăcăminte din viscoză, prosoape din bambus și multe altele. Dar puțini oameni știu că celuloza este utilizată în mod activ în producția lor. Care este această substanță cu adevărat magică de care aproape nicio întreprindere industrială modernă nu se poate lipsi? În acest articol vom vorbi despre proprietățile celulozei, despre utilizarea ei în diverse domenii, precum și despre ce este extrasă și care este formula sa chimică. Să începem, poate, de la început.

Detectarea substanței

Formula pentru celuloză a fost descoperită de chimistul francez Anselme Payen în timpul experimentelor de separare a lemnului în componentele sale. După ce l-a tratat cu acid azotic, omul de știință a descoperit că în timpul reacției chimice s-a format o substanță fibroasă asemănătoare bumbacului. După o analiză atentă a materialului rezultat, Payen a obținut formula chimică a celulozei - C 6 H 10 O 5. O descriere a procesului a fost publicată în 1838, iar substanța și-a primit numele științific în 1839.

Darurile naturii

Acum se știe cu certitudine că aproape toate părțile moi ale plantelor și animalelor conțin o anumită cantitate de celuloză. De exemplu, plantele au nevoie de această substanță pentru creșterea și dezvoltarea normală, sau mai precis, pentru crearea membranelor celulelor nou formate. În compoziție aparține polizaharidelor.

În industrie, de regulă, celuloza naturală este extrasă din conifere și foioase - lemnul uscat conține până la 60% din această substanță, precum și prin prelucrarea deșeurilor de bumbac, care conține aproximativ 90% celuloză.

Se știe că dacă lemnul este încălzit în vid, adică fără acces la aer, are loc descompunerea termică a celulozei, rezultând formarea de acetonă, alcool metilic, apă, acid acetic și cărbune.

În ciuda florei bogate a planetei, nu mai există păduri suficiente pentru a produce cantitatea de fibre chimice necesară industriei - utilizarea celulozei este prea extinsă. Prin urmare, este din ce în ce mai extras din paie, stuf, tulpini de porumb, bambus și stuf.

Celuloza sintetică este produsă din cărbune, petrol, gaze naturale și șist folosind diferite procese tehnologice.

De la pădure la ateliere

Să ne uităm la extracția celulozei tehnice din lemn - acesta este un proces complex, interesant și de durată. În primul rând, lemnul este adus la producție, tăiat în fragmente mari și scoarța este îndepărtată.

Batoanele curățate sunt apoi procesate în chipsuri și sortate, după care sunt fierte în leșie. Celuloza rezultată este separată de alcalii, apoi uscată, tăiată și ambalată pentru expediere.

Chimie și fizică

Ce secrete chimice și fizice se ascund în proprietățile celulozei în afară de faptul că este o polizaharidă? În primul rând, este o substanță albă. Se aprinde usor si arde bine. Se dizolvă în compuși complecși ai apei cu hidroxizi ai anumitor metale (cupru, nichel), cu amine, precum și în acizi sulfuric și ortofosforic, o soluție concentrată de clorură de zinc.

Celuloza nu se dizolvă în solvenții de uz casnic disponibili și în apa obișnuită. Acest lucru se întâmplă deoarece moleculele lungi sub formă de fir ale acestei substanțe sunt conectate în mănunchiuri deosebite și sunt situate paralel unele cu altele. În plus, toată această „structură” este întărită de legăturile de hidrogen, motiv pentru care moleculele unui solvent slab sau apă pur și simplu nu pot pătrunde în interior și distrug acest plex puternic.

Cele mai subțiri fire, a căror lungime variază de la 3 la 35 de milimetri, conectate în mănunchiuri - așa puteți reprezenta schematic structura celulozei. Fibrele lungi sunt folosite în industria textilă, fibrele scurte sunt folosite în producția, de exemplu, de hârtie și carton.

Celuloza nu se topește și nu se transformă în abur, dar începe să se descompună atunci când este încălzită peste 150 de grade Celsius, eliberând compuși cu greutate moleculară mică - hidrogen, metan și monoxid de carbon (monoxid de carbon). La temperaturi de 350 o C și peste, celuloza devine carbonizată.

Schimbare în bine

Așa descriu simbolurile chimice celuloza, a cărei formulă structurală arată clar o moleculă de polimer cu lanț lung, constând din reziduuri glucozidice repetate. Observați „n” care indică un număr mare dintre ele.

