În primul rând, este necesar să se clarifice ce anume este celuloza și care sunt, în termeni generali, proprietățile acesteia.

Celuloză(din latină cellula - litere, cameră, aici - o celulă) - celuloza, substanța pereților celulari ai plantelor, este un polimer din clasa carbohidraților - o polizaharidă, ale cărei molecule sunt construite din rămășițele monozaharidei de glucoză molecule (vezi Schema 1).

SCHEMA 1 Structura moleculei de celuloză

Fiecare reziduu al unei molecule de glucoză - sau, pe scurt, un reziduu de glucoză - este rotit în raport cu cel vecin cu 180 ° și este conectat la acesta printr-o punte de oxigen -O- sau, așa cum se spune în acest caz, printr-o legătură glucozidică printr-un atom de oxigen. Astfel, întreaga moleculă de celuloză este ca un lanț uriaș. Legăturile individuale ale acestui lanț sunt sub formă de hexagone sau, în termeni de chimie, inele cu 6 membri. În molecula de glucoză (și restul acesteia), acest ciclu cu 6 membri este construit din cinci atomi de carbon C și un atom de oxigen O. Astfel de cicluri se numesc piran. Dintre cei șase atomi ai inelului piranic cu 6 membri din schema 1 de mai sus, în partea de sus a unuia din colțuri este prezentat doar atomul de oxigen O - un heteroatom (din grecescul eteros; - altul, diferit de restul) . În vârfurile celor cinci colțuri rămase, este situat la atomul de carbon C (acești atomi de carbon „obișnuiți” pentru organice, spre deosebire de heteroatom, nu sunt de obicei descriși în formulele compușilor ciclici).

Fiecare ciclu cu 6 membri nu este un hexagon plat, ci curbat în spațiu, ca un scaun (vezi Schema 2), de unde și numele acestei forme, sau conformație spațială, cea mai stabilă pentru molecula de celuloză.

DIAGRAMA 2 Forma scaunului

În diagramele 1 și 2, laturile hexagonelor care sunt mai aproape de noi sunt evidențiate cu caractere aldine. Schema 1 arată, de asemenea, că fiecare reziduu de glucoză conține 3 grupări hidroxil -OH (ele se numesc grupări hidroxil sau pur și simplu hidroxili). Pentru claritate, aceste grupuri -OH sunt închise într-o cutie punctată.

Grupările hidroxil sunt capabile să formeze legături puternice de hidrogen intermoleculare cu atomul de hidrogen H ca o punte; prin urmare, energia legăturii dintre moleculele de celuloză este mare și celuloza ca material are o rezistență și rigiditate semnificative. În plus, grupările -OH favorizează absorbția vaporilor de apă și conferă celulozei proprietățile alcoolilor polihidrici (acesta este numele pentru alcoolii care conțin mai multe grupări -OH). Când celuloza se umflă, legăturile de hidrogen dintre moleculele sale sunt distruse, lanțurile moleculelor sunt îndepărtate de moleculele de apă (sau moleculele reactivului absorbit) și se formează noi legături - între moleculele de celuloză și apă (sau reactiv).

În condiții normale, celuloza este un solid cu o densitate de 1,54-1,56 g / cm3, insolubil în solvenți obișnuiți - apă, alcool, dietil eter, benzen, cloroform etc. În fibrele naturale, celuloza are o structură cristalină amorfă cu grad de cristalinitate de aproximativ 70%.

Trei grupe -OH sunt de obicei implicate în reacții chimice cu celuloză. Restul elementelor din care este construită molecula de celuloză reacționează sub influențe mai puternice - la temperaturi ridicate, sub acțiunea acizilor concentrați, a alcalinilor și a oxidanților.

De exemplu, atunci când este încălzit la o temperatură de 130 ° C, proprietățile celulozei se schimbă ușor. Dar la 150-160 ° C, începe procesul de distrugere lentă - distrugerea celulozei, iar la temperaturi peste 160 ° C, acest proces are loc deja rapid și este însoțit de ruperea legăturilor glucozidice (la atomul de oxigen), descompunere mai profundă a moleculelor și carbonizarea celulozei.

Acizii acționează diferit asupra celulozei. La prelucrarea celulozei de bumbac cu un amestec de acizi nitric și sulfurici concentrați, grupările hidroxil -OH intră într-o reacție și, ca urmare, esterii acidului azotic al celulozei - așa-numita nitroceluloză, care, în funcție de conținutul de grupe nitro din molecula, au proprietăți diferite. Cele mai renumite dintre nitrocelulozele sunt piroxilina, care este utilizată pentru producerea prafului de pușcă, și celuloidul, un plastic pe bază de nitroceluloză cu unii aditivi.

Un alt tip de interacțiune chimică apare atunci când celuloza este tratată cu acid clorhidric sau sulfuric. Sub acțiunea acestor acizi minerali, are loc o distrugere treptată a moleculelor de celuloză cu ruperea legăturilor glucozidice, însoțită de hidroliză, adică o reacție de schimb care implică molecule de apă (vezi Schema 3).

SCHEMA 3 Hidroliza celulozei
Această diagramă prezintă aceleași trei verigi ale lanțului polimeric de celuloză, adică aceleași trei reziduuri de molecule de celuloză ca în Schema 1, numai inelele de piran cu 6 membri sunt prezentate nu sub formă de "fotolii", ci sub formă de hexagoane plate. Această denumire simbolică a structurilor ciclice este, de asemenea, general acceptată în chimie.

Hidroliza completă, efectuată prin fierbere cu acizi minerali, duce la producerea de glucoză. Produsul hidrolizei parțiale a celulozei este așa-numita hidroceluloză, are o rezistență mecanică mai mică în comparație cu celuloza convențională, deoarece rezistența mecanică scade odată cu scăderea lungimii lanțului moleculei de polimer.

