خواص فیزیکی و شیمیایی سلولز سلولز چیست؟ پلی ساکارید فیبر گیاهی

کربوهیدرات پیچیده ای از گروه پلی ساکاریدها که بخشی از دیواره سلولی گیاهان است سلولز یا فیبر نامیده می شود. این ماده در سال 1838 توسط شیمیدان فرانسوی آنسلم پین کشف شد. فرمول سلولز - (C 6 H 10 O 5) n.

ساختار

با وجود ویژگی های مشترک، سلولز با پلی ساکارید گیاهی دیگر - نشاسته متفاوت است. مولکول سلولز یک زنجیره طولانی و بسیار بدون شاخه از ساکاریدها است. بر خلاف نشاسته که از بقایای آلفا گلوکز تشکیل شده است، حاوی بسیاری از بقایای بتا گلوکز است که به هم مرتبط هستند.

به دلیل ساختار خطی متراکم، مولکول ها الیاف را تشکیل می دهند.

برنج. 1. ساختار مولکول سلولز.

سلولز دارد درجه بالاترپلیمریزاسیون نسبت به نشاسته

اعلام وصول

سلولز در شرایط صنعتی از چوب (تراشه) جوشانده می شود. برای این، از معرف های اسیدی یا قلیایی استفاده می شود. به عنوان مثال، هیدروسولفیت سدیم، هیدروکسید سدیم، لیمو.

در نتیجه پخت و پز، سلولز با یک مخلوط تشکیل می شود ترکیبات آلی. برای تمیز کردن آن از محلول قلیایی استفاده کنید.

مشخصات فیزیکی

فیبر ماده ای بی مزه و فیبری است. رنگ سفید. سلولز در آب و حلال های آلی کم محلول است. در معرف شوایتزر حل می شود - محلول آمونیاکهیدروکسید مس (II).

اصلی مشخصات فیزیکی:

• در دمای 200 درجه سانتیگراد فرو می ریزد.
• در دمای 275 درجه سانتیگراد می سوزد.
• به طور خود به خود در دمای 420 درجه سانتیگراد مشتعل می شود.
• در دمای 467 درجه سانتیگراد ذوب می شود.

در طبیعت، سلولز در گیاهان یافت می شود. در طول فتوسنتز تشکیل می شود و یک عملکرد ساختاری در گیاهان انجام می دهد. است افزودنی مواد غذایی E460.

برنج. 2. دیواره سلولی گیاهی.

خواص شیمیایی

به دلیل وجود سه گروه هیدروکسیل در یک ساکارید، فیبر خاصیت الکل های پلی هیدریک را از خود نشان می دهد و قادر است با تشکیل استرها وارد واکنش های استری شدن شود. هنگامی که بدون دسترسی به اکسیژن تجزیه می شود، به زغال چوب، آب و مواد فرار تجزیه می شود. مواد آلی.

اصلی خواص شیمیاییالیاف در جدول ارائه شده است.

برنج. 3. پیروکسیلین.

سلولز عمدتاً برای ساخت کاغذ و همچنین برای تولید استرها، الکل ها و گلوکز استفاده می شود.

ما چه آموخته ایم؟

سلولز یا فیبر پلیمری از کلاس کربوهیدرات ها است که از بقایای گلوکز بتا تشکیل شده است. بخشی از دیواره سلولی گیاهی است. این ماده سفید رنگ و بی مزه ای است که فیبرهایی را تشکیل می دهد که در آب و حلال های آلی حلالیت کمی دارند. سلولز با خمیرسازی از چوب جدا می شود. این ترکیب وارد واکنش های استری و هیدرولیز می شود و در غیاب هوا می تواند تجزیه شود. هنگامی که به طور کامل تجزیه می شود، آب و دی اکسید کربن را تشکیل می دهد.

سلولز یک پلی ساکارید است که از واحدهای اولیه بی آب ساخته شده است D -گلوکز و نشان دهنده پلی-1، 4-β-D -گلوکوپیرانوزیل- D -گلوکوپیرانوز ماکرومولکول سلولز، همراه با واحدهای آنهیدروگلوکز، ممکن است حاوی باقیمانده‌های مونوساکاریدهای دیگر (هگزوز و پنتوز)، و همچنین اسیدهای اورونیک باشد (شکل را ببینید). ماهیت و مقدار این گونه باقیمانده ها با شرایط سنتز بیوشیمیایی تعیین می شود.

سلولز جزء اصلی دیواره سلولی گیاهان عالی است. همراه با مواد همراه آن، نقش چارچوبی را ایفا می کند که بار مکانیکی اصلی را حمل می کند. سلولز عمدتاً در کرک‌های دانه‌های برخی گیاهان یافت می‌شود، به عنوان مثال، پنبه (97-98٪ سلولز)، چوب (40-50٪ بر اساس ماده خشک)، الیاف پوست، لایه‌های داخلی پوست گیاه (کتان و رامی). - 80-90٪ ، جوت - 75٪ و دیگران)، ساقه گیاهان یک ساله (30-40٪)، به عنوان مثال، نی، ذرت، غلات، آفتابگردان.

جداسازی سلولز از مواد طبیعی بر اساس عملکرد معرف هایی است که اجزای غیر سلولزی را از بین می برند یا حل می کنند. ماهیت درمان به ترکیب و ساختار مواد گیاهی بستگی دارد. برای الیاف پنبه (ناخالصی های غیر سلولزی - 2.0-2.5٪ مواد حاوی نیتروژن؛ حدود 1٪ پنتوسان و پکتین؛ 0.3-1.0٪ چربی و موم؛ 0.1-0.2٪ نمک های معدنی) به طور نسبی استفاده می شوند روش های نرمانتخاب.

کرک پنبه در یک پارک (3-6 ساعت، 3-10 اتمسفر) با محلول 1.5-3٪ هیدروکسید سدیم قرار می گیرد و به دنبال آن شستشو و سفید کردن با عوامل اکسید کننده مختلف - دی اکسید کلر، هیپوکلریت سدیم، پراکسید هیدروژن انجام می شود. برخی از پلی ساکاریدها با وزن مولی کم (پنتوزان ها، تا حدی هگزوزان ها)، اسیدهای اورونیک، برخی چربی ها و موم ها وارد محلول می شوند. محتواα سلولز (کسری نامحلول در محلول 17.5٪ن aOH در 20 درجه به مدت 1 ساعت) می تواند به 99.8-99.9٪ افزایش یابد. در نتیجه تخریب جزئی ساختار مورفولوژیکی الیاف در طی پخت و پز، واکنش سلولز افزایش می یابد (ویژگی که حلالیت اترهای بدست آمده در طی پردازش شیمیایی بعدی سلولز و قابلیت فیلترپذیری محلول های در حال چرخش این استرها را تعیین می کند). .

برای جداسازی سلولز از چوب حاوی 40-55% سلولز، 5-10% سایر هگزوزان ها، 10-20% پنتوسان، 20-30% لیگنین، 2-5% رزین و تعدادی ناخالصی دیگر و دارای ساختار مورفولوژیکی پیچیده، بیشتر شرایط پردازش سفت و سخت؛ اغلب از خمیر سولفیت یا سولفات تراشه های چوب استفاده می شود.

در حین خمیر سولفیت، چوب با محلولی حاوی 3-6٪ آزاد درمان می شود SO 2 و حدود 2٪ SO 2 به صورت بی سولفیت کلسیم، منیزیم، سدیم یا آمونیوم متصل می شود. پخت و پز تحت فشار 135-150 درجه به مدت 4-12 ساعت انجام می شود. محلول های پخت در حین خمیر بی سولفیت اسیدی دارای pH از 1.5 تا 2.5 هستند. در حین خمیر سولفیت، سولفوناسیون لیگنین رخ می دهد و به دنبال آن تبدیل به محلول می شود. در همان زمان، بخشی از همی سلولزها هیدرولیز می شوند، الیگو و مونوساکاریدهای حاصل و همچنین بخشی از مواد رزینی در مایع پخت حل می شوند. هنگام استفاده از سلولز (سلولز سولفیت) جدا شده توسط این روش برای فرآوری شیمیایی (عمدتاً در تولید الیاف ویسکوز)، سلولز در معرض پالایش قرار می گیرد که وظیفه اصلی آن افزایش خلوص شیمیایی و یکنواختی سلولز (حذف الیاف) است. لیگنین، همی سلولز، کاهش محتوای خاکستر و رزین، تغییر در خواص شیمیایی و فیزیکی کلوئیدی). رایج ترین روش های پالایش، تصفیه خمیر سفید شده با محلول 10-4 درصد استن aOH در 20 درجه (تصفیه سرد) یا محلول 1٪ NaOH در 95-100 درجه (تصفیه گرم). خمیر سولفیت بهبود یافته برای پردازش شیمیایی دارای شاخص های زیر است: 95-98٪α - سلولز؛ 0.15--0.25٪ لیگنین؛ 1.8-4.0٪ پنتوسان؛ 0.07-0.14٪ رزین؛ 0.06-0.13 درصد خاکستر. خمیر سولفیت همچنین برای تولید کاغذ و مقوا با کیفیت بالا استفاده می شود.

