Tijela napravljena od čiste celuloze. Koja su hemijska i fizička svojstva celuloze
Celuloza- jedan od najčešćih prirodnih polisaharida, glavni sastojak i glavni strukturni materijal zidova biljnih ćelija. Sadržaj celuloze u vlaknima sjemena pamuka je 95-99,5%, u ličnim vlaknima (lan, juta, ramija) 60-85%, u drvenim tkivima (u zavisnosti od vrste drveta, starosti, uslova uzgoja) 30-55% , u zelenom lišću, travi, nižim biljkama 10-25%. Gotovo u pojedinačnom stanju, celuloza se nalazi u bakterijama roda Acetobacter... Celulozni pratioci u ćelijskim zidovima većine biljaka su drugi strukturni polisaharidi koji se razlikuju po strukturi i nazivaju se hemiceluloze- ksilan, manan, galaktan, araban itd. (vidi odeljak „Hemiceluloze“), kao i neugljikohidratne supstance (lignin je prostorni polimer aromatične strukture, silicijum dioksid, smolaste supstance itd.).
Celuloza određuje mehaničku čvrstoću ćelijske membrane i biljno tkivo općenito. Raspodjela i orijentacija celuloznih vlakana u odnosu na osu biljne ćelije prikazani su na slici 1 za primjer drveta. Tu je predstavljena i submikronska organizacija ćelijskog zida.
Zid ćelije zrelog drveta, po pravilu, obuhvata primarnu i sekundarnu membranu (slika 1). Potonji sadrži tri sloja - vanjski, srednji i unutrašnji.
U primarnoj ljusci, prirodna celulozna vlakna su nasumično raspoređena i formiraju mrežnu strukturu ( disperzirana tekstura). Celulozna vlakna u sekundarnom omotaču orijentirana su uglavnom paralelno jedno prema drugom, što dovodi do visoke vlačne čvrstoće biljnog materijala. Stepen polimerizacije i kristalnosti celuloze u sekundarnoj ljusci je veći nego u primarnoj.
U sloju S 1 sekundarna školjka (sl. 1, 3 ) smjer celuloznih vlakana je gotovo okomit na osu ćelije, u sloju S 2 (sl. 1, 4 ) formiraju oštar (5-30) ugao sa osom ćelije. Orijentacija vlakana u sloju S 3 je vrlo varijabilna i može se razlikovati čak iu susjednim traheidima. Tako se kod traheida smreke ugao između željene orijentacije celuloznih vlakana i ose ćelije kreće od 30-60, a kod vlakana većine listopadnih vrsta - 50-80. Između slojeva R i S 1 , S 1 i S 2 , S 2 i S 3, postoje prijelazna područja (lamele) s različitom mikroorijentacijom vlakana nego u glavnim slojevima sekundarne ljuske.
Tehnička celuloza je vlaknasti poluproizvod koji se dobija čišćenjem biljnih vlakana od neceluloznih komponenti. Celuloza se obično naziva prema vrsti sirovine ( drvo, pamuk), način vađenja iz drveta ( sulfit, sulfat), kao i po namjeni ( viskoza, acetat itd.).
Primanje
1.Tehnologija proizvodnje drvne celuloze uključuje sledeće operacije: skidanje kore sa drveta (dekora); dobivanje drvne sječke; čips za kuhanje (u industriji kuhanje se provodi metodom sulfata ili sulfita); sortiranje; izbjeljivanje; sušenje; rezanje.
Sulfitna metoda. Drvo smrče se tretira vodenim rastvorom kalcijum, magnezijum, natrijum ili amonijum bisulfita, zatim se temperatura podiže na 105-110°C u roku od 1,5-4 sata i kuva na toj temperaturi 1-2 sata. Zatim se temperatura podiže na 135-150S i kuva 1-4 sata. U tom slučaju sve necelulozne komponente drveta (uglavnom lignin i hemiceluloze) prelaze u rastvorljivo stanje, a ostaje de-ligninizirana celuloza.
Sulfatna metoda. Opijevke bilo koje vrste drveta (kao i trska) tretiraju se tekućinom za kuhanje, koja je vodeni rastvor natrijum hidroksida i natrijum sulfida (NaOH + Na 2 S). U roku od 2-3 sata temperatura se podiže na 165-180C i kuva na toj temperaturi 1-4 sata. Necelulozne komponente prevedene u rastvorljivo stanje uklanjaju se iz reakcione smeše, a ostaje celuloza, pročišćena od nečistoća.
2.Pamučna pulpa dobijen od pamučnog vlakna. Tehnologija proizvodnje uključuje mehaničko čišćenje, alkalno kuvanje (u 1-4% vodenom rastvoru NaOH na temperaturi od 130-170S) i beljenje. Elektronski mikrosnimci pamučnih celuloznih vlakana prikazani su na slici 2.
3. Bakterijska celuloza sintetiziraju bakterije iz roda Acetobacter... Rezultirajuća bakterijska celuloza ima visoku molekularnu težinu i usku distribuciju molekulske mase.
