Selluloosan kemiallinen kaava. Mikä on selluloosa? Kasvikuitu-polysakkaridi

Selluloosa - mitä se on? Tämä kysymys huolestuttaa kaikkia asianosaisia orgaaninen kemia. Yritetään selvittää tämän yhdisteen tärkeimmät ominaisuudet ja tunnistaa se erottuvia piirteitä, käytännön sovellusalueet.

Rakenteelliset ominaisuudet

Kemiallisen selluloosan kaava on (C6H10O5) p. Se on polysakkaridi, joka sisältää β-glukoosijäämiä. Selluloosalle on ominaista lineaarinen rakenne. Jokainen sen molekyylin jäännös sisältää kolme OH-ryhmää, joten tälle yhdisteelle on tunnusomaista moniarvoisten alkoholien ominaisuudet. Rengasaldehydiryhmän läsnäolo molekyylissä antaa selluloosaa korjaavia (pelkistäviä) ominaisuuksia. Tämä orgaaninen yhdiste on tärkein luonnollinen polymeeri, kasvikudoksen pääkomponentti.

Sitä löytyy suuria määriä pellavassa, puuvillassa ja muissa kuitukasveissa, jotka ovat pääasiallinen selluloosakuidun lähde.

Tekninen selluloosa eristetään puumaisista kasveista.

Puun kemia

Selluloosan tuotantoa käsitellään tässä erillisessä kemian osassa. Juuri tässä on otettava huomioon puun koostumuksen ominaisuudet, sen kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet, analyysi- ja aineiden eristysmenetelmät, puun ja sen yksittäisten komponenttien käsittelyprosessien kemiallinen olemus.

Puuselluloosa on polydispersiota, joka sisältää eripituisia makromolekyylejä. Polydispersiteettiasteen määrittämiseen käytetään fraktiointimenetelmää. Näyte jaetaan erillisiin fraktioihin, jonka jälkeen tutkitaan niiden ominaisuuksia.

Kemialliset ominaisuudet

Kun keskustellaan siitä, mitä selluloosa on, on tarpeen suorittaa yksityiskohtainen analyysi tämän orgaanisen yhdisteen kemiallisista ominaisuuksista.

Teknistä selluloosaa voidaan käyttää kartongin ja paperin valmistuksessa, koska se voidaan käsitellä kemiallisesti ilman ongelmia.

Luonnollisen selluloosan käsittelyyn liittyvä tekninen ketju pyrkii säilyttämään sen arvokkaat ominaisuudet. Nykyaikainen käsittely Selluloosa mahdollistaa tämän aineen liuotusprosessin ja täysin uusien kemiallisten aineiden valmistamisen selluloosasta.

Mitä ominaisuuksia selluloosalla on? Mikä on tuhoutumisprosessi? Nämä kysymykset sisältyvät orgaanisen kemian koulukurssiin.

Selluloosan tyypillisiä kemiallisia ominaisuuksia ovat:

• tuhoaminen;
• ompelu;
• reaktiot, joihin liittyy funktionaalisia ryhmiä.

Tuhoamisen aikana havaitaan glykosidisten sidosten makromolekyylin ketjun katkeaminen, johon liittyy polymeroitumisasteen lasku. Joissakin tapauksissa molekyylin täydellinen repeäminen on mahdollista.

Vaihtoehdot selluloosan tuhoamiseen

Selvitetään, mitkä pääasialliset tuhoutumistyypit selluloosalla on, mikä on makromolekyylien repeämä.

Tällä hetkellä sisällä kemian tuotanto Tuhoa on useita.

Mekaanisessa versiossa on aukko C-C liitännät sykleissä sekä glykosidisidosten tuhoutuminen. Samanlainen prosessi tapahtuu aineen mekaanisen jauhamisen aikana, esimerkiksi paperinvalmistukseen tarkoitetussa hionnassa.

Terminen tuhoutuminen tapahtuu lämpöenergian vaikutuksesta. Puun teknologinen pyrolyysi perustuu tähän prosessiin.

Fotokemiallinen tuhoaminen sisältää makromolekyylien tuhoutumisen ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta.

Säteilytyyppi tuhoaa luonnollisen polymeerin, läsnäolo röntgensäteilyä. Tällaista tuhoamista käytetään erikoislaitteissa.

Ilmakehän hapelle altistuessaan selluloosan oksidatiivinen tuhoutuminen on mahdollista. Prosessille on tunnusomaista tietyssä yhdisteessä olevien alkoholi- ja aldehydiryhmien samanaikainen hapettuminen.

Veden vaikutuksen alaisena selluloosaan sekä vesiliuokset happoja ja emäksiä, tapahtuu selluloosan hydrolyysiprosessi. Reaktio suoritetaan tarkoituksellisesti tapauksissa, joissa on tarpeen suorittaa aineen rakenteen kvalitatiivinen analyysi, mutta tätä ainetta keitettäessä se ei ole toivottavaa.

Mikro-organismit, kuten sienet, voivat hajottaa selluloosaa biologisesti. Laadukkaan tuotteen saamiseksi on tärkeää estää sen biologinen tuhoutuminen paperi- ja puuvillakankaita valmistettaessa.

Koska molekyyleissä on kaksi funktionaalista ryhmää, selluloosalla on moniarvoisille alkoholeille ja aldehydeille ominaisia ​​ominaisuuksia.

Ristiliitosreaktiot

Tällaiset prosessit edellyttävät mahdollisuutta saada makromolekyylejä, joilla on tietyt fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet.

Niitä käytetään laajasti teollisuustuotanto selluloosaa, mikä antaa sille uusia suorituskykyominaisuuksia.

Alkaliselluloosan valmistus

Mitä tämä selluloosa on? Arviot osoittavat, että tätä tekniikkaa pidetään maailman vanhimpana ja yleisimpänä. Nykyään viskoosikuitujen ja -kalvojen valmistuksessa ja selluloosaeettereiden valmistuksessa saatu polymeeri jalostetaan samalla tavalla.

Laboratoriotutkimuksissa on havaittu, että tällaisen käsittelyn jälkeen kankaan kiilto lisääntyy ja sen mekaaninen lujuus kasvaa. Alkalinen selluloosa on erinomainen raaka-aine kuitujen valmistukseen.

Tällaisia ​​tuotteita on kolmenlaisia: fysikaalis-kemiallisia, rakenteellisia, kemiallisia. Kaikilla niillä on kysyntää nykyaikaisessa kemikaalituotannossa ja niitä käytetään paperin ja kartongin valmistuksessa. Selvitimme, millainen rakenne selluloosalla on ja mikä on sen valmistusprosessi.

Luonnollinen selluloosa eli kuitu on pääaine, josta kasvisolujen seinämät rakennetaan ja siten kasviraaka-aineet erilaisia ​​tyyppejä toimii ainoana selluloosan tuotannon lähteenä. Selluloosa on luonnollinen polysakkaridi, jonka lineaariset ketjumaiset makromolekyylit rakentuvat β-D-anhydroglukopyranoosin alkuaineyksiköistä, joita yhdistää 1-4 glukosidisidosta. Selluloosan empiirinen kaava on (C6H10O5)i, jossa n on polymeroitumisaste.

