Celulóza distribuovaná v prírode. Technická celulóza a jej využitie

Celý náš život nás obklopuje veľké množstvo predmety - kartónové škatule, ofsetový papier, celofánové vrecká, viskózové oblečenie, bambusové uteráky a mnoho ďalšieho. Málokto však vie, že pri ich výrobe sa aktívne používa celulóza. Čo je to za skutočne magickú látku, bez ktorej takmer žiadna moderna priemyselný podnik? V tomto článku si povieme o vlastnostiach celulózy, jej použití v rôznych odboroch, ako aj to, z čoho je extrahovaný a čo to je chemický vzorec. Začnime možno od začiatku.

Detekcia látok

Vzorec celulózy objavil francúzsky chemik Anselme Payen počas pokusov o rozdeľovaní dreva na jeho zložky. Po ošetrení kyselinou dusičnou vedec zistil, že počas chemická reakcia vzniká vláknitá látka podobná bavlne. Po dôkladnej analýze výsledného materiálu získal Payen chemický vzorec celulózy - C6H10O5. Popis procesu bol publikovaný v roku 1838 a jeho vlastný vedecké meno látka bola prijatá v roku 1839.

Dary prírody

Dnes je s istotou známe, že takmer všetky mäkké časti rastlín a živočíchov obsahujú určité množstvo celulózy. Napríklad rastliny potrebujú túto látku na normálny rast a vývoj, presnejšie na tvorbu membrán novovytvorených buniek. Zložením patrí medzi polysacharidy.

V priemysle sa spravidla získava prírodná celulóza z ihličnatých a listnatých stromov - suché drevo obsahuje až 60% tejto látky, ako aj spracovaním bavlneného odpadu, ktorý obsahuje asi 90% celulózy.

Je známe, že ak sa drevo zahrieva vo vákuu, teda bez prístupu vzduchu, dochádza k tepelnému rozkladu celulózy, čím vzniká acetón, metylalkohol, voda, octová kyselina a drevené uhlie.

Napriek bohatej flóre planéty už nie je dostatok lesov na produkciu množstva chemických vlákien potrebných pre priemysel – použitie celulózy je príliš rozsiahle. Preto sa stále viac získava zo slamy, tŕstia, kukuričných stoniek, bambusu a tŕstia.

Syntetická celulóza s použitím rôznych technologických procesov pochádza z uhlia, ropy, zemného plynu a bridlice.

Z lesa do dielní

Pozrime sa na extrakciu technickej celulózy z dreva – ide o zložitý, zaujímavý a zdĺhavý proces. V prvom rade sa drevo dovezie do výroby, nareže sa na veľké úlomky a odstráni sa kôra.

Očistené tyčinky sa potom spracujú na štiepky a triedia, potom sa varia v lúhu. Výsledná celulóza sa oddelí od alkálie, potom sa vysuší, nareže a zabalí na prepravu.

Chémia a fyzika

Aké chemické a fyzikálne tajomstvá sa ukrývajú vo vlastnostiach celulózy okrem toho, že ide o polysacharid? V prvom rade táto látka biely. Ľahko sa zapaľuje a dobre horí. Rozpúšťa sa v komplexných zlúčeninách vody s hydroxidmi určitých kovov (meď, nikel), s amínmi, ako aj v kyselinách sírových a fosforečných, koncentrovaný roztok chlorid zinočnatý.

Celulóza sa nerozpúšťa v dostupných domácich rozpúšťadlách a bežnej vode. Stáva sa to preto, že dlhé vláknité molekuly tejto látky sú spojené do zvláštnych zväzkov a sú umiestnené navzájom paralelne. Celá táto „štruktúra“ je navyše posilnená vodíkovými väzbami, a preto molekuly slabého rozpúšťadla alebo vody jednoducho nemôžu preniknúť dovnútra a zničiť tento silný plexus.

Najtenšie nite, ktorých dĺžka sa pohybuje od 3 do 35 milimetrov, spojené do zväzkov - takto môžete schematicky znázorniť štruktúru celulózy. Dlhé vlákna sa využívajú v textilnom priemysle, krátke vlákna sa využívajú pri výrobe napríklad papiera a kartónu.

