Selüloz doğada dağılmıştır. Büyük petrol ve gaz ansiklopedisi

Sayfa 1

Selülozun ve nişastanın bileşimi formül (QHUiO5) ile ifade edilir.Bazı selüloz türlerinde n değeri 40 bine, bağıl molekül ağırlığı birkaç milyona ulaşır. Molekülleri doğrusal (dallanmamış) bir yapıya sahiptir, bunun sonucunda selüloz kolayca lifler oluşturur. Nişasta molekülleri hem doğrusal hem de dallanmış yapılara sahiptir.

Selülozun ve nişastanın bileşimi (CjHioOJn) formülü ile ifade edilir. Bazı selüloz türlerinde n değeri 40 bine ulaşır ve molekül ağırlığı birkaç milyona ulaşır. Molekülleri doğrusal (dallanmamış) bir yapıya sahiptir. Bunun sonucunda selüloz kolaylıkla lifler oluşturur.Nişasta molekülleri hem doğrusal hem de dallanmış bir yapıya sahiptir.

Selülozun ve nişastanın bileşimi şu formülle ifade edilir: (CgHioOsJn - Bazı selüloz türlerinde n değeri 40 bine ulaşır ve molekül ağırlığı birkaç milyona ulaşır. Molekülleri doğrusal (dallanmamış) bir yapıya sahiptir. Bunun sonucunda selüloz kolaylıkla lifler oluşturur.Nişasta molekülleri hem doğrusal hem de dallanmış bir yapıya sahiptir.

Selüloz, p-D-glikoz moleküllerinin kalıntılarını içerir.

Selüloz bileşimi açısından en önemli reaksiyonlardan biri, asetik anhidritin hidrolizde suyla aynı rolü oynadığı ve aynı zamanda selüloz parçalarının asilasyonunu etkilediği asetolizi içeren reaksiyondur. 1879'da Franchimont selülozu asetik anhidrit ve sülfürik asitle işlemden geçirdi ve Scroup ve Koenig'in daha sonra selobiyoz adı verilen kristalin okta-asetat disakkarit olarak tanımlayacağı bir türev elde etti. İkincisi, Fehling çözeltisini azaltır ve iki mol glikoz oluşturmak üzere asitle hidrolize edilir. Benzer hidroliz, disakkariti bir p-glikozit olarak karakterize eden emülsin tarafından da gerçekleştirilir.

Tabloda verilen veriler. 2.1, selülozun bileşimi hakkında bazı bilgiler sağlasalar da, selülozun işlem sırasındaki davranışını değerlendirmek için tamamen yetersizdirler.

Bu, özellikle C14'ün selüloz bileşimine oldukça hızlı bir şekilde dahil edildiği radyokarbon deneylerinde gösterilmiştir. Ancak selüloz sentezinin mekanizması da diğerleri gibi bitki polisakkaritleri henüz açıklanmadı. Organizmaların dışında sentezlenen tek polisakkaritler nişasta ve glikojendir.

Kağıt hamuru, ana (alfa) selüloza ek olarak, heksosanlar, pentozanlar ve üronik asitler gibi düşük moleküler ağırlıklı hidrokarbonlar olan bir dizi hemi-selüloz içerir. Selüloz ayrıca artık lignin de içerir (yaklaşık %0-3), tamamen kaldırma Antioksidan özelliklere sahip olduğundan bu tavsiye edilmez.

Bir selüloz molekülündeki D-glikoz kalıntılarının sayısı birkaç bine ulaşır, bu da mole karşılık gelir. Selülozun bileşimindeki D-gluko-ea sandalyeye benzer bir yapıdadır ve bu, poliglikozit zincirinin sarmallaşma olasılığını ortadan kaldırır, böylece selüloz molekülü kesinlikle doğrusal bir yapıyı korur.

Pamuk lifinin gelişimi sırasında hücre duvarlarının bileşimindeki değişiklikler gözlemlenerek galaktoz, mannoz, ramnoz, arabinoz, fukoz, üronik asitler ve selülozik olmayan glikoz kalıntılarının maksimum miktarının pamuk oluşumunun sonuna karşılık geldiği bulunmuştur. birincil duvar veya ikincil duvarın oluşumunun başlangıcı. Lif gelişiminin sonuna kadar selülozun bir parçası olan ksiloz ve glikoz kalıntılarının yalnızca mutlak miktarları artar.

Pamukta selüloz biyosentezi ile ilgili ilginç veriler elde edildi. İlk karbon atomunda C14 ile işaretlenen glikoz eklendiğinde radyoaktivitenin %44'ü selülozda, geri kalan %56'sı ise diğer bileşiklerde bulundu. Dolayısıyla lif oluşumu sırasında glikozun dahil olduğu ana bileşik selülozdur.

Ortaya çıkan kütlenin, düz tabanlı, dayanıklı, ısıya dayanıklı ve korozyona dayanıklı malzemeden yapılmış, 0,04 ila 1 mm çapında onbinlerce küçük deliğe sahip küçük bir kap olan bir düzeden geçirilmesiyle iplikler elde edilir. sülfürik asit çözeltisi içeren bir çökeltme banyosuna koyun. Sülfürik asit ile etkileşime girdiğinde alkali nötralize edilir ve viskoz ayrışır, karbon disülfürü böler ve bileşimi hafifçe değiştirilmiş parlak selüloz iplikleri oluşturur. Bu iplikler viskon elyaftır. Viskon elyafı üretme prosesinin özü, öncelikle çözünmeyen selülozun, elyafı oluşturmak üzere çözünür bir duruma dönüştürülmesidir. Daha sonra tekrar çözünmez bir duruma aktarılır.

Çeşitli kökenlerden gelen selüloz, aldehit, karboksil ve hidroksil gibi fonksiyonel gruplar içerir. Lignin ayrıca metaksil ve hidroksil başta olmak üzere önemli sayıda fonksiyonel grup, belirli miktarda karbonil grubu ve çift bağ içerir. Yapılarının ve bileşimlerinin özellikleri nedeniyle selüloz lifleri, liflerin şerit benzeri şekli nedeniyle yeterli esnekliğin yanı sıra yüksek gerilme modülüne ve önemli bir dayanıklılığa sahiptir. Yumuşak ağaç (yumuşak ağaç) ve sert ağaç (sert ağaç) lifleri, eşit kalınlıkları nedeniyle farklı esneklik sergiler.

Presleme derecesi, preslenmiş alkali selüloz kütlesinin orijinal selüloz kütlesine oranıdır. Kural olarak, alkali selüloz, orijinal selülozun ağırlığına göre üç kat ağırlık artışı sağlayacak şekilde preslenir; bu, %29 - 31 a-selüloz, %16 - 17 NaOH ve %54 - 57 su içeriğine karşılık gelir. Bu selüloz bileşiminde, yaklaşık %7 - 8 NaOH (alkali selülozun ağırlığına göre), kimyasal veya moleküler bir bileşik formunda selüloz ile birleştirilir ve yaklaşık %9'u emilir.

Selüloz, temel susuz birimlerden oluşan bir polisakkarittir. D -glikoz ve poli-1, 4-'ü temsil ederβ - D -glikopiranosil- D -glikopiranoz. Selüloz makromolekülü, anhidroglikoz birimleriyle birlikte, üronik asitlerin yanı sıra diğer monosakaritlerin (heksozlar ve pentozlar) kalıntılarını da içerebilir (şekle bakın). Bu tür kalıntıların doğası ve miktarı, biyokimyasal sentez koşulları tarafından belirlenir.

Selüloz, yüksek bitkilerin hücre duvarlarının ana bileşenidir. Yanındaki maddelerle birlikte ana mekanik yükü taşıyan bir çerçeve görevi görür. Selüloz esas olarak bazı bitkilerin tohumlarının tüylerinde bulunur; örneğin pamuk (%97-98 selüloz), odun (%40-50 kuru madde bazında), sak lifleri, bitki kabuğunun iç katmanları (keten ve keten) rami - %80-90, jüt - %75 ve diğerleri), sazlık, mısır, tahıllar, ayçiçeği gibi yıllık bitkilerin sapları (%30-40).