تراشه های چوب را می توان با 4- هم آب پز کرد.محلول 6% N aOH (خمیر سودا) یا مخلوط آن با سولفید سدیم (خمیر سولفات) در دمای 170-175 درجه تحت فشار به مدت 6-5 ساعت. در این حالت، انحلال لیگنین رخ می دهد، انتقال به محلول و هیدرولیز بخشی از همی سلولزها (عمدتاً هگزوزان ها) و تبدیل بیشتر قندهای حاصل به اسیدهای هیدروکسی آلی (لاکتیک، ساکاریک و غیره) و اسیدها (فرمیک). رزین و بالاتر اسید چرببه تدریج به شکل نمک های سدیمی وارد مشروب پخت و پز می شود (به اصطلاح"صابون سولفات"). خمیر قلیایی برای پردازش صنوبر و کاج و چوب سخت قابل استفاده است. هنگام استفاده از سلولز (سلولز سولفات) جدا شده با این روش برای فرآوری شیمیایی، چوب قبل از پخت در معرض پیش هیدرولیز قرار می گیرد (تصویر با اسید سولفوریک رقیق در درجه حرارت بالا). خمیر سولفات قبل از هیدرولیز مورد استفاده برای فرآوری شیمیایی، پس از تصفیه و سفید کردن، دارای ترکیب متوسط ​​(%) زیر است:α سلولز - 94.5-96.9؛ پنتوسانس 2-2، 5; رزین ها و چربی ها - 0.01-0.06؛ خاکستر - 0.02-0.06. همچنین از سلولز سولفاته برای تولید کاغذهای کیسه و بسته بندی، طناب کاغذی، کاغذهای فنی (بابن، سنباده، کندانسور)، نوشتن، چاپ و کاغذهای بادوام سفید شده (طرح، نقشه کشی، اسناد) استفاده می شود.

خمیر سولفات برای به دست آوردن خمیر با بازده بالا مورد استفاده برای تولید مقوا راه راه و کاغذ گونی استفاده می شود (بازده خمیر از چوب در این مورد 50-60٪ در مقابل.~ 35% برای سلولز سولفات قبل از هیدرولیز برای پردازش شیمیایی). خمیر با محصول بالا حاوی مقادیر قابل توجهی لیگنین (18-12%) است و شکل تراشه ها را حفظ می کند. بنابراین پس از پخت در معرض آسیاب مکانیکی قرار می گیرد. پخت و پز سودا و سولفات همچنین می تواند در جداسازی سلولز از نی حاوی مقادیر زیادی SiO2 با عمل قلیایی حذف می شود.

از چوب های برگریز و گیاهان یکساله، سلولز نیز با خمیرسازی هیدروتروپیک - فرآوری مواد خام با محلول های نمک غلیظ (40-50٪) جدا می شود. فلزات قلیاییو اسیدهای کربوکسیلیک و سولفونیک آروماتیک (به عنوان مثال اسیدهای بنزوئیک، سیمول و زایلن سولفونیک) در دمای 150-180 درجه به مدت 5-10 ساعت. روش های دیگر برای جداسازی سلولز (اسید نیتریک، کلر قلیایی و غیره) به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرند.

برای تعیین وزن مولی سلولز، معمولاً از ویسکومتریک استفاده می شود [با ویسکوزیته محلول های سلولز در محلول مس-آمونیاک، در محلول های بازهای آمونیوم چهارتایی، هیدروکسید اتیلن دی آمین کادمیوم (به اصطلاح کادوکسن)، در محلول قلیایی یک کمپلکس آهن تارتاریک سدیم و غیره، یا با ویسکوزیته اترهای سلولزی - عمدتاً استات‌ها و نیترات‌ها که در شرایط منع تخریب به دست می‌آیند] و روش‌های اسمزی (برای اترهای سلولزی). درجه پلیمریزاسیون تعیین شده با استفاده از این روش ها برای آماده سازی های مختلف سلولز متفاوت است: 10-12 هزار برای سلولز پنبه و سلولز الیاف پایه. 2.5-3 هزار برای خمیر چوب (با توجه به تعیین در اولتراسانتریفیوژ) و 0.3-0.5 هزار برای سلولز ابریشم ویسکوز.

سلولز با پراکندگی قابل توجهی از نظر وزن مولی مشخص می شود. سلولز با انحلال جزئی یا رسوب از محلول مس-آمونیاک، از محلولی در کوپری اتیلن دی آمین، کادمیوم اتیلن دی آمین یا در محلول قلیایی مجتمع سدیم آهن تارتاریک و همچنین با رسوب کسری از محلول های نیترات سلولز یا اتیل آکیلون تکه تکه می شود. استات برای سلولز پنبه، الیاف پایه و خمیر چوب گونه های مخروطی، منحنی های توزیع بر اساس وزن مولی با دو ماکزیمم مشخص است. منحنی های خمیر چوب سخت یک حداکثر دارند.

سلولز دارای ساختار فوق مولکولی پیچیده است. بر اساس داده های پرتو ایکس، پراش الکترون و مطالعات طیف سنجی، معمولا پذیرفته شده است که سلولز متعلق به پلیمرهای کریستالی است. سلولز دارای تعدادی تغییرات ساختاری است که اصلی ترین آنها سلولز طبیعی و سلولز هیدراته است. سلولز طبیعی پس از انحلال و رسوب بعدی از محلول، تحت اثر محلول های قلیایی غلیظ و تجزیه متعاقب آن سلولز قلیایی و غیره، به سلولز هیدراته تبدیل می شود. انتقال معکوس را می توان با حرارت دادن سلولز هیدراته در یک حلال انجام داد که باعث تورم شدید آن (گلیسیرین، آب) می شود. هر دو اصلاح ساختاری الگوهای اشعه ایکس متفاوتی دارند و از نظر واکنش پذیری، حلالیت (نه تنها خود سلولز، بلکه همچنین اترهای آن)، ظرفیت جذب و موارد دیگر تفاوت زیادی دارند. آماده سازی سلولز هیدراته رطوبت سنجی و رنگ پذیری را افزایش داده و همچنین سرعت هیدرولیز بالاتری دارد.

وجود پیوندهای استال (گلوکزیدیک) بین واحدهای بنیادی در ماکرومولکول سلولز باعث مقاومت کم آن در برابر عمل اسیدها می شود که در حضور آن هیدرولیز سلولز اتفاق می افتد (شکل را ببینید). سرعت فرآیند به تعدادی از عوامل بستگی دارد، که عامل تعیین کننده، به ویژه در هنگام انجام واکنش در یک محیط ناهمگن، ساختار آماده سازی است که شدت برهمکنش بین مولکولی را تعیین می کند. AT مرحله اولیهسرعت هیدرولیز می تواند بیشتر باشد که با احتمال وجود در ماکرومولکول همراه است تعداد زیادیپیوندهایی که نسبت به پیوندهای گلوکوزیدی معمولی در برابر عمل معرف های هیدرولیز مقاومت کمتری دارند. محصولات حاصل از هیدرولیز جزئی سلولز را هیدروسلولز می نامند.

در نتیجه هیدرولیز، خواص مواد سلولزی به طور قابل توجهی تغییر می کند - استحکام مکانیکی الیاف کاهش می یابد (به دلیل کاهش درجه پلیمریزاسیون)، محتوای گروه های آلدهید و حلالیت در قلیاها افزایش می یابد. هیدرولیز جزئی مقاومت سلولز را در برابر تیمارهای قلیایی تغییر نمی دهد. محصول هیدرولیز کامل سلولز گلوکز است. روش های صنعتی برای هیدرولیز مواد گیاهی حاوی سلولز شامل پردازش با محلول های رقیق است. HCl و H2SO4 (0.2-0.3%) در 150-180 درجه؛ عملکرد قندها در طول هیدرولیز گام به گام تا 50٪ است.

