Celuloză distribuită în natură. Rolul biologic al celulozei și aplicații

Celuloza este un polimer natural al glucozei (și anume, reziduurile de beta glucoză) origine vegetală cu o structură moleculară liniară. Celuloza mai este numită și fibre într-un alt fel. Acest polimer conține mai mult de cincizeci la sută din carbonul găsit în plante. Celuloza ocupă primul loc printre compușii organici de pe planeta noastră.

Celuloza pură este fibre de bumbac (până la nouăzeci și opt la sută) sau fibre de in (până la optzeci și cinci la sută). Lemnul conține până la cincizeci la sută celuloză, iar paiele conțin treizeci la sută celuloză. Există o mulțime de ea în cânepă.

Celuloza este alba. Acidul sulfuric îl face albastru, iar iodul îl face maro. Celuloza este dură și fibroasă, fără gust și fără miros, nu se prăbușește la o temperatură de două sute de grade Celsius, ci se aprinde la o temperatură de două sute șaptezeci și cinci de grade Celsius (adică este o substanță inflamabilă) și când este încălzită până la trei sute șaizeci de grade Celsius se caracterizează. Nu poate fi dizolvat în apă, dar poate fi dizolvat într-o soluție de amoniac și hidroxid de cupru. Fibra este un material foarte rezistent și elastic.

Importanța celulozei pentru organismele vii

Celuloza este un carbohidrat polizaharid.

Într-un organism viu, funcțiile carbohidraților sunt următoarele:

Structura și funcția de susținere, deoarece carbohidrații participă la construcția structurilor de susținere, iar celuloza este componenta principală a structurii peretelui celule vegetale.
Funcția de protecție caracteristică plantelor (spini sau spini). Astfel de formațiuni pe plante constau din pereții celulelor plantelor moarte.
Funcția plastică (un alt nume este funcția anabolică), deoarece carbohidrații sunt componente ale structurilor moleculare complexe.
Funcția de a furniza energie, deoarece carbohidrații sunt o sursă de energie pentru organismele vii.
Funcția de stocare, deoarece organismele vii stochează carbohidrații în țesuturile lor ca nutrienți.
Funcția osmotică, deoarece carbohidrații participă la reglarea presiunii osmotice în interiorul unui organism viu (de exemplu, sângele conține de la o sută de miligrame la o sută zece miligrame de glucoză, iar presiunea osmotică a sângelui depinde de concentrația acestui carbohidrat în sânge). Transferul osmotic oferă elemente nutritiveîn trunchiuri înalte de copac, deoarece transferul capilar este ineficient în acest caz.
Funcția receptorului, deoarece unii carbohidrați se găsesc în partea receptivă a receptorilor celulari (molecule de pe suprafața celulei sau molecule care sunt dizolvate în citoplasma celulară). Receptorul reacționează într-un mod special la o conexiune cu o moleculă chimică specifică care transmite un semnal extern și transmite acest semnal în celulă însăși.

Rolul biologic celuloza este:

Fibra este principala parte structurală a peretelui celular al plantei. Formată ca urmare a fotosintezei. Celuloza vegetală este hrană pentru ierbivore (de exemplu, rumegătoarele în corpul lor, fibrele sunt descompuse folosind enzima celulaza). Este destul de rar, deci formă pură Celuloza nu este utilizată pentru hrana umană.
Fibrele din alimente oferă unei persoane o senzație de sațietate și îmbunătățesc mobilitatea (peristalzia) intestinelor sale. Celuloza este capabilă să lege lichidul (până la zero virgulă patru grame de lichid per gram de celuloză). În intestinul gros este metabolizat de bacterii. Fibra este sudată fără participarea oxigenului (există un singur proces anaerob în organism). Rezultatul digestiei este formarea de gaze intestinale și zborul acizi grași. Mai mult Acești acizi sunt absorbiți de sânge și folosiți ca energie pentru organism. Iar cantitatea de acizi care nu sunt absorbiți și gazele intestinale măresc volumul fecalelor și accelerează intrarea acestuia în rect. De asemenea, energia acestor acizi este folosită pentru a crește cantitatea microfloră beneficăîn intestinul gros și îi susțin viața acolo. Când cantitate fibre alimentare crește în alimente, apoi volumul de util bacterii intestinale se îmbunătățește sinteza substanțelor vitaminice.
Dacă adăugați în mâncare între treizeci și patruzeci și cinci de grame de tărâțe (conțin fibre) din grâu, atunci fecale cresc de la șaptezeci și nouă de grame la două sute douăzeci și opt de grame pe zi, iar perioada de mișcare a acestora se reduce de la cincizeci și opt de ore la patruzeci de ore. Când fibrele sunt adăugate în mod regulat în alimente, scaunul devine mai moale, ceea ce ajută la prevenirea constipației și a hemoroizilor.
Când există multe fibre în alimente (de exemplu, tărâțe), atunci corpul persoana sanatoasa, și corpul pacientului diabet zaharat primul tip, devine mai rezistent la glucoză.
Fibrele, ca o perie, îndepărtează depunerile murdare de pe pereții intestinali și se absoarbe substante toxice, ia colesterolul și îl elimină tot din organism natural. Medicii au ajuns la concluzia că oamenii care mănâncă pâine de secară iar tărâțele sunt mai puțin susceptibile de a suferi de cancer de colon.

