Sadržaj celuloze. Formula celuloze. Hemijska fizička svojstva. Potvrda, prijava

Dom

5. Ako komade filter papira (celuloze) natopljene koncentrovanom sumpornom kiselinom sameljete u porculanskom malteru i dobijenu kašu razrijedite vodom, a kiselinu neutralizirate alkalijom i, kao u slučaju škroba, ispitate reakciju otopine sa bakar (II) hidroksidom, tada će biti vidljiva pojava bakar(I) oksida. Odnosno, u eksperimentu je došlo do hidrolize celuloze. Proces hidrolize, kao i kod škroba, odvija se u koracima dok se ne formira glukoza.

2. U zavisnosti od koncentracije azotne kiseline i drugih uslova, jedna, dve ili sve tri hidroksilne grupe svake jedinice molekula celuloze ulaze u reakciju esterifikacije, na primer: n + 3nHNO3 → n + 3n H2O.

Primjena celuloze.

Dobivanje acetatnih vlakana

68. Celuloza, njena fizička svojstva

Biti u prirodi. Fizička svojstva.

1. Celuloza, ili vlakna, dio je biljaka, formirajući u njima ćelijske zidove.

2. Otuda potiče i naziv (od latinskog “cellulum” - ćelija).

3. Celuloza daje biljkama potrebnu snagu i elastičnost i takoreći je njihov skelet.

4. Pamučna vlakna sadrže do 98% celuloze.

5. Vlakna lana i konoplje se takođe uglavnom sastoje od celuloze; u drvu je oko 50%.

6. Papir i pamučne tkanine su proizvodi napravljeni od celuloze.

7. Posebno čisti primjeri celuloze su pamučna vuna dobivena od pročišćenog pamuka i filter (neljepljeni) papir. 8. Odabrano iz prirodni materijali

Celuloza je čvrsta vlaknasta tvar koja je nerastvorljiva ni u vodi ni u uobičajenim organskim rastvaračima.

Struktura celuloze:

1) celuloza je, kao i skrob, prirodni polimer;

2) ove supstance čak imaju iste strukturne jedinice u sastavu – ostatke molekula glukoze, istu molekulsku formulu (C6H10O5)n;

3) n vrednost celuloze je obično veća od vrednosti skroba: njena prosečna molekulska težina dostiže nekoliko miliona;

4) glavna razlika između škroba i celuloze je u strukturi njihovih molekula.

Pronalaženje celuloze u prirodi.

2. Brojne vodonične veze koje nastaju između hidroksilnih grupa makromolekula određuju visoku čvrstoću ovih vlakana.

Koja su hemijska i fizička svojstva celuloze

U procesu predenja pamuka, lana itd., ova elementarna vlakna se utkaju u duže niti.

4. Ovo se objašnjava činjenicom da se makromolekule u njemu, iako imaju linearnu strukturu, nalaze više nasumično i nisu orijentirane u jednom smjeru.

Izgradnja makromolekula škroba i celuloze iz različitih cikličkih oblika glukoze značajno utječe na njihova svojstva:

1) skrob je važan prehrambeni proizvod za ljude, ne može se koristiti u tu svrhu;

2) razlog je što enzimi koji pospješuju hidrolizu škroba ne djeluju na veze između ostataka celuloze.

69. Hemijska svojstva celuloze i njena primjena

1. Od svakodnevni život Poznato je da celuloza dobro gori.

2. Kada se drvo zagreva bez pristupa vazduha dolazi do termičke razgradnje celuloze. Ovo proizvodi hlapljiva organska jedinjenja, vodu i drveni ugalj.

3. Među organskim proizvodima razgradnje drveta su: metil alkohol, sirćetna kiselina, aceton.

4. Makromolekule celuloze sastoje se od jedinica sličnih onima koje tvore škrob podvrgava se hidrolizi, a proizvod njegove hidrolize, poput škroba, bit će glukoza.

5. Ako komade filter papira (celuloze) natopljene koncentrovanom sumpornom kiselinom sameljete u porculanskom malteru i dobijenu kašu razrijedite vodom, a kiselinu neutralizirate alkalijom i, kao u slučaju škroba, ispitate reakciju otopine sa bakar (II) hidroksidom, tada će biti vidljiva pojava bakar(I) oksida.

69. Hemijska svojstva celuloze i njena primjena

Odnosno, u eksperimentu je došlo do hidrolize celuloze. Proces hidrolize, kao i kod škroba, odvija se u koracima dok se ne formira glukoza.

6. Ukupno, hidroliza celuloze se može izraziti istom jednačinom kao i hidroliza skroba: (C6H10O5)n + nH2O = nC6H12O6.

7. Strukturne jedinice celuloze (C6H10O5)n sadrže hidroksilne grupe.

8. Zbog ovih grupa, celuloza može proizvoditi etre i estre.

9. Nitrati celuloze su od velikog značaja.

Karakteristike celuloznih nitrat etera.

1. Dobivaju se tretiranjem celuloze azotnom kiselinom u prisustvu sumporne kiseline.

2. U zavisnosti od koncentracije azotne kiseline i drugih uslova, jedna, dve ili sve tri hidroksilne grupe svake jedinice molekula celuloze ulaze u reakciju esterifikacije, na primer: n + 3nHNO3 -> n + 3n H2O.

Zajedničko svojstvo nitrata celuloze je njihova ekstremna zapaljivost.

Celuloza trinitrat, nazvan piroksilin, je visok eksplozivno. Koristi se za proizvodnju bezdimnog baruta.

Estri celuloznog acetata – celulozni diacetat i triacetat – takođe su veoma važni. Celuloza diacetat i triacetat izgled slično celulozi.

2. U zavisnosti od koncentracije azotne kiseline i drugih uslova, jedna, dve ili sve tri hidroksilne grupe svake jedinice molekula celuloze ulaze u reakciju esterifikacije, na primer: n + 3nHNO3 → n + 3n H2O.

1. Zbog svoje mehaničke čvrstoće drvo se koristi u građevinarstvu.

2. Od njega se prave razne vrste stolarskih proizvoda.

3. U obliku vlaknastih materijala (pamuk, lan) koristi se za proizvodnju niti, tkanina, užadi.

4. Za izradu papira koristi se celuloza izolovana iz drveta (oslobođena pratećih materija).

O.A. Noskova, M.S. Fedoseev

Hemija drveta

I sintetički polimeri

DIO 2

Odobreno

Uređivačko-izdavačko vijeće Univerziteta

kao beleške sa predavanja

Izdavačka kuća

Permski državni tehnički univerzitet

Recenzenti:

dr.sc. tech. nauke D.R. Nagimov

(CJSC "Karbokam");

dr.sc. tech. nauka, prof. F.H. Khakimova

(Permski državni tehnički univerzitet)

Noskova, O.A.

N84 Hemija drveta i sintetičkih polimera: zapisi sa predavanja: u 2 sata / O.A. Noskova, M.S. Fedoseev. – Perm: Izdavačka kuća Perm. stanje tech. Univerzitet, 2007. – 2. dio. – 53 str.

ISBN 978-5-88151-795-3

Date su informacije o hemijskoj strukturi i svojstvima glavnih komponenti drveta (celuloze, hemiceluloze, lignina i ekstraktivnih sredstava). Razmatraju se hemijske reakcije ovih komponenti koje nastaju tokom hemijske obrade drveta ili tokom hemijske modifikacije celuloze. Takođe dato opšte informacije o procesima kuvanja.

Dizajniran za studente specijalnosti 240406 „Tehnologija hemijske obrade drveta“.

UDK 630*813. + 541.6 + 547.458.8

ISBN 978-5-88151-795-3 © Državna obrazovna ustanova visokog stručnog obrazovanja

„Država Perm

Tehnički univerzitet", 2007

Uvod……………………………………………………………………………………………………	……5
1. Hemija celuloze……………………………………………………………………..	…….6
1.1. Hemijska struktura celuloze………………………………………………..	.…..6
1.2. Hemijske reakcije celuloze………………………………………………..	.……8
1.3. Utjecaj alkalnih otopina na celulozu……………………………	…..10
1.3.1. Alkalna celuloza…………………………………………………….	.…10
1.3.2. Bubrenje i rastvorljivost industrijske celuloze u alkalnim rastvorima……………………………………………………………………	.…11
1.4. Oksidacija celuloze…………………………………………………………………………..	.…13
1.4.1. Opće informacije o oksidaciji celuloze. oksiceluloza...	.…13
1.4.2. Glavni pravci oksidativnih reakcija……………	.…14
1.4.3. Svojstva oksiceluloze…………………………………………………… Hemijska svojstva celuloze.	.…15
1.5. Estri celuloze…………………………………………………….	.…15
1.5.1. Opće informacije o pripremi celuloznih estera.	.…15
1.5.2. Nitrati celuloze…………………………………………………………………………	.…16
1.5.3. Ksantati celuloze………………………………………………..	.…17
1.5.4. Celuloza acetati…………………………………………………………………………	.…19
1.6. Eteri celuloze…………………………………………………………………………	.…20
2. Hemija hemiceluloza……………………………………………………………………	.…21
2.1. Opšti koncepti o hemicelulozima i njihovim svojstvima………………….	.…21
.2.2. Pentozani…………………………………………………………………………..	.…22
2.3. Hexosans………………………………………………………………………………………………	…..23
2.4. Uronske kiseline………………………………………………………………….	.…25
2.5. Pektinske supstance………………………………………………………………………………	.…25
2.6. Hidroliza polisaharida…………………………………………………………..	.…26
2.6.1. Opći koncepti o hidrolizi polisaharida………………….	.…26
2.6.2. Hidroliza polisaharida drveta razrijeđenim mineralnim kiselinama………………………………………………………………………..	…27
2.6.3. Hidroliza polisaharida drveta sa koncentriranim mineralnim kiselinama………………………………………………………….	…28
3. Hemija lignina…………………………………………………………………………..	…29
3.1. Strukturne jedinice lignina……………………………………….	…29
3.2. Metode za izolaciju lignina…………………………………………………………………………	…30
3.3. Hemijska struktura lignina………………………………………………………	…32
3.3.1. Funkcionalne grupe lignina……………………………………………..32
3.3.2. Glavne vrste veza između strukturnih jedinica lignina………………………………………………………………………….35
3.4. Hemijske veze lignina sa polisaharidima………………………..	..36
3.5. Hemijske reakcije lignina……………………………………………..	….39
3.5.1. Opće karakteristike hemijske reakcije lignina………..	..39
3.5.2. Reakcije elementarnih jedinica……………………………………………	..40
3.5.3. Makromolekularne reakcije……………………………………………..	..42
4. Ekstraktne tvari…………………………………………………………………………………	..47
4.1. Opće informacije……………………………………………………………………………………………	..47
4.2. Klasifikacija ekstraktivnih supstanci………………………………	..48
4.3. Hidrofobni ekstrakti……………………………………….	..48
4.4. Hidrofilni ekstrakti………………………………	..50
5. Opći koncepti procesa kuhanja………………………………….	..51
Bibliografija……………………………………………………………………….	..53

Uvod

Hemija drveta je grana tehničke hemije koja proučava hemijski sastav drveta; hemija nastanka, struktura i hemijska svojstva supstanci koje čine mrtvo drveno tkivo; metode za izolovanje i analizu ovih supstanci, kao i hemijsku suštinu prirodnih i tehnoloških procesa za preradu drveta i njegovih pojedinačnih komponenti.