Se observă un efect complet diferit dacă celuloza este tratată pentru scurt timp cu acid sulfuric sau clorhidric concentrat. Se produce pergament: suprafața hârtiei sau a țesăturii de bumbac se umflă, iar acest strat de suprafață, care este parțial distrus și celuloză hidrolizată, conferă hârtiei sau țesăturii după uscare un luciu special și o rezistență sporită. Acest fenomen a fost observat pentru prima dată în 1846 de cercetătorii francezi J. Pumard și L. Fipoye.

Soluțiile slabe (0,5%) de acizi minerali și organici la temperaturi de până la aproximativ 70 ° C, dacă urmează clătirea după aplicare, nu au un efect distructiv asupra celulozei.

Celuloza este rezistentă la alcalii (soluții diluate). Soluțiile de sodă caustică în concentrație de 2-3,5% sunt utilizate pentru gătirea alcalină a cârpei folosite la fabricarea hârtiei. În acest caz, nu numai impuritățile sunt eliminate din celuloză, ci și produsele de degradare ale moleculelor de polimer celuloză, care au lanțuri mai scurte. Spre deosebire de celuloză, acești produși de degradare sunt solubili în soluții alcaline.

Soluțiile alcaline concentrate acționează într-un mod aparte asupra celulozei la rece - la temperatura camerei și la temperaturi mai scăzute. Acest proces, descoperit în 1844 de cercetătorul englez J. Mercer și numit mercerizare, este utilizat pe scară largă pentru rafinarea țesăturilor de bumbac. Fibrele sunt tratate într-o stare tensionată la o temperatură de 20 ° C cu o soluție de hidroxid de sodiu 17,5%. Moleculele de celuloză atașează alcaline, se formează așa-numita celuloză alcalină, iar acest proces este însoțit de o umflare puternică a celulozei. După spălare, alcalinele sunt îndepărtate, iar fibrele devin strălucitoare moi, mătăsoase, devin mai durabile și susceptibile la coloranți și umiditate.

La temperaturi ridicate în prezența oxigenului atmosferic, soluțiile alcaline concentrate determină distrugerea celulozei cu ruperea legăturilor glucozidice.

Oxidanții utilizați pentru albirea fibrelor de celuloză în producția de textile, precum și pentru obținerea hârtiei cu un grad ridicat de strălucire, acționează distructiv asupra celulozei, oxidând grupările hidroxil și rupând legăturile glucozidice. Prin urmare, în condițiile de producție, toți parametrii procesului de albire sunt strict controlați.

Când am vorbit despre structura moleculei de celuloză, ne-am referit la modelul său ideal, format doar din numeroase reziduuri ale moleculei de glucoză. Nu am specificat câte dintre aceste reziduuri de glucoză sunt conținute în lanțul moleculei (sau, așa cum se numesc molecule uriașe, în macromolecula) de celuloză. Dar în realitate, adică în orice material vegetal natural, există mai multe sau mai puține abateri de la modelul ideal descris. O macromoleculă de celuloză poate conține o anumită cantitate de reziduuri de molecule ale altor monozaharide - hexoze (adică conținând 6 atomi de carbon, cum ar fi glucoza, care aparține și hexozelor) și pentoze (monozaharide cu 5 atomi de carbon în moleculă). Macromolecula de celuloză naturală poate conține și reziduuri de acizi uronici - acesta este numele acizilor carboxilici din clasa monozaharidelor, reziduul acidului glucuronic, de exemplu, diferă de reziduul de glucoză prin faptul că conține, în loc de -CH Grupa 2 OH, grupa carboxil -COOH, caracteristică acizilor carboxilici.

Cantitatea de reziduuri de glucoză conținută în macromolecula de celuloză sau așa-numitul grad de polimerizare, notat cu indicele n, este, de asemenea, diferită pentru diferite tipuri de materii prime celulozice și variază foarte mult. Deci, în bumbac n este în medie 5.000 - 12.000, iar în in, cânepă și ramie 20.000 - 30.000. Astfel, greutatea moleculară a celulozei poate ajunge la 5 milioane de unități de oxigen. Cu cât este mai mare n, cu atât este mai puternică celuloza. Pentru celuloza obținută din lemn, n este mult mai mică - în intervalul 2500 - 3000, ceea ce determină și rezistența mai mică a fibrelor de celuloză din lemn.

Cu toate acestea, dacă considerăm celuloza ca un material obținut din orice tip de materie primă vegetală - bumbac, in, cânepă sau lemn etc., atunci în acest caz moleculele de celuloză vor avea o lungime inegală, un grad inegal de polimerizare, adică molecule din ce în ce mai scurte vor fi prezente în această celuloză. Partea moleculară ridicată a oricărei celuloză tehnică se numește de obicei a-celuloză - așa desemnează în mod convențional acea parte a celulozei, care constă din molecule care conțin 200 sau mai multe reziduuri de glucoză. O caracteristică a acestei părți a celulozei este insolubilitatea sa în soluție de hidroxid de sodiu 17,5% la 20 ° C (aceștia sunt, așa cum sa menționat deja, parametrii procesului de mercerizare - prima etapă a producției de fibre de viscoză).

Partea de celuloză tehnică care este solubilă în aceste condiții se numește hemiceluloză. La rândul său, aceasta constă dintr-o fracțiune de celuloză b, conținând de la 200 la 50 de reziduuri de glucoză, și celuloză y, cea mai mică fracțiune moleculară, cu n mai puțin de 50. Denumirea de "hemiceluloză", ca "a-celuloză" , este condiționată: compoziția hemicelulozelor include nu numai celuloza cu o greutate moleculară relativ mică, ci și alte polizaharide, ale căror molecule sunt construite din rămășițele altor hexoze și pentoze, adică alți hexanoși și pentozani (a se vedea, de exemplu, conținutul pentozanilor din tabelul 1). Proprietatea lor comună este un grad scăzut de polimerizare n, mai mic de 200 și, ca urmare, solubilitatea în soluție de hidroxid de sodiu 17,5%.