Cele mai multe fibre se găsesc în tărâțele din grâu și secară, în pâinea făcută din făină măcinată grosier, în pâinea făcută din proteine și tărâțe, în fructele uscate, morcovi, cereale și sfeclă.

Aplicații ale celulozei

Oamenii folosesc deja celuloza pentru o lungă perioadă de timp. În primul rând, materialul lemnos a fost folosit drept combustibil și plăci pentru construcții. Apoi, fibrele de bumbac, in și cânepă au fost folosite pentru a face diverse țesături. Pentru prima dată în industrie, prelucrarea chimică a materialului lemnos a început să fie practicată datorită dezvoltării producției de produse din hârtie.

În prezent, celuloza este utilizată în diverse domenii industriale. Și tocmai pentru nevoile industriale se obține în principal din materii prime lemnoase. Celuloza este utilizată în producția de produse din celuloză și hârtie, în producția de diverse țesături, în medicină, în producția de lacuri, în producția de sticlă organică și în alte domenii ale industriei.

Să luăm în considerare aplicarea sa mai detaliat

Acetatul de mătase se obține din celuloză și se realizează esterii acesteia, fibre nenaturale și o peliculă de acetat de celuloză, care nu arde. Praful de pușcă fără fum este fabricat din piroxilină. Celuloza este folosită pentru a face pelicule medicale groase (colodion) și celuloid (plastic) pentru jucării, pelicule și pelicule fotografice. Ei fac fire, funii, vată, diverse tipuri carton, material de constructii pentru constructii navale si constructii de case. De asemenea, primesc glucoză (în scopuri medicale) și alcool etilic. Celuloza este folosită atât ca materie primă, cât și ca substanță pentru prelucrarea chimică.

Este nevoie de multă glucoză pentru a face hârtie. Hârtia este un strat subțire fibros de celuloză care a fost dimensionat și presat folosind un echipament special pentru a produce o suprafață subțire, densă și netedă a produsului din hârtie (cerneala nu trebuie să curgă peste ea). La început, pentru crearea hârtiei s-a folosit numai material de origine vegetală, din aceasta se extrageau mecanic fibrele necesare (tulpini de orez, bumbac, cârpe).

Dar tipărirea cărților s-a dezvoltat într-un ritm foarte rapid, au început să apară și ziare, așa că hârtia astfel produsă nu a mai fost suficientă. Oamenii au aflat că lemnul conține multe fibre, așa că au început să adauge materii prime lemnoase măcinate la masa vegetală din care se făcea hârtie. Dar această hârtie a fost ruptă rapid și a devenit galbenă într-un timp foarte lung. timp scurt, mai ales atunci când este expus la lumină pentru o perioadă lungă de timp.

Prin urmare, au început să se dezvolte metode diferite prelucrarea materialului lemnos cu substanțe chimice care fac posibilă extragerea celulozei purificate din diverse impurități din acesta.

Pentru a obține celuloză, așchiile de lemn sunt fierte într-o soluție de reactivi (acizi sau alcalini) timp îndelungat, apoi lichidul rezultat este purificat. Așa se produce celuloza pură.

Reactivii acizi includ acid sulfuros; acesta este utilizat pentru a produce celuloză din lemn cu o cantitate mică de rășină.

Reactivii alcalini includ:

reactivii de sodă asigură producerea de celuloză din foioase și anuale (o astfel de celuloză este destul de scumpă);
reactivi cu sulfat, dintre care cel mai comun este sulfatul de sodiu (baza pentru producerea de lichid alb și este deja folosit ca reactiv pentru producerea de celuloză din orice plantă).

După toate etapele de producție, hârtia este utilizată pentru producția de ambalaje, cărți și produse de papetărie.

Din toate cele de mai sus, putem concluziona că celuloza (fibre) are o valoare importantă de curățare și vindecare pentru intestinele umane și este, de asemenea, utilizată în multe domenii ale industriei.

Structura.

Formula moleculară a celulozei este (-C 6 H 10 O 5 -) n, ca cea a amidonului. Celuloza este, de asemenea, un polimer natural. Macromolecula sa constă din multe reziduuri de molecule de glucoză. Poate apărea întrebarea: de ce amidonul și celuloza - substanțe cu aceeași formulă moleculară - au proprietăți diferite?

Când luăm în considerare polimerii sintetici, am aflat deja că proprietățile lor depind de numărul de unități elementare și de structura lor. Aceeași situație se aplică polimerilor naturali. Se dovedește că gradul de polimerizare al celulozei este mult mai mare decât cel al amidonului. În plus, comparând structurile acestor polimeri naturali, s-a stabilit că macromoleculele de celuloză, spre deosebire de amidon, constau din reziduuri ale moleculei de b-glucoză și au doar o structură liniară. Macromoleculele de celuloză sunt situate într-o singură direcție și formează fibre (in, bumbac, cânepă).