Uska distribucija molekulske težine objašnjava se kako slijedi. Budući da ugljikohidrati ravnomjerno ulaze u bakterijsku ćeliju, prosečna dužina rezultirajuća celulozna vlakna se povećavaju proporcionalno vremenu. U ovom slučaju ne dolazi do primjetnog povećanja poprečnih dimenzija mikrovlakana (mikrofibrila). Prosječna brzina rasta bakterijskih celuloznih vlakana je ~ 0,1 μm/min, što odgovara polimerizaciji 10 7 -10 8 ostataka glukoze na sat po jednoj bakterijskoj ćeliji. Posljedično, u prosjeku, u svakoj bakterijskoj ćeliji, 10 3 glukopiranoznih jedinica je vezano za rastuće krajeve nerastvorljivih celuloznih vlakana u sekundi.
Mikrovlakna bakterijske celuloze rastu sa oba kraja fibrila na oba kraja istom brzinom. Makromolekularni lanci unutar mikrofibrila nalaze se antiparalelno. Za ostale vrste celuloze takvi podaci nisu dobijeni. Elektronski mikrograf vlakana bakterijske celuloze prikazan je na slici 3. Vidi se da vlakna imaju približno istu dužinu i površinu poprečnog presjeka.
Trenutno su samo dva izvora celuloze od industrijskog značaja - pamuk i drvna celuloza. Pamuk je gotovo čista celuloza i ne zahtijeva složenu obradu da bi postao polazni materijal za umjetna vlakna i nevlaknastu plastiku. Nakon što se dugačka vlakna koja se koriste za izradu pamučnih tkanina odvoje od pamučnog sjemena, ostaju kratke dlake, odnosno "vlak" (pamučni paper), dužine 10-15 mm. Dlaka se odvaja od sjemena, zagrijava pod pritiskom sa 2,5-3% otopinom natrijum hidroksida 2-6 h, zatim opere, izbijeli hlorom, ponovo opere i osuši. Dobiveni proizvod je celuloza 99% čistoće. Prinos je 80% (mas.) vlakana, a ostalo su lignin, masti, voskovi, pektati i ljuske sjemena. Drvena pulpa se obično proizvodi od četinarskog drveta. Sadrži 50-60% celuloze, 25-35% lignina i 10-15% hemiceluloze i neceluloznih ugljovodonika. U procesu sulfita, drvna sječka se kuha pod pritiskom (oko 0,5 MPa) na 140 °C sa sumpordioksidom i kalcijum bisulfitom. U tom slučaju lignini i ugljikovodici prelaze u otopinu i ostaje celuloza. Nakon pranja i izbjeljivanja, pročišćena masa se sipa u labav papir, slično kao upijajući papir, i suši. Ova masa je 88-97% celuloze i prilično je pogodna za hemijsku preradu u viskozna vlakna i celofan, kao i u derivate celuloze - estre i etre.
Proces regeneracije celuloze iz rastvora dodavanjem kiseline u njenu koncentrovanu vodenu otopinu bakra-amonijaka (tj. koja sadrži bakar sulfat i amonijum hidroksid) opisao je Englez J. Mercer oko 1844. Ali prvu industrijsku primenu ove metode, koja označio je početak industrije bakarno-amonijačnih vlakana, pripisan E. Schweitzeru (1857), a njen dalji razvoj - zasluga M. Kramera i I. Schlossbergera (1858). I tek 1892. godine, Cross, Bevin i Beadle u Engleskoj su izmislili postupak za proizvodnju viskoznog vlakna: viskozni (otuda naziv viskoza) vodeni rastvor celuloze dobija se nakon obrade celuloze, prvo sa jakim rastvorom natrijevog hidroksida, koji daje "sodu celuloza", a zatim sa ugljičnim disulfidom (CS 2), što rezultira topljivim celuloznim ksantatom. Kada se mlaz ovog "predećeg" rastvora istisnuo kroz spineretu sa malim kružnim otvorom u kiselu kupku, celuloza se regenerisala u obliku rajonskih vlakana. Kada je rastvor istisnut u istu kupku kroz kalup sa uskim prorezom, dobija se film nazvan celofan. J. Brandenberger, koji je bio uključen u ovu tehnologiju u Francuskoj od 1908. do 1912. godine, bio je prvi koji je patentirao kontinuirani proces izrade celofana.
Hemijska struktura.
Uprkos širokoj industrijskoj upotrebi celuloze i njenih derivata, trenutno prihvaćena hemijska strukturna formula celuloze predložena je (od strane W. Howorsa) tek 1934. Istina, od 1913. njena empirijska formula C 6 H 10 O 5, određena iz podataka kvantitativna analiza dobro oprani i osušeni uzorci: 44,4% C, 6,2% H i 49,4% O. Zahvaljujući radovima G. Staudingera i K. Freudenberga, takođe se znalo da se radi o dugolančanom polimernom molekulu, koji se sastoji od prikazanih na sl. . 1 ponavljajući ostaci glukozida. Svaka karika ima tri hidroksilne grupe - jednu primarnu (- CH 2 CH OH) i dvije sekundarne (> CH CH OH). Do 1920. godine E. Fischer je ustanovio strukturu jednostavnih šećera, a iste godine rendgenske studije celuloze su po prvi put pokazale jasnu difrakcijsku sliku njenih vlakana. Rendgenska difrakcija pamučnog vlakna ukazuje na jasnu kristalnu orijentaciju, ali je laneno vlakno još uređenije. Kada se celuloza regeneriše u obliku vlakana, kristalnost se uglavnom gubi. Kako je to lako vidjeti u svjetlu postignuća moderna nauka, strukturna hemija celuloze je praktično postojala od 1860. do 1920. godine, iz razloga što su sve to vreme pomoćne naučne discipline neophodne za rešavanje problema ostale u povojima.