Selülozun doğal malzemelerden izolasyonu, selüloz olmayan bileşenleri yok eden veya çözen reaktiflerin etkisine dayanmaktadır. İşlemenin doğası, bitki materyalinin bileşimine ve yapısına bağlıdır. Pamuk lifi için (selüloz olmayan safsızlıklar - %2,0-2,5 nitrojen içeren maddeler; yaklaşık %1 pentozanlar ve pektin maddeleri; %0,3-1,0 yağlar ve mumlar; %0,1-0,2 mineral tuzları) nispeten yumuşak ekstraksiyon yöntemleri kullanın.

Pamuk tüyü,% 1.5-3'lük bir sodyum hidroksit çözeltisi ile bir parka (3-6 saat, 3-10 atmosfer) tabi tutulur, ardından çeşitli oksitleyici maddelerle - klor dioksit, sodyum hipoklorit, hidrojen peroksit ile yıkanır ve ağartılır. Düşük molar ağırlığa sahip bazı polisakkaritler (pentozanlar, kısmen hekzozanlar), üronik asitler ve bazı yağlar ve mumlar çözeltiye geçer. İçerikα -selüloz (%17,5'lik çözeltide çözünmeyen kısım) N aOH, 20°'de 1 saat boyunca) %99,8-99,9'a yükseltilebilir. Pişirme sırasında lifin morfolojik yapısının kısmen tahrip edilmesinin bir sonucu olarak, selülozun reaktivitesi artar (selülozun daha sonraki kimyasal işlenmesi sırasında elde edilen esterlerin çözünürlüğünü ve bu esterlerin eğirme çözeltilerinin filtrelenebilirliğini belirleyen bir özellik).

%40-55 selüloz, %5-10 diğer heksozanlar, %10-20 pentozanlar, %20-30 lignin, %2-5 reçineler ve bir takım diğer yabancı maddeleri içeren ve karmaşık bir morfolojik yapıya sahip olan ahşaptan selülozu izole etmek için daha fazla katı işleme koşulları; Çoğu zaman, talaşların sülfit veya sülfatla pişirilmesi kullanılır.

Sülfit pişirme sırasında ahşap, %3-6 oranında serbest madde içeren bir çözelti ile işlenir. SO2 ve yaklaşık %2 SO2 kalsiyum, magnezyum, sodyum veya amonyum bisülfit formunda bağlanır. Pişirme basınç altında 135-150°'de 4-12 saat süreyle gerçekleştirilir; Asit bisülfitle pişirme sırasındaki pişirme çözeltilerinin pH'ı 1,5 ila 2,5 arasındadır.Sülfitle pişirme sırasında lignin sülfonatlanır ve ardından çözeltiye dönüştürülür. Aynı zamanda hemiselülozların bir kısmı hidrolize edilir, elde edilen oligo ve monosakkaritler ile reçineli maddelerin bir kısmı pişirme sıvısında çözülür. Bu yöntemle izole edilen selüloz (sülfit selüloz) kimyasal işleme için (esas olarak viskon lifi üretiminde) kullanıldığında, selüloz, asıl görevi selülozun kimyasal saflığını ve tekdüzeliğini arttırmak (ligninin uzaklaştırılması) olan rafinasyona tabi tutulur. , hemiselüloz, kül içeriğinde ve reçine içeriğinde azalma, kolloidal kimyasal ve fiziksel özelliklerde değişiklik). En yaygın rafinasyon yöntemleri, ağartılmış selülozun %4-10'luk bir çözelti ile işlenmesidir. N 20°'de aOH (soğuk rafinasyon) veya %1'lik çözelti NaOH 95-100°'de (sıcak rafinasyon). Kimyasal işleme için rafine sülfit selüloz aşağıdaki göstergelere sahiptir: %95-98α -selüloz; %0,15-0,25 lignin; %1,8-4,0 pentozanlar; %0,07-0,14 reçine; %0,06-0,13 kül. Sülfit selüloz aynı zamanda yüksek kaliteli kağıt ve karton üretiminde de kullanılır.

Talaşlar ayrıca 4- ile pişirilebilir.%6 N çözeltisi aOH (soda pişirme) veya bunun sodyum sülfit ile karışımı (sülfat pişirme) 170-175°'de basınç altında 5-6 saat süreyle pişirilir. Bu durumda lignin çözülür, hemiselülozların bir kısmı (esas olarak hekzozanlar) çözeltiye aktarılır ve hidrolize edilir ve elde edilen şekerler ayrıca organik hidroksi asitlere (laktik, sakarik ve diğerleri) ve asitlere (formik) dönüştürülür. Reçine ve daha yüksek yağ asitleri yavaş yavaş pişirme sıvısına şu formda geçer: sodyum tuzları(Lafta"sülfat sabunu"). Alkali pişirme hem ladin, çam hem de yaprak döken ahşabın işlenmesi için geçerlidir. Bu yöntemle izole edilen selüloz (sülfat selüloz) kimyasal işlem için kullanıldığında, ahşap pişirmeden önce ön hidrolize tabi tutulur (seyreltik sülfürik asit ile işlem yükselmiş sıcaklık). Rafinasyon ve ağartma sonrasında kimyasal işlem için kullanılan ön hidroliz kraft hamuru aşağıdaki ortalama bileşime sahiptir (%):α -selüloz - 94.5-96.9; pentozanlar 2-2, 5; reçineler ve yağlar - 0,01-0,06; kül - 0,02-0,06 Sülfat selüloz ayrıca çuval ve ambalaj kağıtları, kağıt halatlar, teknik kağıtlar (bobin, zımpara, yoğunlaştırıcı), yazı, baskı ve ağartılmış dayanıklı kağıtların (çizim, kartografik, belgeler için) üretiminde de kullanılır.

Sülfat pişirme, oluklu mukavva ve çuval kağıdı üretiminde kullanılan yüksek verimli selüloz üretmek için kullanılır (bu durumda ahşaptan selüloz verimi %50-60'tır).~ 35% kimyasal işleme yönelik ön hidroliz kraft hamuru için). Yüksek verimli selüloz önemli miktarda lignin (%12-18) içerir ve talaş şeklini korur. Bu nedenle pişirildikten sonra mekanik öğütmeye tabi tutulur. Selülozun büyük miktarlarda içeren samandan ayrılması için soda ve sülfat pişirme de kullanılabilir. SiO2 alkalinin etkisiyle uzaklaştırılır.

Selüloz ayrıca yaprak döken ağaçlardan ve yıllık bitkilerden hidrotropik pişirme yoluyla izole edilir - hammaddeler, alkali metal tuzları ve aromatik karbonik ve sülfonik asitlerin (örneğin, benzoik, simen ve ksilen sülfonik asitler) konsantre (%40-50) çözeltileri ile işlenir. 5-10 saat boyunca 150-180°. Diğer selüloz izolasyon yöntemleri (nitrik asit, klor-alkali ve diğerleri) yaygın olarak kullanılmamaktadır.

Selülozun molar ağırlığını belirlemek için, viskometrik yöntemler genellikle [bakır-amonyum çözeltisindeki selüloz çözeltilerinin viskozitesi, kuaterner amonyum bazlarının çözeltileri, kadmiyum etilendiamin hidroksit (sözde kadoksen), alkalin bir çözelti içinde kullanılır. sodyum demirli asit kompleksi ve diğerleri veya selüloz eterlerin (çoğunlukla yıkım dışındaki koşullar altında elde edilen asetatlar ve nitratlar) ve ozmotik (selüloz eterler için) yöntemlerin viskozitesi ile. Bu yöntemler kullanılarak belirlenen polimerizasyon derecesi, farklı selüloz preparatları için farklıdır: pamuk selüloz ve sak lifi selüloz için 10-12 bin; Odun selülozu için 2,5-3 bin (ultrasantrifüjde tespite göre) ve viskon ipek selülozu için 0,3-0,5 bin.

Selüloz, molar ağırlıkta önemli ölçüde polidispersite ile karakterize edilir. Selüloz, bir bakır-amonyak çözeltisinden, kuprietilendiamin, kadmiyumetilendiamin içindeki bir çözeltiden veya alkalin bir sodyum ferröz asit kompleksi çözeltisinden fraksiyonel çözünme veya çökeltme ve ayrıca aseton veya etil asetat içindeki selüloz nitrat çözeltilerinden fraksiyonel çökeltme yoluyla fraksiyonlara ayrılır. Pamuk selülozu, sak lifleri ve yumuşak odun hamuru, iki maksimuma sahip molar ağırlık dağılım eğrileri ile karakterize edilir; sert ağaç hamurunun eğrileri bir maksimuma sahiptir.