Jokainen selluloosan perusyksikkö, lukuun ottamatta pääteyksikköjä, sisältää kolme alkoholihydroksyyliryhmää. Siksi selluloosan kaava esitetään usein muodossa [C6H7O2(OH)3]. Selluloosamakromolekyylin toisessa päässä on yksikkö, jossa on ylimääräinen sekundäärinen alkoholihydrolyysi 4. hiiliatomissa, toisessa on yksikkö, jossa on vapaa glukosidinen (hemiasetaali) hydroksyyli 1. hiiliatomissa. Tämä linkki antaa selluloosalle korjaavia (pelkistäviä) ominaisuuksia.

Luonnonpuuselluloosan polymeroitumisaste (DP) on välillä 6000–14 000 DP luonnehtii lineaaristen selluloosamakromolekyylien pituutta ja määrittää siten ne selluloosan ominaisuudet, jotka riippuvat selluloosaketjujen pituudesta. Mikä tahansa selluloosanäyte koostuu eripituisista makromolekyyleistä, eli se on polydispersiota. Siksi SP edustaa tavallisesti keskimääräistä polymerointiastetta. Selluloosan DP suhteutetaan molekyylipainoon suhteella DP = M/162, jossa 162 on selluloosaelementin molekyylipaino. Luonnonkuiduissa (solukalvoissa) lineaariset ketjumaiset selluloosamakromolekyylit yhdistetään vedyn ja molekyylien välisten sidosvoimien vaikutuksesta määrittelemättömän pituisiksi mikrofibrilleiksi, joiden halkaisija on noin 3,5 nm. Jokainen mikrofibrilli sisältää suuren määrän (noin 100-200) selluloosaketjuja, jotka sijaitsevat mikrofibrillin akselilla. Mikrofibrillit, jotka on järjestetty spiraaliin, muodostavat useiden mikrofibrillien aggregaatteja - fibrillejä tai säikeitä, joiden halkaisija on noin 150 nm, joista rakennetaan kerroksia soluseinämiä.

Riippuen kasviraaka-aineiden käsittelytavasta kypsennysprosessin aikana on mahdollista saada tuotteita, joilla on erilainen saanto, joka määräytyy saadun puolivalmistuotteen massan suhteesta alkuperäisen kasviraaka-aineen painoon (% ). Tuotetta, jonka saanto on -80-60 % raaka-aineen painosta, kutsutaan puoliselluloosaksi, jolle on ominaista korkea ligniinipitoisuus (15-20 %). Hemiselluloosan solujen välisen aineen ligniini ei liukene täysin kypsennysprosessin aikana (osa siitä jää hemiselluloosaan); kuidut ovat edelleen niin tiukasti kiinni toisissaan, että ne on erotettava ja muutettava kuitumassaksi mekaanisella hiomalla. Tuotetta, jonka saanto on 60-50 %, kutsutaan korkean tuoton selluksi (HYP). TsVV erotetaan kuiduiksi ilman mekaanista jauhamista vesivirralla pesemällä, mutta sisältää silti merkittävän määrän ligniinijäännössoluissa soluseinissä. Tuotetta, jonka saanto on 50-40 %, kutsutaan normaalisaantoiseksi selluloosaksi, joka on delignifioitumisasteen mukaan ominaista. prosentteina Kuitujen seinämissä oleva jäännösligniini jakautuu kovaan selluloosaan (3-8 % ligniiniä), keskikovaan selluloosaan (1,3-3 % ligniiniä) ja pehmeään selluloosaan (alle 1,5 % ligniiniä).

Kasvisraaka-aineiden kypsennyksen tuloksena saadaan valkaisematonta selluloosaa, joka on suhteellisen vähävalkoinen tuote, joka sisältää suurempi määrä selluloosan mukana tulevat puukomponentit. Niistä eroon pääseminen jatkamalla ruoanlaittoprosessia liittyy merkittävää tuhoa selluloosaa ja sen seurauksena saannon laskua ja sen ominaisuuksien heikkenemistä. Korkean valkoisuuden omaavan selluloosan saamiseksi - valkaistua selluloosaa, joka on eniten vapautettu ligniinistä ja uutteista, tekninen selluloosa valkaistaan ​​kemiallisilla valkaisureagensseilla. Lisää täydellinen poisto hemiselluloosaselluloosa alistetaan ylimääräiselle emäksiselle käsittelylle (jalostus), jolloin saadaan puhdistettua selluloosaa. Puhdistus yhdistetään yleensä valkaisuprosessiin. Pääasiassa sekä paperintuotantoon että kemialliseen käsittelyyn tarkoitetut pehmeät ja keskikovat massat joutuvat valkaisuun ja jalostukseen.)

Puoliselluloosa, TsVV, valkaisematon normaalisaantoselluloosa, valkaistu, puolivalkaistu ja jalostettu selluloosa ovat kuituisia puolivalmiita tuotteita, joita käytetään laajasti käytännön käyttöä monenlaisen paperin ja kartongin tuotantoon. Noin 93 % kaikesta maailmassa tuotetusta selluloosasta käsitellään näihin tarkoituksiin. Loput selluloosasta toimii kemiallisen käsittelyn raaka-aineena.

Teknisen selluloosan ominaisuuksien ja laadun kuvaamiseksi, jotka määrittävät sen kulutusarvon, käytetään useita erilaisia ​​indikaattoreita. Katsotaanpa niistä tärkeimpiä.

Sulfiittiselluloosien pentosaanipitoisuus vaihtelee välillä 4-7 % ja saman delignifioitumisasteen omaavissa sulfaattiselluloosissa se on 10-11 %. Pentosaanien läsnäolo selluloosassa auttaa lisäämään sen mekaanista lujuutta, parantaa liimausta ja jauhattavuutta, joten niiden täydellisemmällä säilymisellä selluloosassa paperin ja kartongin valmistukseen on suotuisa vaikutus tuotteiden laatuun. Pentosaanit ovat ei-toivottu epäpuhtaus selluloosassa kemiallisessa käsittelyssä.

Sulfiittihavupuumassan hartsipitoisuus on korkea ja yltää 1-1,5 %:iin, koska sulfiittikeittohappo ei liukene puun hartsimaisia ​​aineita. Emäksiset keittoliuokset liuottavat hartseja, joten niiden pitoisuus emäksisten keittoliuosten massassa on pieni ja on 0,2-0,3 %. Selluloosan korkea tervapitoisuus, erityisesti ns. "haitallinen terva", aiheuttaa ongelmia paperin valmistuksessa laitteissa olevien tahmeiden tervakertymien vuoksi.

Kupariluku kuvaa selluloosan tuhoutumisastetta keitto-, valkaisu- ja jalostusprosesseissa. Jokaisen selluloosamolekyylin päässä on aldehydiryhmä, joka pystyy pelkistämään kuparioksidisuolat kuparioksidiksi, ja mitä enemmän selluloosa hajoaa, sitä enemmän kuparia voidaan pelkistää 100 g:lla selluloosaa absoluuttisen kuivamassassa. Kuparioksidi muunnetaan kuparimetalliksi ja ilmaistaan ​​grammoina. Pehmeiden selluloosien kupariluku on suurempi kuin kovien. Alkalimassan selluloosan kupariluku on alhainen, noin 1,0, sulfiitilla - 1,5-2,5. Valkaisu ja jalostus vähentävät kuparin määrää merkittävästi.

Polymeroitumisaste (DP) määritetään mittaamalla selluloosaliuosten viskositeetti viskosimetrisellä menetelmällä. Tekninen selluloosa on heterogeenista ja on sekoitus suurimolekyylipainoisia fraktioita, joilla on erilainen DP. Määritetty SP ilmaisee selluloosaketjujen keskimääräisen pituuden ja teknisillä selluloosilla on välillä 4000-5500.