REGENERISANA CELULOZA
Viskozna vlakna i celofan.
I viskozna vlakna i celofan su regenerisana (iz rastvora) celuloza. Pročišćena prirodna celuloza se tretira viškom koncentriranog natrijum hidroksida; nakon uklanjanja viška, njegove grudvice se trituriraju i dobijena masa se čuva u pažljivo kontrolisanim uslovima. Sa ovim "starenjem" dužina polimernih lanaca se smanjuje, što potiče kasnije otapanje. Zatim se zdrobljena celuloza pomiješa sa ugljičnim disulfidom i dobiveni ksantat se otopi u otopini natrijum hidroksida da se dobije "viskoza" - viskozna otopina. Kada viskoza uđe u vodeni rastvor kiseline, celuloza se regeneriše iz nje. Pojednostavljene reakcije sažetka su:
Viskozno vlakno dobiveno ekstrudiranjem viskoze kroz male otvore matrice u kiseli rastvor ima široku primjenu u proizvodnji odjeće, presvlaka i presvlaka, kao iu tehnici. Značajne količine rajonskih vlakana idu na tehničke pojaseve, kaiševe, filtere i kord za gume.
Celofan.
Celofan, dobijen ekstrudiranjem viskoze u kiselu kupku kroz kalup sa uskim prorezom, zatim prolazi kroz kupke za pranje, beljenje i plastifikaciju, prolazi kroz bubnjeve za sušenje i namotava se u rolnu. Površina celofanskog filma je gotovo uvijek premazana nitrocelulozom, smolom, nekom vrstom voska ili lakom kako bi se smanjio prijenos vodene pare i omogućila mogućnost termičkog brtvljenja, budući da nepremazani celofan nema svojstvo termoplastičnosti. Na moderna proizvodnja za to se koriste polimerni premazi tipa poliviniliden hlorid, jer su manje propusni za vlagu i daju čvršću vezu prilikom toplinskog zavarivanja.
Celofan ima široku primenu uglavnom u ambalažnoj industriji kao ambalažni materijal za galanteriju, prehrambene proizvode, duvanske proizvode, a takođe i kao podloga za samolepljive trake za pakovanje.
Viskozni sunđer.
Osim stvaranja vlakana ili filma, rajon se može miješati s odgovarajućim vlaknastim i finim kristalnim materijalima; nakon kiseljenja i ispiranja vodom, ova mješavina se pretvara u viskozni spužvasti materijal (slika 2), koji se koristi za pakovanje i toplinsku izolaciju.
Bakarno-amonijačna vlakna.
Regenerirana celulozna vlakna se proizvode u industrijskim razmjerima također otapanjem celuloze u koncentrovanom rastvoru bakra-amonijaka (CuSO 4 u NH 4 OH) i centrifugiranjem dobijenog rastvora u vlakna u kiseloj kupelji za taloženje. Ovo vlakno se naziva bakar-amonijak.
SVOJSTVA CELULOZE
Hemijska svojstva.
Kao što je prikazano na sl. 1, celuloza je visokopolimerni ugljikohidrat koji se sastoji od C 6 H 10 O 5 glukozidnih ostataka povezanih eterskim mostovima na poziciji 1,4. Tri hidroksilne grupe u svakoj jedinici glukopiranoze mogu se esterificirati organskim agensima kao što je mješavina kiselina i anhidrida kiselina s odgovarajućim katalizatorom kao što je sumporna kiselina. Eteri mogu nastati djelovanjem koncentriranog natrijevog hidroksida, što dovodi do stvaranja natrijum celuloze i naknadne reakcije s alkil halidom:
Reakcija s etilen ili propilen oksidom daje hidroksilirane etere:
Prisustvo ovih hidroksilnih grupa i geometrija makromolekula su odgovorni za jaku polarnu uzajamna privlačnost susjedne veze. Sile privlačenja su toliko velike da uobičajeni rastvarači nisu u stanju da prekinu lanac i rastvore celulozu. Ove slobodne hidroksilne grupe su takođe odgovorne za visoku higroskopnost celuloze (slika 3). Esterifikacija i eterizacija smanjuju higroskopnost i povećavaju rastvorljivost u uobičajenim rastvaračima.