Selüloz karmaşık bir supramoleküler yapıya sahiptir. X-ışını kırınımı, elektron kırınımı ve spektroskopik çalışmalara dayanarak, genellikle selülozun kristalin bir polimer olduğu kabul edilir. Selülozun bir dizi yapısal modifikasyonu vardır; bunların başlıcaları doğal selüloz ve hidratlanmış selülozdur. Doğal selüloz, konsantre alkali çözeltilerin etkisi altında çözünme ve ardından çözeltiden çökelme ve ardından alkali selüloz ve diğerlerinin ayrışması üzerine hidratlı selüloza dönüştürülür. Ters geçiş, selüloz hidratın yoğun şişmesine neden olan bir çözücü (gliserin, su) içinde ısıtılmasıyla gerçekleştirilebilir. Her iki yapısal modifikasyon da farklı X-ışını kırınım modellerine sahiptir ve reaktivite, çözünürlük (yalnızca selülozun kendisi için değil aynı zamanda esterleri için de), adsorpsiyon kapasitesi ve diğerleri açısından büyük farklılıklar gösterir. Selüloz hidrat preparatları, higroskopikliği ve boyanabilirliği arttırdığı gibi, daha yüksek bir hidroliz oranına da sahiptir.

Selüloz makromolekülünün temel birimleri arasında asetal (glikozidik) bağların varlığı, selüloz hidrolizinin meydana geldiği asitlerin etkisine karşı düşük direncini belirler (şekle bakınız). Sürecin hızı, özellikle reaksiyonun heterojen bir ortamda gerçekleştirilmesi durumunda belirleyici faktörün, moleküller arası etkileşimin yoğunluğunu belirleyen ilaçların yapısı olduğu bir dizi faktöre bağlıdır. İÇİNDE İlk aşama Hidroliz hızı daha yüksek olabilir; bu, makromolekülde, hidrolize edici reaktiflerin etkisine geleneksel glikozidik bağlardan daha az dirençli olan az sayıda bağın bulunma olasılığından kaynaklanmaktadır. Selülozun kısmi hidroliz ürünlerine hidroselüloz denir.

Hidroliz sonucunda selüloz malzemesinin özellikleri önemli ölçüde değişir - liflerin mekanik mukavemeti azalır (polimerizasyon derecesinin azalması nedeniyle), aldehit gruplarının içeriği ve alkalilerdeki çözünürlük artar. Kısmi hidroliz, selüloz preparatının alkali işlemlere karşı direncini değiştirmez. Selülozun tam hidrolizinin ürünü glikozdur. Selüloz içeren bitkisel hammaddelerin hidrolizi için endüstriyel yöntemler, seyreltik çözeltilerle işlemeyi içerir HCl ve H2SO4 150-180°'de (%0,2-0,3); Kademeli hidroliz sırasında şeker verimi %50'ye kadardır.

Selüloz kimyasal yapısı gereği polihidrik bir alkoldür. Makromolekülün temel biriminde hidroksil gruplarının bulunması nedeniyle selüloz, alkali metaller ve bazlarla reaksiyona girer. Kurutulmuş selüloz, sıvı amonyak içindeki bir sodyum metal çözeltisi ile eksi 25-50°C'de 24 saat süreyle işlendiğinde selüloz trisodyum alkolat oluşur:

n + 3nNa → n + 1,5nH2.

Konsantre alkali çözeltiler, kimyasal reaksiyonla birlikte selüloz üzerinde etkili olduğunda, fizikokimyasal işlemler de meydana gelir - selülozun şişmesi ve düşük moleküler fraksiyonlarının kısmi çözünmesi, yapısal dönüşümler. Alkali metal hidroksitin selüloz ile etkileşimi iki şemaya göre ilerleyebilir:

n + n NaOH ↔ n + nH20

[C6H702(OH)3]n + n NaOH ↔ n.

Selülozun birincil ve ikincil hidroksil gruplarının alkali ortamda reaktivitesi farklıdır. En belirgin asidik özellikler, glikol grubunun bir parçası olan ve selülozun temel biriminin ikinci karbon atomunda bulunan hidroksil gruplarının özellikleridir.α - asetal bağa konum. Görünüşe göre selüloz alkoksit oluşumu tam olarak bu hidroksil grupları nedeniyle meydana gelirken, geri kalan OH gruplarıyla etkileşime girdiğinde moleküler bir bileşik oluşur.

Alkali selülozun bileşimi, üretim koşullarına - alkali konsantrasyonuna bağlıdır; sıcaklık, selüloz malzemenin doğası ve diğerleri. Alkali selüloz oluşumu reaksiyonunun tersine çevrilebilirliği nedeniyle çözeltideki alkali konsantrasyonunun artması, bir artışa yol açar.γ (bir selüloz makromolekülünün 100 temel birimi başına ikame edilmiş hidroksil gruplarının sayısı) alkali selüloz ve merserizasyon sıcaklığındaki bir azalma bir artışa yol açarγ eşkonsantre alkali çözeltilerin etkisiyle elde edilen alkalin selüloz; sıcaklık katsayıları Doğrudan ve ters reaksiyonlar. Farklı selüloz malzemelerinin alkalilerle farklı yoğunluktaki etkileşimi, görünüşe göre bu malzemelerin fiziksel yapısının özellikleriyle ilişkilidir.

Selülozun alkalilerle etkileşimi sürecinin önemli bir bileşeni, selülozun şişmesi ve düşük moleküler ağırlıklı fraksiyonlarının çözünmesidir. Bu prosesler, düşük molekül ağırlıklı fraksiyonların (hemiselülozların) selülozdan uzaklaştırılmasını ve sonraki esterifikasyon prosesleri (örneğin, ksantojenasyon) sırasında esterleştirici reaktiflerin fibere difüzyonunu kolaylaştırır. Sıcaklık düştükçe şişme derecesi önemli ölçüde artar. Örneğin 18°'de pamuk elyaf çapının %12 oranında artması NaOH %10'dur ve -10°'de %66'ya ulaşır. Alkali konsantrasyonunun artmasıyla birlikte şişme derecesinde önce bir artış, ardından (%12'nin üzerinde) bir azalma olur. Maksimum şişme derecesi, alkali selülozun X-ışını modelinin göründüğü alkali konsantrasyonlarında gözlenir. Bu konsantrasyonlar farklı selüloz malzemeleri için farklıdır: pamuk için %18 (25°'de), rami için %14-15, sülfit selüloz için %9,5-10. Selülozun konsantre çözeltilerle etkileşimi N AOH, tekstil endüstrisinde, yapay elyafların ve selüloz eterlerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Selülozun diğer alkali metal hidroksitlerle etkileşimi, kostik soda ile reaksiyona benzer şekilde ilerler. Alkali selülozun X-ışını modeli, doğal selüloz preparatları alkali metal hidroksitlerin yaklaşık olarak eşmolar (3.5-4.0 mol/l) çözeltilerine maruz bırakıldığında ortaya çıkar. Güçlü organik bazlar, bazı tetraalkil (aril) amonyum hidroksitler, görünüşe göre selülozla moleküler bileşikler oluşturur.

Selülozun bazlarla reaksiyonları serisinde özel bir yer, kupriamin hidrat ile etkileşimi tarafından işgal edilir. Cu (NH3) 4 ] (OH) 2 yanı sıra bir dizi başka karmaşık bakır, nikel, kadmiyum, çinko - kuprietilendiamin bileşiğiyle [ Cu (en) 2 ](OH) 2 (en - etilendiamin molekülü), nioksan [ Ni(NH3) 6 ] (OH)2 , nioksen [ Ni (en ) 3 ] (OH)2 , kadoksen [ Cd (en ) 3 ] (OH ) 2 ve diğerleri. Selüloz bu ürünlerde çözünür. Selülozun bakır-amonyak çözeltisinden çökeltilmesi su, alkali veya asit çözeltilerinin etkisi altında gerçekleştirilir.