Celulóza sa neroztopí ani nepremení na paru, ale pri zahriatí nad 150 stupňov Celzia sa začne rozkladať, pričom sa uvoľňujú zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou – vodík, metán a oxid uhoľnatý (oxid uhoľnatý). Pri teplotách 350 o C a vyšších dochádza k zuhoľnateniu celulózy.

Zmena k lepšiemu

Chemické symboly tak opisujú celulózu, ktorej štruktúrny vzorec jasne ukazuje molekulu polyméru s dlhým reťazcom pozostávajúcu z opakujúcich sa glukozidových zvyškov. Všimnite si „n“ označujúce ich veľký počet.

Mimochodom, vzorec pre celulózu, odvodený od Anselma Payena, prešiel niekoľkými zmenami. V roku 1934 anglický organický chemik, laureát nobelová cena Walter Norman Haworth študoval vlastnosti škrobu, laktózy a iných cukrov vrátane celulózy. Keď objavil schopnosť tejto látky hydrolyzovať, vykonal vlastné úpravy Payenovho výskumu a vzorec celulózy bol doplnený o hodnotu „n“, čo naznačuje prítomnosť glykozidických zvyškov. Momentálne to vyzerá takto: (C 5 H 10 O 5) n.

Étery celulózy

Je dôležité, aby molekuly celulózy obsahovali hydroxylové skupiny, ktoré môžu byť alkylované a acylované za vzniku rôznych esterov. Toto je ďalší z najdôležitejšie vlastnosti ktorú celulóza má. Štruktúrny vzorec rôznych zlúčenín môže vyzerať takto:

Étery celulózy sú jednoduché alebo zložité. Jednoduché sú metyl-, hydroxypropyl-, karboxymetyl-, etyl-, metylhydroxypropyl- a kyanoetylcelulóza. Komplexné sú dusičnany, sírany a acetáty celulózy, ako aj acetopropionáty, acetylftalylcelulóza a acetobutyráty. Všetky tieto étery sa vyrábajú takmer vo všetkých krajinách sveta v stovkách tisíc ton ročne.

Od fotografického filmu po zubnú pastu

Na čo sú? Spravidla sa étery celulózy široko používajú na výrobu umelých vlákien, rôznych plastov, všetkých druhov filmov (vrátane fotografických), lakov, farieb a používajú sa aj vo vojenskom priemysle na výrobu tuhého raketového paliva, bezdymového prášku a výbušniny.

Okrem toho sú celulózové étery obsiahnuté v sadrových a sadrovo-cementových zmesiach, farbách na tkaniny, zubných pastách, rôznych lepidlách, syntetických čistiace prostriedky, parfumy a kozmetika. Jedným slovom, keby vzorec celulózy nebol objavený už v roku 1838, moderných ľudí by nemal veľa výhod civilizácie.

Takmer dvojičky

Len málo z nich Obyčajní ľudia vie, že celulóza má akési dvojča. Vzorec celulózy a škrobu je rovnaký, ale ide o dve úplne odlišné látky. Aký je rozdiel? Napriek skutočnosti, že obe tieto látky sú prírodné polyméry, stupeň polymerizácie škrobu je oveľa nižší ako stupeň polymerizácie celulózy. A ak budete tápať ďalej a porovnávať štruktúry týchto látok, zistíte, že makromolekuly celulózy sú usporiadané lineárne a len jedným smerom, čím vznikajú vlákna, zatiaľ čo mikročastice škrobu vyzerajú trochu inak.

Oblasti použitia

Jeden z najlepších vizuálnych príkladov prakticky čistej celulózy je obyčajná lekárska vata. Ako viete, získava sa zo starostlivo vyčistenej bavlny.

Druhým, nemenej používaným celulózovým produktom je papier. V skutočnosti ide o tenkú vrstvu celulózových vlákien, starostlivo zlisovaných a zlepených dohromady.

Okrem toho sa z celulózy vyrába viskózová tkanina, ktorá sa pod šikovnými rukami remeselníkov magicky mení na krásne šaty, čalúnenie pre čalúnený nábytok a rôzne ozdobné závesy. Viskóza sa používa aj na výrobu technických pásov, filtrov a kordov pneumatík.