Pod uticajem vodeni rastvor kiselina razbija mostove kiseonika u položaju 1,4. Potpuni prekid lanca daje glukozu, monosaharid. Početna dužina lanca zavisi od porekla celuloze. Maksimalno je u prirodno stanje i smanjuje se u procesu izolacije, pročišćavanja i transformacije u derivate ( cm... stol).
Čak i mehaničko smicanje, kao što je tokom abrazivnog brušenja, dovodi do smanjenja dužine lanaca. Kada se dužina polimernog lanca smanji ispod određene minimalne vrijednosti, makroskopska fizička svojstva celuloza.
Oksidirajući agensi djeluju na celulozu bez cijepanja glukopiranoznog prstena (slika 4). Naknadno djelovanje (u prisustvu vlage, na primjer, u klimatskim testovima), u pravilu dovodi do lomljenja lanca i povećanja broja krajnjih grupa sličnih aldehidu. Budući da se aldehidne grupe lako oksidiraju u karboksilne grupe, sadržaj karboksila, koji praktički nema u prirodnoj celulozi, naglo raste pod atmosferskim uvjetima i oksidacijom.
Kao i svi polimeri, celuloza se kao rezultat razgrađuje vremenskim utjecajem zajedničko djelovanje kiseonik, vlaga, kisele komponente vazduha i sunčeva svetlost. Važnost ima ultraljubičastu komponentu sunčeve svjetlosti i mnoga dobra sredstva za zaštitu od UV zračenja produžavaju vijek trajanja proizvoda od celuloze. Kiseli sastojci vazduha, kao što su oksidi azota i sumpora (a oni su uvek prisutni u atmosferski vazduh industrijska područja), ubrzavaju razgradnju, često jače od sunčeve svjetlosti. Na primjer, u Engleskoj je zapaženo da su uzorci pamuka testirani na izlaganje atmosferskim uvjetima zimi, kada praktički nije bilo jakog sunčevog svjetla, degradirali brže nego ljeti. Činjenica je da je sagorijevanje velikih količina uglja i plina zimi dovelo do povećanja koncentracije dušikovih i sumpornih oksida u zraku. Čistači kiselina, antioksidansi i agensi koji apsorbuju UV zrake smanjuju osjetljivost celuloze na vremenske utjecaje. Supstitucija slobodnih hidroksilnih grupa dovodi do promjene ove osjetljivosti: celulozni nitrat se brže razgrađuje, a acetat i propionat - sporije.
Fizička svojstva.
Polimerni lanci celuloze spakovani su u dugačke snopove, odnosno vlakna, u kojima se, pored uređenih, kristalnih, nalaze i manje uređena, amorfna područja (Sl. 5). Izmjereni postotak kristalnosti zavisi od vrste celuloze kao i od metode mjerenja. Prema rendgenskim podacima, on se kreće od 70% (pamuk) do 38-40% (rajonska vlakna). Rentgenska strukturna analiza daje informacije ne samo o kvantitativnom odnosu između kristalnog i amorfnog materijala u polimeru, već io stepenu orijentacije vlakana uzrokovane rastezanjem ili normalnim procesima rasta. Oštrina difrakcionih prstenova karakteriše stepen kristalnosti, a difrakcione tačke i njihova oštrina karakterišu prisustvo i stepen preferirane orijentacije kristalita. U suvo oblikovanom uzorku recikliranog acetata celuloze, i kristalnost i orijentacija su prilično zanemarljivi. U uzorku triacetata stepen kristalnosti je veći, ali nema željene orijentacije. Termička obrada triacetata na temperaturi od 180-240°
Celuloza (vlakna) je biljni polisaharid koji je najzastupljenija organska supstanca na Zemlji.
1. Fizička svojstva
Ova supstanca bijela, bez ukusa i mirisa, nerastvorljiv u vodi, vlaknaste strukture. Rastvara se u amonijačnom rastvoru bakar (II) hidroksida - Schweitzerov reagens.
Video eksperiment "Otapanje celuloze u amonijačnom rastvoru bakar (II) hidroksida"
2. Biti u prirodi
Ovaj biopolimer ima visoku mehaničku čvrstoću i djeluje kao potporni materijal za biljke, formirajući zid biljne ćelije... Velika količina celuloze nalazi se u drvenim tkivima (40-55%), u lanenim vlaknima (60-85%) i pamuku (95-98%). Glavna komponenta ljuske biljnih ćelija. Nastaje u biljkama tokom fotosinteze.
Drvo se sastoji od 50% celuloze, a pamuka i lana, konoplja je skoro čista celuloza.
Hitin (analog celuloze) je glavna komponenta vanjskog skeleta artropoda i drugih beskičmenjaka, kao i u ćelijskim zidovima gljiva i bakterija.
3. Struktura
Sastoji se od β - ostataka glukoze
4. Primanje
Dobija se od drveta
5. Aplikacija
Celuloza se koristi u proizvodnji papira, vještačkih vlakana, filmova, plastike, boja i lakova, bezdimnog baruta, eksploziva, čvrstog raketnog goriva, za proizvodnju alkohola za hidrolizu itd.
· Dobivanje acetatne svile - vještačko vlakno, pleksiglas, nesagorivi film od acetata celuloze.