Selluloosan mekaaniset lujuusominaisuudet testataan sen jälkeen, kun se on jauhattu jauhatusasteeseen 60? SR. Useimmiten määritetään repeytymisen, murtuman, lävistyksen ja repeytymisen kestävyys. Raaka-ainetyypistä, tuotantotavasta, käsittelytavasta ja muista tekijöistä riippuen luetellut indikaattorit voivat vaihdella hyvin laajoissa rajoissa. Paperinmuodostusominaisuudet ovat joukko ominaisuuksia, jotka määräävät valmistetun paperin vaaditun laadun saavuttamisen ja joille on tunnusomaista useat erilaiset indikaattorit, esimerkiksi kuitumateriaalin käyttäytyminen paperin valmistusprosessissa, sen vaikutus tuloksena olevan paperimassan ja valmiin paperin ominaisuuksiin.

Selluloosakontaminaatio määritetään laskemalla roskat molemmilta puolilta kastetusta selluloosapaperinäytteestä, kun se valaisee tietyn voimakkaan valonlähteen, ja ilmaistaan ​​1- ja 1-pinnalle osoitettujen roskien lukumäärällä. Esimerkiksi erilaisten valkaistujen massojen pilkkupitoisuus, standardien sallima, voi vaihdella välillä 160-450 kappaletta 1 m2:llä ja valkaisemattomien massojen välillä 2000-4000 kappaletta.

Tekninen valkaisematon selluloosa soveltuu monentyyppisten tuotteiden valmistukseen - sanomalehti- ja säkkipaperin, kartongin jne. Korkeimpien kirjoitus- ja painopaperin laatujen saamiseksi, joissa vaaditaan lisää valkoisuutta, käytetään keskikovaa ja pehmeää selluloosaa, joka valkaistu kemiallisilla reagensseilla, esimerkiksi kloorilla, klooridioksidilla, kalsium- tai natriumhypokloriittilla, vetyperoksidilla.

Erityisesti puhdistettua (jalostettua) selluloosaa, joka sisältää 92–97 % alfaselluloosaa (eli selluloosan fraktiota, joka ei liukene 17,5-prosenttiseen kaustisen soodan vesiliuokseen), käytetään kemiallisten kuitujen valmistukseen, mukaan lukien viskoosisilkki ja korkealujuus viskoosikuitu. autonrenkaiden tuotantoon.

Puhdasta selluloosaa tai kuitua(latinasta cellula - "solu") - nämä ovat aineita, jotka liittyvät myös suoraan sokereihin. Niiden molekyylit ovat liittyneet toisiinsa vetysidoksilla (heikko vuorovaikutus) ja ne muodostuvat monista (2000-3000) B-glukoositähteistä. Selluloosa on minkä tahansa pääkomponentti kasvisolu. Sitä löytyy puusta ja joidenkin hedelmien (esimerkiksi auringonkukansiementen) kuorista. SISÄÄN puhdas muoto selluloosa- se on jauhetta valkoinen, ei liukene veteen eikä muodosta tahnaa. Arvioi "kosketuksella" puhdasta selluloosaa voit ottaa esimerkiksi vanun tai valkoisen poppelin revinnät.
Se on käytännössä sama. Jos vertaamme selluloosaa ja tärkkelystä, tärkkelys hydrolysoituu paremmin. Selluloosan hydrolyysi suoritetaan happamassa ympäristössä, ja ensin muodostuu disakkaridi sellobioosi ja sitten glukoosi.
Selluloosaa käytetään laajasti teollisuudessa, puhdistuksen jälkeen sitä valmistetaan, mikä on meille kaikille tuttua. sellofaani(polyeteeni ja sellofaani eroavat toisistaan ​​kosketettaessa (sellofaani ei näytä "rasvaiselta" ja "kahisee" muotoaan muuttuessaan), samoin kuin keinokuitu - viskoosi (latinasta viscosus - "viskoosi").
Disakkaridit (esimerkiksi sakkaroosi, laktoosi) ja polysakkaridit (tärkkelys) hydrolysoituvat kehossa erityisten entsyymien vaikutuksesta muodostaen glukoosia ja fruktoosia. Tämä muutos voidaan tehdä helposti suussasi. Jos pureskelet leivänmurua pitkään, niin amylaasientsyymin vaikutuksesta leivän sisältämä tärkkelys hydrolysoituu glukoosiksi. Tämä luo makean maun suuhun.

Alla on kaavio selluloosan hydrolyysi

Paperin vastaanottaminen

Puhdasta selluloosaa

Mitä luulet sisältävän paperin koostumus?! Itse asiassa tämä on materiaali, joka koostuu erittäin hienoksi kietoutuneista kuiduista selluloosa. Jotkut näistä kuiduista yhdistyvät vetysidoksella (sidos, joka muodostuu ryhmien - OH - hydroksyyliryhmä) välille. Paperin hankintamenetelmä 2. vuosisadalla eKr. se tunnettiin jo muinaisessa Kiinassa. Tuohon aikaan paperia valmistettiin bambusta tai puuvillasta. Myöhemmin, 800-luvulla, tämä salaisuus tuli Eurooppaan. varten vastaanottaa paperia Jo keskiajalla käytettiin pellava- tai puuvillakankaita.

Mutta vasta 1700-luvulla he löysivät kätevimmän tavan vastaanottaa paperia- tehty puusta. Ja sellaista paperia, jota käytämme nyt, alettiin valmistaa vasta 1800-luvulla.

Pääraaka-aine vastaanottaa paperia On selluloosa. Kuiva puu sisältää noin 40 % tästä selluloosasta. Loput puusta ovat erilaisia ​​polymeerejä, jotka koostuvat erityyppisistä sokereista, mukaan lukien fruktoosi, monimutkaiset aineet - fenolialkoholit, erilaiset tanniinit, magnesium-, natrium- ja kaliumsuolat, eteeriset öljyt.

Selluloosan valmistus

Selluloosan valmistus liittyvät puun mekaaniseen käsittelyyn ja sen jälkeen suorittamiseen kemialliset reaktiot sahanpurun kanssa. Havupuut murskataan hienoksi sahanpuruksi. Nämä sahanpuru asetetaan kiehuvaan liuokseen, joka sisältää NaHS04:ää (natriumvetysulfidia) ja SO 2:ta (rikkidioksidia). Keitetään korkeassa paineessa (0,5 MPa) ja pitkään (noin 12 tuntia). Tässä tapauksessa liuoksessa tapahtuu kemiallinen reaktio, joka johtaa aineen muodostumiseen hemiselluloosa ja ainetta ligniini (ligniini on aine, joka on seos aromaattiset hiilivedyt tai puun aromaattinen osa), sekä pääreaktiotuote - puhdasta selluloosaa, joka putoaa sakana säiliöön, jossa kemiallinen reaktio suoritetaan. Lisäksi ligniini puolestaan ​​reagoi liuoksessa olevan rikkidioksidin kanssa, jolloin syntyy etyylialkoholia, vanilliinia, erilaisia ​​tanniinia ja ravintohiivaa.

Jatkoprosessi sellun tuotanto sedimentin jauhamiseen teloilla, mikä johtaa noin 1 mm:n selluloosahiukkasiin. Ja kun tällaiset hiukkaset joutuvat veteen, ne turpoavat välittömästi ja muodostuvat paperi. Tässä vaiheessa paperi ei vielä näytä itseltään ja näyttää selluloosakuitujen suspensiolta vedessä.