Nezabudnime ani na celofán, ktorý sa vyrába z viskózy. Je ťažké si bez nej predstaviť supermarkety, obchody, baliace oddelenia pôšt. Celofán je všade: sú v ňom zabalené cukríky, sú v ňom balené cereálie, pekárenské výrobky, ako aj tablety, pančuchy a akékoľvek vybavenie, od mobilný telefón a končiac diaľkovým ovládačom k TV.

Okrem toho je v tabletách na chudnutie zahrnutá čistá mikrokryštalická celulóza. Keď sa dostanú do žalúdka, napučiavajú a vytvárajú pocit plnosti. Množstvo jedla skonzumovaného za deň sa výrazne zníži, a teda aj hmotnosť.

Ako môžete vidieť, objav celulózy urobil skutočnú revolúciu nielen v chemickom priemysle, ale aj v medicíne.

Mäkká časť rastlín a živočíchov obsahuje hlavne celulóza Celulóza je to, čo dáva rastlinám pružnosť. Celulóza (vláknina) je rastlinný polysacharid, ktorý je najbežnejšou organickou látkou na Zemi.

Takmer všetky zelené rastliny produkujú celulózu pre svoje potreby. Obsahuje rovnaké prvky ako cukor, teda uhlík, vodík a kyslík. Tieto prvky sú prítomné vo vzduchu a vo vode. Cukor sa tvorí v listoch a po rozpustení v šťave sa šíri po celej rastline. Hlavná časť cukru sa používa na podporu rastu rastlín a obnovy, zvyšok cukru sa premieňa na celulózu. Rastlina ho používa na vytvorenie obalu nových buniek.

Rozpustenie celulózy v Schweitzerovom činidle

Čo je celulóza?

Celulóza je jedným z tých prírodných produktov, ktoré je takmer nemožné získať umelo. Ale používame ho v rôznych oblastiach. Človek prijíma celulózu z rastlín aj po ich odumretí a úplná absencia je v nich vlhkosť. Napríklad divoká bavlna je jednou z najčistejších foriem prírodnej celulózy, ktorú ľudia používajú na výrobu odevov.

Celulóza je súčasťou rastlín používaných ľuďmi ako potravinové produkty – šalát, zeler a otruby. Ľudské telo nie je schopné stráviť celulózu, ale je užitočná ako „krmivo“ v ľudskej strave. Žalúdky niektorých zvierat, ako sú ovce a ťavy, obsahujú baktérie, ktoré týmto zvieratám umožňujú tráviť celulózu.

Zrážanie celulózy kyselinou

Celulóza je cenná surovina

Celulóza je cenná surovina, z ktorej ľudia získavajú rôzne produkty. Bavlna, ktorá obsahuje 99,8 % celulózy, je pozoruhodným príkladom toho, čo človek dokáže vyrobiť z celulózového vlákna. Ak sa bavlna ošetrí zmesou kyseliny dusičnej a sírovej, získame pyroxylín, ktorý je výbušninou.

Po rôznych chemické ošetrenie celulózu možno použiť na výrobu iných produktov. Medzi nimi: základ pre fotografický film, prísady do lakov, viskózové vlákna na výrobu tkanín, celofán a iné plastové materiály. Celulóza sa používa aj pri výrobe papiera.