توسط طبیعت شیمیاییسلولز یک الکل پلی هیدریک است. به دلیل وجود گروه های هیدروکسیل در واحد ابتدایی ماکرومولکول، سلولز با فلزات و بازهای قلیایی واکنش می دهد. هنگامی که سلولز خشک شده با محلول سدیم فلزی در آمونیاک مایع در دمای منفی 25-50 درجه به مدت 24 ساعت درمان می شود، تری سدیم الکلات سلولز تشکیل می شود:

n + 3nNa → n + 1.5nH 2.

هنگامی که محلول های غلیظ قلیایی روی سلولز عمل می کنند، همراه با یک واکنش شیمیایی، فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی نیز رخ می دهد - تورم سلولز و انحلال جزئی کسرهای با وزن مولکولی کم آن، دگرگونی های ساختاری. برهمکنش هیدروکسید فلز قلیایی با سلولز می تواند طبق دو طرح انجام شود:

n + n NaOH ↔ n + nH 2 O

[C 6 H 7 O 2 (OH) 3] n + n NaOH ↔ n.

واکنش گروه های هیدروکسیل اولیه و ثانویه سلولز در یک محیط قلیایی متفاوت است. برجسته ترین خواص اسیدیدر گروه های هیدروکسیل واقع در اتم دوم کربن واحد ابتدایی سلولز که بخشی از گروه گلیکول هستند و درα موقعیت نسبت به پیوند استال ظاهراً تشکیل الکلات سلولز دقیقاً به دلیل این گروه های هیدروکسیل اتفاق می افتد ، در حالی که برهمکنش با گروه های OH باقی مانده یک ترکیب مولکولی را تشکیل می دهد.

ترکیب سلولز قلیایی به شرایط تولید آن بستگی دارد - غلظت قلیایی. دما، ماهیت مواد سلولزی و غیره. به دلیل برگشت پذیری واکنش تشکیل سلولز قلیایی، افزایش غلظت قلیایی در محلول منجر به افزایشγ (تعداد گروه های هیدروکسیل جایگزین در هر 100 واحد ابتدایی یک ماکرومولکول سلولز) سلولز قلیایی و کاهش دمای مرسریزاسیون منجر به افزایش می شود.γ سلولز قلیایی که با عمل محلول های قلیایی متمرکز به دست می آید، که با تفاوت در ضرایب دمایی واکنش های رو به جلو و معکوس توضیح داده می شود. شدت متفاوت برهمکنش با قلیاهای مواد سلولزی مختلف ظاهراً با ویژگی‌های ساختار فیزیکی این مواد مرتبط است.

یکی از اجزای مهم فرآیند برهمکنش سلولز با مواد قلیایی، متورم شدن سلولز و انحلال کسرهای کم مولکولی آن است. این فرآیندها حذف بخش‌های با وزن مولکولی کم (همی سلولز) از سلولز و انتشار معرف‌های استری‌کننده به فیبر را در طی فرآیندهای استری‌سازی بعدی (به عنوان مثال، گزانتوژناسیون) تسهیل می‌کنند. با کاهش دما، درجه تورم به طور قابل توجهی افزایش می یابد. به عنوان مثال، در 18 درجه، افزایش قطر یک الیاف پنبه تحت عمل 12٪. NaOH 10٪ است و در -10 درجه به 66٪ می رسد. با افزایش غلظت قلیایی، ابتدا افزایش و سپس (بیش از 12٪) درجه تورم کاهش می یابد. حداکثر درجه تورم در آن غلظت های قلیایی مشاهده می شود که در آنها ظاهر الگوی سلولز قلیایی اشعه ایکس رخ می دهد. این غلظت ها برای مواد سلولزی مختلف متفاوت است: برای پنبه 18٪ (در دمای 25 درجه سانتیگراد)، برای رامی 14-15٪، برای خمیر سولفیت 9.5-10٪. برهمکنش سلولز با محلول های غلیظن AOH به طور گسترده در صنعت نساجی، در تولید الیاف مصنوعی و اترهای سلولزی استفاده می شود.

برهمکنش سلولز با سایر هیدروکسیدهای فلزات قلیایی مشابه واکنش با سود سوزآور انجام می شود. رادیوگرافی سلولز قلیایی زمانی ظاهر می شود که فرآورده های سلولز طبیعی در معرض محلول های تقریباً هم مولار (3.5-4.0 mol/l) هیدروکسیدهای فلزات قلیایی قرار می گیرند. بازهای آلی قوی - برخی از هیدروکسیدهای آمونیوم تتراآلکیل (آریل) ظاهراً ترکیبات مولکولی را با سلولز تشکیل می دهند.

جایگاه ویژه ای در مجموعه واکنش های سلولز با بازها، برهمکنش آن با هیدرات کوپریامین است.مس (NH 3) 4] (OH) 2 و همچنین با تعدادی دیگر از ترکیبات پیچیده مس، نیکل، کادمیوم، روی - کوپری اتیلن دی آمین [ Cu (en) 2] (OH) 2 (en - مولکول اتیلن دی آمین)، نیوکسان [ Ni (NH 3 ) 6 ] (OH) 2 , Nioxene [ Ni (en ) 3 ] (OH) 2 , Cadoxene [ Cd (en ) 3 ] (OH ) 2 و دیگران. سلولز در این محصولات حل می شود. رسوب سلولز از محلول مس-آمونیاک تحت تأثیر محلول های آب، قلیایی یا اسیدی انجام می شود.

تحت تأثیر عوامل اکسید کننده، اکسیداسیون جزئی سلولز رخ می دهد - فرآیندی که با موفقیت در فناوری استفاده می شود (سفید کردن پارچه های سلولزی و پنبه ای، قبل از رسیدن سلولز قلیایی). اکسیداسیون سلولز یک فرآیند جانبی در پالایش سلولز، تهیه محلول ریسندگی مس-آمونیاک و بهره برداری از محصولات ساخته شده از مواد سلولزی است. محصولات اکسیداسیون جزئی سلولز را هیدروکسی سلولز می نامند. بسته به ماهیت عامل اکسید کننده، اکسیداسیون سلولز می تواند انتخابی یا غیر انتخابی باشد. انتخابی ترین عوامل اکسید کننده شامل اسید یدیک و نمک های آن است که گروه گلیکول واحد ابتدایی سلولز را با شکستن حلقه پیران (تشکیل دی آلدئید سلولز) اکسید می کند (شکل را ببینید). تحت تأثیر اسید یدیک و پریودات ها، تعداد کمی از گروه های هیدروکسیل اولیه (به کربوکسیل یا آلدئید) نیز اکسید می شوند. سلولز به روشی مشابه تحت تأثیر تترا استات سرب در حلال های آلی (اسید استیک، کلروفرم) اکسید می شود.

از نظر مقاومت در برابر اسیدها، سلولز دی آلدئید تفاوت کمی با سلولز اصلی دارد، اما در برابر مواد قلیایی و حتی آب که نتیجه هیدرولیز پیوند همی استال در یک محیط قلیایی است، مقاومت بسیار کمتری دارد. اکسیداسیون گروه های آلدئیدی به گروه های کربوکسیل با عمل کلریت سدیم (تشکیل دی کربوکسی سلولز) و همچنین تبدیل آنها به گروه های هیدروکسیل (تشکیل به اصطلاح"پراکنده کردن" - سلولز) سلولز اکسید شده را به عملکرد معرف های قلیایی تثبیت می کند. حلالیت نیترات ها و استات های سلولز دی آلدئید، حتی با درجه اکسیداسیون کم (γ = 6-10) به طور قابل توجهی کمتر از حلالیت اترهای سلولزی مربوطه است، ظاهراً به دلیل تشکیل پیوندهای همی استال بین مولکولی در طول استری شدن. تحت تأثیر دی اکسید نیتروژن بر روی سلولز، گروه های هیدروکسیل اولیه عمدتاً به گروه های کربوکسیل اکسید می شوند (تشکیل مونو کربوکسی سلولز) (شکل را ببینید). واکنش طبق یک مکانیسم رادیکال با تشکیل واسطه استرهای نیتریت سلولز و تبدیل اکسیداتیو بعدی این استرها انجام می شود. تا 15 درصد از محتوای کل گروه‌های کربوکسیل غیراورونیک هستند (گروه‌های COOH در اتم‌های دوم و سوم کربن تشکیل می‌شوند). در همان زمان، گروه های هیدروکسیل این اتم ها به گروه های کتو اکسید می شوند (تا 15-20٪ از تعداد کل گروه های هیدروکسیل اکسید شده). تشکیل گروه‌های کتو ظاهراً دلیل مقاومت بسیار کم مونو کربوکسی سلولز در برابر عمل قلیاها و حتی آب در دماهای بالا است.