· Dobivanje bezdimnog baruta od triacetilceluloze (piroksilina).
· Dobivanje kolodija (gustog filma za lijekove) i celuloida (izrada filmova, igračaka) od diacetil celuloze.
· Proizvodnja konca, užadi, papira.
dobijanje glukoze, etil alkohol(za gumu)
Najvažniji derivati celuloze uključuju:
- metilceluloza(celulozni metil eteri) opšte formule
N ( X= 1, 2 ili 3);
- celulozni acetat(celulozni triacetat) - ester celulozne octene kiseline
- nitroceluloza(celulozni nitrati) - estri celuloznog nitrata:
N ( X= 1, 2 ili 3).
Hidroliza
(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O t, H2SO4→ nC 6 H 12 O 6
glukoze
Hidroliza se odvija u koracima:
(C 6 H 10 O 5) n → (C 6 H 10 O 5) m → xC 12 H 22 O 11 → n C 6 H 12 O 6 (
Bilješka, m
skrob dekstrin malto glukoza
Video iskustvo "Kisela hidroliza celuloze"
Reakcije esterifikacije
Celuloza je polihidrični alkohol; postoje tri hidroksilne grupe po elementarnoj ćeliji polimera. U tom smislu, celulozu karakteriziraju reakcije esterifikacije (formiranje estera). Reakcije sa dušičnom kiselinom i anhidridom sirćetne kiseline su od najveće praktične važnosti. Celuloza ne daje reakciju "srebrnog ogledala".
1. Nitracija:
(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3 nHNO 3 H 2 SO4 (kraj) →(C 6 H 7 O 2 (ONO 2) 3) n + 3 nH 2 O
piroksilin
Video iskustvo "Dobivanje i svojstva nitroceluloze"
Potpuno esterifikovano vlakno poznato je kao piroksilin, koje se, kada se pravilno obradi, pretvara u bezdimni prah. U zavisnosti od uslova nitriranja, može se dobiti celulozni dinitrat, koji se u struci naziva koloksilin. Takođe se koristi u proizvodnji baruta i čvrstih raketnih goriva. Osim toga, celuloid se pravi na bazi koloksilina.
2. Interakcija sa sirćetnom kiselinom:
(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3nCH 3 COOH H2SO4 ( kraj .)→ (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3nH 2 O
Kada celuloza stupi u interakciju s anhidridom octene kiseline u prisustvu octene i sumporne kiseline, nastaje triacetil celuloza.
triacetilceluloza (ili acetat celuloze) je vrijedan proizvod za proizvodnju negorivog filma iacetatna svila... Za to se acetat celuloze rastvara u mješavini dihlorometana i etanola, i ova otopina se provlači kroz spinere u struju toplog zraka.
A sama matrica shematski izgleda ovako:
1 - otopina za predenje,
2 - umrijeti,
3 - vlakna.
Otapalo isparava i curenje otopine pretvara se u najfinije niti acetatne svile.
Govoreći o upotrebi celuloze, ne može se ne reći da se velika količina celuloze troši za proizvodnju raznih papira. Papir To je tanak sloj vlakana, zalijepljen i presovan na posebnoj mašini za papir.
5. Ako komade filter papira (celuloze) navlažene koncentrovanom sumpornom kiselinom sameljete u porculanskom malteru i dobijenu kašu razrijedite vodom, kao i kiselinu neutralizirate alkalijom i, kao i u slučaju škroba, ispitate otopinu na reakcija sa bakar (II) hidroksidom, tada će biti vidljiva pojava bakar (I) oksida. Odnosno, u eksperimentu je došlo do hidrolize celuloze. Proces hidrolize, poput škroba, teče u fazama dok se ne formira glukoza.
2. U zavisnosti od koncentracije azotne kiseline i drugih uslova, jedna, dve ili sve tri hidroksilne grupe svake karike molekula celuloze ulaze u reakciju esterifikacije, na primer: n + 3nHNO3 → n + 3n H2O.
Upotreba celuloze.
Dobivanje acetatnih vlakana
68. Celuloza, njena fizička svojstva
Biti u prirodi. Fizička svojstva.
1. Celuloza ili celuloza je dio biljaka koji u njima formira ćelijske membrane.
2. Odavde dolazi i njegovo ime (od lat. "Cellul" - 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 su takođe uglavnom celulozna; u drvetu je oko 50%.
6. Papir, pamučne tkanine su proizvodi od celuloze.
7. Uzorci posebno čiste celuloze su vata i filter papir (ne zalijepljen).
8. Odvojeno od prirodni materijali celuloza je čvrsta vlaknasta tvar koja se ne otapa u vodi ili uobičajenim organskim rastvaračima.
Struktura celuloze:
1) celuloza je, kao i skrob, prirodni polimer;
2) ove supstance imaju čak i strukturne karike istog sastava – ostatke molekula glukoze, iste molekulske formule (S6H10O5) n;
3) vrednost n za celulozu 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.