V súčasnosti majú priemyselný význam len dva zdroje celulózy – bavlna a drevná buničina. Bavlna je takmer čistá celulóza a nevyžaduje zložité spracovanie, aby sa stala východiskovým materiálom pre umelé vlákna a nevláknové plasty. Po oddelení dlhých vlákien používaných na výrobu bavlnených tkanín od bavlneného semena zostanú krátke chĺpky alebo „chlpy“ (bavlnené chmýří) dlhé 10–15 mm. Žmolka sa oddelí od semena, zahrieva sa pod tlakom 2 až 6 hodín s 2,5 až 3 % roztokom hydroxidu sodného, ​​potom sa premyje, vybieli chlórom, znova sa premyje a vysuší. Výsledným produktom je 99% čistá celulóza. Výťažok je 80 % (hm.) chuchvalcov, zvyšok tvorí lignín, tuky, vosky, pektáty a šupky semien. Drevná buničina sa zvyčajne vyrába z dreva ihličnatých stromov. Obsahuje 50–60 % celulózy, 25–35 % lignínu a 10–15 % hemicelulóz a necelulózových uhľovodíkov. Pri sulfitovom procese sa drevené štiepky varia pod tlakom (asi 0,5 MPa) pri 140 °C s oxidom siričitým a hydrogénsiričitanom vápenatým. V tomto prípade ligníny a uhľovodíky prechádzajú do roztoku a zostáva celulóza. Po umytí a vybielení sa vyčistená hmota odleje do voľného papiera, podobného pijavému papieru, a vysuší. Táto hmota pozostáva z 88–97 % celulózy a je celkom vhodná na chemické spracovanie na viskózové vlákno a celofán, ako aj deriváty celulózy – estery a étery.

Proces regenerácie celulózy z roztoku pridaním kyseliny do jej koncentrovaného medeno-amónneho (t. j. obsahujúceho síran meďnatý a hydroxid amónny) vodného roztoku bol opísaný Angličanom J. Mercerom okolo roku 1844. Ale prvé priemyselné využitie tejto metódy, ktoré značilo začiatok priemyslu medeno-amónnych vlákien sa pripisuje E. Schweitzerovi (1857) a o jeho ďalší rozvoj sa zaslúžili M. Kramer a I. Schlossberger (1858). A až v roku 1892 Cross, Bevin a Beadle v Anglicku vynašli spôsob výroby viskózového vlákna: viskózny (odtiaľ názov viskóza) vodný roztok celulózy sa získal po úprave celulózy najprv silným roztokom hydroxidu sodného, ​​ktorý dal „sódu“. celulózou“ a potom sírouhlíkom (CS 2), čo vedie k rozpustnému xantátu celulózy. Vytláčaním prúdu tohto „zvlákňovacieho“ roztoku cez zvlákňovaciu dýzu s malým okrúhlym otvorom do kyslého kúpeľa sa regenerovala celulóza vo forme vlákna z hodvábu. Keď sa roztok vytlačil do toho istého kúpeľa cez matricu s úzkou štrbinou, získal sa film nazývaný celofán. J. Brandenberger, ktorý na tejto technológii pracoval vo Francúzsku v rokoch 1908 až 1912, ako prvý patentoval kontinuálny proces výroby celofánu.

Chemická štruktúra.

Napriek širokému priemyselnému využívaniu celulózy a jej derivátov bol v súčasnosti akceptovaný chemický štruktúrny vzorec celulózy navrhnutý (W. Haworth) až v roku 1934. Od roku 1913 však jeho empirický vzorec C 6 H 10 O 5, stanovený kvantitatívnou analýzou, boli známe dobre premyté a vysušené vzorky: 44,4 % C, 6,2 % H a 49,4 % O. Vďaka práci G. Staudingera a K. Freudenberga bolo tiež známe, že ide o molekulu polyméru s dlhým reťazcom pozostávajúci z znázornené na obr. 1 opakujúce sa glukozidové zvyšky. Každá jednotka má tri hydroxylové skupiny – jednu primárnu (– CH 2 CH OH) a dve sekundárne (> CH CH OH). Do roku 1920 E. Fisher stanovil štruktúru jednoduchých cukrov a v tom istom roku röntgenové štúdie celulózy prvýkrát ukázali jasný difrakčný obrazec jej vlákien. Röntgenový difrakčný obraz bavlneného vlákna ukazuje jasnú kryštalickú orientáciu, ale ľanové vlákno je ešte viac usporiadané. Keď sa celulóza regeneruje do formy vlákna, kryštalinita sa do značnej miery stratí. Aké ľahké je vidieť vo svetle úspechov moderná veda, štruktúrna chémia celulóza prakticky stála od roku 1860 do roku 1920 z toho dôvodu, že po celý tento čas zostali pomocné vedné disciplíny potrebné na riešenie problému v plienkach.

REGENEROVANÁ CELULÓZA

Viskózové vlákno a celofán.