Fiecare reziduu al unei molecule de glucoză conține trei grupări hidroxil.

Proprietăți fizice .

Celuloza este o substanță fibroasă. Nu se topește și nu intră în stare de vapori: când este încălzită la aproximativ 350 o C, celuloza se descompune - se carbonizează. Celuloza este insolubilă în apă sau în majoritatea altor solvenți anorganici și organici.

Incapacitatea celulozei de a se dizolva în apă este o proprietate neașteptată pentru o substanță care conține trei grupe hidroxil la fiecare șase atomi de carbon. Este bine cunoscut faptul că compușii polihidroxil sunt ușor solubili în apă. Insolubilitatea celulozei se explică prin faptul că fibrele sale sunt ca „mănunchiuri” de molecule paralele sub formă de fire conectate prin multe legături de hidrogen, care se formează ca urmare a interacțiunii grupărilor hidroxil. Solventul nu poate pătrunde în interiorul unui astfel de „mănunchi” și, prin urmare, moleculele nu se separă unele de altele.

Solventul pentru celuloză este reactivul lui Schweitzer - o soluție de hidroxid de cupru (II) cu amoniac, cu care interacționează simultan. Acizi concentrați (sulfuric, fosforic) și soluție concentrată De asemenea, clorura de zinc dizolvă celuloza, dar are loc descompunerea ei parțială (hidroliza), însoțită de scăderea greutății moleculare.

Proprietăți chimice .

Proprietățile chimice ale celulozei sunt determinate în primul rând de prezența grupărilor hidroxil. Acționând cu sodiu metalic, se poate obține alcoxid de celuloză n. Sub influența soluțiilor apoase concentrate de alcali, are loc așa-numita mercerizare - formarea parțială a alcoolaților de celuloză, ceea ce duce la umflarea fibrei și creșterea susceptibilității acesteia la coloranți. Ca urmare a oxidării, în macromolecula de celuloză apar un anumit număr de grupări carbonil și carboxil. Sub influența agenților oxidanți puternici, macromolecula se dezintegrează. Grupările hidroxil ale celulozei sunt capabile de alchilare și acilare, dând eteri și esteri.

Una dintre cele mai caracteristice proprietăți ale celulozei este capacitatea sa de a suferi hidroliză în prezența acizilor pentru a forma glucoză. Similar cu amidonul, hidroliza celulozei are loc în etape. Pe scurt, acest proces poate fi descris după cum urmează:

(C6H10O5) n + nH20 H2SO4_ nC6H12O6

Deoarece moleculele de celuloză conțin grupări hidroxil, aceasta este caracterizată prin reacții de esterificare. Dintre acestea, reacțiile celulozei cu acidul azotic și anhidrida acetică sunt de importanță practică.

Când celuloza reacţionează cu acidul azotic în prezenţa acidului sulfuric concentrat, în funcţie de condiţii, se formează dinitroceluloză şi trinitroceluloză, care sunt esteri:

Când celuloza reacţionează cu anhidrida acetică (în prezenţa acizilor acetic şi sulfuric), se obţine triacetilceluloză sau diacetilceluloză:

Pulpa arde. Aceasta produce monoxid de carbon (IV) și apă.

Când lemnul este încălzit fără acces la aer, celuloza și alte substanțe se descompun. Aceasta produce cărbune, metan, alcool metilic, acid acetic, acetonă și alte produse.

Chitanță.

Un exemplu de celuloză aproape pură este vata obținută din bumbac egrenat. Cea mai mare parte a celulozei este izolată din lemn, în care este conținută împreună cu alte substanțe. Cea mai comună metodă de producere a celulozei în țara noastră este așa-numita metodă cu sulfit. Conform acestei metode, lemnul zdrobit în prezența unei soluții de hidrosulfit de calciu Ca(HSO 3) 2 sau hidrosulfit de sodiu NaHSO 3 este încălzit în autoclave la o presiune de 0,5–0,6 MPa și la o temperatură de 150 o C. În acest caz , toate celelalte substanțe sunt distruse, iar celuloza este eliberată într-o formă relativ pură. Este spălat cu apă, uscat și trimis pentru prelucrare ulterioară, mai ales pentru producția de hârtie.

Aplicație.

Celuloza a fost folosită de oameni încă din cele mai vechi timpuri. La început, lemnul a fost folosit ca combustibil și material de construcție; apoi bumbacul, inul și alte fibre au început să fie folosite ca materii prime textile. Primele metode industriale de prelucrare chimică a lemnului au apărut în legătură cu dezvoltarea industriei hârtiei.

Hârtia este un strat subțire de fibre de fibre, comprimat și lipit pentru a crea rezistență mecanică, o suprafață netedă și pentru a preveni sângerarea cernelii. Inițial, pentru fabricarea hârtiei s-au folosit materiale vegetale, din care se putea obține fibrele necesare pur mecanic, s-au folosit și tulpini de orez (așa-numita hârtie de orez), bumbac și țesături uzate. Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea tipăririi cărților, sursele de materii prime enumerate au devenit insuficiente pentru a satisface cererea în creștere de hârtie. În special pentru tipărirea ziarelor se consumă multă hârtie, iar problema calității (alb, rezistență, durabilitate) pentru hârtia de ziar nu contează. Știind că lemnul este aproximativ 50% fibre, au început să adauge lemn măcinat la pasta de hârtie. O astfel de hârtie este fragilă și devine rapid galbenă (mai ales la lumină).