Calitatea celulozei este determinată nu numai de conținutul de a-celuloză, ci și de conținutul de hemiceluloză. Se știe că, cu un conținut crescut de α-celuloză, materialul fibros se caracterizează de obicei printr-o rezistență mecanică mai mare, o rezistență chimică și termică, stabilitate și durabilitate a luminozității. Dar pentru a obține o rețea puternică de hârtie, este necesar ca sateliții hemicelulozici să fie prezenți și în celuloza tehnică, deoarece a-celuloza pură nu este predispusă la fibrilație (divizarea fibrelor în direcția longitudinală cu formarea celor mai fine fibre - fibrile) și se toacă ușor în timpul procesului de măcinare a fibrelor. Hemiceluloză facilitează fibrilația, care la rândul său îmbunătățește aderența fibrelor din foaia de hârtie fără a reduce în exces lungimea acestora în timpul rafinării.

Când am spus că și conceptul de "a-celuloză" este condiționat, am vrut să spunem că nici a-celuloza nu este un compus chimic individual. Acest termen indică cantitatea totală de substanțe găsite în celuloza tehnică și insolubile în alcaline în timpul mercerizării. Conținutul real de celuloză cu greutate moleculară ridicată în celuloză este întotdeauna mai mic, deoarece impuritățile (lignină, cenușă, grăsimi, ceruri, precum și substanțe pentozane și pectină asociate chimic cu celuloza) nu se dizolvă complet în timpul mercerizării. Prin urmare, fără o determinare paralelă a cantității acestor impurități, conținutul de a-celuloză nu poate caracteriza puritatea celulozei; poate fi judecat numai dacă sunt disponibile aceste date suplimentare necesare.

Continuând prezentarea informațiilor inițiale despre structura și proprietățile sateliților de celuloză, să ne întoarcem la Tabel. unu.

Masa Tabelul 1 prezintă substanțele găsite împreună cu celuloza în fibrele vegetale. Pectina și pentozanii sunt enumerați mai întâi după celuloză. Substanțele pectinice sunt polimeri din clasa glucidelor, care, la fel ca celuloza, au o structură de lanț, dar sunt construite din reziduurile de acid uronic, mai precis - acidul galacturonic. Acidul poligalacturonic se numește acid pectic, iar esterii săi metilici se numesc pectine (vezi Schema 4).

SCHEMA 4 Secțiunea lanțului macromoleculei de pectină

Aceasta, desigur, este doar o diagramă, deoarece pectinele diferitelor plante diferă în ceea ce privește greutatea moleculară, conținutul grupărilor -OCH3 (așa-numitele grupări metoxi sau metoxil sau pur și simplu metoxil) și distribuția lor de-a lungul lanțului macromoleculelor. Pectinele conținute în seva celulară a plantelor sunt solubile în apă și sunt capabile să formeze geluri dense în prezența zahărului și a acizilor organici. Cu toate acestea, substanțele pectinice există în plante în principal sub formă de protopectină insolubilă, un polimer ramificat în care secțiunile liniare ale macromoleculei de pectină sunt legate prin punți transversale. Protopectina este conținută în pereții celulei vegetale și în materialul cimentar intercelular, acționând ca elemente de susținere. În general, substanțele pectinice sunt un material de rezervă din care se formează celuloza printr-o serie de transformări și se formează un perete celular. De exemplu, în stadiul inițial al creșterii fibrelor de bumbac, conținutul de substanțe pectinice din acesta ajunge la 6% și, până la deschiderea capsulei, aceasta scade treptat la aproximativ 0,8%. În același timp, conținutul de celuloză din fibră crește, rezistența acesteia crește, iar gradul de polimerizare a celulozei crește.

Substanțele pectinice sunt destul de rezistente la acizi, dar sub acțiunea alcalinilor sunt distruse atunci când sunt încălzite și această circumstanță este utilizată pentru purificarea celulozei din substanțele pectinice (prin gătit, de exemplu, puful de bumbac cu soluție de hidroxid de sodiu). Substanțele pectinice sunt ușor distruse de acțiunea oxidanților.

Pentosanii sunt polizaharide construite din reziduuri de pentoză - de obicei arabinoză și xiloză. În consecință, acești pentozani sunt numiți arabani și xilani. Au o structură liniară (cu lanț) sau slab ramificată și în plante însoțesc de obicei substanțe pectinice (arabani) sau fac parte din hemiceluloză (xilani). Pentosanii sunt incolori și amorfi. Arabanii sunt ușor solubili în apă; xilanii nu se dizolvă în apă.

Următorul cel mai important însoțitor al celulozei este lignina, un polimer ramificat care determină lignificarea plantelor. După cum puteți vedea din tabel. 1, lignina este absentă în fibra de bumbac, dar în alte fibre - semințe de in, cânepă, ramie și mai ales iută - este conținută în cantități mai mici sau mai mari. Umple în principal spațiile dintre celulele vegetale, dar pătrunde și în straturile de suprafață ale fibrelor, jucând rolul unei substanțe incrustante care ține împreună fibrele de celuloză. În special, o mulțime de lignină se găsește în lemn - până la 30%. Prin natura sa, lignina nu mai aparține clasei de polizaharide (cum ar fi celuloza, substanțele pectinice și pentozanii), ci este un polimer bazat pe derivați ai fenolilor poliatomici, adică se referă la așa-numiții compuși aromatici grași. Diferența sa esențială față de celuloză constă în faptul că macromolecula de lignină are o structură neregulată, adică o moleculă de polimer nu este alcătuită din reziduuri identice de molecule monomerice, ci o varietate de elemente structurale. Cu toate acestea, acestea din urmă au în comun faptul că constau dintr-un nucleu aromatic (care la rândul său este format din 6 atomi de carbon C) și un lanț lateral de propan (de 3 atomi de carbon C), acest element structural comun tuturor ligninelor se numește fenilpropan link (a se vedea diagrama 5).