Seuraavassa vaiheessa paperille annetaan perusominaisuudet: tiheys, väri, lujuus, huokoisuus, sileys, johon savi, titaanioksidi, bariumoksidi, liitu, talkki ja muut sitovat aineet. selluloosakuituja. Edelleen selluloosakuituja käsitelty erityisellä hartsi- ja hartsipohjaisella liimalla. Se koostuu resinoi. Jos lisäät tähän liimaan kaliumalunaa, tapahtuu kemiallinen reaktio ja muodostuu alumiiniresinaattisakka. Tämä aine pystyy peittämään selluloosakuituja, mikä antaa niille kosteudenkestävyyden ja lujuuden. Saatu massa levitetään tasaisesti liikkuvalle verkolle, jossa se puristetaan ulos ja kuivataan. Täällä on jo muodostumista paperiverkko. Paperin tekemiseksi sileämmäksi ja kiiltävämmäksi se ohjataan ensin metallin ja sitten paksujen paperitelojen välillä (kalanterointi suoritetaan), minkä jälkeen paperi leikataan arkeiksi erityisillä saksilla.

Miten ajattelet, Miksi paperi kellastuu ajan myötä?!?

Osoittautuu, että puusta eristetyt selluloosamolekyylit koostuvat suuri numero C 6 H 10 O 5 -tyyppisiä rakenneyksiköitä, jotka vetyatomi-ionien vaikutuksesta menettävät yhteydet toisiinsa tietyn ajan kuluessa, mikä johtaa kokonaisketjun katkeamiseen. Tämän prosessin aikana paperi haurastuu ja menettää alkuperäisen värinsä. Sitä tapahtuu edelleen, kuten sanotaan, paperin happamoittaminen . Heikkoutuneen paperin palauttamiseksi käytetään kalsiumbikarbonaattia Ca(HCO 3) 2), jonka avulla voit väliaikaisesti vähentää happamuutta.

Dietyylisinkkiaineen Zn(C 2 H 5) 2 käyttöön liittyy toinenkin, edistyneempi menetelmä. Mutta tämä aine voi syttyä itsestään ilmassa ja jopa veden läheisyydessä!

Selluloosan sovellukset

Sen lisäksi, että selluloosaa käytetään paperin valmistukseen, sitä käytetään myös sen erittäin hyödyllisten ominaisuuksien vuoksi. esteröinti erilaisten epäorgaanisten ja orgaanisten happojen kanssa. Tällaisten reaktioiden prosessissa muodostuu estereitä, joita on käytetty teollisuudessa. Itse kemiallisen reaktion aikana selluloosamolekyylin fragmentteja sitovat sidokset eivät katkea, vaan saadaan uusi. kemiallinen yhdiste eetteriryhmän -COOR- kanssa. Yksi tärkeimmistä reaktiotuotteista on selluloosa-asetaatti, joka muodostuu etikkahapon (tai sen johdannaisten, kuten asetaldehydin) ja selluloosan vuorovaikutuksesta. Tätä kemiallista yhdistettä käytetään laajalti synteettisten kuitujen, kuten asetaattikuidun, valmistukseen.

Toinen hyödyllinen tuote - selluloosatrinitraatti. Se muodostuu, kun selluloosan nitraus happojen seos: väkevä rikki- ja typpihappo. Selluloosatrinitraattia käytetään laajalti savuttoman ruudin (pyroksiliinin) valmistuksessa. On myös selluloosa dinitraatti, jota käytetään tietyntyyppisten muovien ja

5. Jos jauhat väkevään rikkihappoon liotettuja suodatinpaperin (selluloosa) paloja posliinihuhmaressa ja laimentat syntynyt liete vedellä sekä neutraloi happo emäksellä ja testaa liuoksen reaktio, kuten tärkkelyksen tapauksessa. kupari(II)hydroksidilla, silloin kupari(I)oksidin ulkonäkö on näkyvissä. Eli kokeessa tapahtui selluloosan hydrolyysi. Hydrolyysiprosessi, kuten tärkkelyksen, tapahtuu vaiheittain, kunnes muodostuu glukoosia.

2. Typpihapon pitoisuudesta ja muista olosuhteista riippuen esteröintireaktioon tulee yksi, kaksi tai kaikki kolme hydroksyyliryhmää kustakin selluloosamolekyylin yksiköstä, esimerkiksi: n + 3nHNO3 → n + 3n H2O.

Selluloosan käyttö.

Asetaattikuidun saaminen

68. Massa, sen fyysiset ominaisuudet

Luonnossa oleminen. Fyysiset ominaisuudet.

1. Selluloosa eli kuitu on osa kasveja muodostaen niihin soluseiniä.

2. Tästä sen nimi tulee (latinan sanasta "cellulum" - solu).

3. Selluloosa antaa kasveille tarvittavan lujuuden ja joustavuuden ja on ikään kuin niiden luuranko.

4. Puuvillakuidut sisältävät jopa 98 % selluloosaa.

5. Pellava- ja hamppukuidut koostuvat myös pääasiassa selluloosasta; puussa se on noin 50 %.

6. Paperi ja puuvillakankaat ovat selluloosasta valmistettuja tuotteita.

7. Erityisen puhtaita esimerkkejä selluloosasta ovat puhdistetusta puuvillasta saatu puuvilla ja suodatinpaperi (liimaamaton).

8. Valittu luonnonmateriaaleja Selluloosa on kiinteä kuitumainen aine, joka ei liukene veteen tai yleisiin orgaanisiin liuottimiin.

Selluloosan rakenne:

1) selluloosa, kuten tärkkelys, on luonnollinen polymeeri;

2) näillä aineilla on jopa samat rakenneyksiköt koostumukseltaan - glukoosimolekyylien jäännökset, sama molekyylikaava (C6H10O5)n;

3) selluloosan n-arvo on yleensä suurempi kuin tärkkelyksen: sen keskimääräinen molekyylipaino on useita miljoonia;

4) tärkein ero tärkkelyksen ja selluloosan välillä on niiden molekyylien rakenteessa.

Selluloosan löytäminen luonnosta.

1. Luonnonkuiduissa selluloosamakromolekyylit sijaitsevat yhteen suuntaan: ne ovat orientoituneet kuituakselia pitkin.

2. Lukuisat vetysidokset, joita syntyy makromolekyylien hydroksyyliryhmien välillä, määräävät näiden kuitujen suuren lujuuden.

Mitkä ovat selluloosan kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet

Puuvillaa, pellavaa jne. kehruttaessa nämä peruskuidut kudotaan pidemmiksi langoiksi.

4. Tämä selittyy sillä, että siinä olevat makromolekyylit, vaikka niillä on lineaarinen rakenne, sijaitsevat satunnaisemmin eivätkä ole suuntautuneet yhteen suuntaan.

Tärkkelyksen ja selluloosan makromolekyylien rakentaminen glukoosin eri syklisistä muodoista vaikuttaa merkittävästi niiden ominaisuuksiin:

1) tärkkelys on ihmisille tärkeä elintarviketuote, jota ei voida käyttää tähän tarkoitukseen;

2) syynä on se, että tärkkelyksen hydrolyysiä edistävät entsyymit eivät vaikuta selluloosatähteiden välisiin sidoksiin.