در محتوای 10-13٪ گروه COOH، سلولز مونو کربوکسیلیک در محلول رقیق حل می شود. NaOH محلول های آمونیاک، پیریدین با تشکیل نمک های مربوطه. استیلاسیون آن کندتر از سلولز انجام می شود. استات ها به طور کامل در متیلن کلرید محلول نیستند. نیترات های مونو کربوکسی سلولز حتی با محتوای نیتروژن تا 13.5٪ در استون حل نمی شوند. این ویژگی های خواص استرهای مونوکربوکسی سلولز با تشکیل پیوندهای اتر بین مولکولی در طی برهمکنش گروه های کربوکسیل و هیدروکسیل همراه است. مونو کربوکسی سلولز به عنوان یک عامل هموستاتیک، به عنوان یک مبدل کاتیونی برای جداسازی بیولوژیکی استفاده می شود. مواد فعال(هورمون ها). با اکسیداسیون ترکیبی سلولز با پریودات، و سپس با کلریت و دی اکسید نیتروژن، آماده سازی سلولز به اصطلاح تری کربوکسیلیک حاوی تا 50.8٪ گروه COOH سنتز شد.

جهت اکسیداسیون سلولز تحت اثر عوامل اکسید کننده غیر انتخابی (دی اکسید کلر، نمک های اسید هیپوکلرو، پراکسید هیدروژن، اکسیژن در یک محیط قلیایی) تا حد زیادی به ماهیت محیط بستگی دارد. در محیط های اسیدی و خنثی، تحت تأثیر هیپوکلریت و پراکسید هیدروژن، محصولاتی از نوع احیا کننده تشکیل می شوند که ظاهراً در نتیجه اکسیداسیون گروه های هیدروکسیل اولیه به آلدهید و یکی از گروه های OH ثانویه به یک گروه کتو (پراکسید هیدروژن) است. همچنین گروه های گلیکول را با شکستن حلقه پیران اکسید می کند). در طی اکسیداسیون با هیپوکلریت در یک محیط قلیایی، گروه های آلدئیدی به تدریج به گروه های کربوکسیل تبدیل می شوند که در نتیجه محصول اکسیداسیون دارای ویژگی اسیدی است. درمان هیپوکلریت یکی از رایج ترین روش های سفید کننده پالپ است. برای بدست آوردن خمیر مرغوب با درجه سفیدی بالا، آن را با دی اکسید کلر یا کلریت در محیط اسیدی یا قلیایی سفید می کنند. در این حالت ، لیگنین اکسید می شود ، رنگ ها از بین می روند و گروه های آلدهید در ماکرومولکول سلولز به کربوکسیل اکسید می شوند. گروه های هیدروکسیل اکسید نمی شوند. اکسیداسیون توسط اکسیژن اتمسفر در یک محیط قلیایی، که طبق یک مکانیسم رادیکال انجام می شود و با تخریب قابل توجه سلولز همراه است، منجر به تجمع گروه های کربونیل و کربوکسیل در ماکرومولکول می شود (نارس شدن سلولز قلیایی).

حضور گروه های هیدروکسیل در واحد ابتدایی ماکرومولکول سلولز امکان انتقال به چنین کلاس های مهممشتقات سلولز به عنوان اترها و استرها. این ترکیبات به دلیل خواص ارزشمندی که دارند در شاخه‌های مختلف فناوری - در تولید الیاف و فیلم‌ها (استات‌ها، نیترات‌های سلولزی)، پلاستیک‌ها (استات‌ها، نیترات‌ها، اتیل، بنزیل اترها)، لاک‌ها و پوشش‌های عایق الکتریکی، به‌عنوان سوسپانسیون استفاده می‌شوند. تثبیت کننده ها و ضخیم کننده ها در صنایع نفت و نساجی، صنعت (کربوکسی متیل سلولز کم جانشین).

الیاف مبتنی بر سلولز (طبیعی و مصنوعی) یک ماده نساجی کامل با مجموعه ای از خواص ارزشمند (استحکام و رطوبت بالا، قابلیت رنگ پذیری خوب است. از معایب الیاف سلولزی می توان به اشتعال پذیری، کشش ناکافی بالا، تخریب آسان تحت اثر میکروارگانیسم ها اشاره کرد. تمایل به تغییر جهت دار (اصلاح) مواد سلولزی باعث پیدایش تعدادی از مشتقات سلولزی جدید و در مواردی طبقات جدیدی از مشتقات سلولزی شده است.

اصلاح خواص و سنتز مشتقات سلولز جدید با استفاده از دو گروه روش انجام می شود:

1) استری کردن، آلکیلاسیون یا تبدیل گروه های هیدروکسیل واحد ابتدایی به گروه های عاملی دیگر (اکسیداسیون، جایگزینی هسته دوست با استفاده از اترهای سلولزی خاص - نیترات ها، اترها با n تولوئن و متان سولفونیک اسید)؛

2) کوپلیمریزاسیون پیوندی یا برهمکنش سلولز با ترکیبات چند عملکردی (تبدیل سلولز به یک پلیمر شاخه دار یا متقاطع به ترتیب).

یکی از مهمترین روش های رایجسنتز مشتقات مختلف سلولز جایگزینی هسته دوست است. در این مورد، مواد اولیه اترهای سلولزی با مقداری هستند اسیدهای قوی(اسیدهای تولوئن و متان سولفونیک، نیتریک و فنیل فسفریک)، و همچنین مشتقات هالوژنودوکسی سلولز. مشتقات سلولزی که در آنها گروه های هیدروکسیل با هالوژن ها (کلر، فلوئور، ید)، رودانیک، نیتریل و سایر گروه ها جایگزین می شوند، با استفاده از واکنش جایگزینی نوکلئوفیلیک سنتز شده اند. فرآورده های دی اکسی سلولز حاوی هتروسیکل ها (پیریدین و پیپریدین) سنتز شده اند، اترهای سلولز با فنل ها و نفتول ها، تعدادی از استرهای سلولز (با اسیدهای کربوکسیلیک بالاتر،α - اسیدهای آمینه ، اسیدهای غیر اشباع). واکنش درون مولکولی جایگزینی نوکلئوفیل (صابون سازی توسیل استرهای سلولز) منجر به تشکیل پلی ساکاریدهای مخلوط حاوی 2، 3- و 3، 6-anhydrocycles می شود.

سنتز کوپلیمرهای پیوند سلولزی بیشترین اهمیت عملی را برای ایجاد مواد سلولزی با خواص فنی جدید ارزشمند دارد. متداول‌ترین روش‌ها برای سنتز کوپلیمرهای پیوند سلولزی شامل استفاده از واکنش انتقال زنجیره‌ای روی سلولز، کوپلیمریزاسیون تابشی-شیمیایی و استفاده از سیستم‌های ردوکس است که در آن سلولز نقش یک عامل کاهنده را ایفا می‌کند. در مورد دوم، تشکیل یک ماکرورادیکال می تواند به دلیل اکسیداسیون هر دو گروه هیدروکسیل سلولز (اکسیداسیون با نمک های سریم) و گروه های عاملی که مخصوصاً وارد ماکرومولکول - گروه های آلدئید، آمینو (اکسیداسیون با نمک های وانادیم) شوند، رخ دهد. منگنز) یا تجزیه یک ترکیب دیازو که در طی دیازوتیزاسیون آنهایی که به گروه‌های آمینه معطر سلولزی وارد می‌شوند تشکیل می‌شود. سنتز کوپلیمرهای پیوند سلولز در برخی موارد می تواند بدون تشکیل هموپلیمر انجام شود که مصرف مونومر را کاهش می دهد. کوپلیمرهای پیوند سلولزی تولید شده در شرایط عادیکوپلیمریزاسیون، شامل مخلوطی از سلولز اصلی (یا استر آن، که پیوند روی آن انجام می شود) و کوپلیمر پیوندی (40-60٪). درجه پلیمریزاسیون زنجیره های پیوندی بسته به روش شروع و ماهیت جزء پیوندی از 300 تا 28000 متغیر است.

تغییر در خواص در نتیجه کوپلیمریزاسیون پیوند توسط ماهیت مونومر پیوندی تعیین می شود. پیوند استایرن، آکریل آمید، اکریلونیتریل منجر به افزایش استحکام خشک الیاف پنبه می شود. پیوند پلی استایرن، پلی متیل متاکریلات و پلی بوتیل آکریلات امکان به دست آوردن مواد آبگریز را فراهم می کند. کوپلیمرهای پیوندی سلولز با پلیمرهای با زنجیره انعطاف پذیر (پلی متیل آکریلات) با مقدار کافی از اجزای پیوند، گرمانرم هستند. کوپلیمرهای پیوندی سلولز با پلی الکترولیت ها (پلی اکریلیک اسید، پلی متیل وینیل پیریدین) را می توان به عنوان پارچه های تبادل یونی، الیاف، فیلم استفاده کرد.

