Використання целюлози. Велика енциклопедія нафти та газу

Целюлоза
клітковина, головний будівельний матеріал рослинного світу, що утворює клітинні стінки дерев та інших вищих рослин. Найчистіша природна форма целюлози – волоски насіння бавовнику.
Очищення та виділення. В даний час промислове значення мають лише два джерела целюлози - бавовна та деревна маса. Бавовна є майже чистою целюлозою і не вимагає складної обробки, щоб стати вихідним матеріалом для виготовлення штучного волокна і неволокнистих пластиків. Після того, як від бавовняного насіння відокремлені довгі волокна, що використовуються для виготовлення бавовняних тканин, залишаються короткі волоски, або "лінт" (бавовняний пух), довжиною 10-15 мм. Лінт відокремлюють від насіння, протягом 2-6 годин нагрівають під тиском з 2,5-3%-м розчином гідроксиду натрію, потім промивають, відбілюють хлором, знову промивають і сушать. Отриманий продукт є целюлозою чистоти 99%. Вихід дорівнює 80% (мас.) Лінта, а решта припадає на лігнін, жири, воски, пектати і лушпиння насіння. Деревну масу роблять зазвичай із деревини дерев хвойних порід. Вона містить 50-60% целюлози, 25-35% лігніну та 10-15% геміцелюлоз та нецелюлозних вуглеводнів. У сульфітному процесі тріску варять під тиском (близько 0,5 МПа) при 140° C з діоксидом сірки і бісульфітом кальцію. При цьому лігніни та вуглеводні переходять у розчин і залишається целюлоза. Після промивання та відбілювання очищена маса відливається в пухкий папір, схожий на промокальний, і сушиться. Така маса на 88-97% складається з целюлози і цілком придатна для хімічної переробки у віскозне волокно та целофан, а також у похідні целюлози – складні та прості ефіри. Процес регенерації целюлози з розчину при додаванні кислоти в її концентрований мідно-аміачний (тобто містить сульфат міді і гідроксид амонію) водний розчин був описаний англійцем Дж.Мерсером близько 1844. Але перше промислове застосування цього методу, що поклало початок промисловості мідних приписується Е. Швейцеру (1857), а подальший його розвиток - заслуга М. Крамера та І. Шлоссбергера (1858). І лише в 1892 р. Крос, Бевін і Бідл в Англії винайшли процес отримання віскозного волокна: в'язкий (звідки назва віскоза) водний розчин целюлози виходив після обробки целюлози спочатку міцним розчином їдкого натру, що давало "натронну целюлозу", а потім - дисульфідом ), у результаті виходив розчинний ксантогенат целюлози. При видавлюванні цівки цього "прядильного" розчину через фільєру з малим круглим отвором у кислотну ванну целюлоза регенерувалася у формі віскозного волокна. При видавлюванні розчину в таку ж ванну через фільєру з вузькою щілиною утворювалася плівка, названа целофаном. Ж. Бранденбергер, який займався у Франції цією технологією з 1908 по 1912, першим запатентував безперервний процес виготовлення целофану.
хімічна структура.Незважаючи на широке промислове застосування целюлози та її похідних, прийнята в даний час хімічна структурна формула целюлози була запропонована (У.Хоуорсом) лише в 1934. Щоправда, з 1913 була відома її емпірична формула C6H10O5, визначена за даними кількісного аналізу добре промитих : 44,4% C, 6,2% H та 49,4% O. Завдяки роботам Г.Штаудінгера та К.Фройденберга було відомо також, що це довголанцюгова полімерна молекула, що складається з показаних на рис. 1 повторюваних глюкозидних залишків. Кожна ланка має три гідроксильні групи - одну первинну (CH2ЧOH) і дві вторинні (CHЧOH). До 1920 Е. Фішер встановив структуру простих цукрів, і того ж року рентгенографічні дослідження целюлози вперше показали чітку дифракційну картину її волокон. Рентгенограма волокна бавовни показує чітко виражену кристалічну орієнтацію, але волокно льону ще більше впорядковано. При регенерації целюлози у формі волокна кристалічність значною мірою втрачається. Як неважко бачити у світлі досягнень сучасної науки, структурна хімія целюлози практично стояла на місці з 1860 по 1920 рік тому, що весь цей час залишалися в зародковому стані допоміжні наукові дисципліни, необхідні для вирішення проблеми.