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

Viskózové vlákno, získané vytláčaním viskózy cez malé otvory zvlákňovacej dýzy do kyslého roztoku, sa široko používa na výrobu odevov, závesov a poťahových látok, ako aj v technológii. Značné množstvo viskózového vlákna sa používa na technické pásy, pásky, filtre a pneumatiky.

celofán.

Celofán, získaný vytláčaním viskózy do kyslého kúpeľa cez zvlákňovaciu dýzu s úzkou štrbinou, potom prechádza cez umývacie, bieliace a plastifikačné kúpele, prechádza cez sušiace bubny a navíja sa do kotúča. Povrch celofánovej fólie je takmer vždy potiahnutý nitrocelulózou, živicou, nejakým druhom vosku alebo laku, aby sa znížila priepustnosť vodných pár a poskytla možnosť tepelného zatavenia, keďže nepotiahnutý celofán nemá vlastnosť termoplasticity. V modernej výrobe sa na to používajú polymérne povlaky typu polyvinylidénchlorid, pretože sú v menšej miere sú priepustné pre vlhkosť a poskytujú odolnejšie spojenie počas tepelného zvárania.

Celofán je široko používaný hlavne v obalovom priemysle ako obalový materiál pre suchý tovar, produkty na jedenie, tabakové výrobky, a tiež ako základ pre samolepiacu baliacu pásku.

Viskózová špongia.

Okrem vytvárania vlákna alebo filmu môže byť viskóza zmiešaná s vhodnými vláknitými a jemne kryštalickými materiálmi; Po kyslom ošetrení a vylúhovaní vodou sa táto zmes premení na viskózový hubovitý materiál (obr. 2), ktorý sa používa na balenie a tepelnú izoláciu.

Meď-amoniakové vlákno.

Regenerované celulózové vlákno sa vyrába aj v priemyselnom meradle rozpustením celulózy v koncentrovanom roztoku medi a amoniaku (CuSO 4 v NH 4 OH) a zvlákňovaním výsledného roztoku na vlákno v kyslom zrážacom kúpeli. Toto vlákno sa nazýva meď-amoniakové vlákno.

VLASTNOSTI CELULÓZY

Chemické vlastnosti.

Ako je znázornené na obr. 1, celulóza je vysokopolymérny uhľohydrát pozostávajúci z glukozidových zvyškov C6H1005 spojených éterovými mostíkmi v polohe 1,4. Tri hydroxylové skupiny v každej glukopyranózovej jednotke môžu byť esterifikované organickými činidlami, ako je zmes kyselín a anhydridov kyselín, s vhodným katalyzátorom, ako je kyselina sírová. Étery môžu vznikať pôsobením koncentrovaného hydroxidu sodného, ​​čo vedie k tvorbe sódovej celulózy a následnej reakcii s alkylhalogenidom:

Reakciou s etylénoxidom alebo propylénoxidom vznikajú hydroxylované étery:

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

Pod vplyvom vodného roztoku kyseliny sa prerušia kyslíkové mostíky v polohe 1,4-. Úplným prerušením reťazca vzniká glukóza, monosacharid. Počiatočná dĺžka reťazca závisí od pôvodu celulózy. Je maximálny v prirodzenom stave a klesá počas procesu izolácie, čistenia a konverzie na deriváty ( cm. tabuľka).

Dokonca aj mechanický strih, napríklad pri abrazívnom brúsení, vedie k zníženiu dĺžky reťaze. Keď sa dĺžka polymérneho reťazca zníži pod určitú minimálnu hodnotu, makroskopické fyzikálne vlastnosti celulózy sa zmenia.

Oxidačné činidlá ovplyvňujú celulózu bez toho, aby spôsobili štiepenie glukopyranózového kruhu (obr. 4). Následné pôsobenie (v prítomnosti vlhkosti, ako napríklad pri klimatickom testovaní) zvyčajne vedie k rozštiepeniu reťazca a zvýšeniu počtu koncových skupín podobných aldehydu. Keďže aldehydové skupiny sa ľahko oxidujú na karboxylové skupiny, obsah karboxylu, ktorý sa v prírodnej celulóze prakticky nevyskytuje, v podmienkach atmosférických vplyvov a oxidácie prudko stúpa.