Apropo, formula celulozei, derivată de Anselm Payen, a suferit câteva modificări. În 1934, chimistul organic englez și câștigătorul Premiului Nobel Walter Norman Haworth a studiat proprietățile amidonului, lactozei și altor zaharuri, inclusiv celulozei. După ce a descoperit capacitatea acestei substanțe de a se hidroliza, el a făcut propriile ajustări la cercetările lui Payen, iar formula celulozei a fost completată cu valoarea „n”, indicând prezența reziduurilor glicozidice. Momentan arată astfel: (C 5 H 10 O 5) n.

Eteri de celuloză

Este important ca moleculele de celuloză să conțină grupări hidroxil, care pot fi alchilate și acilate, formând diverși esteri. Aceasta este o altă dintre cele mai importante proprietăți pe care le are celuloza. Formula structurală a diferiților compuși poate arăta astfel:

Eteri de celuloză sunt fie simpli, fie complecși. Cele simple sunt metil-, hidroxipropil-, carboximetil-, etil-, metilhidroxipropil- și cianoetilceluloza. Cele complexe sunt nitrații, sulfații și acetații de celuloză, precum și acetopropionații, acetilftalilceluloza și acetobutirații. Toți acești eteri sunt produși în aproape toate țările lumii în sute de mii de tone pe an.

De la film fotografic la pasta de dinti

Pentru ce sunt? De regulă, eterii de celuloză sunt utilizați pe scară largă pentru producerea de fibre artificiale, diverse materiale plastice, tot felul de filme (inclusiv fotografice), lacuri, vopsele și sunt, de asemenea, utilizați în industria militară pentru producerea de combustibil solid pentru rachete, pulbere fără fum. și explozivi.

În plus, eterii de celuloză fac parte din amestecurile de ipsos și gips-ciment, coloranții pentru țesături, pastele de dinți, diverși adezivi, detergenți sintetici, parfumuri și produse cosmetice. Într-un cuvânt, dacă formula celulozei nu ar fi fost descoperită încă din 1838, oamenii moderni nu s-ar fi bucurat de multe dintre beneficiile civilizației.

Aproape gemeni

Puțini oameni obișnuiți știu că celuloza are un fel de dublu. Formula celulozei și a amidonului este identică, dar sunt două substanțe complet diferite. Care este diferența? În ciuda faptului că ambele aceste substanțe sunt polimeri naturali, gradul de polimerizare a amidonului este mult mai mic decât cel al celulozei. Și dacă aprofundați mai departe și comparați structurile acestor substanțe, veți constata că macromoleculele de celuloză sunt dispuse liniar și doar într-o singură direcție, formând astfel fibre, în timp ce microparticulele de amidon arată ușor diferit.

Domenii de aplicare

Unul dintre cele mai bune exemple vizuale de celuloză practic pură este vata medicală obișnuită. După cum știți, este obținut din bumbac atent purificat.

Al doilea produs celulozic, nu mai puțin folosit, este hârtia. De fapt, este un strat subțire de fibre celulozice, presate cu grijă și lipite între ele.

În plus, țesătura de viscoză este produsă din celuloză, care, sub mâinile pricepute ale meșterilor, se transformă în mod magic în haine frumoase, tapițerie pentru mobilier tapițat și diverse draperii decorative. Vâscoza este, de asemenea, utilizată pentru fabricarea curelelor tehnice, a filtrelor și a cordonilor pentru anvelope.

Să nu uităm de celofan, care este făcut din viscoză. Este greu de imaginat supermarketuri, magazine, departamente de ambalare ale oficiilor poștale fără el. Celofanul este peste tot: este folosit pentru a împacheta bomboane, în el sunt ambalate cereale și produse de patiserie, precum și tablete, dresuri și orice echipament, de la un telefon mobil la telecomandă TV.

În plus, celuloza microcristalină pură este inclusă în tabletele de slăbire. Odată ajunse în stomac, se umflă și creează o senzație de plenitudine. Cantitatea de alimente consumate pe zi este redusă semnificativ și, în consecință, scade în greutate.

După cum puteți vedea, descoperirea celulozei a făcut o adevărată revoluție nu numai în industria chimică, ci și în medicină.