Oksitleyici maddelerin etkisi altında, selülozun kısmi oksidasyonu meydana gelir - teknolojide başarıyla kullanılan bir işlem (selüloz ve pamuklu kumaşların ağartılması, alkali selülozun önceden olgunlaştırılması). Selüloz oksidasyonu, selülozun rafine edilmesi, bakır-amonyak eğirme çözeltisinin hazırlanması ve selüloz malzemelerden yapılan ürünlerin çalıştırılması sırasında bir yan işlemdir. Selülozun kısmi oksidasyon ürünlerine oksiselüloz denir. Oksitleyici maddenin doğasına bağlı olarak selüloz oksidasyonu seçici veya seçici olmayabilir. En seçici şekilde etki eden oksitleyici maddeler arasında, selülozun temel biriminin glikol grubunu piran halkasının kopmasıyla (selüloz diadehit oluşumu) oksitleyen periyodik asit ve tuzları bulunur (şekle bakın). Periyodik asit ve periodatların etkisi altında az sayıda birincil hidroksil grubu da oksitlenir (karboksil veya aldehit gruplarına). Benzer bir şemaya göre selüloz, organik çözücüler (asetik asit, kloroform) ortamında kurşun tetraasetat etkisi altında oksitlenir.

Asitlere karşı direnç açısından, dialdehitselüloz orijinal selülozdan çok az farklıdır, ancak alkalilere ve hatta suya karşı çok daha az dirençlidir; bu, hemiasetal bağın alkali bir ortamda hidrolizinin sonucudur. Aldehit gruplarının sodyum kloritin etkisiyle karboksil gruplarına oksidasyonu (dikarboksilselüloz oluşumu) ve bunların hidroksil gruplarına indirgenmesi (sözde hidroksil grupların oluşumu)"dialkol" - selüloz) oksitlenmiş selülozu alkalin reaktiflerin etkisine karşı stabilize eder. Selüloz diadehit nitratların ve asetatların düşük oksidasyon durumlarında bile çözünürlüğü (γ = 6-10), görünüşe göre esterleşme sırasında moleküller arası hemiasetal bağların oluşması nedeniyle karşılık gelen selüloz eterlerin çözünürlüğünden önemli ölçüde düşüktür. Nitrojen dioksit selüloz üzerinde etki ettiğinde ağırlıklı olarak birincil hidroksil grupları karboksil gruplarına oksitlenir (monokarboksilselüloz oluşumu) (şekle bakın). Reaksiyon, selüloz nitrat esterlerinin ara formasyonu ve bu esterlerin müteakip oksidatif dönüşümleri ile radikal bir mekanizma ile ilerler. Karboksil gruplarının toplam içeriğinin %15'e kadarı üronik değildir (COOH grupları ikinci ve üçüncü karbon atomlarında oluşur). Aynı zamanda, bu atomlardaki hidroksil gruplarının keto gruplarına oksidasyonu meydana gelir (toplam oksitlenmiş hidroksil grubu sayısının% 15-20'sine kadar). Görünüşe göre keto gruplarının oluşumu, monokarboksilselülozun alkalilerin ve hatta yüksek sıcaklıklarda suyun etkisine karşı son derece düşük direncinin nedenidir.

%10-13 COOH grubu içeriğine sahip monokarboksilselüloz, seyreltik bir çözelti içinde çözünür NaOH, amonyak çözeltileri, ilgili tuzların oluşumu ile piridin. Asetilasyonu selülozdan daha yavaş ilerler; asetatlar metilen klorürde tamamen çözünmez. Monokarboksilselüloz nitratlar, %13,5'e kadar nitrojen içeriğine sahip olsa bile asetonda çözünmez. Monokarboksilselüloz esterlerin özelliklerinin bu özellikleri, karboksil ve hidroksil gruplarının etkileşimi sırasında moleküller arası eter bağlarının oluşumu ile ilişkilidir. Monokarboksilselüloz hemostatik ajan olarak ve biyolojik olarak aktif maddelerin (hormonların) ayrılması için katyon değiştirici olarak kullanılır. Selülozun periodatla ve ardından klorit ve nitrojen dioksitle kombine oksidasyonu yoluyla, %50,8'e kadar COOH grupları içeren trikarboksilselüloz adı verilen preparatlar sentezlendi.

Seçici olmayan oksitleyici maddelerin (klor dioksit, hipokloröz asit tuzları, hidrojen peroksit, alkali bir ortamda oksijen) etkisi altında selüloz oksidasyonunun yönü büyük ölçüde ortamın doğasına bağlıdır. Asidik ve nötr ortamlarda, hipoklorit ve hidrojen peroksitin etkisi altında, birincil hidroksil gruplarının aldehitlere ve ikincil OH gruplarından birinin bir keto grubuna (hidrojen) oksidasyonunun bir sonucu olarak indirgeyici tipte ürünlerin oluşumu meydana gelir. peroksit ayrıca piran halkasının kopmasıyla glikol gruplarını da oksitler. Alkali bir ortamda hipoklorit ile oksidasyon sırasında aldehit grupları yavaş yavaş karboksil gruplarına dönüşür, bunun sonucunda oksidasyon ürünü asidik bir yapıya sahiptir. Hipoklorit tedavisi en sık kullanılan pulpa ağartma yöntemlerinden biridir. Yüksek beyazlık derecesine sahip kaliteli selüloz elde etmek için asidik veya alkali ortamda klor dioksit veya klorit ile ağartılır. Bu durumda lignin oksitlenir, boyalar yok edilir ve selüloz makromolekülündeki aldehit grupları karboksil gruplarına oksitlenir; hidroksil grupları oksitlenmez. Radikal bir mekanizma ile meydana gelen ve selülozun önemli ölçüde tahrip edilmesinin eşlik ettiği alkali bir ortamda atmosferik oksijen ile oksidasyon, makromolekülde karbonil ve karboksil gruplarının birikmesine (alkali selülozun önceden olgunlaşmasına) yol açar.

Selüloz makromolekülünün temel biriminde hidroksil gruplarının varlığı, eterler ve esterler gibi önemli selüloz türevleri sınıflarına geçişe izin verir. Değerli özellikleri nedeniyle, bu bileşikler teknolojinin çeşitli alanlarında - elyaf ve film üretiminde (selüloz asetatlar, nitratlar), plastiklerde (asetatlar, nitratlar, etil, benzil eterler), verniklerde ve elektrik yalıtım kaplamalarında stabilizatör olarak kullanılmaktadır. Petrol ve tekstil endüstrisindeki süspansiyonların ve koyulaştırıcıların (düşük ikameli karboksimetilselüloz).

Selüloz bazlı elyaflar (doğal ve yapay), değerli özelliklere sahip bir komplekse (yüksek mukavemet ve higroskopisite, iyi boyanabilirlik) sahip tam teşekküllü bir tekstil malzemesidir. Selüloz elyaflarının dezavantajları yanıcılık, yeterince yüksek elastikiyet, mikroorganizmaların etkisi altında kolay imhadır. vb. Selüloz malzemelerindeki yönsel değişikliklere (modifikasyonlara) yönelik eğilim, bir dizi yeni selüloz türevinin ve bazı durumlarda yeni selüloz türevleri sınıflarının ortaya çıkmasına yol açmıştır.

Özelliklerin modifikasyonu ve yeni selüloz türevlerinin sentezi iki grup yöntem kullanılarak gerçekleştirilir:

1) bir temel birimin hidroksil gruplarının esterifikasyonu, O-alkilasyonu veya diğer fonksiyonel gruplara dönüştürülmesi (oksidasyon, bazı selüloz eterleri - nitratlar, eterler kullanılarak nükleofilik ikame) N -toluen- ve metansülfonik asit);

2) selülozun çok işlevli bileşiklerle aşı kopolimerizasyonu veya etkileşimi (sırasıyla selülozun dallanmış veya çapraz bağlı bir polimere dönüşümü).

En iyilerinden biri ortak yöntemlerÇeşitli selüloz türevlerinin sentezi nükleofilik ikamedir. Bu durumda başlangıç ​​malzemeleri, bazı güçlü asitlere (toluen ve metansülfonik asit, nitrik ve fenilfosforik asitler) sahip selüloz eterlerin yanı sıra selülozun halojenodeoksi türevleridir. Bir nükleofilik ikame reaksiyonu kullanılarak, hidroksil gruplarının halojenler (klor, flor, iyot), rodan, nitril ve diğer gruplarla değiştirildiği selüloz türevleri sentezlendi; Heterosikller (piridin ve piperidin) içeren deoksiselüloz preparatları sentezlendi, fenoller ve naftoller içeren selüloz eterler, bir takım selüloz esterler (daha yüksek karboksilik asitlerle,α - amino asitler , doymamış asitler). Nükleofilik ikamenin molekül içi reaksiyonu (selüloz tosil eterlerin sabunlaştırılması), 2, 3- ve 3, 6-anhidrosiklleri içeren karışık polisakaritlerin oluşumuna yol açar.