SCHEMA 5 Unitate fenilpropan

Astfel, lignina aparține grupului de compuși naturali având formula generală (C 6 C 3) x. Lignina nu este un compus chimic individual cu o compoziție și proprietăți strict definite. Ligninele de diferite origini diferă semnificativ între ele și chiar ligninele obținute din același tip de materie primă vegetală, dar în moduri diferite, uneori diferă foarte mult prin compoziția lor elementară, prin conținutul anumitor substituenți (acesta este numele grupurilor conectate la un inel benzenic sau un lanț lateral de propan), solubilitate și alte proprietăți.

Reactivitatea ridicată a ligninei și eterogenitatea structurii sale complică studiul structurii și proprietăților sale, dar cu toate acestea s-a stabilit că unitățile fenilpropanice, care sunt derivați ai guaiacolului (adică, eterul monometilic pirocatechol, vezi Schema 6), sunt incluse în compoziția tuturor ligninelor.

SCHEMA 6 Derivat de guaiacol

De asemenea, au fost relevate unele diferențe în structura și proprietățile ligninelor plantelor anuale și cerealelor, pe de o parte, și ale lemnului, pe de altă parte. De exemplu, ligninele din ierburi și cereale (acestea includ inul și cânepa, pe care ne oprim mai detaliat) sunt relativ bine solubile în alcalii, în timp ce ligninele din lemn sunt dificile. Acest lucru duce la parametri mai stricți ai procesului de îndepărtare a ligninei (delignificare) din lemn prin metoda de gătit cu sodă a lemnului (cum ar fi temperaturi și presiuni mai ridicate) comparativ cu procesul de îndepărtare a ligninei din lăstari tineri și ierburi prin gătirea în leșie - o metodă cunoscută în China la începutul primului mileniu d.Hr. și care a fost folosită pe scară largă sub denumirea de macerare sau fierbere în Europa în prelucrarea zdrențelor și a tot felul de deșeuri (lenjerie, cânepă) în hârtie.

Am vorbit deja despre reactivitatea ridicată a ligninei, adică despre capacitatea sa de a intra în numeroase reacții chimice, care se explică prin prezența unui număr mare de grupări funcționale reactive în macromolecula ligninei, adică capabil să intre în anumite transformări chimice inerente unei anumite clase de compuși chimici. Acest lucru este valabil mai ales pentru hidroxilii alcoolici -OH situați la atomii de carbon din lanțul de propan lateral; de exemplu, sulfonarea ligninei apare în aceste grupuri -OH în timpul gătirii cu sulfit a lemnului - o altă metodă de delignificare a acestuia.

Datorită reactivității ridicate a ligninei, oxidarea acesteia are loc cu ușurință, în special într-un mediu alcalin, cu formarea de grupări carboxil —COOH. Și sub acțiunea agenților de clorare și albire, lignina se clorină ușor, iar atomul de clor Cl pătrunde atât în ​​nucleul aromatic, cât și în lanțul de propan lateral, în prezența umidității, simultan cu clorarea, macromolecula ligninică este oxidată, iar rezultatul clorolignina conține și grupări carboxil. Lignina clorurată și oxidată se spală mai ușor din celuloză. Toate aceste reacții sunt utilizate pe scară largă în industria celulozei și hârtiei pentru purificarea materialelor celulozice de impuritatea ligninei, care este o componentă foarte nefavorabilă a celulozei tehnice.

De ce nu este de dorit prezența ligninei? În primul rând, deoarece lignina are o structură spațială ramificată, adesea tridimensională și, prin urmare, nu are proprietăți de formare a fibrelor, adică nu se pot obține filamente din aceasta. Oferă rigiditate, fragilitate fibrelor de celuloză, reduce capacitatea celulozei de a se umfla, de a colora și de a interacționa cu reactivii utilizați în diferite procese de prelucrare a fibrelor. La prepararea pastei de hârtie, lignina complică măcinarea și fibrilația fibrelor, afectează aderența lor reciprocă. În plus, de la sine, are culoarea galben-maroniu și, pe măsură ce hârtia îmbătrânește, își intensifică și îngălbenirea.

Raționamentul nostru despre structura și proprietățile sateliților de celuloză poate părea, la prima vedere, inutil. Într-adevăr, sunt chiar descrieri scurte ale structurii și proprietăților ligninei adecvate aici, dacă restauratorul grafic nu se ocupă cu fibre naturale, ci cu hârtie, adică material fabricat din fibre fără lignină? Desigur, așa este, dar numai dacă vorbim despre hârtie de cârpă din materii prime de bumbac. Nu există lignină în bumbac. Este practic absent în hârtia de cârpă din in sau cânepă - a fost îndepărtată aproape complet în procesul de găurire a zdrențelor.

Cu toate acestea, în hârtia fabricată din lemn, și în special în clasele de hârtie de ziar în care pasta de lemn servește ca material de umplutură, lignina este conținută în cantități destul de mari, iar această circumstanță ar trebui să aibă în vedere un restaurator care lucrează cu o varietate de -gradați hârtiile ...

Celuloză (Celuloză franceză, din latină cellula, literalmente - o cameră, o cușcă, aici - o cușcă)

fibra, unul dintre cei mai comuni polimeri naturali (polizaharide (vezi Polizaharide)); componenta principală a pereților celulari ai plantelor, care determină rezistența mecanică și elasticitatea țesuturilor plantelor. Astfel, conținutul de C. în firele de semințe de bumbac este de 97-98%, în tulpinile plantelor de bast (in, ramie, iută) 75-90%, în lemn 40-50%, stuf, cereale și floarea-soarelui 30-40%. Se găsește și în corpul unor nevertebrate inferioare.

În organism, C. servește în principal ca material de construcție și cu greu participă la metabolism. C. nu este clivat de enzimele uzuale ale tractului gastrointestinal al mamiferelor (amilază, maltază); sub acțiunea enzimei celulază secretată de microflora intestinală a erbivorelor, C. se descompune în D-glucoză. Biosinteza C. continuă cu participarea formei activate de D-glucoză.