Celuloză (C6H10O5) n – un polimer natural, o polizaharidă constând din resturi de β-glucoză, moleculele au o structură liniară. Fiecare reziduu al unei molecule de glucoză conține trei grupări hidroxil, deci prezintă proprietățile unui alcool polihidroxilic.

Proprietăți fizice

Celuloza este o substanță fibroasă, insolubilă fie în apă, fie în solvenți organici obișnuiți, și este higroscopică. Are o mare rezistență mecanică și chimică.

1. Celuloza, sau fibra, face parte din plante, formând în ele pereții celulari.

2. De aici provine numele său (din latinescul „cellulum” - celulă).

3. Celuloza conferă plantelor rezistența și elasticitatea necesare și este, parcă, scheletul lor.

4. Fibrele de bumbac conțin până la 98% celuloză.

5. Fibrele de in și cânepă sunt, de asemenea, compuse în principal din celuloză; în lemn este de aproximativ 50%.

6. Hârtia și țesăturile din bumbac sunt produse fabricate din celuloză.

7. Exemple deosebit de pure de celuloză sunt vata obținută din bumbac purificat și hârtie de filtru (nelipită).

8. Celuloza, izolată din materiale naturale, este o substanță fibroasă solidă care este insolubilă fie în apă, fie în solvenți organici obișnuiți.

Proprietăți chimice

1. Celuloza este o polizaharidă care suferă hidroliză pentru a forma glucoză:

(C6H10O5) n + nH2O → nC6H12O6

2. Celuloza este un alcool polihidric care suferă reacții de esterificare pentru a forma esteri

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

triacetat de celuloză

Acetații de celuloză sunt polimeri artificiali utilizați în producția de acetat de mătase, film (film) și lacuri.

Aplicație

Utilizările celulozei sunt foarte diverse. Din ea se obțin hârtie, țesături, lacuri, filme. explozivi, mătase artificială (acetat, viscoză), materiale plastice (celuloid), glucoză și multe altele.

Găsirea celulozei în natură.

1. În fibrele naturale, macromoleculele de celuloză sunt situate într-o singură direcție: sunt orientate de-a lungul axei fibrei.

2. Numeroasele legături de hidrogen care apar între grupările hidroxil ale macromoleculelor determină rezistența ridicată a acestor fibre.

3. În procesul de filare a bumbacului, inului etc., aceste fibre elementare sunt țesute în fire mai lungi.

4. Acest lucru se explică prin faptul că macromoleculele din acesta, deși au o structură liniară, sunt situate mai aleatoriu și nu sunt orientate într-o singură direcție.

Construcția macromoleculelor de amidon și celuloză din diferite forme ciclice de glucoză le afectează în mod semnificativ proprietățile:

1) amidonul este produs important nutriția umană, celuloza nu poate fi folosită în acest scop;

2) motivul este că enzimele care promovează hidroliza amidonului nu acționează asupra legăturilor dintre reziduurile de celuloză.

Celuloza (fibre) este o polizaharidă vegetală, care este cea mai comună substanță organică de pe Pământ.

1. Proprietăți fizice

Această substanță este albă, fără gust și inodor, insolubilă în apă și are o structură fibroasă. Se dizolvă într-o soluție de amoniac de hidroxid de cupru (II) - reactiv Schweitzer.

Experiment video „Dizolvarea celulozei într-o soluție de amoniac de hidroxid de cupru (II)”

2. A fi în natură

Acest biopolimer are o rezistență mecanică mare și acționează ca material de susținere pentru plante, formând un perete celule vegetale. ÎN cantitati mari Celuloza se găsește în țesutul lemnos (40-55%), fibrele de in (60-85%) și bumbac (95-98%). Componenta principală a membranei celulelor vegetale. Se formează la plante în timpul procesului de fotosinteză.

Lemnul este format din celuloză 50%, iar bumbacul, inul și cânepa sunt celuloză aproape pură.

Chitina (un analog al celulozei) este componenta principală a exoscheletului artropodelor și altor nevertebrate, precum și în compoziție. pereții celulari ciuperci și bacterii.

3. Structura

Constă din reziduuri de β-glucoză

4. Chitanță

Obținut din lemn

5. Aplicare

Celuloza este utilizată în producția de hârtie, fibre artificiale, filme, materiale plastice, vopsele și lacuri, pulbere fără fum, explozivi, combustibil solid pentru rachete, pentru producerea de alcool hidrolitic etc.