Prvi dio beleške o predavanju „Hemija drveta i sintetičkih polimera“, objavljen 2002. godine, bavi se pitanjima vezanim za anatomiju drveta, strukturu ćelijske membrane, hemijski sastav drvo, fizička i fizičko-hemijska svojstva drveta.

U drugom delu beleške o predavanju „Hemija drveta i sintetičkih polimera“ razmatraju se pitanja vezana za hemijsku strukturu i svojstva glavnih komponenti drveta (celuloze, hemiceluloze, lignina).

Bilješke s predavanja pružaju opće informacije o procesima kuhanja, tj. o proizvodnji tehničke celuloze koja se koristi u proizvodnji papira i kartona. Kao rezultat kemijskih transformacija tehničke celuloze, dobivaju se njeni derivati ​​- eteri i esteri, od kojih se proizvode umjetna vlakna (viskoza, acetat), folije (film, foto, folije za pakovanje), plastike, lakovi i ljepila. Ovaj dio sažetka također ukratko govori o proizvodnji i svojstvima etera celuloze, koji se široko koriste u industriji.

Hemija celuloze

Hemijska struktura celuloze

Celuloza je jedan od najvažnijih prirodnih polimera. Ovo je glavna komponenta biljnog tkiva. Prirodna celuloza se nalazi u velike količine u pamuku, lanu i drugim vlaknastim biljkama, od kojih se dobijaju prirodna tekstilna celulozna vlakna. Pamučna vlakna su gotovo čista celuloza (95-99%). Važniji izvor industrijska proizvodnja Drvenaste biljke služe kao celuloza (tehnička celuloza). U drvetu raznih vrsta drveća maseni udio celuloza u prosjeku iznosi 40-50%.

Celuloza je polisaharid čije su makromolekule izgrađene od ostataka D-glukoza (β jedinice -D-anhidroglukopiranoza), povezane β-glikozidnim vezama 1–4:

Celuloza je linearni homopolimer (homopolisaharid) koji pripada heterolančanim polimerima (poliacetali). To je stereoregularni polimer u kojem ostatak celobioze služi kao stereo ponavljajuća jedinica. Ukupna formula celuloze može se predstaviti kao (C6H10O5) n ili [C6H7O2 (OH)3] n. Svaka monomerna jedinica sadrži tri alkoholne hidroksilne grupe, od kojih je jedna primarna – CH2OH, a dvije (kod C2 i C3) su sekundarne – CHOH–.

Krajnje karike se razlikuju od ostalih karika lanca. Jedna terminalna karika (uslovno desna - nereducirajuća) ima dodatni slobodni sekundarni alkoholni hidroksil (na C4). Druga terminalna karika (uslovno lijeva - reducirajuća) sadrži slobodni glikozidni (hemiacetalni) hidroksil (u C1 ) i stoga može postojati u dva tautomerna oblika - cikličkom (koluacetalnom) i otvorenom (aldehid):

Terminalna aldehidna grupa daje celulozi njenu redukcijsku (reducirajuću) sposobnost. Na primjer, celuloza može reducirati bakar sa Cu2+ na Cu+:

Količina dobijenog bakra ( bakarni broj) služi kao kvalitativna karakteristika dužine celuloznih lanaca i pokazuje njen stepen oksidativne i hidrolitičke destrukcije.

Prirodna celuloza ima visok stepen polimerizacije (DP): drvo - 5000-10000 i više, pamuk - 14000-20000. Kada se izoluje iz biljnih tkiva, celuloza je donekle uništena. Tehnička drvna celuloza ima DP od oko 1000–2000. DP celuloze određuje se uglavnom viskometrijskom metodom, koristeći neke složene baze kao rastvarače: bakar-amonijačni reagens (OH)2, kuprietilendiamin (OH)2, kadmijumetilendiamin (kadoksen) (OH)2 itd.

Celuloza izolirana iz biljaka je uvijek polidisperzna, tj. sadrži makromolekule različitih dužina. Stepen polidisperznosti celuloze (molekularna heterogenost) određuje se metodama frakcioniranja, tj. razdvajanje uzorka celuloze na frakcije određene molekularne težine. Osobine uzorka celuloze (mehanička čvrstoća, rastvorljivost) zavise od prosečnog DP i stepena polidisperznosti.

12345678910Sljedeća ⇒

Datum objavljivanja: 2015-11-01; Pročitano: 1100 | Povreda autorskih prava stranice

studopedia.org - Studopedia.Org - 2014-2018 (0,002 s)…

Struktura, svojstva, funkcije polisaharida (homo- i heteropolisaharida).

POLISAHARIDI- to su supstance visoke molekularne težine ( polimeri) koji se sastoji od velikog broja monosaharida. Po svom sastavu dijele se na homopolisaharide i heteropolisaharide.

Homopolisaharidi– koji se sastoji od polimera od monosaharida jedne vrste . Na primjer, glikogen i škrob se grade samo od molekula α-glukoze (α-D-glukopiranoze), monomer vlakana (celuloza) je također β-glukoza.

Škrob. Ovo rezervni polisaharid biljke. Monomer skroba je α-glukoza. Ostaci glukoze V molekul skroba u linearnim presjecima su međusobno povezani α-1,4-glikozidni , a na ispostavama – α-1,6-glikozidne veze .

Škrob je mješavina dva homopolisaharida: linearni - amiloza (10-30%) i razgranati – amilopektin (70-90%).

Glikogen. Ovo je glavni rezervni polisaharid ljudskim i životinjskim tkivima. Molekula glikogena ima otprilike 2 puta više razgranate strukture od škrobnog amilopektina. Glikogen monomer je α-glukoza . U molekuli glikogena, ostaci glukoze u linearnim područjima su međusobno povezani α-1,4-glikozidni , a na ispostavama – α-1,6-glikozidne veze .

Vlakna. Ovo je najčešće strukturalni biljni homopolisaharid. IN linearno monomeri vlaknastih molekula β-glukoza međusobno povezani β-1,4-glikozidne veze . Vlakna nisu probavljiva u ljudskom tijelu, ali zbog svoje krutosti iritiraju sluznicu gastrointestinalnog trakta, pa pojačava peristaltiku i stimulira lučenje probavnih sokova, potiče stvaranje fecesa.

Pektinske supstance- polisaharidi, čiji je monomer D- galakturonska kiselina , čiji su ostaci povezani α-1,4-glikozidnim vezama. Sadržane u voću i povrću, odlikuju se geliranjem u prisustvu organskih kiselina koje se koriste u prehrambenoj industriji (žele, marmelada).

Heteropolisaharidi(mukopolisaharidi, glikozaminoglikani) – koji se sastoje od polimera od monosaharida razne vrste . Po strukturi predstavljaju

ravni lanci izgrađen od ponavljajući disaharidni ostaci , što obavezno uključuje amino šećer (glukozamin ili galaktozamin) i heksuronske kiseline (glukuronska ili iduronska).

Fizička i hemijska svojstva celuloze

To su supstance nalik želeu koje obavljaju niz funkcija, uključujući: zaštitni (sluz), strukturni, osnova su međustanične supstance.

U tijelu se heteropolisaharidi ne nalaze u slobodnom stanju, već su uvijek povezani s proteinima (glikoproteini i proteoglikani) ili lipidima (glikolipidi).

Na osnovu strukture i svojstava dijele se na kisele i neutralne.

HETEROPOLISAHRIDI KISELI:

Sadrže heksuronsku ili sumpornu kiselinu. Predstavnici:

Hijaluronska kiselinaje glavni strukturna komponenta međućelijske supstance sposobna da se veže vode (“biološki cement”) . Otopine hijaluronske kiseline imaju visoku viskoznost, stoga služe kao prepreka prodiranju mikroorganizama, učestvuju u regulaciji metabolizma vode i glavni su dio međućelijske tvari).

Hondroitin sulfati su strukturne komponente hrskavica, ligamenti, tetive, kosti, srčani zalisci.

Heparin – antikoagulans (sprječava zgrušavanje krvi), djeluje protuupalno, aktivator niza enzima.

NEUTRALNI HETEROPOLISAHRIDI: dio su glikoproteina u krvnom serumu, mucina u pljuvački, urinu itd., građenih od amino šećera i sijalinskih kiselina. Neutralni lekari opšte prakse su deo množine. enzimi i hormoni.

SIJALNE KISELINE - kombinacija neuraminske kiseline sa sirćetnom ili amino kiselinom - glicinom, dio su ćelijskih membrana i bioloških tečnosti. Sijalne kiseline se određuju za dijagnostiku sistemskih bolesti (reumatizam, sistemski eritematozni lupus).

Struktura.

Molekularna formula celuloze je (-C 6 H 10 O 5 -) n, kao i škrob. Celuloza je takođe prirodni polimer. Njegova makromolekula sastoji se od mnogih ostataka molekula glukoze. Može se postaviti pitanje: zašto škrob i celuloza - tvari s istom molekularnom formulom - imaju razna svojstva?