РЕГЕНЕРОВАНА целлюлоза
Віскозне волокно та целофан.І віскозне волокно, і целофан – це регенерована (з розчину) целюлоза. Очищена природна целюлоза обробляється надлишком концентрованого гідроксиду натрію; після видалення надлишку її грудки розтирають і отриману масу витримують ретельно контрольованих умовах. При такому "старінні" зменшується довжина полімерних ланцюгів, що сприяє подальшому розчиненню. Потім подрібнену целюлозу змішують з дисульфідом вуглецю і ксантогенат, що утворився, розчиняють у розчині їдкого натру для отримання "віскози" - в'язкого розчину. Коли віскоза потрапляє у водний розчин кислоти, її регенерується целюлоза. Спрощені сумарні реакції такі:

Віскозне волокно, одержуване видавлюванням віскози через малі отвори фільєри в розчин кислоти, широко застосовується для виготовлення одягу, драпірувальних та оббивних тканин, а також у техніці. Значні кількості віскозного волокна йдуть на технічні ремені, стрічки, фільтри та шинний корд.
Целофан.Целофан, одержуваний видавлюванням віскози в кислу ванну через фільєру з вузькою щілиною, потім проходить через ванни промивання, відбілювання і пластифікації, пропускається через сушильні барабани і змотується в рулон. Поверхня целофанової плівки майже завжди покривають нітроцелюлозою, смолою, будь-яким воском або лаком, щоб зменшити пропускання парів води та забезпечити можливість термічної герметизації, так як целофан без покриття не має властивості термопластичності. На сучасних виробництвах для цього використовуються полімерні покриття полівініліденхлоридного типу, оскільки вони меншою мірою вологопроникні і дають міцніше з'єднання при термогерметизації. Целофан широко застосовується головним чином у виробництві таропакування як обгортковий матеріал для галантерейних товарів, харчових продуктів, тютюнових виробів, а також як основа для самоклеючої пакувальної стрічки.
Віскозна губка.Поряд з отриманням волокна або плівки, віскозу можна змішати з відповідними волокнистими та дрібнокристалічні матеріалами; після кислотної обробки та водного вилуговування така суміш перетворюється на віскозний губчастий матеріал (рис. 2), який застосовується для пакування та теплоізоляції.

Мідноаміачне волокно.Волокно з регенерованої целюлози виробляється в промислових масштабах також шляхом розчинення целюлози в концентрованому мідноаміачному розчині (CuSO4 NH4OH) і формування з отриманого розчину волокна в кислотній осадній ванні. Таке волокно називається мідноаміачним.
ВЛАСТИВОСТІ ЦЕЛЮЛОЗИ
Хімічні характеристики. Як показано на рис. 1 целюлоза являє собою високополімерний вуглевод, що складається з глюкозидних залишків C6H10O5, з'єднаних ефірними містками в положенні 1,4. Три гідроксильні групи в кожній глюкопіранозній ланці можуть бути етерифіковані такими органічними агентами, як суміш кислот та ангідридів кислот з відповідним каталізатором, наприклад, сірчаною кислотою. Прості ефіри можуть утворюватися в результаті дії концентрованого гідроксиду натрію, що призводить до утворення натронної целюлози, та наступної реакції з алкілгалогенідом:

Реакція з оксидом етилену або пропілену дає прості гідроксильовані ефіри:

Наявністю цих гідроксильних груп та геометрією макромолекули обумовлено сильне полярне взаємне тяжіння сусідніх ланок. Сили тяжіння настільки великі, що звичайні розчинники не можуть розірвати ланцюг і розчинити целюлозу. Ці вільні гідроксильні групи відповідальні також за велику гігроскопічність целюлози (рис. 3). Етерифікація та ефіризація знижують гігроскопічність і підвищують розчинність у звичайних розчинниках.

Під дією водного розчину кислоти розриваються кисневі містки у положенні 1,4-. Повний розрив ланцюга дає глюкозу – моносахарид. Початкова довжина ланцюга залежить від походження целюлози. Вона максимальна у природному стані та зменшується у процесі виділення, очищення та перетворення на похідні сполуки (див. таблицю).

СТУПЕНЬ ПОЛІМЕРИЗАЦІЇ ЦЕЛЮЛОЗИ
Матеріал Число глюкозидних залишків
Необроблена бавовна 2500-3000
Очищений бавовняний лінт 900-1000
Очищена деревна вага 800-1000
Регенерована целюлоза 200-400
Промисловий ацетат целюлози 150-270

Навіть механічне зрушення, наприклад при абразивному подрібненні, призводить до зменшення довжини ланцюгів. При зменшенні довжини полімерного ланцюга нижче за певне мінімальне значення змінюються макроскопічні фізичні властивості целюлози. Окислювальні агенти впливають на целюлозу, не викликаючи розщеплення глюкопіранозного кільця (рис. 4). Подальша дія (у присутності вологи, наприклад, при кліматичних випробуваннях), як правило, призводить до розриву ланцюга та збільшення числа альдегідоподібних кінцевих груп. Оскільки альдегідні групи легко окислюються до карбоксильних, вміст карбоксилу, що практично відсутній у природній целюлозі, різко зростає в умовах атмосферних впливів та окислення.