Selüloz aşı kopolimerlerinin sentezi, teknik açıdan değerli yeni özelliklere sahip selüloz malzemelerinin oluşturulması açısından büyük pratik öneme sahiptir. Selüloz aşı kopolimerlerinin sentezi için en yaygın yöntemler arasında selüloz üzerinde bir zincir transfer reaksiyonunun kullanılması, radyasyon-kimyasal kopolimerizasyon ve selülozun bir indirgeyici madde rolü oynadığı redoks sistemlerinin kullanımı yer alır. İkinci durumda, hem selülozun hidroksil gruplarının (seryum tuzları ile oksidasyon) hem de makromolekül - aldehit, amino gruplarına (vanadyum, manganez tuzları ile oksidasyon) özel olarak eklenen fonksiyonel grupların oksidasyonu nedeniyle bir makroradikal oluşumu meydana gelebilir. veya selüloz aromatik amino gruplarına katılanların diazotizasyonu sırasında oluşan bir diazo bileşiğinin ayrışması. Bazı durumlarda selüloz aşı kopolimerlerinin sentezi, monomer tüketimini azaltan bir homopolimer oluşumu olmadan gerçekleştirilebilir. Geleneksel kopolimerizasyon koşulları altında elde edilen selüloz aşı kopolimerleri, orijinal selüloz (veya üzerine aşılanan eter) ve aşı kopolimerinin (%40-60) bir karışımından oluşur. Aşılanmış zincirlerin polimerizasyon derecesi, başlatma yöntemine ve aşılanmış bileşenin doğasına bağlı olarak 300 ila 28.000 arasında değişir.

Aşı kopolimerizasyonunun bir sonucu olarak özelliklerdeki değişiklik, aşılanmış monomerin doğasına göre belirlenir. Stiren, akrilamid ve akrilonitrilin aşılanması pamuk elyafının kuru mukavemetini arttırır. Polistiren, polimetil metakrilat ve polibütil akrilatın aşılanması hidrofobik malzemeler üretir. Esnek zincirli polimerlere (polimetil akrilat) sahip selülozun aşı kopolimerleri, aşılanmış bileşenin içeriği yeterince yüksekse termoplastiktir. Selülozun polielektrolitlerle (poliakrilik asit, polimetilvinilpiridin) aşı kopolimerleri iyon değiştirici kumaşlar, lifler, filmler olarak kullanılabilir.

Selüloz liflerinin dezavantajlarından biri, düşük elastikiyet ve bunun sonucunda ürünlerin şeklinin zayıf şekilde korunması ve kırışmanın artmasıdır. Bu dezavantajın ortadan kaldırılması, kumaşların selülozun OH gruplarıyla reaksiyona giren çok işlevli bileşiklerle (dimetilolüre, dimetilolsikloetilenüre, trimetilolmelamin, dimetiloltriazon, çeşitli diepoksitler, asetaller) işlenmesi sırasında moleküller arası bağların oluşmasıyla sağlanır. Selüloz makromolekülleri arasında kimyasal bağların oluşmasıyla birlikte, doğrusal ve uzaysal polimerlerin oluşumuyla çapraz bağlama reaktifinin polimerizasyonu meydana gelir. Selüloz liflerinden yapılan kumaşlar, çapraz bağlama reaktifi ve katalizör içeren bir çözelti ile emprenye edilir, sıkılır, düşük sıcaklıkta kurutulur ve 120-160°'de 3-5 dakika süreyle ısıl işleme tabi tutulur. Selülozun çok işlevli çapraz bağlama reaktifleriyle işlenmesi sırasında işlem esas olarak lifin amorf bölgelerinde meydana gelir. Aynı kırışmaya karşı dayanıklı etkiyi elde etmek için, viskon elyafları işlerken çapraz bağlama reaktifinin tüketimi, pamuk elyafının işlenmesine göre önemli ölçüde daha yüksek olmalıdır; bu, görünüşe göre ikincisinin daha yüksek kristallik derecesinden kaynaklanmaktadır.

Aşağıda bir diyagram var selüloz hidrolizi

Kağıt alma

Saf selüloz

Sizce neler dahil kağıt bileşimi?! Aslında bu çok ince bir şekilde iç içe geçmiş liflerden oluşan bir malzemedir. selüloz. Bu liflerin bazıları hidrojen bağıyla (OH-hidroksil grubu grupları arasında oluşan bir bağ) birleştirilir. Kağıt elde etme yöntemi MÖ 2. yüzyılda antik Çin'de zaten biliniyordu. O zamanlar kağıt bambu veya pamuktan yapılıyordu. Daha sonra MS 9. yüzyılda bu sır Avrupa'ya geldi. İçin kağıt almak Zaten Orta Çağ'da keten veya pamuklu kumaşlar kullanılıyordu.

Ancak ancak 18. yüzyılda en uygun yolu buldular kağıt almak- ahşaptan yapılma. Ve şu anda kullandığımız kağıt türü ancak 19. yüzyılda üretilmeye başlandı.

için ana hammadde kağıt almak dır-dir selüloz. Kuru odun bu selülozun yaklaşık %40'ını içerir. Ağacın geri kalanı, fruktoz, karmaşık maddeler - fenol alkoller, çeşitli tanenler, magnezyum, sodyum ve potasyum tuzları, uçucu yağlar dahil olmak üzere çeşitli türlerde şekerlerden oluşan çeşitli polimerlerdir.

Selülozun hazırlanması

Selülozun hazırlanması ahşabın mekanik olarak işlenmesi ve daha sonra talaşla kimyasal reaksiyonların gerçekleştirilmesi ile ilişkilidir. İğne yapraklı ağaçlar ince talaş haline getirilir. Bu talaşlar, NaHSO 4 (sodyum hidrojen sülfür) ve S02 (kükürt dioksit) içeren kaynayan bir çözeltiye yerleştirilir. Kaynatma işlemi gerçekleştirilir yüksek tansiyon(0,5 MPa) ve uzun bir süre (yaklaşık 12 saat). Bu durumda çözeltide bir maddenin oluşmasıyla sonuçlanan kimyasal bir reaksiyon meydana gelir. hemiselüloz ve madde lignin (lignin- bu, aromatik hidrokarbonların veya bir ağacın aromatik kısmının bir karışımı olan ve aynı zamanda reaksiyonun ana ürünü olan bir maddedir - saf selüloz kimyasal reaksiyonun gerçekleştirildiği kapta çökelti olarak düşer. Ayrıca lignin, çözeltideki kükürt dioksit ile reaksiyona girerek etil alkol, vanilin, çeşitli tanenler ve besin mayası üretimine neden olur.

İleri işlem kağıt hamuru üretimi yaklaşık 1 mm'lik selüloz parçacıklarının elde edilmesiyle sonuçlanan, merdaneler kullanılarak tortunun öğütülmesiyle ilişkilidir. Ve bu tür parçacıklar suya girdiğinde hemen şişer ve oluşurlar. kağıt. Bu aşamada kağıt henüz kendine benzemiyor ve selüloz liflerinin su içindeki süspansiyonu gibi görünüyor.

Bir sonraki aşamada kağıda temel özellikleri verilir: yoğunluk, renk, mukavemet, gözeneklilik, pürüzsüzlük, bunun için kil, titanyum oksit, baryum oksit, tebeşir, talk ve bağlayıcı ek maddeler selüloz lifleri. Daha öte selüloz lifleri reçine ve reçine bazlı özel bir yapıştırıcı ile işlenir. Bu oluşmaktadır reçineler. Bu yapıştırıcıya potasyum şap eklerseniz kimyasal bir reaksiyon meydana gelir ve alüminyum reçinelerin çökeltisi oluşur. Bu madde selüloz liflerini sarabilir, bu da onlara neme dayanıklılık ve dayanıklılık kazandırır. Ortaya çıkan kütle, sıkıldığı ve kurutulduğu hareketli bir ağa eşit şekilde uygulanır. Burada zaten bir oluşum var kağıt ağı. Kağıdın daha pürüzsüz ve parlak olması için önce metalin arasından, sonra kalın kağıt rulolarının arasından geçirilir (perdahlama yapılır), ardından özel makasla kağıt tabakalar halinde kesilir.