Pentru a îmbunătăți calitatea aditivilor pentru lemn pentru celuloza de hârtie, diverse moduri tratament chimic lemn, făcând posibilă obținerea din acesta celuloză mai mult sau mai puțin pură, eliberată de substanțele însoțitoare - lignină, rășini și altele. Pentru izolarea celulozei au fost propuse mai multe metode, dintre care vom lua în considerare metoda sulfitului.

Conform metodei sulfitului, lemnul zdrobit este „gătit” sub presiune cu hidrosulfit de calciu. În acest caz, substanțele însoțitoare se dizolvă, iar celuloza eliberată de impurități este separată prin filtrare. Soluțiile sulfitice rezultate sunt deșeuri în producția de hârtie. Cu toate acestea, datorită faptului că conțin, alături de alte substanțe, monozaharide capabile de fermentare, sunt folosite ca materie primă pentru producerea alcoolului etilic (așa-numitul alcool hidrolitic).

Celuloza este folosită nu numai ca materie primă în producția de hârtie, ci este folosită și pentru prelucrarea chimică ulterioară. Cea mai mare valoare au eteri și esteri de celuloză. Astfel, atunci când celuloza este expusă la un amestec de azot și acizi sulfuric se obţin nitraţi de celuloză. Toate sunt inflamabile și explozive. Numărul maxim de reziduuri de acid azotic care pot fi introduse în celuloză este de trei pentru fiecare unitate de glucoză:

N HNO3_ n

Produsul de esterificare completă - trinitrat de celuloză (trinitroceluloză) - trebuie să conțină 14,1% azot conform formulei. În practică, se obține un produs cu un conținut de azot puțin mai scăzut (12,5/13,5%), cunoscut în domeniu ca piroxelină. Când este tratată cu eter, piroxilina se gelatinizează; după ce solventul se evaporă, rămâne o masă compactă. Bucățile din această masă tăiate mărunt sunt pulbere fără fum.

Produsele de nitrare care conțin aproximativ 10% azot corespund ca compoziție cu dinitratul de celuloză: în tehnologie, un astfel de produs este cunoscut sub numele de coloxilină. Când este expus la un amestec de alcool și eter, se formează o soluție vâscoasă, așa-numitul colodion, folosit în medicină. Dacă adăugați camfor la o astfel de soluție (0,4 părți camfor la 1 parte coloxilină) și evaporați solventul, veți rămâne cu o peliculă flexibilă transparentă - celuloid. Din punct de vedere istoric, acesta este primul tip cunoscut de plastic. Încă din secolul trecut, celuloidul a fost utilizat pe scară largă ca material termoplastic convenabil pentru producerea multor produse (jucării, mercerie etc.). Utilizarea celuloidului în producția de film și lacuri nitro este deosebit de importantă. Un dezavantaj serios al acestui material este inflamabilitatea sa, astfel încât celuloidul este acum din ce în ce mai înlocuit de alte materiale, în special de acetați de celuloză.

Celuloza naturală, sau fibra, este principala substanță din care sunt construiți pereții celulelor vegetale și, prin urmare, materiile prime vegetale. diferite tipuri servește ca singura sursă de producție de celuloză. Celuloza este o polizaharidă naturală, ale cărei macromolecule sub formă de lanț liniar sunt construite din unități elementare de α-D-anhidro-glucopiranoză, interconectate prin 1-4 legături glucozidice. Formula empirică a celulozei este (C6H10O5)i, unde n este gradul de polimerizare.

Fiecare unitate elementară de celuloză, cu excepția unităților terminale, conține trei grupări hidroxil alcoolice. Prin urmare, formula celulozei este adesea prezentată ca [C6H7O2(OH)3]. La un capăt al macromoleculei de celuloză există o legătură care are hidroliză suplimentară a alcoolului secundar la al 4-lea atom de carbon, la celălalt există o legătură care are un hidroxil glucozidic (hemiacetal) liber la primul atom de carbon. Această legătură oferă celulozei proprietăți de restaurare (reducere).

Gradul de polimerizare (DP) al celulozei din lemn natural este în intervalul 6000-14.000 DP caracterizează lungimea macromoleculelor liniare de celuloză și, prin urmare, determină acele proprietăți ale celulozei care depind de lungimea lanțurilor de celuloză. Orice probă de celuloză constă din macromolecule de diferite lungimi, adică este polidispersă. Prin urmare, SP reprezintă de obicei gradul mediu de polimerizare. DP celulozei este legată de greutatea moleculară prin raportul DP = M/162, unde 162 este greutatea moleculară a unei unități elementare de celuloză. În fibrele naturale (membranele celulare), macromoleculele de celuloză asemănătoare lanțurilor liniare sunt combinate de hidrogen și forțe de legare intermoleculară în microfibrile de lungime nedefinită, cu un diametru de aproximativ 3,5 nm. Fiecare microfibrilă conține număr mare(aproximativ 100-200) lanțuri de celuloză situate de-a lungul axei microfibrilei. Microfibrilele, dispuse în spirală, formează agregate din mai multe microfibrile - fibrile, sau fire, cu un diametru de aproximativ 150 nm, din care sunt construite straturi. pereții celulari.