Kada smo razmatrali sintetičke polimere, već smo otkrili da njihova svojstva zavise od broja elementarnih jedinica i njihove strukture. Ista situacija vrijedi i za prirodne polimere. Ispostavilo se da je stepen polimerizacije celuloze mnogo veći od stepena škroba. Osim toga, poređenjem strukture ovih prirodnih polimera ustanovljeno je da se makromolekule celuloze, za razliku od škroba, sastoje od ostataka molekula b-glukoze i imaju samo linearnu strukturu. Makromolekule celuloze nalaze se u jednom smjeru i formiraju vlakna (lan, pamuk, konoplja).

Svaki ostatak molekula glukoze sadrži tri hidroksilne grupe.

Fizička svojstva .

Celuloza je vlaknasta supstanca. Ne topi se i ne prelazi u parno stanje: kada se zagrije na približno 350 o C, celuloza se raspada - ugljeniše se. Celuloza je nerastvorljiva u vodi ili većini drugih neorganskih i organskih rastvarača.

Nesposobnost celuloze da se otopi u vodi je neočekivano svojstvo za supstancu koja sadrži tri hidroksilne grupe na svakih šest atoma ugljika. Dobro je poznato da su polihidroksilna jedinjenja lako rastvorljiva u vodi. Nerastvorljivost celuloze objašnjava se činjenicom da su njena vlakna poput "snopova" paralelnih molekula u obliku niti povezanih mnogim vodikovim vezama, koje nastaju kao rezultat interakcije hidroksilnih grupa. Rastvarač ne može prodrijeti unutar takvog "snopa", pa se molekuli ne odvajaju jedan od drugog.

Otapalo za celulozu je Schweitzerov reagens - rastvor bakar (II) hidroksida sa amonijakom, s kojim istovremeno reaguje. Koncentrovane kiseline (sumporna, fosforna) i koncentrirana otopina cink klorida također otapaju celulozu, ali u tom slučaju dolazi do njezine djelomične razgradnje (hidrolize), praćene smanjenjem molekularne mase.

Hemijska svojstva .

Hemijska svojstva celuloze su prvenstveno određena prisustvom hidroksilnih grupa. Djelovanjem sa metalnim natrijumom moguće je dobiti celulozni alkoksid n. Pod uticajem koncentrisanog vodeni rastvori alkalija, dolazi do tzv. mercerizacije - djelomične formacije celuloznih alkoholata, što dovodi do bubrenja vlakana i povećanja njegove osjetljivosti na boje. Kao rezultat oksidacije, u makromolekuli celuloze pojavljuje se određeni broj karbonilnih i karboksilnih grupa. Pod uticajem jakih oksidacionih sredstava, makromolekula se raspada. Hidroksilne grupe celuloze su sposobne za alkilaciju i acilaciju, dajući etere i estre.

Jedno od najkarakterističnijih svojstava celuloze je njena sposobnost da se podvrgne hidrolizi u prisustvu kiselina da bi se formirala glukoza. Slično škrobu, hidroliza celuloze se odvija u fazama. Ukratko, ovaj proces se može opisati na sljedeći način:

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O H2SO4_ nC6H12O6

Budući da molekule celuloze sadrže hidroksilne grupe, karakteriziraju je reakcije esterifikacije. Od ovih praktični značaj imaju reakcije celuloze sa azotnom kiselinom i anhidridom sirćetne kiseline.

Kada celuloza reaguje sa azotnom kiselinom u prisustvu koncentrovane sumporne kiseline, u zavisnosti od uslova nastaju dinitroceluloza i trinitroceluloza, koji su estri:

Kada celuloza reaguje sa anhidridom octene kiseline (u prisustvu octene i sumporne kiseline), dobija se triacetilceluloza ili diacetilceluloza:

Pulpa gori. Ovo proizvodi ugljen monoksid (IV) i vodu.

Kada se drvo zagrijava bez pristupa zraku, celuloza i druge tvari se razgrađuju. Pri tome nastaju drveni ugljen, metan, metil alkohol, sirćetna kiselina, aceton i drugi proizvodi.

Potvrda.

Primjer gotovo čiste celuloze je pamučna vuna dobivena od cijeđenog pamuka. Najveći dio celuloze je izoliran iz drveta, u kojem se nalazi zajedno s drugim tvarima. Najčešći način proizvodnje celuloze u našoj zemlji je tzv. sulfitna metoda. Prema ovoj metodi, usitnjeno drvo u prisustvu rastvora kalcijum hidrosulfita Ca(HSO 3) 2 ili natrijum hidrosulfita NaHSO 3 zagreva se u autoklavu na pritisku od 0,5–0,6 MPa i temperaturi od 150 o C. U ovom slučaju , sve ostale supstance se uništavaju, a celuloza se relativno oslobađa čista forma. Ispere se vodom, osuši i šalje na dalju obradu, uglavnom za proizvodnju papira.

Aplikacija.

Celulozu ljudi koriste od davnina. U početku se kao gorivo koristilo drvo građevinski materijal; tada su se pamuk, lan i druga vlakna počela koristiti kao tekstilna sirovina. Prve industrijske metode hemijske obrade drveta nastale su u vezi sa razvojem industrije papira.

Papir je tanak sloj vlaknastih vlakana, komprimiranih i zalijepljenih kako bi se stvorila mehanička čvrstoća, glatka površina i spriječilo curenje mastila. U početku su se za proizvodnju papira koristile biljne sirovine, od kojih je bilo moguće dobiti potrebna vlakna čisto mehanički, korištene su i stabljike riže (tzv. rižin papir), pamuk, dotrajale tkanine. Međutim, kako se knjižarstvo razvijalo, navedeni izvori sirovina postali su nedovoljni da zadovolje rastuću potražnju za papirom. Posebno se mnogo papira troši za štampanje novina, a pitanje kvaliteta (belina, čvrstoća, trajnost) za novinski papir nije bitno. Znajući da je drvo otprilike 50% vlakana, počeli su da dodaju mljeveno drvo u papirnu pulpu. Takav papir je krhak i brzo požuti (posebno na svjetlu).

Za poboljšanje kvaliteta drvnih aditiva u papirnoj kaši, razne načine hemijska obrada drveta, što omogućava da se od njega dobije manje-više čista celuloza, oslobođena pratećih materija - lignina, smola i drugih. Predloženo je nekoliko metoda za izolaciju celuloze, od kojih ćemo razmotriti sulfitnu metodu.

Prema sulfitnoj metodi, zdrobljeno drvo se „kuva“ pod pritiskom sa kalcijum hidrosulfitom. U tom slučaju se prateće tvari rastvaraju, a celuloza oslobođena nečistoća se odvaja filtracijom. Dobijeni sulfitni tečnosti su otpad u proizvodnji papira. Međutim, zbog činjenice da uz druge tvari sadrže monosaharide sposobne za fermentaciju, koriste se kao sirovina za proizvodnju etil alkohol(tzv. hidrolitički alkohol).

Celuloza se ne koristi samo kao sirovina u proizvodnji papira, već se koristi i za dalju hemijsku preradu. Najviša vrijednost imaju etre i estre celuloze. Dakle, kada je celuloza izložena mešavini azota i sumporne kiseline dobijaju se celulozni nitrati. Svi su zapaljivi i eksplozivni. Maksimalan broj ostataka dušične kiseline koji se može unijeti u celulozu je tri za svaku jedinicu glukoze:

N HNO3_ n

Proizvod potpune esterifikacije - celulozni trinitrat (trinitroceluloza) - mora sadržavati 14,1% dušika u skladu sa formulom. U praksi se dobija proizvod sa nešto nižim sadržajem azota (12,5/13,5%), poznat u struci kao pirokselin. Kada se tretira etrom, piroksilin želatinizira; nakon što rastvarač ispari, ostaje kompaktna masa. Sitno isjeckani komadi ove mase su bezdimni prah.

Proizvodi nitracije koji sadrže oko 10% dušika po sastavu odgovaraju celuloznom dinitratu: u tehnologiji je takav proizvod poznat kao koloksilin. Kada se izloži mješavini alkohola i etra, formira se viskozna otopina, takozvani kolodij, koji se koristi u medicini. Ako takvoj otopini dodate kamfor (0,4 dijela kamfora na 1 dio koloksilina) i isparite otapalo, ostat će vam proziran savitljivi film - celuloid. Istorijski gledano, ovo je prva poznata vrsta plastike. Od prošlog stoljeća, celuloid se široko koristi kao pogodan termoplastični materijal za proizvodnju mnogih proizvoda (igračke, galanterija, itd.). Posebno je važna upotreba celuloida u proizvodnji filmskih i nitro lakova. Ozbiljan nedostatak ovog materijala je njegova zapaljivost, pa se celuloid danas sve više zamjenjuje drugim materijalima, posebno acetatima celuloze.

Celuloza je polisaharid izgrađen od elementarnih jedinica anhidro- D -glukoza i predstavlja poli-1,4-β - D -glukopiranozil- D -glukopiranoza. Makromolekula celuloze, zajedno sa anhidroglukoznim jedinicama, može sadržavati ostatke drugih monosaharida (heksoze i pentoze), kao i uronske kiseline (vidi sliku). Priroda i količina takvih ostataka određuju se uslovima biohemijske sinteze.

Celuloza je glavna komponentaćelijskih zidova viših biljaka. Zajedno sa supstancama koje ga prate, igra ulogu okvira koji nosi glavno mehaničko opterećenje. Celuloza se uglavnom nalazi u dlačicama sjemena nekih biljaka, na primjer, pamuk (97-98% celuloze), drvo (40-50% na bazi suhe tvari), lična vlakna, unutrašnji sloj biljne kore (lan i ramija - 80-90% , juta - 75% i drugi), stabljike jednogodišnjih biljaka (30-40%), na primjer, trska, kukuruz, žitarice, suncokret.

Izolacija celuloze iz prirodnih materijala zasniva se na djelovanju reagensa koji uništavaju ili rastvaraju necelulozne komponente. Priroda obrade zavisi od sastava i strukture biljnog materijala. Za pamučna vlakna (necelulozne nečistoće - 2,0-2,5% tvari koje sadrže dušik; oko 1% pentozana i pektinskih tvari; 0,3-1,0% masti i voskova; 0,1-0,2% mineralnih soli) koristite relativno blage metode ekstrakcije.