· Productie de matase acetat - fibra artificiala, plexiglas, film neinflamabil din acetat de celuloza.

· Prepararea prafului de pușcă fără fum din triacetilceluloză (piroxilină).

· Prepararea colodionului (pelicula groasa pentru medicina) si a celuloidului (producerea de filme, jucarii) din celuloza diacetil.

· Productie de fire, funii, hartie.

· Producerea de glucoză, alcool etilic (pentru producția de cauciuc)

Cei mai importanți derivați de celuloză includ:
- metilceluloza(eteri metilici de celuloză) cu formula generală

N ( X= 1, 2 sau 3);

- acetat de celuloza(triacetat de celuloză) – ester al celulozei și acidului acetic

- nitroceluloza(nitrați de celuloză) – nitrați de celuloză:

N ( X= 1, 2 sau 3).

6. Proprietăți chimice

Hidroliză

(C6H10O5) n + nH20 t,H2SO4→ nC6H12O6

glucoză

Hidroliza se desfășoară în etape:

(C 6 H 10 O 5) n → (C 6 H 10 O 5) m → xC 12 H 22 O 11 → n C 6 H 12 O 6 ( Notă, m

amidon dextrinmaltozăglucoză

Experiment video „Hidroliza acidă a celulozei”

Reacții de esterificare

Celuloza este un alcool polihidroxilic; există trei grupări hidroxil per unitate de celulă a polimerului. În acest sens, celuloza se caracterizează prin reacții de esterificare (formare de esteri). Reacțiile cu acidul azotic și anhidrida acetică sunt de cea mai mare importanță practică. Celuloza nu produce o reacție de „oglindă de argint”.

1. Nitrare:

(C6H7O2(OH)3) n + 3nHNO3 H 2 ASA DE4(conc.)→(C6H7O2(ONO2)3) n + 3 nH2O

piroxilină

Experiment video „Pregătirea și proprietățile nitrocelulozei”

Fibra complet esterificată este cunoscută sub numele de praf de pușcă, care, după o prelucrare corespunzătoare, se transformă în praf de pușcă fără fum. În funcție de condițiile de nitrare, se poate obține dinitrat de celuloză, care în tehnologie se numește coloxilină. De asemenea, este folosit la fabricarea prafului de pușcă și a propulsorului solid pentru rachete. În plus, celuloidul este fabricat din coloxilină.

2. Interacțiune cu acid acetic:

(C6H7O2(OH)3) n + 3nCH3COOH H2SO4( conc. .)→ (C6H7O2(OCOCH3)3) n + 3nH2O

Când celuloza reacţionează cu anhidrida acetică în prezenţa acizilor acetic şi sulfuric, se formează triacetilceluloză.

triacetil celuloză (sau acetat de celuloză) este un produs valoros pentru fabricarea foliei ignifuge șimătase acetat. Pentru a face acest lucru, acetatul de celuloză este dizolvat într-un amestec de diclormetan și etanol, iar această soluție este forțată prin matrițe într-un curent de aer cald.

Și matrița în sine arată schematic astfel:

1 - soluție de filare,
2 - mor,
3 - fibre.

Solventul se evaporă, iar fluxurile de soluție se transformă în cele mai fine fire de mătase acetat.

Vorbind despre utilizarea celulozei, nu se poate să nu spună că o mare cantitate de celuloză este consumată pentru producerea diferitelor hârtie. Hârtie- Acesta este un strat subțire de fibre de fibre, lipit și presat pe o mașină specială de fabricat hârtie.