În funcție de modul de prelucrare a materiilor prime vegetale în timpul procesului de gătire, este posibil să se obțină produse cu randamente diferite, determinate de raportul dintre masa semifabricatului rezultat și greutatea materiei prime vegetale originale (% ). Un produs cu un randament de -80 până la 60% din greutatea materiei prime se numește semiceluloză, care se caracterizează printr-un conținut ridicat de lignină (15-20%). Lignina substanței intercelulare din hemiceluloză nu se dizolvă complet în timpul procesului de gătire (o parte din ea rămâne în hemiceluloză); fibrele sunt încă atât de ferm legate între ele încât trebuie folosită măcinarea mecanică pentru a le separa și a le transforma într-o masă fibroasă. Produsul cu un randament de 60 până la 50% se numește pastă cu randament ridicat (HYP). TsVV este separat în fibre fără măcinare mecanică prin spălare cu un jet de apă, dar conține totuși o cantitate semnificativă de lignină reziduală în pereții celulelor. Un produs cu un randament de 50 până la 40% se numește celuloză cu randament normal, care, în funcție de gradul de delignificare, care caracterizează procentul de lignină reziduală din pereții fibrelor, se împarte în celuloză tare (3-8% lignină). ), celuloză de duritate medie (1,3-3% lignină) și moale (mai puțin de 1,5% lignină).

În urma gătirii materiilor prime vegetale se obține celuloză nealbită, care este un produs cu alb relativ scăzut, care conține număr mai mare componente din lemn care însoțesc celuloza. Îndepărtarea lor din ele prin continuarea procesului de gătit este asociată cu distrugerea semnificativă a celulozei și, în consecință, cu o scădere a randamentului și cu deteriorarea proprietăților acesteia. Pentru a obtine celuloza cu alb mare - celuloza decolorata, cea mai eliberata de lignina si extractive, celuloza tehnica se decoloreaza cu reactivi chimici de albire. Pentru mai mult îndepărtarea completă celuloza hemicelulozică este supusă unui tratament alcalin suplimentar (rafinament), rezultând celuloză rafinată. Rafinarea este de obicei combinată cu procesul de albire. Celulozele moale și mediu-dure destinate atât producției de hârtie, cât și procesării chimice sunt supuse înălbirii și rafinarii.)

Semiceluloza, TsVV, celuloza nealbită cu randament normal, celuloza albită, semi-albită și celuloza rafinată sunt produse semifabricate fibroase care sunt utilizate pe scară largă aplicare practică pentru producerea unei game largi de tipuri de hârtie și carton. Aproximativ 93% din toată celuloza produsă în lume este procesată în aceste scopuri. Restul celulozei servește drept materie primă pentru prelucrarea chimică.

Pentru a caracteriza proprietățile și calitatea celulozei tehnice, care determină valoarea sa de consum, sunt utilizați o serie de indicatori diferiți. Să ne uităm la cele mai importante dintre ele.

Conținutul de pentozani în celulozele sulfit variază de la 4 la 7%, iar în celulozele sulfat de același grad de delignificare este de 10-11%. Prezența pentozanilor în celuloză ajută la creșterea rezistenței sale mecanice, îmbunătățește dimensionarea și măcinarea, prin urmare, conservarea lor mai completă în celuloză pentru producția de hârtie și carton are un efect benefic asupra calității produselor. Pentozanii sunt o impuritate nedorită din celuloză pentru prelucrarea chimică.

Conținutul de rășină din pulpa sulfit de lemn de esență moale este mare și ajunge la 1-1,5%, deoarece acidul de gătit sulfit nu dizolvă substanțele rășinoase ale lemnului. Soluțiile alcaline de gătit dizolvă rășinile, astfel încât conținutul lor în pulpa soluțiilor alcaline de gătit este mic și se ridică la 0,2-0,3%. Conținut ridicat Rășinile din celuloză, în special așa-numitul „gudron nociv”, creează probleme în producția de hârtie din cauza depunerilor de gudron lipicios pe echipamente.

Cifra de cupru caracterizează gradul de distrugere a celulozei în procesele de gătit, albire și rafinare. La sfârșitul fiecărei molecule de celuloză există o grupare aldehidă capabilă să reducă sărurile de oxid de cupru la oxid cupros, iar cu cât celuloza este degradată mai mult, cu atât mai mult cupru poate fi redus cu 100 g de celuloză în ceea ce privește greutatea absolut uscată. Oxidul cupros este transformat în cupru metal și exprimat în grame. Pentru celulozele moi numărul de cupru este mai mare decât pentru cele dure. Celuloza din pastul alcalin are un număr scăzut de cupru, aproximativ 1,0, sulfit - 1,5-2,5. Albirea și rafinarea reduc semnificativ numărul de cupru.