69. Selluloosan kemialliset ominaisuudet ja sen käyttö

1. Alkaen Jokapäiväinen elämä Selluloosan tiedetään palavan hyvin.

2. Kun puuta lämmitetään ilman ilmaa, tapahtuu selluloosan lämpöhajoamista. Tämä tuottaa haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, vettä ja hiiltä.

3. Puun hajoamisen orgaanisia tuotteita ovat: metyylialkoholi, etikkahappo, asetoni.

4. Selluloosan makromolekyylit koostuvat yksiköistä, jotka ovat samanlaisia ​​kuin ne, jotka muodostavat tärkkelyksen, ja sen hydrolyysituotteena on tärkkelyksen tapaan glukoosia.

5. Jos jauhat väkevään rikkihappoon liotettuja suodatinpaperin (selluloosa) paloja posliinihuhmaressa ja laimentat syntynyt liete vedellä sekä neutraloi happo emäksellä ja testaa liuoksen reaktio, kuten tärkkelyksen tapauksessa. kupari(II)hydroksidilla, silloin kupari(I)oksidin ulkonäkö on näkyvissä.

69. Selluloosan kemialliset ominaisuudet ja sen käyttö

Eli kokeessa tapahtui selluloosan hydrolyysi. Hydrolyysiprosessi, kuten tärkkelyksen, tapahtuu vaiheittain, kunnes muodostuu glukoosia.

6. Kaiken kaikkiaan selluloosan hydrolyysi voidaan ilmaista samalla yhtälöllä kuin tärkkelyksen hydrolyysi: (C6H10O5)n + nH2O = nC6H12O6.

7. Selluloosan (C6H10O5)n rakenneyksiköt sisältävät hydroksyyliryhmiä.

8. Näiden ryhmien ansiosta selluloosa voi tuottaa eettereitä ja estereitä.

9. Selluloosanitraatit ovat erittäin tärkeitä.

Selluloosanitraattieetterien ominaisuudet.

1. Ne saadaan käsittelemällä selluloosaa typpihapolla rikkihapon läsnä ollessa.

2. Typpihapon pitoisuudesta ja muista olosuhteista riippuen esteröintireaktioon tulee yksi, kaksi tai kaikki kolme hydroksyyliryhmää kustakin selluloosamolekyylin yksiköstä, esimerkiksi: n + 3nHNO3 -> n + 3n H2O.

Selluloosanitraattien yhteinen ominaisuus on niiden äärimmäinen syttyvyys.

Selluloosatrinitraatti, jota kutsutaan pyroksiliiniksi, on erittäin räjähtävä aine. Sitä käytetään savuttoman jauheen valmistukseen.

Selluloosaasetaattiesterit – selluloosadiasetaatti ja triasetaatti – ovat myös erittäin tärkeitä. Selluloosadiasetaatti ja triasetaatti ulkomuoto samanlainen kuin selluloosa.

Selluloosan käyttö.

1. Puuta käytetään rakentamisessa mekaanisen lujuutensa vuoksi.

2. Siitä valmistetaan erilaisia ​​puusepäntuotteita.

3. Kuitumateriaalina (puuvilla, pellava) sitä käytetään lankojen, kankaiden ja köysien valmistukseen.

4. Puusta eristettyä selluloosaa (vapautettu oheisaineista) käytetään paperin valmistukseen.

O.A. Noskova, M.S. Fedosejev

Puun kemia

Ja synteettiset polymeerit

OSA 2

Hyväksytty

Yliopiston toimitus- ja julkaisuneuvosto

luentomuistiinpanoina

Kustantamo

Permin osavaltion teknillinen yliopisto

Arvostelijat:

Ph.D. tekniikka. tieteet DR. Nagimov

(CJSC "Karbokam");

Ph.D. tekniikka. tieteet, prof. F.H. Khakimova

(Permin osavaltion teknillinen yliopisto)

Noskova, O.A.

N84 Puun ja synteettisten polymeerien kemia: luentomuistiinpanot: 2 tunnissa / O.A. Noskova, M.S. Fedosejev. – Perm: Perm Publishing House. osavaltio tekniikka. Yliopisto, 2007. – Osa 2. – 53 s.

ISBN 978-5-88151-795-3

Tietoja annetaan puun pääkomponenttien (selluloosa, hemiselluloosat, ligniini ja uutteet) kemiallisesta rakenteesta ja ominaisuuksista. Tarkastellaan näiden komponenttien kemiallisia reaktioita, jotka tapahtuvat puun kemiallisen käsittelyn tai selluloosan kemiallisen muuntamisen aikana. Myös annettu yleistä tietoa ruoanlaittoprosesseista.

Suunniteltu erikoisalan 240406 "Puun kemiallisen käsittelyn teknologia" opiskelijoille.

UDC 630*813. + 541,6 + 547 458,8

ISBN 978-5-88151-795-3 © Valtion ammatillinen korkeakoulu

"Permin osavaltio

Teknillinen korkeakoulu", 2007

Johdanto…………………………………………………………………………………………	……5
1. Selluloosan kemia………………………………………………………..	…….6
1.1. Selluloosan kemiallinen rakenne…………………………………..	.…..6
1.2. Selluloosan kemialliset reaktiot……………………………………….	.……8
1.3. Alkaliliuosten vaikutus selluloosaan………………………………	…..10
1.3.1. Alkalinen selluloosa…………………………………………….	.…10
1.3.2. Teollisen selluloosan turpoaminen ja liukoisuus alkaliliuoksissa………………………………………………………………………	.…11
1.4. Selluloosan hapettuminen………………………………………………………………..	.…13
1.4.1. Yleistä tietoa selluloosan hapettumisesta. Oksiselluloosa...	.…13
1.4.2. Oksidatiivisten reaktioiden pääsuunnat……………	.…14
1.4.3. Oksiselluloosan ominaisuudet………………………………………… Selluloosan kemialliset ominaisuudet.	.…15
1.5. Selluloosaesterit…………………………………………….	.…15
1.5.1. Yleistä tietoa selluloosaestereiden valmistuksesta.	.…15
1.5.2. Selluloosa nitraatit………………………………………………………………	.…16
1.5.3. Selluloosa ksantaatit …………………………………………	.…17
1.5.4. Selluloosaasetaatit………………………………………………………………	.…19
1.6. Selluloosaeetterit………………………………………………………………	.…20
2. Hemiselluloosien kemia…………………………………………………………	.…21
2.1. Yleiset käsitteet hemiselluloosista ja niiden ominaisuuksista………………….	.…21
.2.2. Pentosaanit……………………………………………………………….	.…22
2.3. Heksosaanit…………………………………………………………………………………	…..23
2.4. Uronihapot…………………………………………………….	.…25
2.5. Pektiiniaineet………………………………………………………………………	.…25
2.6. Polysakkaridien hydrolyysi……………………………………………..	.…26
2.6.1. Yleisiä käsitteitä polysakkaridien hydrolyysistä…………………….	.…26
2.6.2. Puun polysakkaridien hydrolyysi laimeilla mineraalihapoilla……………………………………………………………..	…27
2.6.3. Puupolysakkaridien hydrolyysi väkevällä mineraalihapolla………………………………………………………….	…28
3. Ligniinin kemia……………………………………………………………..	…29
3.1. Ligniinin rakenneyksiköt………………………………………….	…29
3.2. Ligniinin eristysmenetelmät…………………………………………………………………	…30
3.3. Ligniinin kemiallinen rakenne……………………………………………	…32
3.3.1. Ligniinin toiminnalliset ryhmät……………………………………..32
3.3.2. Pääasialliset sidostyypit ligniinin rakenneyksiköiden välillä…………………………………………………………………….35
3.4. Kemialliset sidokset ligniini polysakkarideilla………………………..	..36
3.5. Ligniinin kemialliset reaktiot………………………………………….	….39
3.5.1. Yleiset luonteenpiirteet ligniinin kemialliset reaktiot………	..39
3.5.2. Alkuaineyksiköiden reaktiot…………………………………………	..40
3.5.3. Makromolekulaariset reaktiot………………………………….	..42
4. Uuteaineet……………………………………………………………………	..47
4.1. Yleistä tietoa………………………………………………………………………………	..47
4.2. Kaivosaineiden luokitus………………………………………………………	..48
4.3. Hydrofobiset uutteet……………………………….	..48
4.4 Hydrofiiliset uutteet…………………………………	..50
5. Yleiset käsitteet keittoprosesseista…………………………………….	..51
Bibliografia…………………………………………………………….	..53