Structura și proprietățile celulozei. Ts. - material fibros alb, densitate 1,52-1,54 g / cm 3 (20 ° C). Ts. Este solubil în așa-numitul. soluție cupru-amoniac [soluție de amminecuprum (II) -hidroxid în soluție apoasă 25% de amoniac], soluții apoase de baze cuaternare de amoniu, soluții apoase de compuși complecși de hidroxizi metalici polivalenți (Ni, Co) cu amoniac sau etilendiamină, soluție alcalină de complex de fier (III) cu tartrat de sodiu, soluții de dioxid de azot în dimetilformamidă, acizi concentrici fosforici și sulfurici (dizolvarea în acizi este însoțită de distrugerea C.).

Macromoleculele de zinc sunt construite din legăturile elementare ale D-glucozei (vezi Glucoza), conectate prin legături 1,4-β-glicozidice în lanțuri liniare neramificate:

Ts. Este denumit de obicei polimeri cristalini. Se caracterizează prin fenomenul polimorfismului, adică prin prezența unui număr de modificări structurale (cristaline) care diferă în parametrii rețelei cristaline și în unele proprietăți fizice și chimice; principalele modificări sunt Ts. I (Ts natural) și Ts. II (Hidratează celuloza).

Ts. Are o structură supramoleculară complexă. Elementul său primar este o microfibrilă, formată din câteva sute de macromolecule și având forma unei spirale (grosime 35-100 Å, lungime 500-600 Å și mai mult). Microfibrilele sunt combinate în formațiuni mai mari (300-1500 Å), orientate diferit în diferite straturi ale peretelui celular. Fibrilele sunt „cimentate” de așa-numitele. o matrice formată din alte materiale polimerice de natură glucidică (hemiceluloză, pectină) și proteine ​​(extensină).

Legăturile glicozidice dintre unitățile elementare ale macromoleculei de celuloză sunt ușor hidrolizate de acizi, motiv pentru distrugerea zincului într-un mediu apos în prezența catalizatorilor acizi. Produsul hidrolizei complete a C. este glucoza; această reacție stă la baza metodei industriale pentru producerea alcoolului etilic din materii prime care conțin celuloză (vezi Hidroliza materialelor vegetale). Hidroliza parțială a zincului are loc, de exemplu, în timpul izolării sale de materialele vegetale și în timpul procesării chimice. Asa numitul „pulbere” microcristalină C. - pulbere albă ca zăpada care curge liber.

În absența oxigenului, C. este stabil până la 120-150 ° C; cu o creștere suplimentară a temperaturii, fibrele naturale de celuloză sunt degradate, iar fibrele de celuloză hidratate se deshidratează. Peste 300 ° C, apare grafitizarea (carbonizarea) fibrei, un proces utilizat pentru producerea fibrelor de carbon (a se vedea fibrele de carbon).

Datorită prezenței grupărilor hidroxil în unitățile elementare ale macromoleculei, zincul este ușor esterificat și alchilat; aceste reacții sunt utilizate pe scară largă în industrie pentru prepararea eterilor și esterilor de celuloză (a se vedea. Eteri de celuloză). C. reacționează cu baze; interacțiunea cu soluțiile concentrate de sodă caustică, care duce la formarea zincului alcalin (mercerizarea zincului), este o etapă intermediară în prepararea esterilor de zinc. grupuri și doar unii dintre agenții oxidanți (de exemplu, acidul iodic și sărurile acestuia) - selectivi (adică oxidează grupările OH la anumiți atomi de carbon). Distrugerea oxidativă a C. este supusă producerii de viscoză (vezi. Viscoză) (etapa de pre-coacere a C. alcalin); oxidarea apare și în timpul albirii C.

Utilizarea celulozei. Hârtia este produsă din Ts. (A se vedea hârtia) , carton, diverse fibre artificiale - celuloză hidratată (fibre de viscoză, fibre de cupru-amoniac (vezi Fibre de cupru-amoniac)) și eter celuloză (acetat și triacetat - vezi Fibre de acetat) , pelicule (celofan), materiale plastice și lacuri (vezi Etroli, Pelicule de hidratare a celulozei, Lacuri de celuloză eterică). Fibrele naturale din celuloză (bumbac, bast), precum și fibrele artificiale, sunt utilizate pe scară largă în industria textilă. Derivații de celuloză (în principal eteri) sunt folosiți ca agenți de îngroșare pentru cernelurile de imprimare, agenți de dimensionare și finisare, stabilizatori de suspensie la fabricarea pulberii fără fum etc. cromatografie.

Lit.: Nikitin N.I., Chimia lemnului și celulozei, M. - L., 1962; Scurtă enciclopedie chimică, vol. 5, M., 1967, p. 788-95; Rogovin Z.A., Chimia celulozei, M., 1972; Celuloza și derivații săi, trans. din engleză, t. 1-2, M., 1974; Kretovich V.L., Fundamentals of plant biochemistry, ed. A V-a, M., 1971.

L. S. Galbraikh, N. D. Gabrielyan.

Marea Enciclopedie Sovietică. - M.: Enciclopedie sovietică. 1969-1978 .