Gradul de polimerizare (DP) se determină prin măsurarea vâscozității soluțiilor de celuloză prin metoda vâscometrică. Celuloza tehnică este eterogenă și este un amestec de fracții cu greutate moleculară mare cu DP diferit. SP determinat exprimă lungimea medie a lanțurilor de celuloză și pt paste tehnice este în intervalul 4000--5500.

Proprietățile de rezistență mecanică ale celulozei sunt testate după măcinarea acesteia la un grad de măcinare de 60? SR. Rezistența la rupere, fractură, lovire și rupere este cel mai adesea determinată. În funcție de tipul de materie primă, metoda de producție, modul de prelucrare și alți factori, indicatorii enumerați pot varia în limite foarte largi. Proprietățile de formare a hârtiei sunt un set de proprietăți care determină obținerea calității necesare a hârtiei fabricate și sunt caracterizate de o serie de indicatori diferiți, de exemplu, comportamentul materialului fibros în procesele tehnologice de fabricare a hârtiei din acesta, influența asupra proprietăților pastei de hârtie rezultate și ale hârtiei finite.

Contaminarea celulozei se determină prin numărarea resturilor de pe ambele părți ale unei probe umede de plic de celuloză atunci când este iluminată de o sursă de lumină de o anumită putere și este exprimată prin numărul de resturi atribuit suprafeței 1 și 1. De exemplu, conținutul de pete pentru diferite pulpe albite, permis de standarde, poate varia de la 160 la 450 de bucăți pe 1 m2, iar pentru celuloze nealbite - de la 2000 la 4000 de bucăți.

Celuloza tehnică nealbită este potrivită pentru fabricarea multor tipuri de produse - hârtie de ziar și sac, carton, etc. Pentru a obține cele mai înalte grade de hârtie de scris și de tipar, acolo unde este necesară o albitate sporită, se folosește celuloză mediu-dură și moale, care este albit cu reactivi chimici, de exemplu clor, dioxid de clor, hipoclorit de calciu sau de sodiu, peroxid de hidrogen.

Celuloză special purificată (rafinată) care conține 92-97% alfa celuloză (adică o fracțiune de celuloză insolubilă în 17,5% soluție apoasă sodă caustică) este folosită la fabricarea fibrelor chimice, inclusiv mătase de viscoză și fibre de snur de viscoză de înaltă rezistență pentru producția de anvelope de automobile.

Celuloza este derivată din două substanțe naturale: lemn și bumbac. În plante efectuează functie importanta, le oferă flexibilitate și putere.

Unde se gaseste substanta?

Celuloza este o substanță naturală. Plantele sunt capabile să-l producă singure. Conține: hidrogen, oxigen, carbon.

Plantele produc zahăr sub influența luminii solare, acesta este procesat de celule și permite fibrelor să reziste la sarcini mari de la vânt. Celuloza este o substanță implicată în procesul de fotosinteză. Dacă presărați apă cu zahăr pe o tăietură de lemn proaspăt, lichidul va fi absorbit rapid.

Începe producția de celuloză. Acest mod natural producția sa este luată ca bază pentru producția de țesătură de bumbac la scară industrială. Există mai multe metode prin care se obține pulpă de calitate diferită.

Metoda de fabricatie nr 1

Se produce celuloza metoda naturala- din seminte de bumbac. Firele de păr sunt colectate prin mecanisme automate, dar este necesar perioadă lungă cresterea unei plante. Țesătura produsă în acest fel este considerată cea mai pură.

Celuloza poate fi obținută mai rapid din fibrele de lemn. Cu toate acestea, cu această metodă, calitatea este mult mai proastă. Acest material este potrivit numai pentru producția de plastic fără fibre, celofan. Din astfel de material pot fi produse și fibre artificiale.

Chitanța naturală

Producția de celuloză din semințe de bumbac începe cu separarea fibrelor lungi. Acest material este folosit pentru a face țesături de bumbac. Se numesc piese mici, mai mici de 1,5 cm

Sunt potrivite pentru producerea de celuloză. Piesele asamblate sunt încălzite sub presiune mare. Durata procesului poate fi de până la 6 ore. Înainte de a încălzi materialul, i se adaugă hidroxid de sodiu.

Substanța rezultată trebuie spălată. Pentru aceasta se folosește clorul, care și albire. Compoziția celulozei cu această metodă este cea mai pură (99%).

Metoda de fabricație nr. 2 din lemn

Pentru a obține 80-97% din celuloză, se folosesc așchii de conifere, chimicale. Întreaga masă este amestecată și supusă unui tratament termic. Ca urmare a gătirii, substanța necesară este eliberată.

Se amestecă bisulfit de calciu, dioxid de sulf și pastă de lemn. Celuloza din amestecul rezultat nu depășește 50%. Ca rezultat al reacției, hidrocarburile și ligninele se dizolvă în lichid. Materialul solid trece printr-o etapă de purificare.