Pamuk se podvrgava parketu (3-6 sati, 3-10 atmosfera) sa 1,5-3% rastvorom natrijum hidroksida, nakon čega sledi pranje i beljenje raznim oksidantima - hlor dioksidom, natrijum hipohloritom, vodonik peroksidom. Neki polisaharidi male molarne mase (pentozani, djelimično heksozani), uronske kiseline, te neke masti i voskovi prelaze u otopinu. Sadržajα -celuloza (frakcija nerastvorljiva u 17,5% rastvoru). N aOH na 20° tokom 1 sata) može se povećati na 99,8-99,9%. Kao rezultat djelomičnog razaranja morfološke strukture vlakna tijekom kuhanja, povećava se reaktivnost celuloze (karakteristika koja određuje topljivost estera dobivenih naknadnom kemijskom preradom celuloze i filtriranje predenje otopina ovih estera).

Za izolaciju celuloze iz drveta koje sadrži 40-55% celuloze, 5-10% ostalih heksosana, 10-20% pentozana, 20-30% lignina, 2-5% smole i niz drugih nečistoća i složene morfološke strukture, više kruti uslovi obrade; Najčešće se koristi sulfitno ili sulfatno kuhanje drvne sječke.

Tokom kuvanja sulfita, drvo se tretira rastvorom koji sadrži 3-6% slobodnog SO 2 i oko 2% SO 2 vezan u obliku kalcijuma, magnezijuma, natrijuma ili amonijum bisulfita. Kuvanje se vrši pod pritiskom na 135-150° u trajanju od 4-12 sati; Rastvori za kuvanje u kiselom bisulfitnom kuvanju imaju pH od 1,5 do 2,5. Istovremeno se dio hemiceluloza hidrolizira, a nastali oligo- i monosaharidi, kao i dio smolastih tvari, rastvaraju se u tečnosti za kuhanje. Kada se celuloza izolovana ovom metodom (sulfitna celuloza) koristi za hemijsku obradu (uglavnom u proizvodnji viskoznih vlakana), celuloza se podvrgava rafiniranju, čiji je glavni zadatak povećanje hemijske čistoće i uniformnosti celuloze (uklanjanje lignina). , hemiceluloza, smanjenje sadržaja pepela i smole, promjena koloidnih kemijskih i fizičkih svojstava). Najčešći načini rafiniranja su tretiranje izbijeljene celuloze 4-10% otopinom N aOH na 20° (hladno rafiniranje) ili 1% rastvor NaOH na 95-100° (vruća rafinacija). Rafinirana sulfitna celuloza za hemijsku obradu ima sljedeće pokazatelje: 95-98%α -celuloza; 0,15--0,25% lignina; 1,8-4,0% pentozana; 0,07-0,14% smole; 0,06-0,13% pepela. Sulfitna celuloza se koristi i za proizvodnju visokokvalitetnog papira i kartona.

Drvna sječka se također može kuhati sa 4- 6% rastvor N aOH (soda kuhanje) ili njegova mješavina sa natrijum sulfidom (kuvanje u sulfatu) na 170-175° pod pritiskom 5-6 sati. U tom slučaju se lignin otapa, dio hemiceluloza (uglavnom heksozana) prelazi u otopinu i hidrolizira, a nastali šećeri se dalje pretvaraju u organske hidroksi kiseline (mliječne, saharične i druge) i kiseline (mravlje). Smola i više masne kiseline postepeno prelaze u tečnost za kuhanje u obliku natrijevih soli (tzv."sulfatni sapun"). Alkalno kuhanje je primjenjivo za preradu i smreke, bora i lišćara. Kada se za hemijsku obradu koristi celuloza (sulfatna celuloza) izolovana ovim metodom, drvo se pre kuvanja podvrgava prethidrolizi (tretiranju razblaženom sumpornom kiselinom na povišenim temperaturama). Predhidrolizna kraft pulpa koja se koristi za hemijsku preradu, nakon rafiniranja i beljenja, ima sledeći prosečni sastav (%):α -celuloza - 94,5-96,9; pentosans 2-2, 5; smole i masti - 0,01-0,06; pepeo - 0,02-0,06 Sulfat celuloze koristi se i za proizvodnju papira za vreće i zamotavanje, papirnih užadi, tehničkih papira (šupljina, šmirgla, kondenzatora), papira za pisanje, štampanje i beljenje trajnih papira (crtačkih, kartografskih, za dokumente).

Kuhanje sulfatom se koristi za proizvodnju celuloze visokog prinosa, koja se koristi za proizvodnju valovitog kartona i vrećastog papira (prinos celuloze iz drveta u ovom slučaju je 50-60% u odnosu na~ 35% za predhidroliznu kraft pulpu za hemijsku preradu). Celuloza visokog prinosa sadrži značajne količine lignina (12-18%) i zadržava svoj oblik čipa. Stoga se nakon kuhanja podvrgava mehaničkom mljevenju. Kuvanje sa sodom i sulfatom se također može koristiti za odvajanje celuloze od slame koja sadrži velike količine SiO2 , uklonjen djelovanjem alkalija.

Celuloza se takođe izoluje iz listopadnog drveta i jednogodišnjih biljaka hidrotropnim kuvanjem - preradom sirovina sa koncentrisanim (40-50%) rastvorima soli alkalnih metala i aromatičnih ugljenih i sulfonskih kiselina (npr. benzojeva, cimen i ksilen sulfonska kiselina) 150-180° za 5-10 sati. Druge metode izolacije celuloze (dušična kiselina, hlor-alkalne i druge) nisu u širokoj upotrebi.

Za određivanje molarne mase celuloze obično se koriste viskozometrijske metode [prema viskoznosti rastvora celuloze u rastvoru bakra-amonijuma, u rastvorima kvaternarnih amonijum baza, kadmijum etilendiamin hidroksida (tzv. kadoksen), u alkalnom rastvoru kompleks natrijum-fero kiseline i druge, ili viskozitetom celuloznih etera - uglavnom acetata i nitrata dobijenih u uslovima koji isključuju destrukciju] i osmotskim (za eter celuloze) metodama. Stepen polimerizacije određen ovim metodama je različit za različite preparate celuloze: 10-12 hiljada za pamučnu celulozu i celulozu od ličnih vlakana; 2,5-3 hiljade za drvenu celulozu (prema određivanju u ultracentrifugi) i 0,3-0,5 hiljada za celulozu viskozne svile.

Celuloza se odlikuje značajnom polidisperznošću molarne težine. Celuloza se frakcioniše frakcionim otapanjem ili taloženjem iz rastvora bakra-amonijaka, iz rastvora u kuprietilendiaminu, kadmijumetilendiaminu ili u alkalnom rastvoru kompleksa natrijum-fero kiseline, kao i frakcionim taloženjem iz rastvora nitrata celuloze u acetonu ili etil acetatu. Pamučna celuloza, lična vlakna i pulpa od mekog drveta karakterišu krivulje raspodjele molarne težine sa dva maksimuma; krivulje za celulozu od tvrdog drveta imaju jedan maksimum.

Celuloza ima složenu supramolekularnu strukturu. Na osnovu difrakcije rendgenskih zraka, difrakcije elektrona i spektroskopskih studija, obično se smatra da je celuloza kristalni polimer. Celuloza ima niz strukturnih modifikacija, od kojih su glavne prirodna celuloza i hidratizirana celuloza. Prirodna celuloza se rastvaranjem i naknadnim taloženjem iz rastvora pretvara u hidratizovanu celulozu, pod dejstvom koncentrisanih alkalnih rastvora i naknadnom razgradnjom alkalne celuloze i dr. Obrnuti prijelaz se može izvesti zagrijavanjem hidrata celuloze u rastvaraču koje uzrokuje njegovo intenzivno bubrenje (glicerin, voda). Obje strukturne modifikacije imaju različite uzorke rendgenske difrakcije i uvelike se razlikuju po reaktivnosti, rastvorljivosti (ne samo same celuloze, već i njenih estera), kapacitetu adsorpcije i drugim. Preparati hidrata celuloze imaju povećanu higroskopnost i sposobnost farbanja, kao i više velike brzine hidroliza.

Prisustvo acetalnih (glukozidnih) veza između elementarnih jedinica u makromolekuli celuloze određuje njenu nisku otpornost na djelovanje kiselina, u čijoj prisutnosti dolazi do hidrolize celuloze (vidi sliku). Brzina procesa zavisi od niza faktora, od kojih je odlučujući faktor, posebno kod izvođenja reakcije u heterogenom okruženju, struktura leka, koja određuje intenzitet međumolekularne interakcije. U početnoj fazi hidrolize brzina može biti veća, što je posljedica mogućnosti postojanja u makromolekuli malog broja veza koje su manje otporne na djelovanje hidroliznih reagensa od konvencionalnih glukozidnih veza. Produkti djelomične hidrolize celuloze nazivaju se hidrocelulozom.

Kao rezultat hidrolize, svojstva celuloznog materijala značajno se mijenjaju - smanjuje se mehanička čvrstoća vlakana (zbog smanjenja stupnja polimerizacije), povećava se sadržaj aldehidnih grupa i rastvorljivost u alkalijama. Djelomična hidroliza ne mijenja otpornost preparata celuloze na alkalne tretmane. Produkt potpune hidrolize celuloze je glukoza. Industrijske metode hidrolize biljnih sirovina koje sadrže celulozu uključuju obradu razrijeđenim otopinama HCl i H2SO4 (0,2-0,3%) na 150-180°; prinos šećera pri stepenastoj hidrolizi je do 50%.

By hemijske prirode Celuloza je polihidrični alkohol. Zbog prisustva hidroksilnih grupa u elementarnoj jedinici makromolekule, celuloza reaguje sa alkalnim metalima i bazama. Kada se osušena celuloza tretira rastvorom metalnog natrijuma u tečnom amonijaku na minus 25-50°C tokom 24 sata, nastaje celulozni trinatrijev alkoholat:

n + 3nNa → n + 1,5nH 2.

Kada koncentrirani alkalni rastvori deluju na celulozu, uz hemijsku reakciju, nastaju i fizičko-hemijski procesi - bubrenje celuloze i delimično otapanje njenih frakcija male molekulske mase, strukturne transformacije. Interakcija hidroksida alkalnog metala sa celulozom može se odvijati prema dvije sheme:

n + n NaOH ↔ n + nH 2 O

[C 6 H 7 O 2 (OH) 3 ]n + n NaOH ↔ n.