Ako všetky polyméry, aj celulóza sa ničí vplyvom atmosférických faktorov v dôsledku spoločného pôsobenia kyslíka, vlhkosti, kyslých zložiek vzduchu a slnečné svetlo. Dôležitá je ultrafialová zložka slnečného žiarenia a mnoho dobrých UV ochranných prostriedkov zvyšuje životnosť produktov derivátov celulózy. Kyslé zložky vzduchu, ako sú oxidy dusíka a síry (a tie sú vždy prítomné v atmosférickom vzduchu priemyselných oblastí), urýchľujú rozklad a často spôsobujú silný vplyv než slnečné svetlo. V Anglicku sa teda zistilo, že vzorky bavlny testované na vystavenie atmosférickým podmienkam v zime, keď prakticky nebolo jasné slnečné svetlo, degradovali rýchlejšie ako v lete. Faktom je, že pálenie v zime veľké množstvá uhlia a plynu viedli k zvýšeniu koncentrácie oxidov dusíka a síry v ovzduší. Lapače kyselín, antioxidanty a UV absorbéry znižujú citlivosť celulózy na poveternostné vplyvy. Substitúcia voľných hydroxylových skupín vedie k zmene tejto citlivosti: dusičnan celulózy degraduje rýchlejšie a acetát a propionát - pomalšie.

Fyzikálne vlastnosti.

Polymérne reťazce celulózy sú balené do dlhých zväzkov alebo vlákien, v ktorých sú popri usporiadaných kryštalických aj menej usporiadané amorfné úseky (obr. 5). Namerané percento kryštalinity závisí od typu celulózy, ako aj od spôsobu merania. Podľa röntgenových údajov sa pohybuje od 70 % (bavlna) do 38–40 % (viskózové vlákno). Röntgenová štrukturálna analýza poskytuje informácie nielen o kvantitatívnom vzťahu medzi kryštalickým a amorfným materiálom v polyméri, ale aj o stupni orientácie vlákna spôsobenej naťahovaním alebo normálnymi rastovými procesmi. Ostrosť difrakčných prstencov charakterizuje stupeň kryštalinity a difrakčné škvrny a ich ostrosť charakterizuje prítomnosť a stupeň preferovanej orientácie kryštalitov. Vo vzorke recyklovaného acetátu celulózy vyrobeného procesom suchého zvlákňovania je stupeň kryštalinity aj orientácie veľmi malý. Vo vzorke triacetátu je stupeň kryštalinity vyšší, ale neexistuje preferovaná orientácia. Tepelné spracovanie triacetátu pri teplote 180–240 °C

Celulóza - čo to je? Táto otázka znepokojuje všetkých, ktorí sa zaoberajú organickou chémiou. Pokúsme sa zistiť hlavné charakteristiky tejto zlúčeniny a identifikovať ju charakteristické rysy, oblasti praktického použitia.

Štrukturálne vlastnosti

Chemická celulóza má vzorec (C 6 H 10 O 5) p. Je to polysacharid, ktorý obsahuje β-glukózové zvyšky. Celulóza sa vyznačuje lineárnou štruktúrou. Každý zvyšok jeho molekuly obsahuje tri OH skupiny, preto sa táto zlúčenina vyznačuje vlastnosťami viacmocných alkoholov. Prítomnosť kruhovej aldehydovej skupiny v molekule dáva celulóze regeneračné (redukčné) vlastnosti. Práve táto organická zlúčenina je najdôležitejším prírodným polymérom, hlavnou zložkou rastlinného tkaniva.

IN veľké množstvá nachádza sa v ľane, bavlne a iných vláknitých rastlinách, ktoré sú hlavným zdrojom celulózového vlákna.

Technická celulóza sa izoluje z drevín.

Drevná chémia

Výroba celulózy je pokrytá v tejto samostatnej časti chémie. Práve tu by sme mali zvážiť vlastnosti zloženia stromu, jeho chemické a fyzikálne vlastnosti, metódy analýzy a izolácie látok, chemická podstata procesov spracovania dreva a jeho jednotlivých zložiek.