Rezultatul este o masă care amintește de hârtia de calitate scăzută. Acest material servește drept bază pentru fabricarea substanțelor:

Eteri.
Celofan.
Fibră de viscoză.

Ce se produce din material valoros?

Este fibros, ceea ce îi permite să fie folosit pentru a face îmbrăcăminte. Materialul din bumbac este 99,8% produs natural, obținut prin metoda naturală dată mai sus. Ca rezultat, poate fi folosit și pentru a produce explozibili reacție chimică. Celuloza este activă atunci când i se aplică acizi.

Proprietățile celulozei sunt aplicabile producției de textile. Deci, fibre artificiale sunt fabricate din el, care amintesc de țesăturile naturale în aspect și atingere:

vascoza si;
blana artificiala;
mătase cupru-amoniac.

Fabricat în principal din celuloză de lemn:

lacuri;
film fotografic;
produse din hârtie;
materiale plastice;
bureti pentru spalarea vaselor;
pulbere fără fum.

Ca rezultat al unei reacții chimice din celuloză, se obține următoarele:

trinitroceluloză;
dinitrofibră;
glucoză;
combustibil lichid.

Celuloza poate fi folosită și în alimente. Unele plante (țelină, salată verde, tărâțe) își conțin fibrele. De asemenea, servește ca material pentru producția de amidon. Ei au învățat deja cum să facă fire subțiri din ea - pânza de păianjen artificială este foarte puternică și nu se întinde.

Formula chimică a celulozei este C6H10O5. Este o polizaharidă. Este realizat din:

vată medicală;
bandaje;
tampoane;
carton, PAL;
aditiv alimentar E460.

Avantajele substanței

Celuloza poate rezista temperaturi ridicate până la 200 de grade. Moleculele nu se descompun, ceea ce face posibilă realizarea de vase de plastic din el. reutilizabile. În același timp, rămâne calitate importantă- elasticitate.

Celuloza rezistă expunere pe termen lung acizi Absolut insolubil în apă. Nu este digerabil corpul uman, este folosit ca sorbant.

Celuloza microcristalină este utilizată în medicina alternativa ca produs de curățare sistemul digestiv. Substanța pudră acționează ca un aditiv alimentar pentru a reduce conținutul de calorii al preparatelor consumate. Acest lucru ajută la eliminarea toxinelor, reduce glicemia și colesterolul.

Metoda de fabricatie nr 3 - industriala

La locurile de producție, celuloza este preparată prin gătit în diferite medii. Materialul folosit - tipul de lemn - depinde de tipul de reactiv:

Roci rășinoase.
Copaci foioase.
Plante.

Există mai multe tipuri de reactivi de gătit:

În caz contrar, metoda este denumită sulfit. Soluția folosită este o sare a acidului sulfuros sau amestecul său lichid. În această opțiune de producție, celuloza este izolată din speciile de conifere. Bradul și molidul sunt bine prelucrate.
Mediul alcalin sau metoda sodă se bazează pe utilizarea hidroxidului de sodiu. Soluția separă eficient celuloza de fibrele vegetale (tulpini de porumb) și copaci (în principal copaci de foioase).
Utilizarea simultană a hidroxidului de sodiu și a sulfurei de sodiu este utilizată în metoda sulfatului. Este utilizat pe scară largă în producția de sulfură albă. Tehnologia este destul de negativă pentru mediu din cauza reacțiilor chimice terțe rezultate.

Ultima metodă este cea mai comună datorită versatilității sale: celuloza poate fi obținută din aproape orice copac. Cu toate acestea, puritatea materialului nu este complet ridicată după o singură gătire. Impuritățile sunt îndepărtate prin reacții suplimentare:

hemicelulozele sunt îndepărtate cu soluții alcaline;
macromoleculele de lignină și produsele distrugerii lor se îndepărtează cu clor urmat de tratament cu alcali.

Valoare nutritivă

Amidonul și celuloza au o structură similară. În urma experimentelor, a fost posibil să se obțină un produs din fibre necomestibile. O persoană are nevoie de el în mod constant. Alimentele consumate constă din mai mult de 20% amidon.

Oamenii de știință au reușit să obțină substanța amiloză din celuloză, care are un efect pozitiv asupra stării corpului uman. În același timp, glucoza este eliberată în timpul reacției. Se dovedește producție fără deșeuri— ultima substanță este trimisă pentru producerea de etanol. Amiloza servește și ca mijloc de prevenire a obezității.

Ca rezultat al reacției, celuloza rămâne în stare solidă, depunându-se pe fundul vasului. Componentele rămase sunt îndepărtate folosind nanoparticule magnetice sau dizolvate și îndepărtate cu lichid.