یکی از معایب الیاف سلولزی خاصیت ارتجاعی کم و در نتیجه ماندگاری نامناسب محصولات و افزایش چین خوردگی است. از بین بردن این عیب با تشکیل پیوندهای بین مولکولی در طول درمان بافت ها با ترکیبات چند عملکردی (دی متیلول اوره، دی متیلول سیکلواتیلن اوره، تری متیلول ملامین، دی متیلول تریازون، دی اپوکسیدهای مختلف، استال ها) حاصل می شود که با گروه های OH سلولز واکنش می دهند. همراه با تشکیل پیوندهای شیمیایی بین ماکرومولکول های سلولز، پلیمریزاسیون عامل اتصال عرضی با تشکیل پلیمرهای خطی و فضایی اتفاق می افتد. پارچه های ساخته شده از الیاف سلولزی با محلولی حاوی عامل اتصال عرضی و کاتالیزور آغشته می شوند، فشرده می شوند، در دمای پایین خشک می شوند و در دمای 120-160 درجه به مدت 3-5 دقیقه تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند. هنگام پردازش سلولز با معرف‌های اتصال عرضی چندکاره، این فرآیند عمدتاً در مناطق آمورف فیبر انجام می‌شود. برای دستیابی به همان اثر مقاومت در برابر چروک، مصرف یک عامل اتصال عرضی در پردازش الیاف ویسکوز باید به طور قابل توجهی بیشتر از پردازش الیاف پنبه باشد، که ظاهراً با درجه بالاتری از بلورینگی الیاف دوم مرتبط است.

خواص شیمیایی سلولز

1. از زندگی روزمرهسلولز به خوبی می سوزد.

2. هنگامی که چوب بدون دسترسی به هوا گرم می شود، تجزیه حرارتی سلولز رخ می دهد. این مواد آلی فرار، آب و زغال چوب تولید می کند.

3. از محصولات تجزیه آلی چوب می توان به متیل الکل، اسید استیک، استون اشاره کرد.

4. ماکرومولکول های سلولز از واحدهایی مشابه واحدهایی تشکیل شده است که نشاسته را تشکیل می دهند، تحت هیدرولیز قرار می گیرد و محصول هیدرولیز آن مانند نشاسته، گلوکز خواهد بود.

5. اگر قطعات را در هاون چینی آسیاب کنید کاغذ فیلتر(سلولز) را با اسید سولفوریک غلیظ مرطوب کرده و دوغاب حاصل را با آب رقیق کنید و همچنین اسید را با قلیایی خنثی کنید و مانند نشاسته محلول را برای واکنش با هیدروکسید مس (II) آزمایش کنید، سپس ظاهر اکسید مس (I) دیده می شود. یعنی هیدرولیز سلولز در آزمایش اتفاق افتاد. فرآیند هیدرولیز، مانند نشاسته، در مراحلی پیش می رود تا گلوکز تشکیل شود.

6. کل هیدرولیز سلولز را می توان با همان معادله هیدرولیز نشاسته بیان کرد: (C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O \u003d nC 6 H 12 O 6.

7. واحدهای ساختاری سلولز (C 6 H 10 O 5) n حاوی گروه های هیدروکسیل هستند.

8. سلولز با توجه به این گروه ها می تواند اتر و استر بدهد.

9. استرهای اسید نیتریک سلولز از اهمیت بالایی برخوردار هستند.

ویژگی های استرهای نیتریک اسید سلولز.

1. از تیمار سلولز با اسید نیتریک در حضور اسید سولفوریک به دست می آیند.

2. بسته به غلظت اسید نیتریک و شرایط دیگر، یک، دو یا هر سه گروه هیدروکسیل از هر واحد از مولکول سلولز وارد واکنش استری می شوند، به عنوان مثال: n + 3nHNO 3 → n + 3n H 2 O.

یکی از ویژگی های رایج نیترات های سلولز اشتعال پذیری شدید آنهاست.

تری نیترات سلولز که پیروکسیلین نامیده می شود، ماده ای بسیار انفجاری است. برای تولید پودر بدون دود استفاده می شود.

استات سلولز و تری استات سلولز نیز بسیار مهم هستند. دی استات سلولز و تری استات ظاهرشبیه سلولز

استفاده از سلولز

1. به دلیل استحکام مکانیکی در ترکیب چوب، در ساختمان سازی کاربرد دارد.

2. انواع محصولات نازک کاری از آن ساخته می شود.

3. در قالب مواد فیبری (پنبه، کتان) برای ساخت نخ، پارچه، طناب استفاده می شود.

4. از سلولز جدا شده از چوب (عاری از مواد مرتبط) برای ساخت کاغذ استفاده می شود.

70. بدست آوردن فیبر استات

ویژگی های بارز فیبر استات

1. از زمان های قدیم، مردم به طور گسترده ای از مواد الیاف طبیعی برای تولید لباس و محصولات مختلف خانگی استفاده می کردند.

2. برخی از این مواد منشاء گیاهی دارند و از سلولز تشکیل شده اند، مانند کتان، پنبه، برخی دیگر منشأ حیوانی دارند، از پروتئین تشکیل شده اند - پشم، ابریشم.

3. با افزایش نیازهای جمعیت و توسعه تکنولوژی در بافت ها، کمبود مواد فیبری شروع به ایجاد کرد. نیاز به تهیه الیاف مصنوعی وجود داشت.

از آنجایی که آنها با آرایش منظمی از ماکرومولکول های زنجیره ای در امتداد محور فیبر مشخص می شوند، این ایده مطرح شد که یک پلیمر طبیعی از یک ساختار بی نظم از طریق یک یا آن پردازش به ماده ای با آرایش منظم مولکول ها تبدیل شود.

4. به عنوان پلیمر طبیعی اولیه برای تولید الیاف مصنوعی، سلولز جدا شده از چوب یا کرک پنبه ای که پس از برداشتن الیاف بر روی دانه های پنبه باقی مانده است، گرفته می شود.

5. برای چیدمان مولکول های پلیمری خطی در امتداد محور الیاف تشکیل شده، لازم است آنها را از یکدیگر جدا کنید، آنها را متحرک و دارای قابلیت حرکت کنید.

این را می توان با ذوب پلیمر یا با حل کردن آن به دست آورد.

ذوب سلولز غیرممکن است: هنگامی که گرم می شود، از بین می رود.

6. سلولز باید با انیدرید استیک در حضور اسید سولفوریک درمان شود (انیدرید استیک عامل استری کننده قوی تری نسبت به اسید استیک است).

7. محصول استریفیکاسیون - تری استات سلولز - در مخلوطی از دی کلرومتان CH 2 Cl 2 و اتیل الکل حل می شود.

8. یک محلول چسبناک تشکیل می شود که در آن مولکول های پلیمر می توانند از قبل حرکت کنند و سفارش دلخواه را بگیرند.

9. به منظور به دست آوردن الیاف، محلول پلیمری از طریق اسپینرها - کلاهک های فلزی با سوراخ های متعدد - وارد می شود.

جت های نازک محلول به یک محور عمودی به ارتفاع حدود 3 متر فرود می آیند که هوای گرم از آن عبور می کند.

10. در اثر گرما، حلال تبخیر می شود و تری استات سلولز الیاف بلند نازکی را تشکیل می دهد که سپس به صورت نخ ها پیچ خورده و برای پردازش بیشتر می روند.

11. در هنگام عبور از سوراخ‌های اسپینر، ماکرومولکول‌ها، مانند کنده‌ها هنگام رفت‌وآمد در رودخانه‌ای باریک، شروع به ردیف شدن در امتداد فواره محلول می‌کنند.

12. در فرآیند پردازش بیشتر، آرایش ماکرومولکول ها در آنها نظم بیشتری پیدا می کند.

این منجر به استحکام بالای الیاف و رزوه هایی می شود که آنها تشکیل می دهند.

در زیر یک نمودار است هیدرولیز سلولز

رسید کاغذ

سلولز خالص

به نظر شما شامل چه مواردی می شود ترکیب کاغذ؟! در واقع، این ماده ای است که الیاف بسیار نازک در هم تنیده شده است. سلولز. برخی از این الیاف توسط یک پیوند هیدروژنی به هم متصل می شوند (پیوند تشکیل شده بین گروه ها OH - گروه هیدروکسیل است). روش تولید کاغذدر قرن 2 قبل از میلاد قبلا در شناخته شده بود چین باستان. در آن زمان کاغذ از بامبو یا پنبه تهیه می شد. بعدها - در قرن 9 پس از میلاد، این راز به اروپا آمد. برای دریافت کاغذقبلاً در قرون وسطی از پارچه های کتانی یا پنبه ای استفاده می شد.