Nasıl düşünüyorsun, Kağıt neden zamanla sararır?!?

Ahşaptan izole edilen selüloz moleküllerinin, hidrojen atomu iyonlarının etkisi altında belirli bir süre içinde birbirleriyle olan bağlantılarını kaybeden C6H10O5 tipi çok sayıda yapısal birimden oluştuğu ortaya çıktı. genel zincirin bozulmasına neden olur. Bu işlemle birlikte kağıt kırılgan hale gelir ve orijinal rengini kaybeder. Dedikleri gibi hala oluyor kağıt asitlenmesi . Bozulan kağıdı eski haline getirmek için, asitliği geçici olarak azaltmanıza olanak tanıyan kalsiyum bikarbonat Ca(HCO 3) 2) kullanılır.

Dietilçinko maddesi Zn(C2H5)2'nin kullanımıyla ilgili daha ilerici başka bir yöntem daha vardır. Ancak bu madde havada ve hatta suyun yakınında kendiliğinden tutuşabilir!

Selüloz uygulamaları

Selüloz kağıt yapımında kullanılmasının yanı sıra oldukça faydalı özelliklerinden dolayı da kullanılmaktadır. esterleşmeçeşitli inorganik ve organik asitlerle. Bu tür reaksiyonlar sürecinde endüstride uygulama bulmuş olan esterler oluşur. Kimyasal reaksiyonun kendisi sırasında, selüloz molekülünün parçalarını bağlayan bağlar kopmaz, ancak -COOR- ester grubuna sahip yeni bir kimyasal bileşik elde edilir. Önemli reaksiyon ürünlerinden biri selüloz asetat asetik asit (veya bunun asetaldehit gibi türevleri) ve selülozun etkileşimi ile oluşur. Bu kimyasal bileşik, asetat elyafı gibi sentetik elyafların yapımında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bir diğer kullanışlı ürün - selüloz trinitrat. Ne zaman oluşur selülozun nitrasyonu asitlerin bir karışımı: konsantre sülfürik ve nitrik. Selüloz trinitrat, dumansız barutun (piroksilin) ​​üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca birde şu var selüloz dinitrat Belirli plastik türlerinin yapımında kullanılan ve

5. Konsantre sülfürik asitle ıslatılmış filtre kağıdı parçalarını (selüloz) bir porselen havanda öğütürseniz ve elde edilen bulamacı suyla seyreltirseniz, ayrıca asidi alkali ile nötralize ederseniz ve nişasta durumunda olduğu gibi çözeltiyi reaksiyon açısından test ederseniz bakır (II) hidroksit ile bakır (I) oksidin görünümü görülecektir. Yani deneyde selülozun hidrolizi meydana geldi. Hidroliz işlemi, nişastanınki gibi, glikoz oluşuncaya kadar aşamalar halinde gerçekleşir.

2. Nitrik asit konsantrasyonuna ve diğer koşullara bağlı olarak, selüloz molekülünün her birimindeki bir, iki veya üç hidroksil grubunun tümü esterleşme reaksiyonuna girer, örneğin: n + 3nHNO3 → n + 3n H2O.

Selüloz uygulaması.

Asetat lifi elde etme

68. Selüloz, fiziksel özellikleri

Doğada olmak. Fiziki ozellikleri.

1. Selüloz veya lif, bitkilerin bir parçasıdır ve içlerinde hücre duvarları oluşturur.

2. Adının geldiği yer burasıdır (Latince “hücre” - hücreden).

3. Selüloz bitkilere gerekli gücü ve esnekliği verir ve adeta onların iskeletidir.

4. Pamuk lifleri %98'e kadar selüloz içerir.

5. Keten ve kenevir lifleri de esas olarak selülozdan oluşur; ahşapta bu oran yaklaşık %50'dir.

6. Kağıt ve pamuklu kumaşlar selülozdan yapılan ürünlerdir.

7. Selülozun özellikle saf örnekleri, saflaştırılmış pamuktan elde edilen pamuk yünü ve filtre (yapıştırılmamış) kağıdıdır.

8. Doğal malzemelerden izole edilen selüloz, suda veya sıradan organik çözücülerde çözünmeyen katı, lifli bir maddedir.

Selüloz yapısı:

1) selüloz, nişasta gibi doğal bir polimerdir;

2) bu maddeler bileşim açısından aynı yapısal birimlere bile sahiptir - glikoz moleküllerinin kalıntıları, aynı moleküler formül (C6H10O5)n;

3) selülozun n değeri genellikle nişastanınkinden daha yüksektir: ortalama moleküler ağırlığı birkaç milyona ulaşır;

4) Nişasta ve selüloz arasındaki temel fark, moleküllerinin yapısındadır.

Doğada selülozun bulunması.

1. Doğal liflerde selüloz makromolekülleri tek yönde bulunur: lif ekseni boyunca yönlendirilirler.

2. Makromoleküllerin hidroksil grupları arasında ortaya çıkan çok sayıda hidrojen bağı, bu liflerin yüksek mukavemetini belirler.

Selülozun kimyasal ve fiziksel özellikleri nelerdir?

Pamuk, keten vb. eğirme işleminde bu temel lifler daha uzun iplikler halinde dokunur.

4. Bu, içindeki makromoleküllerin doğrusal bir yapıya sahip olmalarına rağmen daha rastgele konumlandırılmaları ve tek yönde yönlendirilmemeleri ile açıklanmaktadır.

Farklı siklik glikoz formlarından nişasta ve selüloz makromoleküllerinin yapısı, bunların özelliklerini önemli ölçüde etkiler:

1) nişasta önemli bir insan gıda ürünüdür; selüloz bu amaç için kullanılamaz;

2) Bunun nedeni, nişasta hidrolizini destekleyen enzimlerin, selüloz kalıntıları arasındaki bağlara etki etmemesidir.

69. Selülozun kimyasal özellikleri ve uygulaması

1. Nereden Gündelik Yaşam Selülozun iyi yandığı bilinmektedir.

2. Ahşap hava erişimi olmadan ısıtıldığında selülozun termal ayrışması meydana gelir. Bu, uçucu organik bileşikler, su ve odun kömürü üretir.

3. Odun ayrışmasının organik ürünleri arasında şunlar bulunur: metil alkol, asetik asit, aseton.

4. Selüloz makromolekülleri nişastayı oluşturanlara benzer birimlerden oluşur, hidrolize uğrar ve hidrolizinin ürünü nişasta gibi glikoz olur.

5. Konsantre sülfürik asitle nemlendirilmiş filtre kağıdı parçalarını (selüloz) bir porselen havanda öğütürseniz ve elde edilen bulamacı suyla seyreltirseniz, ayrıca asidi alkali ile nötralize ederseniz ve nişasta durumunda olduğu gibi çözeltiyi reaksiyon açısından test ederseniz bakır (II) hidroksit ile bakır (I) oksidin görünümü görülecektir.

69. Selülozun kimyasal özellikleri ve uygulaması

Yani deneyde selülozun hidrolizi meydana geldi. Hidroliz işlemi, nişastanınki gibi, glikoz oluşuncaya kadar aşamalar halinde gerçekleşir.

6. Toplamda selülozun hidrolizi, nişastanın hidrolizi ile aynı denklemle ifade edilebilir: (C6H10O5)n + nH2O = nC6H12O6.

7. Selülozun yapısal birimleri (C6H10O5)n hidroksil grupları içerir.

8. Bu gruplar nedeniyle selüloz eter ve ester üretebilir.

9. Büyük önem selüloz nitrat esterleri vardır.

Selüloz nitrat eterlerin özellikleri.

1. Selülozun sülfürik asit varlığında nitrik asitle işlenmesiyle elde edilirler.

2. Nitrik asit konsantrasyonuna ve diğer koşullara bağlı olarak, selüloz molekülünün her birimindeki bir, iki veya üç hidroksil grubunun tümü esterleşme reaksiyonuna girer, örneğin: n + 3nHNO3 -> n + 3n H2O.

Selüloz nitratların ortak özelliği aşırı yanıcı olmalarıdır.

Piroksilin adı verilen selüloz trinitrat oldukça patlayıcı bir maddedir. Dumansız toz üretmek için kullanılır.