Sinonime:

Vedeți ce este „celuloză” în alte dicționare:

Celuloza ... Wikipedia

1) altfel fibra; 2) o clasă de hârtie pergament făcută dintr-un amestec de lemn, lut și bumbac. Un dicționar complet de cuvinte străine care au intrat în uz în limba rusă. Popov M., 1907. CELULOZĂ 1) celuloză; 2) hârtie din lemn cu un amestec ... Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

Gossipine, celuloză, celuloză Dicționar de sinonime rusești. celuloză n., număr de sinonime: 12 celuloză alcalină (1) ... Dicționar sinonim

- (С6Н10О5), un carbohidrat din grupul POLISACARID, care este o componentă structurală a pereților celulari ai plantelor și algelor. Se compune din lanțuri de glucoză neramificate paralele conectate transversal pentru a forma o structură stabilă ... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

Fibra, principala polizaharidă de susținere a pereților celulari ai plantelor și a unor nevertebrate (ascidieni); unul dintre cei mai comuni polimeri naturali. Din 30 de miliarde de tone de carbon, unele plante superioare sunt transformate anual în organice. conexiuni, ok ... Dicționar enciclopedic biologic

celuloză- s, w. celuloză f., ger. Zelluloza lat. celula celulară 1. La fel ca fibrele. BAS 1. 2. O substanță obținută din lemn tratat chimic și tulpini ale anumitor plante; servește la producția de hârtie, raion și ... ... Dicționar istoric al galicismelor rusești

- (celuloză franceză din latină cellula, literalmente cameră, iată o celulă) (celuloză), o polizaharidă formată din reziduuri de glucoză; componenta principală a pereților celulari ai plantelor, care determină rezistența mecanică și elasticitatea plantei ... ... Dicționar enciclopedic mare

- (sau celuloză), celuloză, multe altele. nu, neveste. (din lat. celula cușcă). 1. La fel ca fibrele în 1 valoare. (bot.). 2. O substanță obținută din lemn tratat chimic și tulpini ale unor plante și utilizată pentru fabricarea hârtiei, artificială ... Dicționarul explicativ al lui Ushakov

CELULOZĂ, s, soții La fel ca fibrele (în valoare 1). | adj. celulozic, oh, oh. Dicționarul explicativ al lui Ozhegov. SI. Ozhegov, N.Yu. Șvedova. 1949 1992 ... Dicționarul explicativ al lui Ozhegov

Celuloză. Vezi fibra. (

Celuloza este derivată din două substanțe naturale: lemnul și bumbacul. La plante, îndeplinește o funcție importantă, oferindu-le flexibilitate și rezistență.

Unde se găsește substanța?

Celuloza este o substanță naturală. Plantele sunt capabile să o producă singure. Compoziția conține: hidrogen, oxigen, carbon.

Plantele produc zahăr sub influența soarelui, este procesat de celule și permite fibrelor să reziste la încărcături mari de vânt. Celuloza este o substanță implicată în procesul de fotosinteză. Dacă apa de zahăr este presărată pe o bucată de lemn proaspăt, lichidul este absorbit rapid.

Începe producția de celuloză. Acest mod natural de obținere a acestuia este luat ca bază pentru producerea de țesături de bumbac la scară industrială. Există mai multe metode prin care se obține pastă de diferite calități.

Metoda de fabricație nr. 1

Celuloza se obține printr-o metodă naturală - din semințe de bumbac. Firele de păr sunt colectate prin mecanisme automate, dar este necesară o perioadă lungă de creștere a plantei. Țesătura produsă în acest mod este considerată a fi cea mai curată.

Mai rapid celuloză poate fi obținută din fibre de lemn. Cu toate acestea, cu această metodă, calitatea este mult mai proastă. Acest material este potrivit numai pentru fabricarea de plastic non-fibros, celofan. De asemenea, din acest material se pot produce fibre artificiale.

Obținerea naturală

Producția de celuloză din semințe de bumbac începe cu separarea fibrelor lungi. Acest material este folosit pentru realizarea țesăturii de bumbac. Părțile mici, mai mici de 1,5 cm, sunt numite

Sunt potrivite pentru producerea de celuloză. Piesele asamblate sunt încălzite sub presiune ridicată. Procesul poate dura până la 6 ore. Înainte de a începe încălzirea materialului, i se adaugă hidroxid de sodiu.

Substanța rezultată trebuie clătită. Pentru aceasta se folosește clor, care înălbeste și el. Compoziția de celuloză cu această metodă este cea mai pură (99%).

Metoda de fabricație nr. 2 din lemn

Pentru a obține 80-97% din celuloză, se utilizează așchii de conifere și substanțe chimice. Întreaga masă este amestecată și supusă tratamentului la temperatură. Ca rezultat al gătitului, substanța necesară este eliberată.

Bisulfitul de calciu, dioxidul de sulf și pulpa de lemn sunt amestecate. Celuloza din amestecul rezultat nu depășește 50%. Ca urmare a reacției, hidrocarburile și ligninele sunt dizolvate în lichid. Materialul solid trece printr-o etapă de curățare.

Se obține o masă care seamănă cu hârtia de slabă calitate. Acest material servește ca bază pentru fabricarea substanțelor:

• Efirov.
• Celofan.
• Fibra de viscoză.

Ce se produce dintr-un material valoros?

Fibros, ceea ce face posibilă confecționarea hainelor din el. Materialul din bumbac este 99,8% natural, obținut prin metoda naturală de mai sus. Poate fi folosit și pentru producerea de explozivi ca urmare a unei reacții chimice. Celuloza este activă atunci când se aplică acizi pe ea.

Proprietățile celulozei sunt aplicabile producției de țesături. Deci, din aceasta sunt fabricate fibre artificiale, care seamănă cu țesăturile naturale ca aspect și la atingere:

• viscoza si;
• blana artificiala;
• mătase cupru-amoniac.

În principal, pasta de lemn este utilizată pentru a produce:

• lacuri;
• film fotografic;
• produse din hartie;
• materiale plastice;
• bureți de spălat vase;
• pulbere fără fum.

Ca urmare a unei reacții chimice, se obține celuloză:

• trinitroceluloză;
• dinitroceluloză;
• glucoză;
• combustibil lichid.

Celuloza poate fi folosită și în alimente. Unele plante (țelină, salată, tărâțe) conțin fibrele sale. De asemenea, servește ca material pentru producerea de amidon. Am învățat deja cum să facem fire subțiri din ea - rețeaua artificială este foarte puternică și nu se întinde.