Tipuri de substanțe la vânzare

Furnizorii oferă celuloză calitate diferită la preturi rezonabile. Enumerăm principalele tipuri de materiale:

Sulfat de celuloză alb, realizat din două tipuri de lemn: conifere și foioase. Există materiale nealbite utilizate în materialul de ambalare, hârtie de calitate scăzută pentru izolare și alte scopuri.
Sulfitul este disponibil și în alb, realizat din conifere.
Materialul cu pulbere albă este potrivit pentru producerea de substanțe medicale.
Celuloza de calitate premium este produsă prin albire fără clor. Coniferele sunt folosite ca materii prime. Pulpa de lemn constă dintr-o combinație de așchii de molid și pin într-un raport de 20/80%. Puritatea materialului rezultat este cea mai mare. Este potrivit pentru producerea de materiale sterile utilizate în medicină.

Pentru a selecta o celuloză potrivită, se folosesc criterii standard: puritatea materialului, rezistența la tracțiune, lungimea fibrei, indicele de rezistență la rupere. Starea chimică sau agresivitatea mediului extras de apă și umiditatea sunt de asemenea indicate cantitativ. Pentru celuloza furnizată sub formă de pastă albită sunt aplicabili și alți indicatori: volum specific, luminozitate, mărime de măcinare, rezistență la tracțiune, grad de puritate.

Un indicator important pentru masa celulozei este indicele de rezistență la rupere. Scopul materialelor produse depinde de acesta. Luați în considerare materia primă folosită și umiditatea. Nivelul de gudron și grăsimi este, de asemenea, important. Uniformitatea pulberii este importantă cu siguranță procese tehnologice. În scopuri similare, se evaluează vâscozitatea și rezistența la compresiune a materialului sub formă de foi.

Un carbohidrat complex din grupul de polizaharide care face parte din peretele celular al plantelor se numește celuloză sau fibre. Substanța a fost descoperită în 1838 de chimistul francez Anselme Payen. Formula celulozei este (C 6 H 10 O 5) n.

Structura

În ciuda caracteristicilor comune, celuloza diferă de celelalte polizaharidă vegetală- amidon. Molecula de celuloză este un lanț lung, exclusiv neramificat de zaharide. Spre deosebire de amidon, care constă din reziduuri de α-glucoză, acesta include multe resturi de β-glucoză legate între ele.

Datorită structurii liniare dense a moleculelor, acestea formează fibre.

Orez. 1. Structura moleculei de celuloză.

Celuloza are grad mai mare polimerizare decât amidonul.

Chitanță

În condiții industriale, celuloza se fierbe din lemn (așchii). În acest scop, se folosesc reactivi acizi sau alcalini. De exemplu, hidrosulfit de sodiu, hidroxid de sodiu, leșie.

Ca rezultat al gătirii, se formează celuloză cu un amestec de compuși organici. Pentru a o curăța, utilizați o soluție alcalină.

Proprietăți fizice

Fibra este o substanță fibroasă solidă, albă, fără gust. Celuloza este slab solubilă în apă și solvenți organici. Se dizolvă în reactivul lui Schweitzer - o soluție de amoniac de hidroxid de cupru (II).

Proprietăți fizice de bază:

distrus la 200°C;
arde la 275°C;
se autoaprinde la 420°C;
se topește la 467°C.

În natură, celuloza se găsește în plante. Se formează în timpul fotosintezei și îndeplinește o funcție structurală la plante. Este un aditiv alimentar E460.

Orez. 2. Peretele celular vegetal.

Proprietăți chimice

Datorită prezenței a trei grupări hidroxil într-o singură zaharidă, fibra prezintă proprietățile alcoolilor polihidroxilici și este capabilă să intre în reacții de esterificare pentru a forma esteri. Când este descompus fără oxigen, se descompune în cărbune, apă și compuși organici volatili.

De bază proprietăți chimice fibrele sunt prezentate în tabel.

*Reacţie*	*Descriere*	*Ecuaţie*
Hidroliză	Apare atunci când este încălzit într-un mediu acid cu formare de glucoză	(C6H10O5) n + nH2O (t°, H2SO4) → nC6H12O6
Cu anhidridă acetică	Formarea triacetilcelulozei în prezența acizilor sulfuric și acetic	(C 6 H 10 O 5) n + 3nCH 3 COOH (H 2 SO 4) → (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3nH 2 O
Nitrare	Reacționează cu acidul azotic concentrat la temperatură obișnuită. Se formează un ester - trinitrat de celuloză sau piroxilină, folosită pentru a face pulbere fără fum	(C6H10O5) n + nHNO3 (H2SO4) → n
	Are loc oxidarea completă la dioxid de carbon și apă	(C 6 H 10 O 5) n + 6nO 2 (t°) → 6nCO 2 + 5nH 2 O

Orez. 3. Piroxilină.

Celuloza este utilizată în principal pentru fabricarea hârtiei, precum și pentru producerea de esteri, alcooli și glucoză.

Ce am învățat?

Celuloza sau fibra este un polimer din clasa carbohidraților, format din reziduuri de β-glucoză. Parte a pereților celulari ai plantei. Este o substanță albă, fără gust, care formează fibre care sunt slab solubile în apă și solvenți organici. Celuloza este izolată din lemn prin gătit. Compusul suferă reacții de esterificare și hidroliză și se poate descompune în absența aerului. Când se descompune complet, formează apă și dioxid de carbon.