Як і всі полімери, целюлоза руйнується під впливом атмосферних факторів внаслідок спільної дії кисню, вологи, кислотних компонентів повітря та сонячного світла. Важливе значення має ультрафіолетова складова сонячного світла, і багато агентів, що добре захищають від УФ-випромінювання, збільшують термін служби виробів з похідних целюлози. Кислотні компоненти повітря, такі, як оксиди азоту та сірки (а вони завжди присутні в атмосферному повітрі промислових районів), прискорюють розкладання, найчастіше сильніше впливаючи, ніж сонячне світло. Так, в Англії було зазначено, що зразки бавовни, що випробовувалися на вплив атмосферних умов, узимку, коли практично не було яскравого сонячного світла, деградували швидше, ніж улітку. Справа в тому, що спалювання взимку великих кількостей вугілля та газу призводило до підвищення в повітрі концентрації оксидів азоту та сірки. Кислотні поглиначі, антиоксиданти та агенти, що поглинають УФ-випромінювання, знижують чутливість целюлози до атмосферних впливів. Заміщення вільних гідроксильних груп призводить до зміни такої чутливості: нітрат целюлози деградує швидше, а ацетат та пропіонат – повільніше.
Фізичні характеристики.Полімерні ланцюги целюлози упаковані в довгі пучки, або волокна, в яких поряд з упорядкованими, кристалічними є менш упорядковані, аморфні ділянки (рис. 5). Виміряний відсоток кристалічності залежить від типу целюлози, а також від способу виміру. За рентгенівськими даними, він становить від 70% (бавовна) до 38-40% (віскозне волокно). Рентгенографічний структурний аналіз дає інформацію не тільки про кількісне співвідношення між кристалічним та аморфним матеріалом у полімері, але й про ступінь орієнтації волокна, що викликається розтягуванням або нормальними процесами росту. Різкість дифракційних кілець характеризує ступінь кристалічності, а дифракційні плями та його різкість - наявність і рівень кращої орієнтації кристаллітів. У зразку вторинного ацетату целюлози, отриманого процесом "сухого" формування, і рівень кристалічності, і орієнтація дуже незначні. У зразку триацетату ступінь кристалічності більший, але краща орієнтація відсутня. Термообробка триацетату при температурі 180-240° C помітно підвищує ступінь його кристалічності, а орієнтування (витягуванням) у поєднанні з термообробкою дає найупорядкованіший матеріал. Льон виявляє високий рівень і кристалічності, і орієнтації.
також
ХІМІЯ ОРГАНІЧНА;
ПАПЕР ТА ІНШІ ПИСЧІ МАТЕРІАЛИ;
ПЛАСТМАСИ.

Мал. 5. МОЛЕКУЛЯРНА СТРУКТУРА целюлози. Молекулярні ланцюги проходять через кілька міцел (кристалічних областей) протяжністю L. Тут A, A" і B" - кінці ланцюгів, що лежать у кристалізованій ділянці; B - кінець ланцюга поза кристалізованою ділянкою.

ЛІТЕРАТУРА
Бушмельов В.А., Вольман Н.С. Процеси та апарати целюлозно-паперового виробництва. М., 1974 Целюлоза та її похідні. М., 1974 Яким Е.Л. та ін. Технологія обробки та переробки целюлози, паперу та картону. Л., 1977

Енциклопедія Кольєра. - Відкрите суспільство. 2000 .

Складний вуглевод із групи полісахаридів, що входить до складу клітинної стінки рослин, називається целюлозою або клітковиною. Речовина була виявлена у 1838 році французьким хіміком Ансельмом Пайєном. Формула целюлози - (C6H10O5) n .

Будова

Незважаючи на спільність ознак, целюлоза відрізняється від іншого рослинного полісахариду – крохмалю. Молекула целюлози - довгий виключно нерозгалужений ланцюжок сахаридів. На відміну від крохмалю, що складається із залишків α-глюкози, вона включає безліч залишків β-глюкози, пов'язаних між собою.

За рахунок щільної лінійної будови молекули утворюють волокна.

Мал. 1. Будова молекули целюлози.

Целюлоза має більший ступінь полімеризації, ніж крохмаль.

Отримання

Целюлозу в умовах промисловості виварюють із деревини (тріски). Для цього застосовують кислі чи лужні реагенти. Наприклад, гідросульфіт натрію, гідроксид натрію, луг.

В результаті варіння утворюється целюлоза з домішкою органічних сполук. Щоб її очистити, використовують розчин луги.

Фізичні властивості

Клітковина - несмачна тверда волокниста речовина білого кольору. Целюлоза погано розчиняється у воді та органічних розчинниках. Розчиняється в реактиві Швейцера – аміачному розчині гідроксиду міді (II).