اما تنها در قرن 18 آنها راحت ترین راه را پیدا کردند دریافت کاغذ- از درخت و نوع کاغذی که ما اکنون از آن استفاده می کنیم فقط در قرن نوزدهم ساخته شد.

مواد اولیه اصلی برای دریافت کاغذاست سلولز. چوب خشک تقریباً 40 درصد از این خمیر را دارد. بقیه درخت پلیمرهای مختلفی است که از انواع قندها از جمله فروکتوز تشکیل شده است. مواد پیچیده- الکل های فنل، تانن های مختلف، نمک های منیزیم، سدیم و پتاسیم، اسانس ها.

تولید خمیر کاغذ

تولید خمیر کاغذمرتبط با پردازش مکانیکی چوب و سپس انجام واکنش های شیمیاییبا خاک اره درختان مخروطی به خاک اره کوچک خرد می شوند. این خاک اره در محلول در حال جوش حاوی NaHSO 4 (سدیم هیدروسولفید) و SO 2 (گاز گوگردی) قرار می گیرد. جوشاندن در انجام می شود فشار بالا(0.5 مگاپاسکال) و برای مدت طولانی (حدود 12 ساعت). در این حالت یک واکنش شیمیایی در محلول رخ می دهد که در نتیجه آن ماده ای به دست می آید همی سلولزو ماده لیگنین (لیگنین- این ماده ای است که مخلوطی از هیدروکربن های معطر یا بخشی معطر یک درخت است) و همچنین محصول اصلی واکنش - سلولز خالص، که در ظرفی که واکنش شیمیایی در آن انجام می شود رسوب می کند. علاوه بر این، به نوبه خود، لیگنین با دی اکسید گوگرد در محلول برهمکنش می کند و در نتیجه الکل اتیلیک، وانیلین، تانن های مختلف و مخمر مواد غذایی ایجاد می شود.

پردازش بیشتر تولید خمیر کاغذهمراه با آسیاب کردن رسوب با کمک رول ها و در نتیجه ذرات سلولز در حدود 1 میلی متر. و هنگامی که چنین ذرات وارد آب می شوند، بلافاصله متورم می شوند و تشکیل می شوند کاغذ. در این مرحله، کاغذ هنوز شبیه خودش نیست و شبیه سوسپانسیون الیاف سلولزی در آب است.

در مرحله بعد، کاغذ خواص اصلی خود را نشان می دهد: چگالی، رنگ، استحکام، تخلخل، صافی، که برای آن خاک رس، اکسید تیتانیوم، اکسید باریم، گچ، تالک و مواد اضافی که متصل می شوند. الیاف سلولزی. دورتر الیاف سلولزیبا چسب مخصوص بر پایه رزین و رزین درمان می شود. ترکیب آن شامل رزین می کند. اگر زاج پتاسیم به این چسب اضافه شود، یک واکنش شیمیایی رخ می دهد و رسوبی از رزین های آلومینیوم تشکیل می شود. این ماده قادر به پوشاندن الیاف سلولزی است که به آنها مقاومت در برابر رطوبت و استحکام می بخشد. جرم حاصل به طور مساوی روی مش متحرک اعمال می شود، جایی که فشرده و خشک می شود. در اینجا شکل گیری است وب کاغذ. برای صاف و براق شدن کاغذ ابتدا آن را بین فلز و سپس بین رول های کاغذ ضخیم رد می کنند (کلندری انجام می شود) سپس کاغذ را با قیچی مخصوص به ورق برش می دهند.

به نظرت چطوره، چرا کاغذ با گذشت زمان زرد می شود؟!?

معلوم می شود که مولکول های سلولز که از چوب جدا شده اند، از تعداد زیادی واحد ساختاری از نوع C 6 H 10 O 5 تشکیل شده است که تحت تأثیر یون های اتم هیدروژن، پیوندهای خود را برای مدت معینی از دست می دهند. ، که منجر به نقض زنجیره مشترک می شود. در طی این فرآیند، کاغذ شکننده شده و رنگ اصلی خود را از دست می دهد. همانطور که می گویند هنوز ادامه دارد اسیدی شدن کاغذ . برای بازیابی کاغذ در حال فروپاشی، از بی کربنات کلسیم Ca (HCO 3) 2) استفاده می شود که به شما امکان می دهد اسیدیته را به طور موقت کاهش دهید.

روش دیگری - پیشرونده تر در ارتباط با استفاده از ماده دی اتیل روی Zn (C 2 H 5) 2 وجود دارد. اما این ماده می تواند خود به خود در هوا و حتی در مجاورت آب مشتعل شود!

کاربرد سلولزی

علاوه بر اینکه از سلولز برای تولید کاغذ استفاده می شود، از خاصیت بسیار مفید آن نیز استفاده می کنند. استری شدنبا انواع اسیدهای معدنی و آلی. در جریان چنین واکنش هایی استرهایی تشکیل می شوند که در صنعت کاربرد پیدا کرده اند. در طی خود واکنش شیمیایی، پیوندهایی که قطعات مولکول سلولز را به هم متصل می کنند، شکسته نمی شوند، اما پیوند جدیدی به دست می آید. ترکیب شیمیاییبا گروه اتر -COOR-. یکی از محصولات مهم واکنش است استات سلولزکه از برهمکنش اسید استیک (یا مشتقات آن مانند استالدئید) و سلولز تشکیل می شود. این ترکیب شیمیایی به طور گسترده برای ساخت الیاف مصنوعی مانند الیاف استات استفاده می شود.

یکی دیگر محصول مفید - تری نیترات سلولز. زمانی تشکیل می شود که نیتراسیون سلولزمخلوطی از اسیدها: سولفوریک غلیظ و نیتریک. تری نیترات سلولز به طور گسترده در تولید پودر بدون دود (پیروکسیلین) استفاده می شود. باز هم هست دی تریت سلولز، که برای ساخت انواع خاصی از پلاستیک و

5. اگر تکه های کاغذ صافی (سلولز) مرطوب شده با اسید سولفوریک غلیظ را در ملات چینی آسیاب کنید و دوغاب حاصل را با آب رقیق کنید و همچنین اسید را با قلیایی خنثی کنید و مانند نشاسته محلول را برای واکنش آزمایش کنید. با هیدروکسید مس (II)، سپس ظاهر اکسید مس (I) دیده می شود. یعنی هیدرولیز سلولز در آزمایش اتفاق افتاد. فرآیند هیدرولیز، مانند نشاسته، در مراحلی پیش می رود تا گلوکز تشکیل شود.

2. بسته به غلظت اسید نیتریک و شرایط دیگر، یک، دو یا هر سه گروه هیدروکسیل از هر واحد مولکول سلولز وارد واکنش استری می شوند، به عنوان مثال: n + 3nHNO3 → n + 3n H2O.

استفاده از سلولز

به دست آوردن فیبر استات

68. سلولز، خواص فیزیکی آن

یافتن در طبیعت مشخصات فیزیکی.

1. سلولز یا فیبر بخشی از گیاهان است که غشای سلولی را در آنها تشکیل می دهد.

2. نام آن از اینجا آمده است (از لاتین "cellula" - یک سلول).

3. سلولز استحکام و خاصیت ارتجاعی لازم را به گیاهان می بخشد و به قولی اسکلت آنهاست.

4. الیاف پنبه حاوی 98 درصد سلولز است.

5. الیاف کتان و کنف نیز عمدتاً سلولزی هستند. در چوب حدود 50 درصد است.

6. کاغذ، پارچه های پنبه ای محصولات سلولزی هستند.

7. به خصوص نمونه های تمیز سلولز، پشم پنبه ای است که از پنبه خالص شده و کاغذ صافی (غیرچسبیده) به دست می آید.

8. سلولز جدا شده از مواد طبیعی یک ماده فیبری جامد است که نه در آب و نه در حلال های آلی رایج حل نمی شود.

ساختار سلولز:

1) سلولز مانند نشاسته یک پلیمر طبیعی است.

2) این مواد حتی دارای واحدهای ساختاری با همان ترکیب هستند - بقایای مولکول های گلوکز، همان فرمول مولکولی (C6H10O5) n.