1. U prirodnim vlaknima, makromolekule celuloze se nalaze u jednom pravcu: orijentisane su duž ose vlakana.
2. Rezultirajuće brojne vodonične veze između hidroksilnih grupa makromolekula su odgovorne za visoku čvrstoću ovih vlakana.
Koja su hemijska i fizička svojstva celuloze
Tokom procesa predenja pamuka, lana, itd., ovi filamenti se tkaju u duže niti.
4. To je zbog činjenice da se makromolekule u njemu, iako imaju linearnu strukturu, nalaze više nasumično, a ne orijentirane u jednom smjeru.
Izgradnja makromolekula škroba i celuloze iz različitih cikličkih oblika glukoze značajno utječe na njihova svojstva:
1) skrob je važan ljudski prehrambeni proizvod, celuloza se ne može koristiti u tu svrhu;
2) razlog je taj što enzimi koji pospješuju hidrolizu škroba ne djeluju na veze između ostataka celuloze.
69. Hemijska svojstva celuloze i njena upotreba
1. Iz svakodnevnog života poznato je da celuloza dobro gori.
2. Kada se drvo zagreva bez pristupa vazduhu, dolazi do termičke razgradnje celuloze. Ovo proizvodi VOC, vodu i drveni ugalj.
3. Među organskim proizvodima raspadanja drveta - metil alkohol, sirćetna kiselina, aceton.
4. Makromolekule celuloze sastoje se od jedinica sličnih onima koje tvore škrob, podvrgava se hidrolizi, a produkt njegove hidrolize, poput škroba, biće glukoza.
5. Ako komade filter papira (celuloze) navlažene koncentrovanom sumpornom kiselinom sameljete u porculanskom malteru i dobijenu kašu razrijedite vodom, kao i kiselinu neutralizirate alkalijom i, kao i u slučaju škroba, ispitate otopinu na reakcija sa bakar (II) hidroksidom, tada će biti vidljiva pojava bakar (I) oksida.
69. Hemijska svojstva celuloze i njena upotreba
Odnosno, u eksperimentu je došlo do hidrolize celuloze. Proces hidrolize, poput škroba, teče u fazama dok se ne formira glukoza.
6. Ukupna hidroliza celuloze može se izraziti istom jednačinom kao i hidroliza skroba: (S6H10O5) n + nN2O = nS6H12O6.
7. Strukturne jedinice celuloze (S6H10O5) n sadrže hidroksilne grupe.
8. Zbog ovih grupa, celuloza može dati etre i estre.
9. Etri azotne kiseline celuloze su od velikog značaja.
Osobine etera celuloze dušične kiseline.
1. Dobivaju se djelovanjem na celulozu dušičnom kiselinom u prisustvu sumporne kiseline.
2. U zavisnosti od koncentracije azotne kiseline i drugih uslova, jedna, dve ili sve tri hidroksilne grupe svake karike 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, vrlo je eksplozivan. Koristi se za proizvodnju bezdimnog baruta.
Veoma su važni i estri sirćetne kiseline celuloze - celulozni diacetat i triacetat. Celuloza diacetat i celuloza triacetat Vanjski izgled slično celulozi.
Upotreba celuloze.
1. Drvo se zbog svoje mehaničke čvrstoće koristi u građevinarstvu.
2. Od njega se prave sve vrste stolarskih proizvoda.
3. U obliku vlaknastih materijala (pamuk, lan) koristi se za proizvodnju niti, tkanina, užadi.
4. Izvađena iz drveta (oslobođena pratećih materija) celuloza se koristi za izradu papira.
O.A. Noskova, M.S. Fedoseev
Hemija drveta
I sintetički polimeri
DIO 2
Odobreno od
Uređivačko-izdavačko vijeće Univerziteta
kao beleške sa predavanja
Izdavač
Permski državni tehnički univerzitet
Recenzenti:
Cand. tech. nauke D.R. Nagimov
(AD "Karbokam");
Cand. tech. nauka, prof. F.Kh. 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
Prikazani su podaci o hemijskoj strukturi i svojstvima glavnih sastojaka 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 opće informacije o procesima kuvanja.
Namijenjen je studentima specijalnosti 240406 "Tehnologija hemijske obrade drveta".