CELULOZĂ
fibra, principalul material de construcție al lumii vegetale, formând pereții celulari ai copacilor și altor plante superioare. Cea mai pură formă naturală de celuloză este părul din semințe de bumbac.
Purificare și izolare. În prezent, doar două surse de celuloză sunt de importanță industrială - bumbacul și celuloza de lemn. Bumbacul este celuloză aproape pură și nu necesită o prelucrare complexă pentru a deveni o materie primă pentru fibrele artificiale și materialele plastice fără fibre. După ce fibrele lungi folosite la fabricarea țesăturilor de bumbac sunt separate de sămânța de bumbac, rămân firele de păr scurte sau „scame” (puf de bumbac), lungi de 10-15 mm. Se separă scamele de sămânță, se încălzește sub presiune cu o soluție de hidroxid de sodiu 2,5-3% timp de 2-6 ore, apoi se spală, se albește cu clor, se spală din nou și se usucă. Produsul rezultat este celuloză pură 99%. Randamentul este de 80% (greutate) scame, restul fiind lignină, grăsimi, ceară, pectate și coji de semințe. Pulpa de lemn este de obicei făcută din lemn de conifere. Contine 50-60% celuloza, 25-35% lignina si 10-15% hemiceluloza si hidrocarburi necelulozice. În procesul de sulfit, așchiile de lemn sunt fierte sub presiune (aproximativ 0,5 MPa) la 140° C cu dioxid de sulf și bisulfit de calciu. În acest caz, ligninele și hidrocarburile intră în soluție, iar celuloza rămâne. După spălare și albire, masa purificată este turnată în hârtie liberă, asemănătoare cu hârtia tampon, și uscată. Această masă constă din 88-97% celuloză și este destul de potrivită pentru prelucrarea chimică în fibre de viscoză și celofan, precum și derivați de celuloză - esteri și eteri. Procesul de regenerare a celulozei dintr-o soluție prin adăugarea de acid la soluția sa apoasă concentrată de cupru-amoniu (adică care conține sulfat de cupru și hidroxid de amoniu) a fost descris de englezul J. Mercer în jurul anului 1844. Dar prima aplicare industrială a acestei metode, care a marcat începutul industriei fibrelor de cupru-amoniu, este atribuit lui E. Schweitzer (1857), iar dezvoltarea sa ulterioară este meritul lui M. Kramer și I. Schlossberger (1858). Și abia în 1892 Cross, Bevin și Beadle în Anglia au inventat un procedeu de producere a fibrei de viscoză: o soluție apoasă vâscoasă (de unde și denumirea de viscoză) de celuloză a fost obținută după tratarea celulozei mai întâi cu o soluție puternică de sodă caustică, care a dat „sodă”. celuloză”, și apoi cu disulfură de carbon (CS2), rezultând xantat de celuloză solubil. Prin stoarcerea unui flux din această soluție „învârtită” printr-o filă cu o mică gaură rotundă într-o baie acidă, celuloza a fost regenerată sub formă de fibră de raion. Când soluția a fost stoarsă în aceeași baie printr-o matriță cu o fantă îngustă, s-a obținut o peliculă numită celofan. J. Brandenberger, care a lucrat la această tehnologie în Franța între 1908 și 1912, a fost primul care a brevetat un proces continuu de fabricare a celofanului.
Structura chimică.În ciuda utilizării industriale pe scară largă a celulozei și a derivaților săi, formula chimică structurală acceptată în prezent a celulozei a fost propusă (de W. Haworth) abia în 1934. Cu toate acestea, din 1913 este cunoscută formula sa empirică C6H10O5, determinată din analiza cantitativă a bine- probe spălate și uscate : 44,4% C, 6,2% H și 49,4% O. Datorită lucrărilor lui G. Staudinger și K. Freudenberg, se știa și că aceasta este o moleculă de polimer cu catenă lungă formată din cele prezentate în Fig. 1 reziduuri glucozidice repetate. Fiecare unitate are trei grupări hidroxil - una primară (- CH2CHOH) și două secundare (>CHCHOH). Până în 1920, E. Fisher stabilise structura zaharurilor simple și, în același an, studiile cu raze X ale celulozei au arătat pentru prima dată un model clar de difracție a fibrelor sale. Modelul de difracție de raze X al fibrei de bumbac arată o orientare cristalină clară, dar fibra de in este și mai ordonată. Când celuloza este regenerată sub formă de fibre, cristalinitatea se pierde în mare măsură. Cât de ușor este să vezi în lumina realizărilor stiinta moderna, chimie structurală celuloza a stat practic pe loc din 1860 până în 1920 pentru că în tot acest timp disciplinele științifice auxiliare necesare rezolvării problemei au rămas la început.