Reaktivnost primarne i sekundarne hidroksilne grupe celuloze u alkalnoj sredini je različita. Najizraženija kisela svojstva imaju hidroksilne grupe koje se nalaze na drugom atomu ugljika elementarne jedinice celuloze, koje su dio glikolne grupe i nalaze se uα -pozicija na acetalnu vezu. Formiranje celuloznog alkoksida očito se događa upravo zbog ovih hidroksilnih grupa, dok pri interakciji s preostalim OH grupama nastaje molekularni spoj.

Sastav alkalne celuloze zavisi od uslova njene proizvodnje - koncentracije alkalija; temperatura, priroda celuloznog materijala i drugo. Zbog reverzibilnosti reakcije stvaranja alkalne celuloze, povećanje koncentracije lužine u otopini dovodi do povećanjaγ (broj supstituiranih hidroksilnih grupa na 100 elementarnih jedinica makromolekule celuloze) alkalne celuloze, a smanjenje temperature mercerizacije dovodi do povećanjaγ alkalna celuloza dobivena djelovanjem ekvikoncentriranih alkalnih otopina, što se objašnjava razlikom u temperaturnim koeficijentima proste i reverzne reakcije. Različiti intenzitet interakcije različitih celuloznih materijala sa alkalijama je očigledno povezan sa karakteristikama fizičke strukture ovih materijala.

Važna komponenta procesa interakcije celuloze sa alkalijama je bubrenje celuloze i otapanje njenih frakcija male molekulske mase. Ovi procesi olakšavaju uklanjanje frakcija niske molekularne težine (hemiceluloze) iz celuloze i difuziju esterifikacionih reagensa u vlakno tokom naknadnih procesa esterifikacije (na primjer, ksantogenacija). Kako temperatura pada, stepen otoka se značajno povećava. Na primjer, na 18°, povećanje promjera pamučnih vlakana za 12% NaOH iznosi 10%, a na -10° dostiže 66%. Sa povećanjem koncentracije alkalija prvo dolazi do povećanja, a zatim (preko 12%) do smanjenja stepena bubrenja. Maksimalni stepen bubrenja se opaža pri onim alkalnim koncentracijama pri kojima se pojavljuje rendgenski uzorak alkalne celuloze. Ove koncentracije su različite za različite celulozne materijale: za pamuk 18% (na 25°), za ramiju 14-15%, za sulfitnu celulozu 9,5-10%. Interakcija celuloze sa koncentriranim rastvorima N AOH se široko koristi u tekstilnoj industriji, u proizvodnji umjetnih vlakana i celuloznih etera.

Interakcija celuloze s drugim hidroksidima alkalnih metala odvija se slično reakciji s natrijum hidroksidom. Rendgenski uzorak alkalne celuloze pojavljuje se kada su preparati prirodne celuloze izloženi približno ekvimolarnim (3,5-4,0 mol/l) rastvorima hidroksida alkalnih metala. Jake organske baze, neki tetraalkil (aril) amonijum hidroksidi, očigledno formiraju molekularna jedinjenja sa celulozom.

Posebno mjesto u nizu reakcija celuloze sa bazama zauzima njena interakcija sa kuprijamin hidratom [ Cu (NH 3 ) 4 ] (OH ) 2 , kao i sa nizom drugih kompleksnih jedinjenja bakra, nikla, kadmijuma, cinka - kuprietilendiamina [ Cu (en) 2 ](OH) 2 (en - molekula etilendiamina), nioksan [ Ni(NH 3 ) 6 ] (OH) 2 , nioksen [ Ni (en ) 3 ] (OH) 2 , kadoksen [ Cd (en ) 3 ] (OH ) 2 i drugi. Celuloza se otapa u ovim proizvodima. Taloženje celuloze iz otopine bakra-amonijaka vrši se pod djelovanjem vodenih, alkalnih ili kiselih otopina.

Pod dejstvom oksidacionih sredstava dolazi do delimične oksidacije celuloze - procesa koji se uspešno koristi u tehnici (beljenje celuloze i pamučnih tkanina, predzrevanje alkalne celuloze). Oksidacija celuloze je sporedni proces prilikom rafinacije celuloze, pripreme rastvora za predenje bakra-amonijaka i rada proizvoda od celuloznih materijala. Produkti parcijalne oksidacije celuloze nazivaju se oksiceluloze. Ovisno o prirodi oksidacijskog sredstva, oksidacija celuloze može biti selektivna ili neselektivna. Najselektivnije djelujući oksidanti uključuju periodnu kiselinu i njene soli, koje oksidiraju glikolnu skupinu elementarne jedinice celuloze s lomljenjem piranskog prstena (formiranje celuloznog dialdehida) (vidi sliku). Pod dejstvom periodne kiseline i periodata, mali broj primarnih hidroksilnih grupa se takođe oksidira (u karboksilne ili aldehidne grupe). Prema sličnoj shemi, celuloza se oksidira pod djelovanjem olovnog tetraacetata u okruženju organskih otapala (octena kiselina, kloroform).

U pogledu otpornosti na kiseline, dialdehidna celuloza se malo razlikuje od originalne celuloze, ali je mnogo manje otporna na lužine, pa čak i na vodu, što je rezultat hidrolize hemiacetalne veze u alkalnoj sredini. Oksidacija aldehidnih grupa u karboksilne grupe delovanjem natrijum hlorita (nastanak dikarboksilceluloze), kao i njihova redukcija na hidroksilne grupe (nastanak tzv."disalkohol" - celuloza) stabiliziraju oksidiranu celulozu djelovanjem alkalnih reagensa. Rastvorljivost celuloznih dialdehid nitrata i acetata čak i niskih oksidacionih stanja (γ = 6-10) je značajno niža od rastvorljivosti odgovarajućih etera celuloze, očigledno zbog formiranja intermolekularnih hemiacetalnih veza tokom esterifikacije. Kada dušikov dioksid djeluje na celulozu, pretežno primarne hidroksilne grupe se oksidiraju u karboksilne grupe (formiranje monokarboksilceluloze) (vidi sliku). Reakcija se odvija radikalnim mehanizmom sa srednjim stvaranjem estera celuloznog nitrata i naknadnim oksidativnim transformacijama ovih estera. Do 15% ukupnog sadržaja karboksilnih grupa su neuronske (COOH grupe se formiraju na drugom i trećem atomu ugljenika). Istovremeno dolazi do oksidacije hidroksilnih grupa kod ovih atoma u keto grupe (do 15-20% od ukupnog broja oksidisanih hidroksilnih grupa). Formiranje keto grupa je očigledno razlog izuzetno niske otpornosti monokarboksilceluloze na djelovanje lužina, pa čak i vode na povišenim temperaturama.

Sa sadržajem od 10-13% COOH grupa, monokarboksilceluloza se otapa u razblaženom rastvoru NaOH, otopine amonijaka, piridina sa stvaranjem odgovarajućih soli. Njegova acetilacija teče sporije od celuloze; acetati nisu potpuno rastvorljivi u metilen hloridu. Nitrati monokarboksilceluloze nisu rastvorljivi u acetonu čak ni sa sadržajem azota do 13,5%. Ove karakteristike svojstava monokarboksilceluloznih estera su povezane sa formiranjem intermolekularnih etarskih veza tokom interakcije karboksilnih i hidroksilnih grupa. Monokarboksilceluloza se koristi kao hemostatsko sredstvo i kao kationski izmjenjivač za odvajanje biološki aktivnih tvari (hormona). Kombinovanom oksidacijom celuloze perjodatom, a zatim hloritom i azot-dioksidom, sintetizovani su preparati takozvane trikarboksilceluloze sa do 50,8% COOH grupa.

Smjer oksidacije celuloze pod utjecajem neselektivnih oksidirajućih sredstava (hlor dioksid, soli hipohlorne kiseline, vodikov peroksid, kiseonik u alkalnom mediju) u velikoj meri zavisi od prirode medija. U kiselim i neutralnim sredinama, pod dejstvom hipoklorita i vodikovog peroksida, dolazi do stvaranja produkata redukcionog tipa, očigledno kao rezultat oksidacije primarnih hidroksilnih grupa u aldehide i jedne od sekundarnih OH grupa u keto grupu ( vodonik peroksid također oksidira glikolne grupe s lomljenjem piranskog prstena). Tijekom oksidacije hipokloritom u alkalnoj sredini, aldehidne grupe postupno se pretvaraju u karboksilne grupe, zbog čega je proizvod oksidacije kisele prirode. Tretman hipohloritom jedna je od najčešće korištenih metoda izbjeljivanja pulpe. Da bi se dobila visokokvalitetna celuloza s visokim stupnjem bjeline, izbjeljuje se hlor dioksidom ili hloritom u kiseloj ili alkalnoj sredini. U tom slučaju lignin se oksidira, boje se uništavaju, a aldehidne grupe u makromolekuli celuloze oksidiraju se u karboksilne grupe; hidroksilne grupe nisu oksidirane. Oksidacija atmosferskim kiseonikom u alkalnoj sredini, koja se dešava radikalnim mehanizmom i praćena je značajnim uništavanjem celuloze, dovodi do akumulacije karbonilnih i karboksilnih grupa u makromolekuli (pre-zrenje alkalne celuloze).

Prisustvo hidroksilnih grupa u elementarnoj jedinici celuloznog makromolekula omogućava prelazak na tako važne klase derivata celuloze kao što su eteri i estri. Zbog svojih vrijednih svojstava, ova jedinjenja se koriste u raznim oblastima tehnologije - u proizvodnji vlakana i filmova (celulozni acetati, nitrati), plastike (acetati, nitrati, etil, benzil eteri), lakova i elektroizolacijskih premaza, kao stabilizatori suspenzija i zgušnjivača u naftnoj i tekstilnoj industriji (nisko supstituirana karboksimetilceluloza).

Vlakna na bazi celuloze (prirodna i umjetna) su punopravni tekstilni materijal s kompleksom vrijednih svojstava (visoka čvrstoća i higroskopnost, dobra boja. Nedostaci celuloznih vlakana su zapaljivost, nedovoljno visoka elastičnost, lako uništavanje pod utjecajem mikroorganizama , itd. Tendencija usmjerenosti Promjene (modifikacije) celuloznih materijala dovele su do pojave niza novih derivata celuloze, au nekim slučajevima i novih klasa derivata celuloze.