Formula chimică a celulozei este C6H10O5. Este o polizaharidă. Se folosește pentru a face:

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

Avantajele substanței

Celuloza este capabilă să reziste la temperaturi ridicate de până la 200 de grade. Moleculele nu sunt distruse, ceea ce face posibilă obținerea unor vase din plastic reutilizabile. În același timp, se păstrează o calitate importantă - elasticitatea.

Celuloza poate rezista expunerii prelungite la acizi. Absolut insolubil în apă. Nu este digerat de corpul uman, este folosit ca sorbent.

Celuloza microcristalină este utilizată în medicina alternativă ca agent de curățare a sistemului digestiv. Substanța sub formă de pulbere acționează ca un aditiv alimentar pentru a reduce conținutul de calorii al meselor consumate. Ajută la eliminarea toxinelor, scăderea zahărului din sânge și a colesterolului.

Metoda de fabricație # 3 - industrială

La locurile de producție, pulpa este preparată gătind în diferite medii. Materialul utilizat depinde de tipul de reactiv - tipul de lemn:

• Roci rezinoase.
• Arborii de foioase.
• Plantele.

Există mai multe tipuri de reactivi de gătit:

• În caz contrar, metoda este denumită sulfit. Sarea acidului sulfuros sau amestecul său lichid se utilizează ca soluție. Cu această opțiune de producție, celuloza este izolată de speciile de conifere. Bradul și molidul sunt bine prelucrate.
• Metoda mediului alcalin sau sodă se bazează pe utilizarea hidroxidului de sodiu. Soluția separă bine celuloza de fibrele vegetale (tulpini de porumb) și copaci (în principal foioase).
• Utilizarea simultană a hidroxidului de sodiu și a sulfurii este utilizată în metoda sulfatului. Este utilizat pe scară largă în producția de sulf alb. Tehnologia este destul de negativă pentru natura înconjurătoare din cauza reacțiilor chimice rezultate de la terți.

Cea din urmă metodă este cea mai comună datorită versatilității sale: puteți obține celuloză din aproape orice copac. Cu toate acestea, puritatea materialului nu este complet ridicată după o infuzare. Impuritățile sunt eliminate prin reacții suplimentare:

• hemicelulozele sunt îndepărtate cu soluții alcaline;
• macromoleculele de lignină și produsele de distrugere a acestora sunt îndepărtate cu clor, urmate de tratament cu alcali.

Valoarea nutritivă

Amidonul și celuloza au o structură similară. Ca rezultat al experimentelor, a fost posibil să se obțină un produs din fibre necomestibile. Omul are nevoie de el tot timpul. Mâncarea consumată este formată din mai mult de 20% amidon.

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

Ca urmare a reacției, celuloza rămâne într-o stare solidă, așezându-se pe fundul vasului. Restul componentelor sunt îndepărtate cu ajutorul nanoparticulelor magnetice sau se dizolvă și sunt îndepărtate cu lichidul.

Tipuri de substanțe la vânzare

Furnizorii oferă celuloză de diferite calități la prețuri rezonabile. Să enumerăm principalele tipuri de materiale:

• Celuloză de sulf alb fabricată din două tipuri de lemn: rasinoase și lemn de esență tare. Există materiale nealbite utilizate în materialul de ambalare, hârtie de calitate slabă pentru izolare și alte scopuri.
• Există, de asemenea, un sulfit alb, fabricat din conifere, de vânzare.
• Materialul pulbere albă este potrivit pentru producerea de substanțe medicale.
• Celuloza premium este produsă folosind albire fără clor. Coniferele sunt luate ca materii prime. Pulpa de lemn constă dintr-o combinație de molid și așchii de pin într-un raport de 20/80%. Puritatea materialului obținut este cea mai mare. Este potrivit pentru fabricarea materialelor medicale sterile.

Criteriile standard sunt utilizate pentru a selecta o celuloză adecvată: puritatea materialului, rezistența la tracțiune, lungimea fibrelor, indicele de rezistență la rupere. Starea chimică sau agresivitatea mediului extras de apă și umiditatea sunt, de asemenea, indicate cantitativ. Pentru pasta furnizată sub formă de pastă albită, se aplică alți parametri: volumul specific, luminozitatea, mărimea măcinării, rezistența la tracțiune, gradul de puritate.

Un indicator important pentru masa de celuloză este indicele de rezistență la rupere. Scopul materialelor produse depinde de acesta. Luați în considerare materia primă utilizată și conținutul de umiditate. Nivelul de gudron și grăsime este, de asemenea, important. Uniformitatea pulberii este importantă pentru anumite procese de fabricație. În scopuri similare, sunt evaluate rezistența și rezistența la rupere a materialului de tip foaie.

Pentru ce este celuloza?

Celuloza este principalul material de construcție folosit în regnul plantelor... Formează pereții celulari ai plantelor superioare, cum ar fi copacii. Face planta flexibilă. Celuloza este produsă de plante pentru nevoile lor. Compoziția sa este identică cu cea a zahărului - celuloza este compusă din carbon, oxigen și hidrogen. Toate aceste elemente sunt prezente și în apă și aer. De la școală, toată lumea știe că sub influența soarelui, zahărul se formează pe frunze. Acest fenomen se numește fotosinteză. Zahărul se dizolvă în seva plantei și se răspândește în toate părțile acesteia. Cea mai mare parte a zahărului este utilizată de plantă pentru creșterea și recuperarea sa în caz de defecțiune, dar există o anumită proporție de zahăr care se transformă în celuloză.