UDK 630 * 813. + 541.6 + 547.458.8
ISBN 978-5-88151-795-3 © GOU VPO
„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 tehničke 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. Celuloza ksantat ……………………………………………… .. | .…17 | |||
| 1.5.4. Celuloza acetat …………………………………………… | .…19 | |||
| 1.6. Eteri celuloze …………………………………………… | .…20 | |||
| 2. Hemija hemiceluloze …………………………………………………………… | .…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 hidrolize polisaharida …………………. | .…26 | |||
| 2.6.2. Hidroliza polisaharida drveta razrijeđenim mineralnim kiselinama …………………………………………… .. | …27 | |||
| 2.6.3. Hidroliza polisaharida drveta sa koncentrisanim 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 lignin sa polisaharidima ……………………… .. | ..36 | |||
| 3.5. Hemijske reakcije lignina ………………………………………… .. | ….39 | |||
| 3.5.1. opšte karakteristike hemijske reakcije lignin ……… .. | ..39 | |||
| 3.5.2. Reakcije elementarnih veza …………………………………………… | ..40 | |||
| 3.5.3. Makromolekularne reakcije …………………………………………… .. | ..42 | |||
| 4. Ekstraktne tvari …………………………………………………………………… | ..47 | |||
| 4.1. Opće informacije ………………………………………………………… | ..47 | |||
| 4.2. Klasifikacija ekstrakata ……………………………… | ..48 | |||
| 4.3. Hidrofobni ekstrakti …………………………………………. | ..48 | |||
| 4.4. Hidrofilni ekstrakti ……………………………… | ..50 | |||
| 5. Opći koncepti procesa kuhanja …………………………………. | ..51 | |||
| Bibliografska lista ………………………………………………………………. | ..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 izolacije i analize ovih supstanci, kao i hemijska suština prirodnih i tehnološkim procesima prerada drveta i njegovih pojedinačnih komponenti.
U prvom dijelu bilješke s predavanja "Kemija drveta i sintetičkih polimera", objavljene 2002. godine, razmatraju se pitanja vezana za anatomiju drveta, strukturu ćelijske membrane, hemijski sastav drveta, fizička i fizičko-hemijska svojstva drveta. .
U drugom dijelu 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 dobijanju tehničke celuloze koja se koristi u proizvodnji papira i kartona. Kao rezultat hemijske transformacije tehnička celuloza se dobija iz njenih derivata - etera i estera, od kojih se proizvode veštačka vlakna (viskoza, acetat), folije (film, foto, folije za pakovanje), plastike, lakovi, lepkovi. U ovom dijelu predavanja ukratko se govori o pripremi i svojstvima celuloznih etera koji se široko koriste u industriji.
Hemija celuloze
Hemijska struktura celuloze
Celuloza je jedan od najvažnijih prirodnih polimera. To je glavna komponenta biljnih 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 celuloza (tehnička celuloza) su drvenaste biljke. U drvetu raznih vrsta drveća maseni udio celuloze je u prosjeku 40-50%.
Celuloza je polisaharid čije su makromolekule izgrađene od ostataka D-glukoza (β -D-anhidroglukopiranoza) povezana β-glikozidnim vezama 1-4:
Celuloza je linearni homopolimer (homopolisaharid) srodan hetero-lančanim polimerima (poliacetali). To je stereoregularni polimer, u čijem lancu kao stereoskopska jedinica služi ostatak celobioze. Ukupna formula celuloze može se predstaviti (S6N10O5) P ili [C6H7O2 (OH) 3] P... Svaka monomerna jedinica sadrži tri alkoholne hidroksilne grupe, od kojih je jedna primarna —CH2OH, a dvije (u 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 (uvjetno lijevo - reducirajuća) sadrži slobodni glikozidni (hemiacetalni) hidroksil (u C1 ) i stoga može postojati u dva tautomerna oblika - cikličkom (tsoluacetal) i otvorenom (aldehid):
Terminalna aldehidna grupa daje redukcijsku (obnavljajuću) sposobnost celuloze. Na primjer, celuloza može reducirati bakar sa Cu2+ na Cu+:
Smanjena količina bakra ( bakarni broj) služi kao kvalitativna karakteristika dužine lanca celuloze i pokazuje njen stepen oksidativne i hidrolitičke degradacije.
Prirodna celuloza ima visok stepen polimerizacije (DP): drvo - 5.000–10.000 i više, pamuk - 14.000–20.000. Kada se oslobodi iz biljnih tkiva, celuloza se donekle uništava. Tehnička drvna celuloza ima zajedničko ulaganje od oko 1000–2000. CP celuloze određuje se uglavnom viskometrijskom metodom, koristeći neke složene baze kao rastvarače: bakar amonijak reagens (OH) 2, kuprietilendiamin (OH) 2, kadmijum etilendiamin (kadoksen) (OH) 2 itd.
Celuloza izolirana iz biljaka je uvijek polidisperzna, tj. sadrži makromolekule različitih dužina. Stepen polidisperznosti celuloze (molekularna heterogenost) utvrđuje se metodama frakcionisanja, tj. razdvajanje uzorka celuloze na frakcije određene molekularne težine. Osobine uzorka celuloze (mehanička čvrstoća, rastvorljivost) zavise od prosečnog DP i stepena polidisperznosti.
12345678910Sljedeća ⇒
Datum objave: 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 su supstance visoke molekularne težine ( polimeri) koji se sastoji od veliki broj monosaharidi. Prema svom sastavu dijele se na homopolisaharide i heteropolisaharide.
Homopolisaharidi- koji se sastoje od polimera od monosaharida istog tipa ... Na primjer, glikogen, škrob se grade samo od molekula α-glukoze (α-D-glukopiranoze), β-glukoza je također monomer celuloze.
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 glavno rezervni polisaharid ljudskim i životinjskim tkivima. Molekul glikogena ima otprilike 2 puta više razgranate strukture od škrobnog amilopektina. Glikogen monomer je α-glukoza ... U molekuli glikogena, ostaci glukoze u linearnim dijelovima su međusobno povezani α-1,4-glikozidni , a na ispostavama - α-1,6-glikozidne veze .