Johdanto

Puukemia on teknisen kemian ala, joka tutkii puun kemiallista koostumusta; muodostumiskemia, rakenne ja Kemialliset ominaisuudet aineet, jotka muodostavat kuolleen puukudoksen; menetelmiä näiden aineiden eristämiseksi ja analysoimiseksi sekä kemiallinen olemus luonnollinen ja teknisiä prosesseja puun ja sen yksittäisten komponenttien käsittely.

Luentomuistiinpanojen ensimmäinen osa "Puun ja synteettisten polymeerien kemia", joka julkaistiin vuonna 2002, käsittelee puun anatomiaan, solukalvon rakenteeseen, puun kemialliseen koostumukseen sekä puun fysikaalisiin ja fysikaalis-kemiallisiin ominaisuuksiin liittyviä kysymyksiä. .

Luentomuistiinpanojen toisessa osassa "Puun ja synteettisten polymeerien kemia" käsitellään puun pääkomponenttien (selluloosa, hemiselluloosat, ligniini) kemialliseen rakenteeseen ja ominaisuuksiin liittyviä kysymyksiä.

Luentomuistiinpanot antavat yleistä tietoa ruoanlaittoprosesseista, esim. teknisen selluloosan tuotannosta, jota käytetään paperin ja kartongin valmistuksessa. Tuloksena kemiallisia muutoksia Teknistä selluloosaa saadaan sen johdannaisista - eettereistä ja estereistä, joista valmistetaan keinokuituja (viskoosi, asetaatti), kalvoja (kalvo-, valokuva-, pakkauskalvot), muoveja, lakkoja ja liimoja. Tässä yhteenvedon osassa käsitellään lyhyesti myös teollisuudessa laajalti käytettyjen selluloosaeetterien tuotantoa ja ominaisuuksia.

Selluloosan kemia

Selluloosan kemiallinen rakenne

Selluloosa on yksi tärkeimmistä luonnonpolymeereistä. Tämä on kasvikudosten pääkomponentti. Luonnollista selluloosaa löytyy suuria määriä puuvillassa, pellavassa ja muissa kuitukasveissa, joista saadaana. Puuvillakuidut ovat lähes puhdasta selluloosaa (95–99 %). Tärkeämpi selluloosan (teknisen selluloosan) teollisen tuotannon lähde ovat puukasvit. Eri puulajien puussa valtaosa selluloosaa keskimäärin 40–50 %.

Selluloosa on polysakkaridi, jonka makromolekyylit rakentuvat tähteistä D-glukoosi (β-yksikköä -D-anhydroglukopyranoosi), jotka on yhdistetty β-glykosidisilla sidoksilla 1–4:

Selluloosa on lineaarinen homopolymeeri (homopolysakkaridi), joka kuuluu heteroketjupolymeereihin (polyasetaalit). Se on stereosäännöllinen polymeeri, jossa sellobioosijäännös toimii toistuvana stereoyksikkönä. Selluloosan kokonaiskaava voidaan esittää muodossa (C6H10O5) P tai [C6H7O2(OH)3] P. Jokainen monomeeriyksikkö sisältää kolme alkoholihydroksyyliryhmää, joista yksi on primaarinen – CH2OH ja kaksi (C2:ssa ja C3:ssa) on sekundaarisia – CHOH–.

Päätylenkit ovat erilaisia ​​kuin muut ketjun lenkit. Yhdessä päätelinkissä (ehdollisesti oikea - ei-pelkistävä) on lisäksi vapaa sekundaarinen alkoholihydroksyyli (C4:ssä). Toinen päätelinkki (ehdollisesti vasen - pelkistävä) sisältää vapaata glykosidista (hemiasetaali) hydroksyyliä (C1:ssä ) ja siksi se voi esiintyä kahdessa tautomeerisessa muodossa - syklisenä (koluasetaali) ja avoimena (aldehydi):

Terminaalinen aldehydiryhmä antaa selluloosalle sen pelkistävän (pelkistävän) kyvyn. Esimerkiksi selluloosa voi pelkistää kuparin Cu2+:sta Cu+:ksi:

Talteen otettu kuparin määrä ( kupari numero) toimii selluloosaketjujen pituuden kvalitatiivisena ominaisuutena ja osoittaa sen oksidatiivisen ja hydrolyyttisen tuhoutumisasteen.

Luonnollisella selluloosalla on korkea polymerointiaste (DP): puu - 5000-10000 ja enemmän, puuvilla - 14000-20000. Kasvikudoksesta eristettynä selluloosa tuhoutuu jonkin verran. Teknisen puusellun DP on noin 1000–2000. Selluloosan DP määritetään pääasiassa viskometrisellä menetelmällä, jossa käytetään liuottimina joitain monimutkaisia ​​emäksiä: kupari-ammoniakkireagenssia (OH)2, kuprietyleenidiamiinia (OH)2, kadmiumetyleenidiamiinia (kadokseeni) (OH)2 jne.

Kasveista eristetty selluloosa on aina polydispersiota, ts. sisältää eripituisia makromolekyylejä. Selluloosan polydispersiteettiaste (molekyylien heterogeenisyys) määritetään fraktiointimenetelmillä, ts. selluloosanäytteen erottaminen fraktioiksi, joilla on tietty molekyylipaino. Selluloosanäytteen ominaisuudet (mekaaninen lujuus, liukoisuus) riippuvat keskimääräisestä DP:stä ja polydispersiteettiasteesta.

12345678910Seuraava ⇒

Julkaisupäivä: 2015-11-01; Lue: 1100 | Sivun tekijänoikeusloukkaus

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

Polysakkaridien (homo- ja heteropolysakkaridien) rakenne, ominaisuudet, toiminnot.

POLYSAKKARIDIT- nämä ovat korkean molekyylipainon aineita ( polymeerit), joka koostuu Suuri määrä monosakkaridit. Koostumuksensa perusteella ne jaetaan homopolysakkarideihin ja heteropolysakkarideihin.

Homopolysakkaridit– polymeerejä, jotka koostuvat yhden tyypin monosakkarideista . Esimerkiksi glykogeeni ja tärkkelys rakentuvat vain α-glukoosimolekyyleistä (α-D-glukopyranoosi, kuidun monomeeri (selluloosa) on myös β-glukoosi).