Selüloz asetat esterleri (selüloz diasetat ve triasetat) da çok önemlidir. Selüloz diasetat ve triasetat görünüş olarak selüloza benzer.

Selüloz uygulaması.

1. Mekanik mukavemeti nedeniyle inşaatlarda ahşap kullanılır.

2. Ondan çeşitli marangozluk ürünleri yapılır.

3. Lifli malzemeler (pamuk, keten) formunda iplik, kumaş, ip imalatında kullanılır.

4. Kağıt yapımında ahşaptan izole edilmiş (bağlayıcı maddelerden arındırılmış) selüloz kullanılır.

O.A. Noskova, M.S. Fedoseyev

Ahşap kimyası

Ve sentetik polimerler

BÖLÜM 2

Onaylı

Üniversite Yayın ve Yayın Kurulu

ders notu olarak

Yayın Evi

Perm Devlet Teknik Üniversitesi

İnceleyenler:

Doktora teknoloji. bilimler Dr. Nagimov

(CJSC "Karbokam");

Doktora teknoloji. bilimler, prof. F.H. Hakimova

(Perm Devlet Teknik Üniversitesi)

Noskova, O.A.

N84 Ahşap ve sentetik polimerlerin kimyası: ders notları: 2 saat içinde / O.A. Noskova, M.S. Fedoseev. – Perm: Perm Yayınevi. durum teknoloji. Üniversite, 2007. – Bölüm 2. – 53 s.

ISBN 978-5-88151-795-3

İle ilgili bilgi sağlar kimyasal yapı ahşabın ana bileşenlerinin (selüloz, hemiselüloz, lignin ve ekstraktif maddeler) özellikleri ve özellikleri. Ahşabın kimyasal işlenmesi veya selülozun kimyasal modifikasyonu sırasında meydana gelen bu bileşenlerin kimyasal reaksiyonları dikkate alınır. Ayrıca pişirme işlemlerine ilişkin genel bilgiler de verilmektedir.

240406 “Kimyasal ahşap işleme teknolojisi” uzmanlık öğrencileri için tasarlanmıştır.

UDC630*813. + 541,6 + 547,458,8

ISBN 978-5-88151-795-3 © Yüksek Mesleki Eğitim Devlet Eğitim Kurumu

"Perma Eyaleti

Teknik Üniversite", 2007

giriiş

Odun kimyası, ahşabın kimyasal bileşimini inceleyen teknik kimyanın bir dalıdır; ölü ağaç dokusunu oluşturan maddelerin oluşum kimyası, yapısı ve kimyasal özellikleri; bu maddeleri izole etme ve analiz etme yöntemlerinin yanı sıra ahşabın ve bireysel bileşenlerinin işlenmesine yönelik doğal ve teknolojik süreçlerin kimyasal özü.

2002 yılında yayınlanan “Odun Kimyası ve Sentetik Polimerler” ders notlarının ilk bölümünde ahşabın anatomisi, hücre zarının yapısı, kimyasal bileşim odun, ahşabın fiziksel ve fiziko-kimyasal özellikleri.

“Odun Kimyası ve Sentetik Polimerler” ders notlarının ikinci bölümünde ahşabın ana bileşenlerinin (selüloz, hemiselüloz, lignin) kimyasal yapısı ve özellikleri ile ilgili konular ele alınmaktadır.

Ders notları pişirme işlemleri hakkında genel bilgiler sağlar; kağıt ve karton üretiminde kullanılan teknik selülozun üretimine ilişkindir. Teknik selülozun kimyasal dönüşümleri sonucunda türevleri elde edilir - yapay elyafların (viskon, asetat), filmlerin (film, fotoğraf, ambalaj filmleri), plastiklerin, verniklerin ve yapıştırıcıların üretildiği eterler ve esterler. Özetin bu bölümünde endüstride yaygın olarak kullanılan selüloz eterlerin hazırlanışı ve özellikleri de kısaca anlatılmaktadır.

Selüloz kimyası

Selülozun kimyasal yapısı

Selüloz en önemli doğal polimerlerden biridir. Bu bitki dokularının ana bileşenidir. Doğal tekstil selüloz liflerinin elde edildiği pamuk, keten ve diğer lifli bitkilerde doğal selüloz büyük miktarlarda bulunur. Pamuk lifleri neredeyse saf selülozdur (%95-99). Selülozun (teknik selüloz) endüstriyel üretiminin daha önemli bir kaynağı odunsu bitkilerdir. ahşap çeşitli ırklar ağaçlarda selülozun kütle oranı ortalama %40-50'dir.

Selüloz, makromolekülleri kalıntılardan oluşan bir polisakkarittir. D-glikoz (β birimleri -D-anhidroglikopiranoz), β-glikosidik bağlar 1-4 ile bağlanır:

Selüloz, heterozincir polimerlere (poliasetaller) ait doğrusal bir homopolimerdir (homopolisakkarit). Selobiyoz kalıntısının stereo tekrarlayan birim olarak görev yaptığı stereodüzenli bir polimerdir. Selülozun toplam formülü (C6H10O5) olarak gösterilebilir. P veya [C6H7O2(OH)3] P. Her monomer birimi, biri birincil – CH2OH ve ikisi (C2 ve C3'te) ikincil – CHOH– olmak üzere üç alkol hidroksil grubu içerir.

Uç bağlantılar zincirin geri kalan bağlantılarından farklıdır. Bir terminal bağlantısı (şartlı olarak sağ - indirgeyici olmayan) ilave bir serbest ikincil alkol hidroksile (C4'te) sahiptir. Diğer terminal bağlantısı (şartlı olarak sola - indirgeyici) serbest glikosidik (hemiasetal) hidroksil (C1'de) içerir ) ve bu nedenle iki tautomerik formda mevcut olabilir - siklik (koluasetal) ve açık (aldehit):

Terminal aldehit grubu selüloza indirgeme (indirgeme) yeteneğini kazandırır. Örneğin selüloz bakırı Cu2+'dan Cu+'ya indirgeyebilir:

Geri kazanılan bakır miktarı ( bakır numarası) selüloz zincirlerinin uzunluğunun niteliksel bir özelliği olarak hizmet eder ve oksidatif ve hidrolitik yıkım derecesini gösterir.

Doğal selüloz yüksek derecede polimerizasyona (DP) sahiptir: ahşap - 5000-10000 ve üzeri, pamuk - 14000-20000. Bitki dokularından izole edildiğinde selüloz bir miktar tahrip olur. Teknik odun hamurunun DP'si yaklaşık 1000-2000'dir. Selülozun DP'si esas olarak bazı karmaşık bazların çözücü olarak kullanıldığı viskometrik yöntemle belirlenir: bakır-amonyak reaktifi (OH)2, kuprietilendiamin (OH)2, kadmiyumetilendiamin (kadoksen) (OH)2, vb.

Bitkilerden izole edilen selüloz her zaman polidisperstir; çeşitli uzunluklarda makromoleküller içerir. Selülozun polidispersite derecesi (moleküler heterojenlik), fraksiyonlama yöntemleriyle, yani; Bir selüloz numunesinin belirli bir moleküler ağırlığa sahip fraksiyonlara ayrılması. Bir selüloz numunesinin özellikleri (mekanik mukavemet, çözünürlük), ortalama DP'ye ve polidispersite derecesine bağlıdır.

12345678910Sonraki ⇒

Yayın tarihi: 2015-11-01; Oku: 1100 | Sayfa telif hakkı ihlali

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

Polisakkaritlerin (homo ve heteropolisakkaritler) yapısı, özellikleri, fonksiyonları.

polisakkaritler- bunlar yüksek moleküler ağırlıklı maddelerdir ( polimerler)çok sayıda monosakkaritten oluşur. Bileşimlerine göre homopolisakkaritler ve heteropolisakkaritler olarak ikiye ayrılırlar.

Homopolisakaritler– oluşan polimerler tek tip monosakkaritlerden . Örneğin, glikojen ve nişasta yalnızca a-glikoz (a-D-glikopiranoz) moleküllerinden oluşur; lifin monomeri (selüloz) aynı zamanda β-glikozdur.

Nişasta. Bu polisakkarit rezervi bitkiler. Nişastanın monomeri α-glikoz. Kalanlar glikoz V Doğrusal bölümlerdeki nişasta molekülü birbirine bağlıdır α-1,4-glikosidik ve şube noktalarında – α-1,6-glikosidik bağlar .