CELULOZA REGENERATA
Fibră de viscoză și celofan. Atât fibra de viscoză, cât și celofanul sunt regenerate (din soluție) celuloză. Celuloza naturală purificată este tratată cu un exces de hidroxid de sodiu concentrat; După îndepărtarea excesului, cocoloașele sunt măcinate, iar masa rezultată este păstrată în condiții atent controlate. Odată cu această „îmbătrânire”, lungimea lanțurilor polimerice scade, ceea ce favorizează dizolvarea ulterioară. Apoi celuloza zdrobită este amestecată cu disulfură de carbon și xantatul rezultat este dizolvat într-o soluție de hidroxid de sodiu pentru a obține „vâscoză” - o soluție vâscoasă. Când viscoza intră într-o soluție apoasă acidă, celuloza este regenerată din aceasta. Reacțiile totale simplificate sunt:


Fibra de viscoză, obținută prin stoarcerea viscozei prin găurile mici ale unei filiere într-o soluție acidă, este utilizată pe scară largă pentru fabricarea de țesături de îmbrăcăminte, draperii și tapițerie, precum și în tehnologie. Cantități semnificative de fibră de viscoză sunt utilizate pentru curele tehnice, benzi, filtre și cordonul pentru anvelope.
Celofan. Celofanul, obținut prin stoarcerea viscozei într-o baie acidă printr-o filă cu fantă îngustă, apoi trece prin băi de spălare, albire și plastifiare, este trecut prin tobe de uscare și înfășurat într-un sul. Suprafața foliei de celofan este aproape întotdeauna acoperită cu nitroceluloză, rășină, un fel de ceară sau lac pentru a reduce transmiterea vaporilor de apă și pentru a oferi posibilitatea de etanșare termică, deoarece celofanul neacoperit nu are proprietatea de termoplasticitate. În producția modernă, acoperirile polimerice de tip clorură de poliviniliden sunt utilizate pentru aceasta, deoarece sunt într-o măsură mai mică sunt permeabile la umezeală și asigură o conexiune mai durabilă în timpul etanșării termice. Celofanul este utilizat pe scară largă în principal în industria ambalajelor ca material de ambalare pentru mărfuri uscate, Produse alimentare, produse din tutun, și, de asemenea, ca bază pentru banda de ambalare autoadezivă.
Burete de vascoza. Pe lângă formarea unei fibre sau a unui film, viscoza poate fi amestecată cu materiale fibroase și fin cristaline adecvate; După tratarea cu acid și scurgerea apei, acest amestec este transformat într-un material burete de viscoză (Fig. 2), care este folosit pentru ambalare și izolație termică.



Fibră de cupru-amoniac. Fibra de celuloză regenerată este, de asemenea, produsă la scară industrială prin dizolvarea celulozei într-o soluție concentrată de cupru-amoniac (CuSO4 în NH4OH) și rotirea soluției rezultate în fibră într-o baie de precipitare acidă. Această fibră se numește fibră de cupru-amoniac.
PROPRIETATILE CELULUZEI
Proprietăți chimice. După cum se arată în Fig. 1, celuloza este un carbohidrat foarte polimeric format din reziduuri glucozidice C6H10O5 conectate prin punți eterice la poziția 1,4. Cele trei grupări hidroxil din fiecare unitate de glucopiranoză pot fi esterificate cu agenți organici, cum ar fi un amestec de acizi și anhidride acide cu un catalizator adecvat, cum ar fi acidul sulfuric. Eterii pot fi formați prin acțiunea hidroxidului de sodiu concentrat care duce la formarea celulozei de sodă și reacția ulterioară cu o halogenură de alchil:


Reacția cu etilenă sau oxid de propilenă produce eteri hidroxilați:


Prezența acestor grupări hidroxil și geometria macromoleculei determină atracția reciprocă polară puternică a unităților învecinate. Forțele atractive sunt atât de puternice încât solvenții obișnuiți nu sunt capabili să rupă lanțul și să dizolve celuloza. Aceste grupări hidroxil libere sunt, de asemenea, responsabile pentru o mai mare higroscopicitate a celulozei (Fig. 3). Esterificarea și eterizarea reduc higroscopicitatea și cresc solubilitatea în solvenți obișnuiți.



Sub influenta soluție apoasă acizii rup punțile de oxigen în poziția 1,4-. Ruperea completă a lanțului produce glucoză, o monozaharidă. Lungimea inițială a lanțului depinde de originea celulozei. Este maxim în stare naturală și scade în timpul procesului de izolare, purificare și transformare în compuși derivați (vezi tabel).