Modifikacija svojstava i sinteza novih derivata celuloze vrši se korištenjem dvije grupe metoda:

1) esterifikacija, O-alkilacija ili konverzija hidroksilnih grupa elementarne jedinice u druge funkcionalne grupe (oksidacija, nukleofilna supstitucija nekim eterima celuloze - nitrati, eteri sa n -toluen- i metansulfonska kiselina);

2) graft kopolimerizacija ili interakcija celuloze sa polifunkcionalnim jedinjenjima (transformacija celuloze u razgranati, odnosno umreženi polimer).

Jedan od najvecih uobičajene metode Sinteza različitih derivata celuloze je nukleofilna supstitucija. Polazni materijali u ovom slučaju su eteri celuloze sa nekim jakim kiselinama (toluen i metansulfonska kiselina, azotna i fenilfosforna kiselina), kao i halogenodeoksi derivati ​​celuloze. Reakcijom nukleofilne supstitucije sintetizirani su derivati ​​celuloze u kojima su hidroksilne grupe zamijenjene halogenima (hlor, fluor, jod), rodanom, nitrilom i drugim grupama; Sintetizirani su preparati deoksiceluloze koji sadrže heterocikle (piridin i piperidin), eteri celuloze sa fenolima i naftolima, određeni broj estera celuloze (sa višim karboksilnim kiselinama,α - aminokiseline , nezasićene kiseline). Intramolekularna reakcija nukleofilne supstitucije (saponifikacija tozil etera celuloze) dovodi do stvaranja mješovitih polisaharida koji sadrže 2, 3- i 3, 6-anhidrocikle.

Sinteza celuloznih graft kopolimera je od najvećeg praktičnog značaja za stvaranje celuloznih materijala sa novim tehnički vrednim svojstvima. Najčešće metode za sintezu celuloznih graft kopolimera uključuju korištenje reakcija lančanog prijenosa na celulozu, radijacijsko-hemijsku kopolimerizaciju i korištenje redoks sistema u kojima celuloza ima ulogu redukcijskog agensa. U potonjem slučaju može doći do stvaranja makroradikala zbog oksidacije i hidroksilnih grupa celuloze (oksidacija s cerijevim solima) i funkcionalnih grupa koje su posebno uvedene u makromolekulu - aldehid, amino grupe (oksidacija s vanadijem, solima mangana) , ili razlaganje diazo jedinjenja nastalog tokom diazotizacije onih uvedenih u aromatične amino grupe celuloze. Sinteza celuloznih graft kopolimera u nekim slučajevima može se izvesti bez stvaranja homopolimera, što smanjuje potrošnju monomera. Graft kopolimeri celuloze, dobijeni pod konvencionalnim uslovima kopolimerizacije, sastoje se od mešavine originalne celuloze (ili njenog etra, na koji je kalemljen) i graft kopolimera (40-60%). Stepen polimerizacije kalemljenih lanaca varira u zavisnosti od načina inicijacije i prirode kalemljene komponente od 300 do 28.000.

Promjena svojstava kao rezultat cijepljene kopolimerizacije određena je prirodom cijepljenog monomera. Kalemljenje stirena, akrilamida i akrilonitrila povećava suvu čvrstoću pamučnih vlakana. Kalemljenje polistirena, polimetil metakrilata i polibutil akrilata omogućava dobijanje hidrofobnih materijala. Graft kopolimeri celuloze sa polimerima fleksibilnog lanca (polimetil akrilat) su termoplastični ako je sadržaj cijepljene komponente dovoljno visok. Graft kopolimeri celuloze sa polielektrolitima (poliakrilna kiselina, polimetilvinilpiridin) mogu se koristiti kao jonoizmenjivačke tkanine, vlakna, folije.

Jedan od nedostataka celuloznih vlakana je niska elastičnost i kao rezultat toga, loše zadržavanje oblika proizvoda i pojačano gužvanje. Otklanjanje ovog nedostatka postiže se stvaranjem međumolekularnih veza pri tretiranju tkanina polifunkcionalnim jedinjenjima (dimetilolurea, dimetilolcikloetilenurea, trimetilolmelamin, dimetiloltriazon, razni diepoksidi, acetali) koji reaguju sa OH grupama celuloze. Zajedno sa obrazovanjem hemijske veze Između makromolekula celuloze dolazi do polimerizacije reagensa za umrežavanje sa formiranjem linearnih i prostornih polimera. Tkanine izrađene od celuloznih vlakana impregniraju se otopinom koja sadrži reagens za umrežavanje i katalizator, istiskuju se, suše na niskoj temperaturi i termički obrađuju na 120-160° 3-5 minuta. Kada se celuloza tretira multifunkcionalnim reagensima za umrežavanje, proces se odvija uglavnom u amorfnim područjima vlakna. Da bi se postigao isti efekat otpornosti na gužvanje, potrošnja reagensa za umrežavanje pri preradi viskoznih vlakana trebala bi biti znatno veća nego pri preradi pamučnih vlakana, što je očito zbog većeg stupnja kristalnosti potonjeg.

Prije svega, potrebno je objasniti šta je zapravo celuloza i šta je generalni pregled njegove osobine.

Celuloza(od latinskog cellula - slova, soba, ovdje - ćelija) - celuloza, supstanca zidova biljnih stanica, je polimer klase ugljikohidrata - polisaharid, čije su molekule izgrađene od ostataka molekula monosaharida glukoze (vidi dijagram 1).

ŠEMA 1. Struktura molekula celuloze

Svaki ostatak molekule glukoze - ili, skraćeno, ostatak glukoze - rotira se za 180° u odnosu na svog susjeda i s njim je povezan kisikovim mostom -O-, ili, kako se u ovom slučaju obično kaže, pomoću glukozidna veza preko atoma kiseonika. Cijela molekula celuloze je stoga poput džinovskog lanca. Pojedinačne karike ovog lanca imaju oblik šesterokuta, ili - hemijski rečeno - 6-članih ciklusa. U molekulu glukoze (i njegovom ostatku), ovaj 6-člani ciklus je izgrađen od pet atoma ugljika C i jednog atoma kiseonika O. Takvi ciklusi se nazivaju piranski ciklusi. Od šest atoma 6-članog piranskog prstena u shemi 1 prikazanoj gore, samo je atom kisika O prikazan na vrhu jednog od uglova - heteroatom (od grčkog heteroatoma; - drugi, drugačiji od ostalih). Na vrhovima preostalih pet uglova nalazi se atom ugljika C (ovi "uobičajeni" atomi ugljika za organske tvari, za razliku od heteroatoma, obično se ne prikazuju u formulama cikličkih spojeva).

Svaki 6-člani ciklus ima oblik ne ravnog šestougla, već zakrivljenog u prostoru, poput fotelje (vidi shemu 2), otuda i naziv ovog oblika, odnosno prostorne konformacije, koja je najstabilnija za celulozu molekula.

DIJAGRAM 2 Oblik stolice

Na dijagramima 1 i 2, stranice šesterokuta koji se nalaze bliže nama označene su podebljanom linijom. Shema 1 također pokazuje da svaki ostatak glukoze sadrži 3 hidroksilne grupe -OH (one se zovu hidroksi grupe ili jednostavno hidroksili). Radi jasnoće, ove -OH grupe su zatvorene u tačkasti okvir.

Hidroksilne grupe su sposobne da formiraju jake intermolekularne vodikove veze sa atomom vodika H kao mostom, stoga je energija veze između molekula celuloze visoka, a celuloza kao materijal ima značajnu snagu i krutost. Osim toga, -OH grupe pospješuju apsorpciju vodene pare i daju celulozi svojstva polihidričnih alkohola (tzv. alkohola koji sadrže nekoliko -OH grupa). Kada celuloza nabubri, vodikove veze između njenih molekula se razaraju, lanci molekula se rastavljaju od strane molekula vode (ili molekula apsorbiranog reagensa), a nove veze se formiraju između molekula celuloze i vode (ili reagensa).

U normalnim uslovima, celuloza je čvrsta supstanca gustine 1,54-1,56 g/cm3, nerastvorljiva u uobičajenim rastvaračima - vodi, alkoholu, dietil etru, benzenu, hloroformu itd. U prirodnim vlaknima celuloza ima amorfno-kristalnu strukturu sa stepen kristalnosti od oko 70%.

Hemijske reakcije sa celulozom obično uključuju tri -OH grupe. Preostali elementi od kojih je izgrađena molekula celuloze reaguju pod jačim uticajima - na povišenim temperaturama, pod dejstvom koncentrisanih kiselina, lužina i oksidacionih sredstava.

Na primjer, kada se zagrije na temperaturu od 130°C, svojstva celuloze se samo neznatno mijenjaju. Ali na 150-160°C počinje proces sporog razaranja - uništavanje celuloze, a na temperaturama iznad 160°C ovaj proces se odvija brzo i praćen je kidanjem glukozidnih veza (kod atoma kiseonika), dubljom razgradnjom molekule i ugljenisanje celuloze.

Kiseline imaju različite efekte na celulozu. Kada se pamučna celuloza tretira mješavinom koncentrovane dušične i sumporne kiseline, reagiraju hidroksilne grupe -OH i kao rezultat nastaju nitrati celuloze - tzv. nitroceluloza, koja, ovisno o sadržaju nitro grupa u molekuli, ima različita svojstva. Najpoznatije od nitroceluloza su piroksilin, koji se koristi za proizvodnju baruta, i celuloid - plastika na bazi nitroceluloze sa nekim aditivima.

Druga vrsta hemijske interakcije javlja se kada se celuloza tretira hlorovodoničnom ili sumpornom kiselinom. Pod uticajem ovih mineralnih kiselina dolazi do postepenog razaranja molekula celuloze uz kidanje glukozidnih veza, praćeno hidrolizom, tj. reakcija razmene koja uključuje molekule vode (vidi šemu 3).

ŠEMA 3 Hidroliza celuloze
Ovaj dijagram prikazuje iste tri karike u lancu celuloznog polimera, tj. ista tri ostatka molekula celuloze kao na šemi 1, samo su 6-člani piranski prstenovi predstavljeni ne u obliku „fotelja“, već u obliku ravnih šesterokuta. Ovo simbol ciklične strukture su također općenito prihvaćene u hemiji.