Celuloza. Ovo je najčešće strukturalni biljni homopolisaharid. V linearno molekul monomernih vlakana β-glukoza međusobno povezani β-1,4-glikozidne veze . Vlakna se ne apsorbiraju u ljudskom tijelu, ali zbog svoje krutosti iritiraju sluzokožu gastrointestinalnog trakta, čime se 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. Sadrže se u voću i povrću i odlikuju se želacijom u prisustvu organskih kiselina, koja se koristi u prehrambenoj industriji (žele, marmelada).
Heteropolisaharidi(mukopolisaharidi, glikozaminoglikani) - koji se sastoje od polimera od monosaharida raznih vrsta ... Po strukturi predstavljaju
nerazgranati lanci izgrađen od ponavljajući disaharidni ostaci , što obavezno uključuje amino šećer (glukozamin ili galaktozamin) i heksuronske kiseline (glukuronska ili iduronska).
Fizička, hemijska svojstva celuloze
To su tvari slične želeu koje obavljaju niz funkcija, uklj. zaštitni (sluz), strukturni, osnova su međućelijske supstance.
U tijelu se heteropolisaharidi ne nalaze u slobodnom stanju, već su uvijek povezani s proteinima (glikoproteini i proteoglikani) ili lipidima (glikolipidi).
Po svojoj strukturi i svojstvima dijele se na kisele i neutralne.
HETEROPOLISAHRIDI KISELI:
Sadrže heksuronske ili sumporna kiselina... 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, sudjeluju u regulaciji metabolizma vode, glavni su dio međustanične 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 krvnog seruma, mucina pljuvačke, urina itd., građenih od amino šećera i sijalinske kiseline. Neutralni lekari opšte prakse su deo pl. enzimi i hormoni.
SIJALNE KISELINE - jedinjenje neuraminske kiseline sa sirćetnom ili sa amino kiselinom - glicinom, deo su ćelijskih membrana, bioloških tečnosti. Sijalne kiseline se određuju za dijagnostiku sistemskih bolesti (reumatizam, sistemski eritematozni lupus).
Celuloza (C 6 H 10 O 5) n - prirodni polimer, polisaharid, koji se sastoji od ostataka β-glukoze, molekuli imaju linearnu strukturu. Svaki ostatak molekule glukoze sadrži tri hidroksilne grupe, tako da pokazuje svojstva polihidričnog alkohola.
Fizička svojstva
Celuloza je vlaknasta tvar, nerastvorljiva ni u vodi ni u uobičajenim organskim rastvaračima i higroskopna je. Poseduje veliku mehaničku i hemijsku otpornost.
1. Celuloza ili celuloza je dio biljaka koji u njima formira ćelijske membrane.
2. Odavde dolazi i njegovo ime (od lat. "Cellul" - 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 su takođe uglavnom celulozna; u drvetu je oko 50%.
6. Papir, pamučne tkanine su proizvodi od celuloze.
7. Uzorci posebno čiste celuloze su vata i filter papir (ne zalijepljen).
8. Celuloza izolovana iz prirodnih materijala je čvrsta vlaknasta tvar koja se ne otapa u vodi ili uobičajenim organskim rastvaračima.
Hemijska svojstva
1. Celuloza je polisahirid koji se podvrgava hidrolizi da bi se formirala glukoza:
(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6
2. Celuloza je polihidrični alkohol koji ulazi u reakcije esterifikacije sa stvaranjem estera
(S 6 N 7 O 2 (ON) 3) n + 3nCH 3 COOH → 3nH 2 O + (S 6 N 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n
celulozni triacetat
Celuloza acetat - umjetni polimeri, koji se koriste u proizvodnji acetatne svile, filma (filma), lakova.
Aplikacija
Upotreba celuloze je veoma raznolika. Koristi se za proizvodnju papira, tkanina, lakova, filmova, eksploziva, rajon (acetat, rajon), plastika (celuloid), glukoza i još mnogo toga.
Pronalaženje celuloze u prirodi.
1. U prirodnim vlaknima, makromolekule celuloze se nalaze u jednom pravcu: orijentisane su duž ose vlakana.
2. Rezultirajuće brojne vodonične veze između hidroksilnih grupa makromolekula su odgovorne za visoku čvrstoću ovih vlakana.
3. U procesu predenja pamuka, lana itd., ovi filamenti se utkaju u duže niti.
4. To je zbog činjenice da se makromolekule u njemu, iako imaju linearnu strukturu, nalaze više nasumično, a ne orijentirane u jednom smjeru.
Izgradnja makromolekula škroba i celuloze iz različitih cikličkih oblika glukoze značajno utječe na njihova svojstva:
1) skrob je važan ljudski prehrambeni proizvod, celuloza se ne može koristiti u tu svrhu;
2) razlog je taj što enzimi koji pospješuju hidrolizu škroba ne djeluju na veze između ostataka celuloze.