Drevná celulóza je polydisperzná, obsahuje makromolekuly rôznej dĺžky. Na stanovenie stupňa polydisperzity sa používa metóda frakcionácie. Vzorka sa rozdelí na samostatné frakcie, potom sa študujú ich charakteristiky.

Chemické vlastnosti

Pri diskusii o tom, čo je celulóza, je potrebné vykonať podrobnú analýzu chemických vlastností tejto organickej zlúčeniny.

Technickú celulózu je možné použiť pri výrobe kartónu a papiera, keďže je bez problémov chemicky spracovateľná.

Akýkoľvek technologický reťazec súvisiaci so spracovaním prírodnej celulózy je zameraný na zachovanie jej cenných vlastností. Moderné spracovanie celulózy umožňuje realizovať proces rozpúšťania tejto látky a vyrábať z celulózy úplne nové chemické látky.

Aké vlastnosti má celulóza? Aký je proces ničenia? Tieto otázky sú zahrnuté v školský kurz organická chémia.

Medzi charakteristické chemické vlastnosti celulózy patria:

• zničenie;
• šitie;
• reakcie zahŕňajúce funkčné skupiny.

Počas deštrukcie sa pozoruje prerušenie reťazca makromolekuly glykozidických väzieb sprevádzané znížením stupňa polymerizácie. V niektorých prípadoch je možné úplné roztrhnutie molekuly.

Možnosti deštrukcie celulózy

Poďme zistiť, aké hlavné typy deštrukcie má celulóza, aké je prasknutie makromolekúl.

Aktuálne v chemická výroba Existuje niekoľko druhov ničenia.

V mechanickej verzii je medzera C-C spojenia v cykloch, ako aj deštrukciu glykozidických väzieb. K podobnému procesu dochádza pri mechanickom mletí látky, napríklad pri mletí na výrobu papiera.

Tepelná deštrukcia nastáva pod vplyvom tepelnej energie. Práve na tomto procese je založená technologická pyrolýza dreva.

Fotochemická deštrukcia zahŕňa deštrukciu makromolekúl pod vplyvom ultrafialového žiarenia.

Pre radiačný typ deštrukcie prírodného polyméru prítomnosť röntgenového žiarenia. Tento typ ničenia sa používa v špeciálnych zariadeniach.

Pri vystavení atmosférickému kyslíku je možná oxidačná deštrukcia celulózy. Proces je charakterizovaný súčasnou oxidáciou alkoholových a aldehydových skupín prítomných v danej zlúčenine.

Pod vplyvom vody na celulózu, ako aj vodné roztoky kyselín a zásad, dochádza k procesu hydrolýzy celulózy. Reakcia sa cielene uskutočňuje v prípadoch, keď je potrebné vykonať kvalitatívnu analýzu štruktúry látky, ale pri varení tejto látky to nie je žiaduce.

Mikroorganizmy, ako sú huby, môžu biologicky degradovať celulózu. Na získanie kvalitný výrobok Pri výrobe papiera a bavlnených tkanín je dôležité zabrániť jeho biologickému zničeniu.

Vďaka prítomnosti dvoch funkčných skupín v molekulách vykazuje celulóza vlastnosti charakteristické pre viacsýtne alkoholy a aldehydy.

Reakcie zosieťovania

Takéto procesy znamenajú možnosť získania makromolekúl so špecifikovanými fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami.

Sú široko používané v priemyselnej výrobe celulózy a dávajú jej nové výkonové charakteristiky.

Príprava alkalickej celulózy

Čo je to za celulózu? Recenzie naznačujú, že táto technológia je považovaná za najstaršiu a najrozšírenejšiu na svete. V súčasnosti sa podobným spôsobom zušľachťuje polymér získaný pri výrobe viskózových vlákien a fólií a pri výrobe éterov celulózy.

Laboratórne štúdie zistili, že po takomto ošetrení sa zvyšuje lesk látky a zvyšuje sa jej mechanická pevnosť. Alkalická celulóza je vynikajúcou surovinou na výrobu vlákien.

Existujú tri typy takýchto produktov: fyzikálno-chemické, štrukturálne, chemické. Všetky sú žiadané v modernej chemickej výrobe a používajú sa pri výrobe papiera a lepenky. Zisťovali sme, akú štruktúru má celulóza a aký je proces jej výroby.