Nişasta iki homopolisakkaritin karışımıdır: doğrusal - amiloz (%10-30) ve dallanmış – amilopektin (70-90%).

Glikojen. Bu asıl olan polisakkarit rezervi insan ve hayvan dokuları. Glikojen molekülü, nişasta amilopektine göre yaklaşık 2 kat daha fazla dallanmış yapıya sahiptir. Glikojen monomeri dır-dir α-glikoz . Glikojen molekülünde doğrusal bölgelerdeki glikoz kalıntıları birbirine bağlıdır α-1,4-glikosidik ve şube noktalarında – α-1,6-glikosidik bağlar .

Selüloz. Bu en yaygın olanıdır yapısal bitki homopolisakkariti. İÇİNDE doğrusal lif molekülü monomerleri β-glikoz birbirine bağlı β-1,4-glikosidik bağlar . Lif insan vücudunda sindirilemez, ancak sertliği nedeniyle mukoza zarını tahriş eder. gastrointestinal sistem dolayısıyla, peristaltizmi arttırır ve sindirim sularının salgılanmasını uyarır, dışkı oluşumunu teşvik eder.

Pektik maddeler- monomeri olan polisakkaritler D- galakturonik asit kalıntıları a-1,4-glikosidik bağlarla bağlanır. Meyve ve sebzelerde bulunan, gıda endüstrisinde (jöle, marmelat) kullanılan organik asitlerin varlığında jelleşme ile karakterize edilirler.

Heteropolisakkaritler(mukopolisakkaritler, glikozaminoglikanlar) – oluşan polimerler monosakkaritlerden çeşitli türler . Temsil ettikleri yapıya göre

düz zincirler inşa edilmiş tekrarlanan disakkarit kalıntıları mutlaka dahil olmak üzere amino şeker (glukozamin veya galaktozamin) ve heksuronik asitler (glukuronik veya iduronik).

Selülozun fiziksel ve kimyasal özellikleri

Bunlar aşağıdakiler de dahil olmak üzere bir dizi işlevi yerine getiren jöle benzeri maddelerdir: koruyucu (mukus), yapısal, hücreler arası maddenin temelidir.

Vücutta, heteropolisakkaritler serbest halde bulunmaz, fakat her zaman proteinlerle (glikoproteinler ve proteoglikanlar) veya lipitlerle (glikolipitler) ilişkilidir.

Yapılarına ve özelliklerine göre asidik ve nötr olarak ayrılırlar.

ASİT HETEROPOLİSAKARİTLER:

Heksuronik veya sülfürik asit içerirler. Temsilciler:

Hiyalüronik asitAna Bağlanma yeteneğine sahip hücreler arası maddenin yapısal bileşeni su (“biyolojik çimento”) . Çözümler hiyalüronik asit yüksek viskoziteye sahiptirler, bu nedenle mikroorganizmaların nüfuzuna karşı bir bariyer görevi görürler, su metabolizmasının düzenlenmesine katılırlar ve hücreler arası maddenin ana parçasıdırlar).

Kondroitin sülfatlar yapısal bileşenlerdir kıkırdak, bağlar, tendonlar, kemikler, kalp kapakçıkları.

Heparin – antikoagülan (kanın pıhtılaşmasını önler), bir dizi enzimin aktivatörü olan antiinflamatuar etkiye sahiptir.

NÖTR HETEROPOLİSAKARİTLER: Amino şekerler ve sialik asitlerden oluşan kan serumundaki glikoproteinlerin, tükürükteki, idrardaki vb. müsinlerin bir parçasıdır. Nötr pratisyen hekimler çoğulun bir parçasıdır. enzimler ve hormonlar.

SIALİK ASİTLER - nöraminik asitin asetik veya amino asit - glisin ile birleşimi, hücre zarlarının ve biyolojik sıvıların bir parçasıdır. Teşhis için sialik asitler belirlenir sistemik hastalıklar(romatizma, sistemik lupus eritematozus).

Günlük hayatımızın her yerinde bulunan, aşina olduğumuz gündelik nesneleri organik kimyasal ürünler kullanılmadan hayal etmek imkansız olurdu. Anselm Pay'den çok önce, bunun sonucunda 1838'de "selüloz" (Fransızca selüloz ve Latince "hücre, hücre" anlamına gelen selülozun bir türevi) alan bir polisakkariti keşfedip tanımlayabildi. Bu maddenin çoğu yeri doldurulamaz şeylerin üretiminde aktif olarak kullanıldı.

Selüloz hakkındaki bilgilerin artması, ondan yapılan çok çeşitli şeylerin ortaya çıkmasına yol açmıştır. Çeşitli türde kağıtlar, karton, plastik ve suni viskoz parçalar, bakır-amonyak), polimer filmler, emayeler ve vernikler, deterjanlar, besin takviyeleri(E460) ve hatta dumansız tozlar, selülozun üretimi ve işlenmesinden elde edilen ürünlerdir.

Saf haliyle selüloz, oldukça çekici özelliklere sahip beyaz bir katıdır ve çeşitli kimyasal ve fiziksel etkilere karşı oldukça dayanıklıdır.

Doğa, ana yapı malzemesi olarak selülozu (lif) seçmiştir. Bitki dünyasında ağaçların ve diğer yüksek bitkilerin temelini oluşturur. Doğada selüloz en saf haliyle pamuk tohumlarının kıllarında bulunur.

Bu maddenin benzersiz özellikleri orijinal yapısıyla belirlenir. Selülozun formülü, belirgin bir polimer yapısını gördüğümüz genel notasyona (C6 H10 O5)n sahiptir. Çok sayıda tekrarlanan ve -[C6 H7 O2 (OH)3]- şeklinde daha genişlemiş bir forma sahip olan β-glikoz kalıntısı, uzun bir doğrusal molekül halinde birleştirilir.

Selülozun moleküler formülü, onun agresif ortamların etkilerine dayanacak benzersiz kimyasal özelliklerini belirler. Selüloz ısıya da oldukça dayanıklıdır, 200 santigrat derecede bile yapısını korur ve çökmez. Kendiliğinden tutuşma 420°C sıcaklıkta meydana gelir.

Selüloz daha az çekici değildir fiziki ozellikleri. Yan dalları olmayan, 300 ila 10.000 glikoz kalıntısı içeren uzun iplikler şeklindeki selüloz, bu maddenin yüksek stabilitesini büyük ölçüde belirler. Glikoz formülü, kaç tanesinin selüloz liflerine yalnızca büyük mekanik mukavemet değil aynı zamanda yüksek esneklik kazandırdığını gösterir. Birçok kimyasal deney ve çalışmanın analitik işlenmesinin sonucu, selüloz makromolekülünün bir modelinin oluşturulmasıydı. Molekül içi hidrojen bağları ile stabilize edilen, 2-3 temel birimden oluşan sert bir sarmaldır.

Birçok maddenin ana özelliği selülozun formülü değil, polimerizasyon derecesidir. Yani işlenmemiş pamukta glikozit kalıntılarının sayısı 2500-3000'e ulaşır, saflaştırılmış pamukta - 900'den 1000'e, saflaştırılmış odun hamurunun göstergesi 800-1000'dir, rejeneratif selülozda sayıları 200-400'e ve endüstriyel selülozda azalır. asetat bir molekülde 150 ila 270 "bağ" arasında değişir.

Selüloz elde etmek için kullanılan ürün esas olarak odundur. Üretimin ana teknolojik süreci, talaşların çeşitli kimyasal reaktiflerle pişirilmesini, ardından bitmiş ürünün temizlenmesini, kurutulmasını ve kesilmesini içerir.

Selülozun daha sonra işlenmesi, belirli fiziksel ve özelliklere sahip çeşitli malzemelerin elde edilmesini mümkün kılar. kimyasal özelliklerçok çeşitli ürünlerin üretilmesine olanak tanır; modern adam hayal etmek zor. Kimyasal ve fiziksel işlemlerle ayarlanan eşsiz selüloz formülü, doğada benzerleri olmayan malzemelerin üretiminin temeli haline geldi ve bu da bunların kimya endüstrisinde, tıpta ve insan faaliyetinin diğer dallarında yaygın olarak kullanılmasına olanak sağladı.