Potpuna hidroliza, izvedena kuhanjem s mineralnim kiselinama, dovodi do proizvodnje glukoze. Produkt parcijalne hidrolize celuloze je takozvana hidroceluloza, ima manju mehaničku čvrstoću u odnosu na konvencionalnu celulozu, budući da se sa smanjenjem dužine lanca molekule polimera smanjuju pokazatelji mehaničke čvrstoće.

Potpuno drugačiji učinak opaža se ako se celuloza kratkotrajno tretira koncentriranom sumpornom ili hlorovodoničnom kiselinom. Nastaje pergamentacija: površina papira ili pamučne tkanine bubri, a ovaj površinski sloj, koji je djelimično uništen i hidrolizovana celuloza, daje papiru ili tkanini poseban sjaj i povećanu čvrstoću nakon sušenja. Ovu pojavu su prvi uočili 1846. godine francuski istraživači J. Pumaru i L. Fipoye.

Slabe (0,5%) otopine mineralnih i organskih kiselina na temperaturama do približno 70°C, ako njihovu primjenu prati pranje, ne djeluju destruktivno na celulozu.

Celuloza je otporna na alkalije (razrijeđene otopine). Za alkalno kuhanje krpa koje se koriste za proizvodnju papira koriste se otopine kaustične sode u koncentraciji od 2-3,5%. U tom slučaju se iz celuloze ne uklanjaju samo zagađivači, već i produkti razaranja molekula celuloznog polimera koji imaju kraće lance. Za razliku od celuloze, ovi proizvodi razgradnje su rastvorljivi u alkalnim rastvorima.

Koncentrirane otopine alkalija imaju jedinstveni učinak na celulozu na hladnom - na sobnoj temperaturi ili više niske temperature. Ovaj proces, koji je 1844. godine otkrio engleski istraživač J. Mercer i nazvan mercerizacija, široko se koristi za rafiniranje pamučnih tkanina. Vlakna se obrađuju pod zatezanjem na temperaturi od 20°C sa 17,5% rastvorom natrijum hidroksida. Molekuli celuloze se vezuju za alkalije, formira se takozvana alkalna celuloza, a ovaj proces je praćen jakim bubrenjem celuloze. Nakon pranja alkalije se uklanjaju, a vlakna poprimaju mekoću, svilenkast sjaj, postaju izdržljivija i osjetljivija na boje i vlagu.

Na visokim temperaturama u prisustvu atmosferskog kiseonika, koncentrirani rastvori alkalija izazivaju razaranje celuloze uz kidanje glukozidnih veza.

Oksidirajuća sredstva koja se koriste za izbjeljivanje celuloznih vlakana u tekstilnoj proizvodnji, kao i za proizvodnju papira visokog stupnja bjeline, djeluju destruktivno na celulozu, oksidirajući hidroksilne grupe i razbijajući glukozidne veze. Zbog toga su u proizvodnim uslovima svi parametri procesa beljenja strogo kontrolisani.

Kada smo govorili o strukturi molekula celuloze, imali smo u vidu njen idealni model, koji se sastoji samo od brojnih ostataka molekula glukoze. Nismo precizirali koliko je ovih ostataka glukoze sadržano u lancu molekula celuloze (ili, kako se divovske molekule obično nazivaju, u makromolekuli). Ali u stvarnosti, tj. u bilo kojem prirodnom biljnom materijalu postoje veća ili manja odstupanja od opisanog idealnog modela. Makromolekula celuloze može sadržavati određenu količinu ostataka molekula drugih monosaharida - heksoza (tj. koje sadrže 6 atoma ugljika, poput glukoze, koja također pripada heksozama) i pentoza (monosaharida sa 5 atoma ugljika u molekuli). Makromolekula prirodne celuloze može sadržavati i ostatke uronske kiseline – ovo je naziv za karboksilne kiseline iz klase monosaharida, na primjer, razlikuje se od ostatka glukoze po tome što umjesto -CH 2 OH grupe sadrži; karboksilna grupa -COOH, karakteristična za karboksilne kiseline.

Broj ostataka glukoze sadržanih u makromolekuli celuloze, odnosno tzv. stepen polimerizacije, označen indeksom n, također je različit za različite vrste celuloznih sirovina i veoma varira. Tako u pamuku n u prosjeku iznosi 5.000 - 12.000, a u lanu, konoplji i ramiji 20.000 - 30.000 Dakle, molekularna težina celuloze može doseći 5 miliona jedinica kisika. Što je veći n, to je jača celuloza. Za celulozu dobijenu iz drveta, n je mnogo niže - u rasponu od 2500 - 3000, što takođe uzrokuje manju čvrstoću vlakana drvne celuloze.

Međutim, ako celulozu posmatramo kao materijal dobijen od bilo koje vrste biljnog materijala – pamuka, lana, konoplje ili drveta itd., onda će u ovom slučaju molekuli celuloze imati nejednaku dužinu, nejednak stepen polimerizacije, tj. u ovoj će celulozi biti prisutni duži i kraći molekuli. Dio visoke molekularne težine bilo koje tehničke celuloze obično se naziva a-celuloza - tako se konvencionalno označava dio celuloze koji se sastoji od molekula koji sadrže 200 ili više ostataka glukoze. Posebnost ovog dijela celuloze je njegova nerastvorljivost u 17,5% rastvoru natrijum hidroksida na 20°C (ovo su, kao što je već pomenuto, parametri procesa mercerizacije - prve faze proizvodnje viskoznih vlakana).

Dio tehničke celuloze koji je rastvorljiv u ovim uslovima naziva se hemiceluloza. Ona se pak sastoji od frakcije b-celuloze, koja sadrži od 200 do 50 ostataka glukoze, i y-celuloze - frakcije najniže molekularne mase, sa n manje od 50. Naziv "hemiceluloza", kao i "a -celuloza”, je uslovno: Sastav hemiceluloza uključuje ne samo celulozu relativno male molekularne mase, već i druge polisaharide, čiji su molekuli izgrađeni od ostataka drugih heksoza i pentoza, tj. drugi heksozani i pentozani (vidi, na primjer, sadržaj pentozana u Tabeli 1). Njihovo zajedničko svojstvo je nizak stepen polimerizacije n, manji od 200, i kao rezultat toga, rastvorljivost u 17,5% rastvoru natrijum hidroksida.

Kvaliteta celuloze je određena ne samo sadržajem a-celuloze, već i sadržajem hemiceluloze. Poznato je da se sa povećanim sadržajem a-celuloze vlaknasti materijal obično odlikuje većom mehaničkom čvrstoćom, hemijskom i termičkom otpornošću, stabilnošću bjeline i izdržljivošću. Ali da bi se dobila izdržljiva papirna mreža, neophodno je da sateliti hemiceluloze budu prisutni i u tehničkoj celulozi, jer čista a-celuloza nije sklon fibrilaciji (cijepanje vlakana u uzdužnom smjeru sa stvaranjem najfinijih vlakana – fibrila) i lako se usitnjava tokom procesa mljevenja vlakana. Hemiceluloza olakšava fibrilaciju, što zauzvrat poboljšava koheziju vlakana u papirnom listu bez pretjeranog smanjenja njihove dužine tokom mljevenja.

Kada smo rekli da je i pojam “a-celuloze” uslovljen, mislili smo da a-celuloza nije pojedinačno hemijsko jedinjenje. Ovaj izraz se odnosi na ukupnu količinu supstanci koje se nalaze u tehničkoj celulozi i nerastvorljive u luži tokom mercerizacije. Stvarni sadržaj celuloze visoke molekularne mase u a-celulozi je uvijek niži, jer se nečistoće (lignin, pepeo, masti, voskovi, kao i pentozani i pektinske tvari kemijski vezane za celulozu) nisu u potpunosti rastopljene tokom mercerizacije. Stoga, bez paralelnog određivanja količine ovih nečistoća, sadržaj a-celuloze ne može okarakterizirati čistoću celuloze, može se suditi samo ako su ovi neophodni dodatni podaci dostupni.

Nastavljajući izlaganje početnih informacija o strukturi i svojstvima celuloznih satelita, vratimo se na tabelu. 1.

U tabeli Tabela 1 prikazuje supstance koje se nalaze zajedno sa celulozom u biljnim vlaknima. Pektinske supstance i pentozani su prvi nakon celuloze. Pektinske supstance su polimeri iz klase ugljikohidrata, koji, kao i celuloza, imaju lančanu strukturu, ali su građeni od ostataka uronske kiseline, tačnije galakturonske kiseline. Poligalakturonska kiselina se naziva pektinska kiselina, a njeni metil estri se nazivaju pektini (vidi šemu 4).

DIJAGRAM 4 Presjek lanca makromolekula pektina

Ovo je, naravno, samo dijagram, od pektina različite biljke razlikuju se po molekularnoj težini, sadržaju -OCH3 grupa (tzv. metoksi, ili metoksil, grupe, ili jednostavno metoksili) i njihovoj distribuciji duž lanca makromolekula. Pektini sadržani u soku biljnih ćelija su rastvorljivi u vodi i sposobni su da formiraju guste gelove u prisustvu šećera i organskih kiselina. Međutim, pektinske tvari postoje u biljkama uglavnom u obliku netopivog protopektina - polimera razgranate strukture u kojem su linearni dijelovi makromolekule pektina povezani poprečnim mostovima. Protopektin se nalazi u zidovima biljna ćelija i intercelularni cementni materijal, koji djeluje kao potporni elementi. Općenito, pektinske tvari su rezervni materijal iz kojeg se nizom transformacija formira celuloza i formira se stanični zid. Na primjer, u početnoj fazi rasta pamučnog vlakna, sadržaj pektinskih tvari u njemu doseže 6%, a do otvaranja kutije postepeno se smanjuje na približno 0,8%. Istovremeno se povećava sadržaj celuloze u vlaknu, povećava se njegova čvrstoća i povećava stepen polimerizacije celuloze.

Pektinske tvari su prilično otporne na kiseline, ali pod utjecajem lužina kada se zagrijavaju, one se uništavaju, a ta se okolnost koristi za čišćenje celuloze od pektinskih tvari (kuhanjem, na primjer, pamučnog vlakna s otopinom kaustične sode). Pektinske tvari se lako uništavaju oksidacijskim agensima.