3) مقدار n برای سلولز معمولاً بیشتر از نشاسته است: میانگین وزن مولکولی آن به چند میلیون می رسد.

4) تفاوت اصلی نشاسته و سلولز در ساختار مولکولهای آنهاست.

یافتن سلولز در طبیعت

1. در الیاف طبیعی، ماکرومولکول های سلولز در یک جهت قرار دارند: آنها در امتداد محور فیبر جهت گیری می کنند.

2. پیوندهای هیدروژنی متعددی که در این مورد بین گروه های هیدروکسیل ماکرومولکول ها ایجاد می شود، استحکام بالای این الیاف را تعیین می کند.

خواص شیمیایی و فیزیکی سلولز چیست؟

در فرآیند ریسندگی پنبه، کتان و غیره، این الیاف اولیه به صورت نخ های بلندتری بافته می شوند.

4. این با این واقعیت توضیح داده می شود که ماکرومولکول های موجود در آن، اگرچه ساختار خطی دارند، اما به طور تصادفی تر قرار دارند، نه در یک جهت.

ساخت ماکرومولکول های نشاسته و سلولز از اشکال حلقوی مختلف گلوکز به طور قابل توجهی بر خواص آنها تأثیر می گذارد:

1) نشاسته یک محصول غذایی مهم انسان است، سلولز را نمی توان برای این منظور استفاده کرد.

2) دلیل آن این است که آنزیم هایی که هیدرولیز نشاسته را تقویت می کنند روی پیوند بین بقایای سلولز عمل نمی کنند.

69. خواص شیمیایی سلولز و کاربرد آن

1. از زندگی روزمره مشخص است که سلولز به خوبی می سوزد.

2. هنگامی که چوب بدون دسترسی به هوا گرم می شود، تجزیه حرارتی سلولز رخ می دهد. این مواد آلی فرار، آب و زغال چوب تولید می کند.

3. از محصولات تجزیه آلی چوب می توان به متیل الکل، اسید استیک، استون اشاره کرد.

4. ماکرومولکول های سلولز از واحدهایی مشابه واحدهایی تشکیل شده است که نشاسته را تشکیل می دهند، تحت هیدرولیز قرار می گیرد و محصول هیدرولیز آن مانند نشاسته، گلوکز خواهد بود.

5. اگر تکه های کاغذ صافی (سلولز) مرطوب شده با اسید سولفوریک غلیظ را در ملات چینی آسیاب کنید و دوغاب حاصل را با آب رقیق کنید و همچنین اسید را با قلیایی خنثی کنید و مانند نشاسته محلول را برای واکنش آزمایش کنید. با هیدروکسید مس (II)، سپس ظاهر اکسید مس (I) دیده می شود.

69. خواص شیمیایی سلولز و کاربرد آن

یعنی هیدرولیز سلولز در آزمایش اتفاق افتاد. فرآیند هیدرولیز، مانند نشاسته، در مراحلی پیش می رود تا گلوکز تشکیل شود.

6. هیدرولیز کل سلولز را می توان با همان معادله هیدرولیز نشاسته بیان کرد: (C6H10O5) n + nH2O = nC6H12O6.

7. واحدهای ساختاری سلولز (C6H10O5) n حاوی گروه های هیدروکسیل هستند.

8. سلولز با توجه به این گروه ها می تواند اتر و استر بدهد.

9. پراهمیتدارای استرهای نیترات سلولز هستند.

ویژگی های استرهای نیتریک اسید سلولز.

1. از تیمار سلولز با اسید نیتریک در حضور اسید سولفوریک به دست می آیند.

2. بسته به غلظت اسید نیتریک و شرایط دیگر، یک، دو یا هر سه گروه هیدروکسیل از هر واحد از مولکول سلولز وارد واکنش استری می شوند، به عنوان مثال: n + 3nHNO3 -> n + 3n H2O.

یکی از ویژگی های رایج نیترات های سلولز اشتعال پذیری شدید آنهاست.

تری نیترات سلولز که پیروکسیلین نامیده می شود، ماده ای بسیار انفجاری است. برای تولید پودر بدون دود استفاده می شود.

استات سلولز و تری استات سلولز نیز بسیار مهم هستند. دی استات و تری استات سلولز از نظر ظاهری شبیه سلولز هستند.

استفاده از سلولز

1. به دلیل استحکام مکانیکی در ترکیب چوب، در ساختمان سازی کاربرد دارد.

2. انواع محصولات نازک کاری از آن ساخته می شود.

3. در قالب مواد فیبری (پنبه، کتان) برای ساخت نخ، پارچه، طناب استفاده می شود.

4. از سلولز جدا شده از چوب (عاری از مواد مرتبط) برای ساخت کاغذ استفاده می شود.

O.A. نوسکووا، M.S. فدوسیف

شیمی چوب

و پلیمرهای مصنوعی

قسمت 2

تایید شده

شورای تحریریه و انتشارات دانشگاه

به عنوان یادداشت های سخنرانی

انتشارات

دانشگاه فنی دولتی پرم

داوران:

شمرده فن آوری علوم دکتر. ناگیموف

(CJSC "Karbokam")؛

شمرده فن آوری علوم، پروفسور F.H. خاکیموا

(دانشگاه فنی دولتی پرم)

نوسکووا، O.A.

H84 شیمی چوب و پلیمرهای مصنوعی: یادداشت های سخنرانی: در 2 ساعت / O.A. نوسکووا، M.S. فدوسیف. - Perm: انتشارات خانه Perm. حالت فن آوری un-ta, 2007. - Part 2. - 53 p.

شابک 978-5-88151-795-3

اطلاعات مربوط به ساختار شیمیایی و خواص اجزای اصلی چوب (سلولز، همی سلولز، لیگنین و مواد استخراجی) داده شده است. واکنش های شیمیایی این اجزا که در طی فرآوری شیمیایی چوب یا در طی اصلاح شیمیایی سلولز رخ می دهد در نظر گرفته می شود. نیز داده شده است اطلاعات کلیدر مورد فرآیندهای پخت و پز

طراحی شده برای دانشجویان تخصص 240406 "فناوری پردازش شیمیایی چوب".

UDC 630*813. + 541.6 + 547.458.8

ISBN 978-5-88151-795-3 © GOU VPO

"ایالت پرم

دانشگاه فنی، 1386

مقدمه

شیمی چوب شاخه ای از شیمی فنی است که ترکیب شیمیایی چوب را مطالعه می کند. شیمی تشکیل، ساختار و خواص شیمیایی مواد تشکیل دهنده بافت مرده چوب. روشهای جداسازی و تجزیه و تحلیل این مواد و همچنین ماهیت شیمیایی طبیعی و فرآیندهای تکنولوژیکیپردازش چوب و اجزای جداگانه آن.

در بخش اول یادداشت های سخنرانی "شیمی چوب و پلیمرهای مصنوعی" منتشر شده در سال 2002، مسائل مربوط به آناتومی چوب، ساختار غشای سلولی، ترکیب شیمیاییچوب، خواص فیزیکی و فیزیکی و شیمیایی چوب.

بخش دوم یادداشت های سخنرانی «شیمی چوب و پلیمرهای مصنوعی» به مسائل مربوط به ساختار شیمیایی و خواص اجزای اصلی چوب (سلولز، همی سلولز، لیگنین) می پردازد.

یادداشت های سخنرانی اطلاعات کلی در مورد فرآیندهای پخت و پز ارائه می دهند، به عنوان مثال. در مورد تولید خمیر فنی که در تولید کاغذ و مقوا استفاده می شود. در نتیجه تبدیلات شیمیاییسلولز فنی توسط مشتقات آن - اترها و استرها به دست می آید که از آنها الیاف مصنوعی (ویسکوز، استات)، فیلم ها (فیلم، عکس، فیلم های بسته بندی)، پلاستیک، لاک ها، چسب ها تولید می شود. این قسمت از چکیده همچنین به طور مختصر در مورد تهیه و خواص اترهای سلولزی که پیدا شده است صحبت می کند. کاربرد گستردهدر صنعت

شیمی سلولز

ساختار شیمیایی سلولز

سلولز یکی از مهم ترین پلیمرهای طبیعی است. این جزء اصلی بافت های گیاهی است. سلولز طبیعی به مقدار زیاد در پنبه، کتان و سایر گیاهان فیبری یافت می شود که از آنها الیاف سلولز نساجی طبیعی به دست می آید. الیاف پنبهتقریباً سلولز خالص هستند (95-99%). یکی از منابع مهم تولید صنعتی سلولز (سلولز فنی) گیاهان چوبی هستند. در چوب گونه های مختلف درختی کسر جرمیسلولز به طور متوسط ​​40-50٪ است.