Komplexný sacharid zo skupiny polysacharidov, ktorý je súčasťou bunkovej steny rastlín, sa nazýva celulóza alebo vláknina. Látka bola objavená v roku 1838 francúzskym chemikom Anselme Payenom. Vzorec celulózy je (C 6 H 10 O 5) n.

Štruktúra

Napriek spoločným vlastnostiam sa celulóza líši od ostatných rastlinný polysacharid- škrob. Molekula celulózy je dlhý, výlučne nerozvetvený reťazec sacharidov. Na rozdiel od škrobu, ktorý pozostáva z a-glukózových zvyškov, obsahuje veľa β-glukózových zvyškov spojených navzájom.

Vďaka hustej lineárnej štruktúre molekúl tvoria vlákna.

Ryža. 1. Štruktúra molekuly celulózy.

Celulóza má vyšší stupeň polymerizácie ako škrob.

Potvrdenie

V priemyselných podmienkach sa celulóza vyvára z dreva (štiepky). Na tento účel sa používajú kyslé alebo alkalické činidlá. Napríklad hydrosiričitan sodný, hydroxid sodný, lúh.

V dôsledku varenia vzniká celulóza s prímesou organických zlúčenín. Na čistenie použite alkalický roztok.

Fyzikálne vlastnosti

Vláknina je biela pevná vláknitá látka bez chuti. Celulóza je slabo rozpustná vo vode a organických rozpúšťadlách. Rozpúšťa sa v Schweitzerovom činidle - amoniakovom roztoku hydroxidu meďnatého (II).

Základné fyzikálne vlastnosti:

• zničené pri 200 °C;
• horí pri 275 °C;
• samovznietenie pri 420 °C;
• topia sa pri 467 °C.

V prírode sa celulóza nachádza v rastlinách. Vzniká pri fotosyntéze a v rastlinách plní štrukturálnu funkciu. Je potravinárska prídavná látka E460.

Ryža. 2. Bunková stena rastlín.

Chemické vlastnosti

Vďaka prítomnosti troch hydroxylových skupín v jednom sacharide má vláknina vlastnosti viacmocných alkoholov a je schopná vstúpiť do esterifikačných reakcií za vzniku esterov. Pri rozklade bez kyslíka sa rozkladá na drevené uhlie, vodu a prchavé organické zlúčeniny.

Základné Chemické vlastnosti vlákna sú uvedené v tabuľke.

Reakcia	Popis	Rovnica
Hydrolýza	Vzniká pri zahrievaní v kyslom prostredí s tvorbou glukózy	(C6H1005) n + nH20 (t°, H2S04) → nC6H1206
S acetanhydridom	Tvorba triacetylcelulózy v prítomnosti kyseliny sírovej a octovej	(C6H1005) n + 3nCH3COOH (H2SO4) → (C6H702 (OCOCH3) 3) n + 3nH20
Nitrácia	Reaguje s koncentrovanou kyselinou dusičnou pri bežnej teplote. Vznikne ester – trinitrát celulózy alebo pyroxylín, ktorý sa používa na výrobu bezdymového prášku	(C6H1005) n + nHN03 (H2S04) → n
	Nastáva úplná oxidácia na oxid uhličitý a vodu	(C6H1005) n + 6n02 (t°) → 6nC02 + 5nH20

Ryža. 3. Pyroxylín.

Celulóza sa používa hlavne na výrobu papiera, ako aj na výrobu esterov, alkoholov a glukózy.

Čo sme sa naučili?

Celulóza alebo vláknina je polymér z triedy uhľohydrátov pozostávajúci zo zvyškov β-glukózy. Zahrnuté v rastline bunkové steny. Je to biela látka bez chuti, ktorá tvorí vlákna, ktoré sú zle rozpustné vo vode a organických rozpúšťadlách. Celulóza sa izoluje z dreva varením. Zlúčenina podlieha esterifikácii a hydrolýze a môže sa rozkladať v neprítomnosti vzduchu. Keď sa úplne rozloží, tvorí vodu a oxid uhličitý.