Celuloza - produs natural și poate fi obținut numai în mod natural, nu este sintetizat artificial. Cea mai pură formă de celuloză este firele de păr din semințe de bumbac. Acum celuloza este obținută doar din două tipuri de materii prime naturale - din bumbac și din pastă de lemn. Bumbacul nu are nevoie de un proces de procesare complex pentru a produce ulterior fibre artificiale și materiale plastice non-fibroase din acesta. Procesul de obținere a celulozei din bumbac este următorul proces: fibrele lungi sunt mai întâi separate de semințele de bumbac, care, de fapt, sunt folosite pentru a produce țesături de bumbac. După aceea, rămâne „scame” sau puf de bumbac, care este reprezentat de fire scurte de cel mult 15 mm lungime. Scamele, după separarea de semințe de bumbac, sunt încălzite sub presiune timp de două până la șase ore. În acest caz, este încă utilizată o soluție de hidroxid de sodiu 3%. Materialul rezultat este apoi spălat și decolorat cu clor, apoi spălat din nou și uscat. Ca rezultat, se obține celuloză, a cărei puritate este de 99%. Aceasta este cea mai pură celuloză.

Pulpa produce celuloză „mai murdară” - nu conține mai mult de 97% celuloză pură. Pulpa de lemn este fabricată din copaci de conifere. Așchii de lemn sunt gătite sub presiune cu adăugarea de dioxid de sulf și bisulfit de calciu. Ligninele și hidrocarburile, din care pasta de lemn este de aproximativ jumătate, sunt eliberate în soluție. Ca urmare, după ce materialul rezultat a fost spălat, decolorat și decojit, arată ca hârtie vrac. Acest material conține între 80 și 97% celuloză. Celuloza obținută în acest mod poate fi utilizată pentru a obține din aceasta fibră de viscoză și celofan. În plus, din acesta se obțin esteri și eteri.

O persoană folosește celuloză în diverse industrii. De exemplu, hainele sunt cusute din bumbac, dar bumbacul este 99,8% celuloză naturală. Și pentru a obține piroxilina explozivă, trebuie doar să efectuați o reacție chimică - aplicați acid azotic și sulfuric pe bumbac.

O persoană folosește celuloză pentru hrană. Face parte din multe plante comestibile - salată, țelină. Tărâțul conține o cantitate mare de celuloză necesară corpului uman. Deși celuloza nu poate fi procesată de sistemul digestiv uman, este un fel de „furaj”. În plus, după prelucrare, celuloza poate fi utilizată pentru a obține astfel de produse ca bază pentru filmul fotografic, un aditiv pentru lacuri și diverse materiale plastice.

Obiectele de zi cu zi care ne-au devenit familiare, care sunt omniprezente în viața noastră de zi cu zi, nu ar fi putut fi imaginate fără utilizarea produselor de chimie organică. Cu mult înainte de Anselm Payy, în urma căruia a reușit să descopere și să descrie în 1838 o polizaharidă care a primit „celuloză” (un derivat al celulozei franceze și al latinului cellula, care înseamnă „celulă, celulă”), proprietatea acestei substanța a fost utilizată activ în producerea celor mai de neînlocuit lucruri.

Extinderea cunoștințelor despre celuloză a dus la apariția unei mari varietăți de lucruri realizate din ea. Hârtia de diferite grade, cartonul, piesele din plastic și vâscoză artificială, cupru-amoniac), filmele polimerice, emailurile și lacurile, detergenții, aditivii alimentari (E460) și chiar pulberea fără fum sunt produse pentru producerea și prelucrarea celulozei.

În forma sa pură, celuloza este un solid alb cu proprietăți destul de atractive, care prezintă o rezistență ridicată la diferite influențe chimice și fizice.

Natura a ales celuloza (fibra) ca principal material de construcție. În lumea plantelor, ea stă la baza copacilor și a altor plante superioare. În cea mai pură formă în natură, celuloza se găsește în firele de păr din semințele de bumbac.

Proprietățile unice ale acestei substanțe sunt determinate de structura sa originală. Formula de celuloză are o înregistrare generală (C6 H10 O5) n din care vedem o structură polimerică pronunțată. Reziduul β-glucoză care se repetă de multe ori, care are o formă mai extinsă ca - [C6 H7 O2 (OH) 3] -, se combină într-o moleculă liniară lungă.

Formula moleculară a celulozei determină proprietățile sale chimice unice pentru a rezista efectelor mediilor agresive. De asemenea, celuloza are o rezistență ridicată la căldură, chiar și la 200 de grade Celsius, substanța își păstrează structura și nu se prăbușește. Autoaprinderea are loc la o temperatură de 420 ° C.

Celuloza nu este mai puțin atractivă pentru proprietățile sale fizice. celuloza sub formă de fire lungi conținând de la 300 la 10.000 reziduuri de glucoză fără ramuri laterale, determină în mare măsură stabilitatea ridicată a acestei substanțe. Formula glucozei arată cât de multe conferă fibrelor de celuloză nu numai o rezistență mecanică mai mare, ci și o elasticitate ridicată. Rezultatul procesării analitice a multor experimente și studii chimice a fost crearea unui model de macromoleculă de celuloză. Este o spirală rigidă cu un pas de 2-3 legături elementare, care este stabilizată prin legături de hidrogen intramoleculare.

Nu formula celulozei, ci gradul de polimerizare a acesteia este principala caracteristică pentru multe substanțe. Deci, în bumbacul netratat numărul reziduurilor de glucoză ajunge la 2500-3000, în bumbacul rafinat - de la 900 la 1000, pasta de lemn rafinată are un indicator de 800-1000, în celuloza regenerativă numărul lor este redus la 200-400, iar în celuloza industrială acetat este de la 150 până la 270 de "legături" pe moleculă.

Pulpa este produsă în principal din lemn. Principalul proces tehnologic de producție implică fierberea așchiilor de lemn cu diverși reactivi chimici, urmată de curățarea, uscarea și tăierea produsului finit.

Prelucrarea ulterioară a celulozei face posibilă obținerea unei varietăți de materiale cu proprietăți fizice și chimice specificate, permițând producerea unei varietăți de produse, fără de care viața unei persoane moderne este dificil de imaginat. Formula unică a celulozei, corectată prin tratament chimic și fizic, a devenit baza pentru obținerea materialelor care nu au analogi în natură, ceea ce le-a făcut să fie utilizate pe scară largă în industria chimică, medicină și alte ramuri ale activității umane.