Pentozani su polisaharidi izgrađeni od ostataka pentoze - obično arabinoze i ksiloze. Shodno tome, ovi pentozani se nazivaju arabanima i ksilanima. Imaju linearnu (lančanu) ili blago razgranatu strukturu i u biljkama obično prate pektinske supstance (arabane) ili su deo hemiceluloze (ksilani). Pentozani su bezbojni i amorfni. Arabani su visoko rastvorljivi u vodi;

Sljedeći najvažniji pratilac celuloze je lignin, razgranati polimer koji uzrokuje lignifikaciju biljaka. Kao što se vidi iz tabele. 1, lignin nema u pamučnim vlaknima, ali u ostalim vlaknima - lanu, konoplji, rami i posebno juti - ima ga u manjim ili većim količinama. Uglavnom ispunjava prostore između biljnih ćelija, ali i prodire u površinske slojeve vlakana, igrajući ulogu inkrustirajuće supstance koja drži celulozna vlakna zajedno. Drvo sadrži posebno mnogo lignina - do 30%. Po svojoj prirodi lignin više ne pripada klasi polisaharida (poput celuloze, pektinskih supstanci i pentozana), već je polimer na bazi derivata polihidričnih fenola, tj. odnosi se na takozvana masno-aromatična jedinjenja. Njegova značajna razlika od celuloze je u tome što makromolekula lignina ima nepravilnu strukturu, tj. Molekula polimera nije sastavljena od identičnih ostataka molekula monomera, već od različitih strukturnih elemenata. Međutim, potonji imaju zajedničko to što se sastoje od aromatičnog jezgra (koje je zauzvrat formirano od 6 atoma ugljika C) i bočnog lanca propana (od 3 atoma ugljika C), ovaj strukturni element zajednički za sve lignine naziva se fenilpropan jedinica (vidi dijagram 5).

ŠEMA 5 Jedinica fenilpropana

Dakle, lignin pripada grupi prirodnih jedinjenja opšte formule (C 6 C 3)x. Lignin nije pojedinačno hemijsko jedinjenje sa strogo definisanim sastavom i svojstvima. Lignini različitog porijekla značajno se razlikuju jedni od drugih, pa čak i lignini dobijeni iz iste vrste biljnog materijala, ali na različite načine, ponekad se jako razlikuju po elementarnom sastavu, sadržaju određenih supstituenata (ovo je naziv za grupe povezane sa benzenskim prstenom ili bočnim propanskim lancem), rastvorljivosti i drugim svojstvima.

Visoka reaktivnost lignina i heterogenost njegove strukture otežavaju proučavanje njegove strukture i svojstava, ali je ipak utvrđeno da svi lignini sadrže fenilpropanske jedinice, koje su derivati ​​gvajakola (tj. pirokatehol monometil eter, vidi shemu 6) .

SHEMA 6 Derivat gvajakola

Otkrivene su i neke razlike u strukturi i svojstvima lignina jednogodišnjih biljaka i žitarica, s jedne strane, i drveta, s druge strane. Na primjer, lignini trava i žitarica (tu spadaju lan i konoplja, o kojima ćemo detaljnije govoriti) se relativno dobro otapaju u lužinama, dok se lignini iz drveta ne. Ovo određuje strože parametre za proces odstranjivanja lignina (delignifikacija) iz drveta metodom ključanja sode (kao što su: više visoke temperature i pritisak) u poređenju sa postupkom odstranjivanja lignina iz mladih izdanaka i začinskog bilja kuhanjem u lužini - metodom koja je bila poznata u Kini početkom prvog milenijuma nove ere i koja je u Evropi bila naširoko korišćena pod nazivom maceracija ili vrenje pri preradi. krpe i razne vrste otpada (lan, konoplja) u papir.

Već smo govorili o visokoj reaktivnosti lignina, tj. o njegovoj sposobnosti da ulazi u brojne hemijske reakcije, što se objašnjava prisustvom u makromolekuli lignina velikog broja reaktivnih funkcionalnih grupa, tj. sposoban da uđe u određene hemijske transformacije, svojstveno određenoj klasi hemijska jedinjenja. Ovo se posebno odnosi na alkoholne hidroksile -OH, koji se nalaze na atomima ugljika u bočnom lancu propana, te -OH grupe, na primjer, uzrokuju sulfoniranje lignina tokom sulfitnog kuhanja drveta - još jedan metod delignifikacije.

Zbog visoke reaktivnosti lignina, lako dolazi do njegove oksidacije, posebno u alkalnoj sredini, uz stvaranje karboksilnih grupa -COOH. A pod dejstvom sredstava za hlorisanje i izbeljivanje, lignin se lako hloriše, a atom hlora Cl ulazi i u aromatični prsten i u bočni propan lanac u prisustvu vlage, istovremeno sa hlorisanjem, dolazi do oksidacije makromolekule lignina; rezultirajući klorirani lignin također sadrži karboksilne grupe. Klorirani i oksidirani lignin se lakše ispire iz celuloze. Sve ove reakcije imaju široku primjenu u industriji celuloze i papira za prečišćavanje celuloznih materijala od nečistoća lignina, koji je vrlo nepovoljna komponenta tehničke celuloze.

Zašto je prisustvo lignina nepoželjno? Prije svega, zato što lignin ima razgranatu, često trodimenzionalnu, prostornu strukturu i stoga nema svojstva formiranja vlakana, tj. od njega se ne mogu dobiti niti. Daje krutost i krhkost celuloznim vlaknima, smanjuje sposobnost celuloze da bubri, oboji i interakciju s reagensima koji se koriste u različitim procesima obrade vlakana. Prilikom pripreme papirne pulpe, lignin otežava mljevenje i fibrilaciju vlakana i narušava njihovu međusobnu adheziju. Osim toga, sam je obojen žuto-smeđom bojom, a kada papir stari, povećava i njegovu žutilu.

Naše rasprave o strukturi i svojstvima celuloznih satelita mogu se na prvi pogled činiti nepotrebnim. Zaista, ovdje su prikladni čak i kratki opisi strukture i svojstava lignina ako se grafički restaurator ne bavi prirodnim vlaknima, već papirom, tj. materijal napravljen od vlakana bez lignina? Ovo je, naravno, tačno, ali samo ako mi pričamo o krpenom papiru napravljenom od pamučnih sirovina. U pamuku nema lignina. Praktično ga nema u krpenom papiru od lana ili konoplje - gotovo je u potpunosti uklonjen tokom procesa tkanja krpa.

Međutim, u papiru napravljenom od drveta, a posebno u vrstama novinskog papira u kojima drvena kaša služi kao punilo, lignin se nalazi u prilično velikim količinama, i tu okolnost treba imati na umu restaurator koji radi sa najrazličitijim papirima, uključujući i one niskog kvaliteta.

Za šta se koristi celuloza?

Celuloza je glavni materijal za izgradnju koji se koristi u flora . Formira ćelijske zidove viših biljaka, kao što je drveće. To čini biljku fleksibilnom. Celulozu proizvode biljke za svoje potrebe. Po sastavu je identičan šećeru - celuloza se sastoji od ugljenika, kiseonika i vodonika. Svi ovi elementi se takođe nalaze u vodi i vazduhu. Još od škole svi znaju da se pod uticajem sunca na listovima stvara šećer. Ovaj fenomen se naziva fotosinteza. Šećer se otapa u soku biljke i širi se na sve njene dijelove. Šećer biljka uglavnom koristi za svoj rast i oporavak u slučaju bilo kakvih problema, ali postoji određena količina šećera koja se pretvara u celulozu.

celuloza – prirodni proizvod, a može se dobiti samo prirodnim putem, nije sintetiziran umjetno. Najčišći oblik celuloze su dlake sjemena pamuka. Trenutno se celuloza dobiva iz samo dvije vrste prirodnih sirovina - pamuka i drvene pulpe. Pamuk ne treba složen proces preradu kako bi se od nje naknadno napravila umjetna vlakna i nevlaknaste plastike. Proces dobivanja celuloze iz pamuka je sljedeći proces: prvo se od pamučnog sjemena odvajaju duga vlakna koja se, zapravo, koriste za izradu pamučnih tkanina. Nakon toga ostaje "vlak" ili pamuk, a to su kratke dlačice dužine ne više od 15 mm. Dlaka, kada se odvoji od sjemena pamuka, zagrijava se pod pritiskom dva do šest sati. U ovom slučaju se koristi i 3% rastvor natrijum hidroksida. Nakon toga, dobiveni materijal se ispere i izbijeli hlorom, a zatim ponovo opere i osuši. Rezultat je celuloza, čija je čistoća 99%. Ovo je najčistija celuloza.

Drvena pulpa proizvodi više "prljave" celuloze - ne sadrži više od 97% čiste celuloze. Drvena pulpa se proizvodi od četinarsko drveće. Drvna sječka se kuha pod pritiskom dodavanjem sumpor dioksida i kalcijum bisulfita. Lignini i ugljikovodici, od kojih se sastoji otprilike polovica drvne pulpe, oslobađaju se u otopinu. Kao rezultat toga, nakon što se dobiveni materijal opere, izbijeli i očisti, ispada da je nešto slično labavom papiru. Ovaj materijal sadrži od 80 do 97% celuloze. Celuloza dobijena na ovaj način može se koristiti za izradu viskoznih vlakana i celofana. Osim toga, iz njega se dobijaju i estri i etri.

Ljudi koriste celulozu u raznim industrijama, na primjer, odjeća je napravljena od pamuka, ali pamuk se sastoji od 99,8% prirodne celuloze. A da biste dobili eksplozivni piroksilin, samo trebate izvršiti hemijska reakcija– nanesite azotnu i sumpornu kiselinu na pamuk.

Ljudi takođe koriste celulozu za ishranu. Dio je mnogih jestivih biljaka - salate, celera. Mekinje sadrže veliku količinu celuloze neophodne za ljudski organizam. Iako celulozu ljudi ne mogu reciklirati digestivnog sistema, ona predstavlja nešto poput "grube hrane". Osim toga, nakon obrade, celuloza se može koristiti za dobivanje takvih proizvoda kao podloge za fotografski film, aditiva za lakove i raznih plastičnih materijala.