GRADUL DE POLIMERIZARE CELULUZĂ
Material Număr de reziduuri de glucozide
Bumbac brut 2500-3000
scame de bumbac purificat 900-1000
Pasta de lemn rafinata 800-1000
Celuloza regenerata 200-400
Acetat de celuloză industrial 150-270


Chiar și forfecarea mecanică, de exemplu în timpul șlefuirii abrazive, duce la o scădere a lungimii lanțului. Când lungimea lanțului polimeric scade sub o anumită valoare minimă, macroscopică proprietăți fizice celuloză. Agenții oxidanți afectează celuloza fără a provoca scindarea inelului de glucopiranoză (Fig. 4). Acțiunea ulterioară (în prezența umidității, cum ar fi în testele climatice) are ca rezultat de obicei scisarea lanțului și o creștere a numărului de grupuri terminale asemănătoare aldehidei. Deoarece grupările aldehide sunt ușor oxidate la grupări carboxil, conținutul de carboxil, care este practic absent în celuloza naturală, crește brusc în condițiile influențelor atmosferice și oxidării.



Ca toți polimerii, celuloza este distrusă sub influența factorilor atmosferici ca urmare a acțiunii combinate a oxigenului, umidității, componentelor acide ale aerului și lumina soarelui. Componenta ultravioletă a luminii solare este importantă, iar mulți agenți de protecție UV buni cresc durata de viață a produselor derivate din celuloză. Componentele acide ale aerului, cum ar fi oxizii de azot și sulf (și sunt întotdeauna prezenți în aerul atmosferic al zonelor industriale), accelerează descompunerea, provocând adesea mai mult impact puternic decât lumina soarelui. Astfel, în Anglia, s-a observat că probele de bumbac testate pentru expunerea la condițiile atmosferice iarna, când practic nu exista lumina puternică a soarelui, s-au degradat mai repede decât vara. Adevărul este că arde iarna cantitati mari cărbunele și gazul au dus la creșterea concentrației de oxizi de azot și sulf din aer. Captatorii de acizi, antioxidanții și absorbanții UV reduc sensibilitatea celulozei la intemperii. Înlocuirea grupărilor hidroxil libere duce la o modificare a acestei sensibilități: azotatul de celuloză se degradează mai repede, iar acetatul și propionatul - mai lent.
Proprietăți fizice. Lanțurile polimerice de celuloză sunt împachetate în mănunchiuri lungi, sau fibre, în care, alături de cele ordonate, cristaline, există și secțiuni amorfe mai puțin ordonate (Fig. 5). Procentul de cristalinitate măsurat depinde de tipul de celuloză, precum și de metoda de măsurare. Conform datelor cu raze X, variază de la 70% (bumbac) la 38-40% (fibră de viscoză). Analiza structurală cu raze X oferă informații nu numai despre relația cantitativă dintre materialul cristalin și amorf din polimer, ci și despre gradul de orientare a fibrei cauzat de procesele de întindere sau de creștere normale. Claritatea inelelor de difracție caracterizează gradul de cristalinitate, iar punctele de difracție și claritatea lor caracterizează prezența și gradul de orientare preferată a cristalitelor. Într-o probă de acetat de celuloză reciclat produsă prin procesul de filare uscată, atât gradul de cristalinitate, cât și gradul de orientare sunt foarte mici. În proba de triacetat, gradul de cristalinitate este mai mare, dar nu există o orientare preferată. Tratamentul termic al triacetatului la o temperatură de 180-240 ° C crește semnificativ gradul de cristalinitate, iar orientarea (prin întindere) în combinație cu tratamentul termic oferă cel mai ordonat material. Len descoperă grad înalt atât cristalinitatea cât şi orientarea.
Vezi si
CHIMIE ORGANICA;
HÂRTIE ȘI ALTE MATERIALE DE SCRIT;
PLASTICE.


Orez. 5. STRUCTURA MOLECULARĂ a celulozei. Lanțurile moleculare trec prin mai multe micelii (regiuni cristaline) de lungime L. Aici A, A" și B" sunt capetele lanțurilor aflate în regiunea cristalizată; B este capătul lanțului în afara regiunii cristalizate.


LITERATURĂ
Bushmelev V.A., Volman N.S. Procese și aparate pentru producția de celuloză și hârtie. M., 1974 Celuloza și derivații ei. M., 1974 Akim E.L. si altele Tehnologia de prelucrare si prelucrare a celulozei, hartiei si cartonului. L., 1977

Enciclopedia lui Collier. - Societate deschisă. 2000 .

2024 nowonline.ru
Despre medici, spitale, clinici, maternități