Tärkkelys. Tämä varapolysakkaridi kasvit. Tärkkelyksen monomeeri on α-glukoosi. Ylijäämät glukoosi V tärkkelysmolekyylit lineaarisissa osissa ovat yhteydessä toisiinsa α-1,4-glykosidinen ja haarapisteissä – α-1,6-glykosidisidokset .

Tärkkelys on kahden homopolysakkaridin seos: lineaarinen - amyloosi (10-30 %) ja haarautunut – amylopektiini (70-90%).

Glykogeeni. Tämä on tärkein varapolysakkaridi ihmisten ja eläinten kudoksia. Glykogeenimolekyylillä on noin 2 kertaa haarautuneempi rakenne kuin tärkkelyksen amylopektiinillä. Glykogeenimonomeeri On α-glukoosi . Glykogeenimolekyylissä lineaarisissa osissa olevat glukoositähteet ovat yhteydessä toisiinsa α-1,4-glykosidinen ja haarapisteissä – α-1,6-glykosidisidokset .

Selluloosa. Tämä on yleisin rakenteellinen kasvihomopolysakkaridi. SISÄÄN lineaarinen kuitumolekyylimonomeerit β-glukoosi toisiinsa β-1,4-glykosidisidokset . Kuitu ei ole ihmiskehossa sulavaa, mutta jäykkyytensä vuoksi ärsyttää maha-suolikanavan limakalvoja, jolloin parantaa peristaltiikkaa ja stimuloi ruuansulatusnesteiden eritystä, edistää ulosteen muodostumista.

Pektiiniaineet- polysakkaridit, joiden monomeeri on D- galakturonihappo , jonka tähteet on liitetty α-1,4-glykosidisilla sidoksilla. Hedelmissä ja vihanneksissa oleville niille on ominaista geeliytyminen orgaanisten happojen läsnä ollessa, jota käytetään elintarviketeollisuudessa (hyytelö, marmeladi).

Heteropolysakkaridit(mukopolysakkaridit, glykosaminoglykaanit) – polymeerejä, jotka koostuvat monosakkarideista erilaisia ​​tyyppejä . Rakenteeltaan ne edustavat

suorat ketjut rakennettu alkaen toistuvat disakkaridijäämät , jotka välttämättä sisältävät amino sokeri (glukosamiini tai galaktosamiini) ja heksuronihapot (glukuroni tai iduroni).

Selluloosan fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Ne ovat hyytelömäisiä aineita, jotka suorittavat useita toimintoja, mukaan lukien: suojaava (lima), rakenteellinen, ovat solujen välisen aineen perusta.

Heteropolysakkarideja ei löydy elimistöstä vapaassa tilassa, vaan ne liittyvät aina proteiineihin (glykoproteiinit ja proteoglykaanit) tai lipideihin (glykolipidit).

Rakenteensa ja ominaisuuksiensa perusteella ne jaetaan happamiin ja neutraaleihin.

HAPOT HETEROPOLYSAKARIDIT:

Ne sisältävät heksuroni- tai rikkihappoa. Edustajat:

Hyaluronihappoon tärkein solujen välisen aineen rakennekomponentti, joka pystyy sitoutumaan vettä ("biologinen sementti") . Hyaluronihapon liuoksilla on korkea viskositeetti, joten ne toimivat esteenä mikro-organismien tunkeutumiselle, osallistuvat veden aineenvaihdunnan säätelyyn ja ovat tärkein osa solujen välistä ainetta).

Kondroitiinisulfaatit ovat rakenteellisia komponentteja rustot, nivelsiteet, jänteet, luut, sydänläppä.

Hepariini – antikoagulantti (estää veren hyytymistä), sillä on tulehdusta estävä vaikutus, useiden entsyymien aktivaattori.

NEUTRAALI HETEROPOLYSAKARIDIT: ovat osa glykoproteiineja veren seerumissa, musiineja syljessä, virtsassa jne., jotka muodostuvat aminosokereista ja siaalihapoista. Neutraalit yleislääkärit ovat osa monikkoa. entsyymejä ja hormoneja.

SIALIC ACIDS - yhdistelmä neuramiinihappoa etikkahapon tai aminohapon - glysiinin kanssa, ovat osa solukalvoja ja biologisia nesteitä. Siaalihappoja määritetään systeemisten sairauksien (reuma, systeeminen lupus erythematosus) diagnosointiin.

Rakenne.

Selluloosan molekyylikaava on (-C 6 H 10 O 5 -) n, kuten tärkkelyksen. Selluloosa on myös luonnollinen polymeeri. Sen makromolekyyli koostuu monista glukoosimolekyylien tähteistä. Voi herää kysymys: miksi tärkkelyksellä ja selluloosalla - aineilla, joilla on sama molekyylikaava - on erilaisia ​​ominaisuuksia?

Synteettisiä polymeerejä tarkasteltaessa olemme jo havainneet, että niiden ominaisuudet riippuvat alkuaineyksiköiden lukumäärästä ja rakenteesta. Sama tilanne koskee luonnonpolymeerejä. Osoittautuu, että selluloosan polymeroitumisaste on paljon suurempi kuin tärkkelyksen. Lisäksi vertaamalla näiden luonnonpolymeerien rakenteita todettiin, että selluloosan makromolekyylit, toisin kuin tärkkelys, koostuvat b-glukoosimolekyylin tähteistä ja niillä on vain lineaarinen rakenne. Selluloosan makromolekyylit sijaitsevat yhteen suuntaan ja muodostavat kuituja (pellava, puuvilla, hamppu).

Jokainen glukoosimolekyylin jäännös sisältää kolme hydroksyyliryhmää.

Fyysiset ominaisuudet .

Selluloosa on kuituaine. Se ei sula eikä mene höyrytilaan: noin 350 o C:een kuumennettaessa selluloosa hajoaa - se hiiltyy. Selluloosa on liukenematon veteen tai useimpiin muihin epäorgaanisiin ja orgaanisiin liuottimiin.

Selluloosan kyvyttömyys liueta veteen on odottamaton ominaisuus aineelle, joka sisältää kolme hydroksyyliryhmää jokaista kuutta hiiliatomia kohti. On hyvin tunnettua, että polyhydroksyyliyhdisteet liukenevat helposti veteen. Selluloosan liukenemattomuus selittyy sillä, että sen kuidut ovat kuin "nippuja" rinnakkaisista lankamaisista molekyyleistä, jotka on yhdistetty useilla vetysidoksilla, jotka muodostuvat hydroksyyliryhmien vuorovaikutuksen seurauksena. Liuotin ei voi tunkeutua tällaisen "nipun" sisään, ja siksi molekyylit eivät eroa toisistaan.

Selluloosan liuotin on Schweitzerin reagenssi - kupari(II)hydroksidin liuos ammoniakin kanssa, jonka kanssa se on samanaikaisesti vuorovaikutuksessa. Väkevät hapot (rikki, fosfori) ja väkevä sinkkikloridiliuos liuottavat myös selluloosaa, mutta tässä tapauksessa tapahtuu sen osittainen hajoaminen (hydrolyysi), johon liittyy molekyylipainon lasku.

Kemialliset ominaisuudet .