سلولز یک پلی ساکارید است که ماکرومولکول های آن از باقی مانده ها ساخته شده اند D-گلوکز (پیوندهای β -دی-آنهیدروگلوکوپیرانوز) که توسط پیوندهای β-گلیکوزیدی 1-4 متصل شده است:

سلولز یک هموپلیمر خطی (هموپلی ساکارید) است که متعلق به پلیمرهای هترو زنجیره ای (پلی استال) است. این یک پلیمر stereoreregular است که در زنجیره آن یک باقیمانده سلولبیوز به عنوان یک حلقه تکرار کننده عمل می کند. فرمول کل سلولز را می توان به صورت (C6H10O5) نشان داد. پیا [C6H7O2 (OH)3] پ. هر واحد مونومر شامل سه گروه هیدروکسیل الکلی است که یکی از آنها -CH2OH اولیه و دو گروه (در C2 و C3) -CHOH- ثانویه هستند.

پیوندهای انتهایی با بقیه پیوندهای زنجیره ای متفاوت است. یک پیوند پایانه (به شرط سمت راست - غیر کاهنده) یک هیدروکسیل الکل ثانویه رایگان اضافی دارد (در C4). پیوند انتهایی دیگر (به شرط سمت چپ - کاهنده) حاوی یک هیدروکسیل گلیکوزیدی آزاد (سمی استال) (در C1) است. ) و بنابراین، می تواند به دو شکل توتومر وجود داشته باشد - حلقوی (کلواستال) و باز (آلدئید):

گروه آلدهید انتهایی به سلولز توانایی احیاء (بازیابی) می دهد. به عنوان مثال، سلولز می تواند مس را از Cu2+ به Cu+ بازگرداند:

مقدار مس بازیافت شده ( شماره مس) به عنوان یک مشخصه کیفی طول زنجیره های سلولزی عمل می کند و درجه تخریب اکسیداتیو و هیدرولیتیک آن را نشان می دهد.

سلولز طبیعی دارد درجه بالاپلیمریزاسیون (SP): چوب - 5000-10000 و بالاتر، پنبه - 14000-20000. سلولز وقتی از بافت های گیاهی جدا می شود تا حدودی از بین می رود. خمیر چوب فنی دارای SP حدود 1000-2000 است. SP سلولز عمدتاً با روش ویسکومتری با استفاده از برخی بازهای پیچیده به عنوان حلال تعیین می شود: معرف آمونیاک مس (OH) 2، کوپری اتیلن دی آمین (OH) 2، اتیلن دیامین کادمیوم (کادوکسن) (OH) 2 و غیره.

سلولز جدا شده از گیاهان همیشه چند پراکنده است. حاوی ماکرومولکول هایی با طول های مختلف است. درجه چند پراکندگی سلولز (ناهمگنی مولکولی) با روش های شکنش تعیین می شود، یعنی. جداسازی نمونه سلولز به کسری با وزن مولکولی معین. خواص یک نمونه سلولزی (مقاومت مکانیکی، حلالیت) به میانگین SP و درجه چند پراکندگی بستگی دارد.

12345678910بعدی ⇒

تاریخ انتشار: 1394/11/11; خواندن: 1100 | نقض حق چاپ صفحه

studopedia.org - Studopedia.Org - 2014-2018. (0.002 s) ...

ساختار، خواص، عملکرد پلی ساکاریدها (همو و هتروپلی ساکاریدها).

پلی ساکاریدهاموادی با وزن مولکولی بالا هستند پلیمرها)، شامل تعداد زیادیمونوساکاریدها با توجه به ترکیب آنها به هوموپلی ساکاریدها و هتروپلی ساکاریدها تقسیم می شوند.

هموپلی ساکاریدهاپلیمرهایی هستند که هستند از مونوساکاریدهای یک نوع . به عنوان مثال، گلیکوژن، نشاسته فقط از مولکول های α-گلوکز (α-D-گلوکوپیرانوز) ساخته می شود، β-گلوکز نیز یک مونومر فیبر (سلولز) است.

نشاسته.آی تی پلی ساکارید ذخیره گیاهان مونومر نشاسته است α-گلوکز. باقی گلوکز که درمولکول نشاسته در مقاطع خطی به هم متصل هستند α-1،4-گلیکوزیدی ، و در نقاط شعبه پیوندهای α-1،6-گلیکوزیدی .

نشاسته مخلوطی از دو هموپلی ساکارید است: خطی - آمیلوز (10-30%) و منشعب - آمیلوپکتین (70-90%).

گلیکوژن.این اصلی است پلی ساکارید ذخیره بافت های انسانی و حیوانی مولکول گلیکوژن حدود 2 برابر بیشتر از آمیلوپکتین نشاسته دارای ساختار شاخه ای است. مونومر گلیکوژن است α-گلوکز . در مولکول گلیکوژن، باقیمانده های گلوکز در بخش های خطی به هم متصل هستند. α-1،4-گلیکوزیدی ، و در نقاط شعبه پیوندهای α-1،6-گلیکوزیدی .

سلولز.این رایج ترین است ساختاری هموپلی ساکارید گیاهی AT خطی مونومرهای مولکول فیبر بتا گلوکز به هم پیوسته پیوندهای β-1،4-گلیکوزیدی . فیبر در بدن انسان جذب نمی شود، اما به دلیل سفت بودن، مخاط را تحریک می کند. دستگاه گوارش، در نتیجه، پریستالسیس را تقویت می کند و ترشح شیره های گوارشی را تحریک می کند. به تشکیل مدفوع کمک می کند.

مواد پکتین- پلی ساکاریدها که مونومر آنها می باشد د- گالاکتورونیک اسید که بقایای آن توسط پیوندهای α-1،4-گلیکوزیدی به هم متصل می شوند. در میوه ها و سبزیجات موجود است و در حضور اسیدهای آلی که در صنایع غذایی (ژله، مارمالاد) استفاده می شود، ژل شدن مشخص می شود.

هتروپلی ساکاریدها(موکوپلی ساکاریدها، گلیکوزآمینوگلیکان ها) - پلیمرهایی شامل از مونوساکاریدها نوع متفاوت . بر اساس ساختار، آنها نشان می دهند

زنجیر بدون انشعابساخته شده از تکرار باقی مانده های دی ساکارید ، که باید شامل شود آمینو قند (گلوکوزامین یا گالاکتوزامین) و اسیدهای هگزورونیک (گلوکورونیک یا ایدورونیک).

خواص فیزیکی و شیمیایی سلولز

آنها موادی ژله مانند هستند، تعدادی عملکرد از جمله. محافظ (مخاط)، ساختاری، اساس ماده بین سلولی است.

در بدن، هتروپلی ساکاریدها در حالت آزاد وجود ندارند، اما همیشه با پروتئین ها (گلیکوپروتئین ها و پروتئوگلیکان ها) یا لیپیدها (گلیکولیپیدها) مرتبط هستند.

از نظر ساختار و خواص به اسیدی و خنثی تقسیم می شوند.

هتروپلی ساکاریدهای اسیدی:

در ترکیب آنها هگزورونیک یا اسید سولفوریک. نمایندگان:

اسید هیالورونیکاصلی است جزء ساختاری ماده بین سلولی که قابلیت اتصال دارد اب ("سیمان بیولوژیکی") . محلول های اسید هیالورونیک ویسکوزیته بالایی دارند، بنابراین به عنوان مانعی برای نفوذ میکروارگانیسم ها عمل می کنند، در تنظیم متابولیسم آب شرکت می کنند و بخش اصلی ماده بین سلولی هستند.

کندرویتین سولفات ها اجزای ساختاری هستندغضروف، رباط ها، تاندون ها، استخوان ها، دریچه های قلب.

هپارین – پادبند (از لخته شدن خون جلوگیری می کند)، دارای اثر ضد التهابی، فعال کننده تعدادی از آنزیم ها است.

هتروپلی ساکاریدهای خنثی:بخشی از گلیکوپروتئین های سرم خون، موسین بزاق، ادرار و غیره هستند که از قندهای آمینه و اسیدهای سیالیک ساخته شده اند. پزشکان عمومی خنثی بخشی از بسیاری از آنها هستند. آنزیم ها و هورمون ها

اسیدهای سیالیک - ترکیبی از اسید نورآمینیک با اسید استیک یا با اسید آمینه - گلیسین، بخشی از غشای سلولی، مایعات بیولوژیکی هستند. اسید سیالیک برای تشخیص بیماری های سیستمیک (روماتیسم، لوپوس اریتماتوز سیستمیک) تعیین می شود.