Selluloosan kemialliset ominaisuudet määräytyvät ensisijaisesti hydroksyyliryhmien läsnäolon perusteella. Toimimalla metallisen natriumin kanssa on mahdollista saada selluloosa-alkoksidia n. Konsentroitujen alkalivesiliuosten vaikutuksesta tapahtuu niin kutsuttu merserointi - selluloosaalkoholaattien osittainen muodostuminen, mikä johtaa kuidun turpoamiseen ja lisää sen herkkyyttä väriaineille. Hapetuksen seurauksena selluloosan makromolekyyliin ilmaantuu tietty määrä karbonyyli- ja karboksyyliryhmiä. Voimakkaiden hapettimien vaikutuksesta makromolekyyli hajoaa. Selluloosan hydroksyyliryhmät pystyvät alkyloitumaan ja asyloitumaan, jolloin saadaan eettereitä ja estereitä.

Yksi selluloosan tunnusomaisimmista ominaisuuksista on sen kyky hydrolysoitua happojen läsnä ollessa glukoosin muodostamiseksi. Tärkkelyksen tapaan selluloosan hydrolyysi tapahtuu vaiheittain. Yhteenvetona tämä prosessi voidaan kuvata seuraavasti:

(C6H10O5) n + nH2O H2SO4_ nC6H12O6

Koska selluloosamolekyylit sisältävät hydroksyyliryhmiä, sille on tunnusomaista esteröintireaktiot. Heistä käytännön merkitystä Selluloosa reagoi typpihapon ja etikkahappoanhydridin kanssa.

Kun selluloosa reagoi typpihapon kanssa väkevän rikkihapon läsnäollessa, muodostuu olosuhteista riippuen dinitroselluloosaa ja trinitroselluloosaa, jotka ovat estereitä:

Kun selluloosa reagoi etikkahappoanhydridin kanssa (etikka- ja rikkihapon läsnä ollessa), saadaan triasetyyliselluloosaa tai diasetyyliselluloosaa:

Massa palaa. Tämä tuottaa hiilimonoksidia (IV) ja vettä.

Kun puuta lämmitetään ilman pääsyä ilmaan, selluloosa ja muut aineet hajoavat. Tämä tuottaa hiiltä, ​​metaania, metyylialkoholia, etikkahappoa, asetonia ja muita tuotteita.

Kuitti.

Esimerkki lähes puhtaasta selluloosasta on puuvillasta, josta on poistettu siemenet, saatu puuvilla. Suurin osa selluloosasta eristetään puusta, johon se sisältyy muiden aineiden kanssa. Yleisin selluloosan valmistusmenetelmä maassamme on ns. sulfiittimenetelmä. Tämän menetelmän mukaan puumurska kalsiumhydrosulfiitti Ca(HSO 3) 2 tai natriumhydrosulfiitti NaHSO 3 liuoksen läsnäollessa kuumennetaan autoklaaveissa 0,5–0,6 MPa:n paineessa ja 150 o C:n lämpötilassa. , kaikki muut aineet tuhoutuvat ja selluloosaa vapautuu suhteellisen puhtaassa muodossa. Se pestään vedellä, kuivataan ja lähetetään jatkokäsittelyyn, suurimmaksi osaksi paperintuotantoon.

Sovellus.

Ihminen on käyttänyt selluloosaa hyvin muinaisista ajoista lähtien. Aluksi puuta käytettiin polttoaineena ja rakennusmateriaali; sitten puuvillaa, pellavaa ja muita kuituja alettiin käyttää tekstiilien raaka-aineina. Ensimmäinen teollisia menetelmiä Kemiallinen puunjalostus syntyi paperiteollisuuden kehityksen yhteydessä.

Paperi on ohut kerros kuitukuitua, joka on puristettu ja liimattu luomaan mekaanista lujuutta, sileää pintaa ja estämään musteen vuotamista. Aluksi paperin valmistukseen käytettiin kasvimateriaaleja, joista tarvittavat kuidut saatiin puhtaasti mekaanisesti, käytettiin myös riisivarsia (ns. riisipaperia), puuvillaa ja kuluneita kankaita. Kirjapainon kehittyessä luetellut raaka-ainelähteet eivät kuitenkaan riittäneet tyydyttämään kasvavaa paperin kysyntää. Erityisesti sanomalehtien painamiseen kuluu paljon paperia, eikä sanomalehtipaperin laadulla (valkoisuus, lujuus, kestävyys) ole väliä. Tietäen, että puussa on noin 50 % kuitua, he alkoivat lisätä hioketta paperimassaan. Tällainen paperi on hauras ja muuttuu nopeasti keltaiseksi (etenkin valossa).

Paperimassan puun lisäaineiden laadun parantamiseksi, eri tavoilla puun kemiallinen käsittely, jolloin siitä on mahdollista saada enemmän tai vähemmän puhdasta selluloosaa, joka on vapautettu mukana olevista aineista - ligniinistä, hartseista ja muista. Selluloosan eristämiseksi on ehdotettu useita menetelmiä, joista tarkastelemme sulfiittimenetelmää.

Sulfiittimenetelmän mukaan murskattu puu "keitetään" paineen alaisena kalsiumhydrosulfiitilla. Tällöin mukana olevat aineet liukenevat ja epäpuhtauksista vapautettu selluloosa erotetaan suodattamalla. Syntyvät sulfiittilipeät ovat paperintuotannon jätettä. Kuitenkin, koska ne sisältävät muiden aineiden ohella käymiskykyisiä monosakkarideja, niitä käytetään tuotannon raaka-aineina. etyylialkoholi(ns. hydrolyyttinen alkoholi).

Selluloosaa ei käytetä vain raaka-aineena paperintuotannossa, vaan sitä käytetään myös kemialliseen jatkokäsittelyyn. Korkein arvo sisältää selluloosaeettereitä ja estereitä. Näin ollen, kun selluloosa altistetaan typen ja rikkihapot saadaan selluloosanitraatteja. Kaikki ne ovat syttyviä ja räjähdysherkkiä. Typpihappojäämien enimmäismäärä, joka voidaan lisätä selluloosaan, on kolme kutakin glukoosiyksikköä kohti:

N HNO3_ n

Täydellisen esteröinnin tuotteen - selluloosatrinitraatti (trinitroselluloosa) - tulee sisältää 14,1 % typpeä kaavan mukaisesti. Käytännössä saadaan tuote, jonka typpipitoisuus on hieman pienempi (12,5/13,5 %), joka tunnetaan alalla nimellä pyroxeliini. Eetterillä käsiteltynä pyroksyliini hyytelöityy; liuottimen haihtumisen jälkeen jäljelle jää tiivis massa. Hienoksi leikatut palat tästä massasta ovat savutonta jauhetta.

Noin 10 % typpeä sisältävät nitraustuotteet vastaavat koostumukseltaan selluloosadinitraattia: tekniikassa tällainen tuote tunnetaan kolloksiliinina. Altistuessaan alkoholin ja eetterin seokselle muodostuu viskoosi liuos, niin kutsuttu kollodium, jota käytetään lääketieteessä. Jos lisäät kamferia tällaiseen liuokseen (0,4 osaa kamferia per 1 osa koloksiliinia) ja haihdutat liuotin, jää läpinäkyvä joustava kalvo - selluloidi. Historiallisesti tämä on ensimmäinen tunnettu muovityyppi. Viime vuosisadasta lähtien selluloidia on käytetty laajalti kätevänä termoplastisena materiaalina monien tuotteiden (lelut, lyhyttavarat jne.) valmistukseen. Selluloidin käyttö kalvo- ja nitrolakkojen valmistuksessa on erityisen tärkeää. Tämän materiaalin vakava haitta on sen syttyvyys, joten selluloidia korvataan nykyään yhä enemmän muilla materiaaleilla, erityisesti selluloosa-asetaatilla.