Основні фізичні властивості:

руйнується за 200°C;
горить при 275 ° С;
самозаймається при 420 ° С;
плавиться за 467°C.

У природі целюлоза знаходиться у рослинах. Вона утворюється у процесі фотосинтезу та виконує у рослинах структурну функцію. Є харчовою добавкою Е460.

Мал. 2. Клітинна стінка рослин.

Хімічні властивості

Завдяки наявності трьох гідроксильних груп в одному сахариді клітковина виявляє властивості багатоатомних спиртів і здатна вступати в реакції етерифікації з утворенням складних ефірів. При розкладанні без доступу кисню розкладається на деревне вугілля, воду та леткі органічні речовини.

Основні хімічні властивості клітковини представлені таблиці.

*Реакція*	*Опис*	*Рівняння*
Гідроліз	Протікає при нагріванні у кислому середовищі з утворенням глюкози	(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O (t°, H 2 SO 4) → nC 6 H 12 O 6
З оцтовим ангідридом	Утворення триацетилцелюлози в присутності сірчаної та оцтової кислот	(C 6 H 10 O 5) n + 3nCH 3 COOH (H 2 SO 4) → (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3)n + 3nH 2 O
Нітрування	З концентрованою азотною кислотою реагує за нормальної температури. Утворюється складний ефір – тринітрат целюлози або піроксилін, що використовується для виготовлення бездимного пороху.	(C 6 H 10 O 5) n + nHNO 3 (H 2 SO 4) → n
	Відбувається повне окислення до вуглекислого газу та води	(C 6 H 10 O 5) n + 6nO 2 (t°) → 6nCO 2 + 5nH 2 O

Мал. 3. Піроксилін.

Целюлозу переважно використовують виготовлення паперу, і навіть виробництва складних ефірів, спиртів, глюкози.

Що ми дізналися?

Целюлоза або клітковина - полімер із класу вуглеводів, що складається із залишків β-глюкози. Входить до складу рослинних клітинних стінок. Це біла несмачна речовина, що утворює волокна, погано розчинні у воді та органічних розчинниках. Целюлозу виділяють із деревини шляхом варіння. З'єднання вступає в реакції етерифікації та гідролізу, здатне розкладатися без повітря. При повному розкладанні утворює воду та вуглекислий газ.

Звичайними для нас звичайні предмети, які повсюдно зустрічаються в нашому повсякденному житті, неможливо було б уявити без використання продуктів органічної хімії. Задовго до Ансельма Пайя, в результаті яких він зміг виявити і описати в 1838 полісахарид, який отримав "целюлоза" (похідна французького cellulose і латинського cellula, що означає «клітина, клітушка»), властивість цієї речовини активно використовувалося у виробництві незамінних речей.

Розширення знань про целюлозу призвело до появи найрізноманітніших речей, виготовлених її основі. Папір різних сортів, картон, деталі з пластмаси та зі штучних віскозних, мідно-аміачних), полімерні плівки, емалі та лаки, миючі засоби, харчові добавки (E460) і навіть бездимний порох є продуктами виробництва та переробки целюлози.

У чистому вигляді целюлоза є білою твердою речовиною з досить привабливими властивостями, виявляє високу стійкість до різних хімічних і фізичних впливів.

Природа обрала целюлозу (клітковину) своїм головним будівельним матеріалом. У рослинному світі вона є основою для дерев та інших вищих рослин. У чистому вигляді у природі целюлоза перебуває у волосинках насіння бавовнику.

Унікальні властивості цієї речовини визначаються її оригінальною будовою. Формула целюлози має загальний запис (C6 H10 O5)n, з чого ми бачимо яскраво виражену полімерну будову. Залишок β-глюкози, що повторюється величезна кількість разів, має більш розгорнутий вигляд як -[С6 Н7 О2 (OH)3]-, з'єднується в довгу лінійну молекулу.

Молекулярна формула целюлози визначає її унікальні хімічні властивості протистояти впливу агресивних середовищ. Також целюлоза має високу стійкість до нагрівання, навіть при 200 градусах за Цельсієм речовина зберігає свою структуру і не руйнується. Самозаймання відбувається при температурі 420°С.

Не менш приваблива целюлоза своїми фізичними властивостями. целюлози у вигляді довгих ниток, що містять від 300 до 10 000 глюкозних залишків, що не мають бічних відгалужень, багато в чому визначає високу стійкість цієї речовини. Формула глюкози показує, як безліч надають целюлозним волокнам не тільки велику механічну міцність, але й високу еластичність. Результатом аналітичної обробки безлічі хімічних дослідів та досліджень стало створення моделі макромолекули целюлози. Вона є жорсткою спіралью з кроком у 2-3 елементарних ланки, яка стабілізована за рахунок внутрішньомолекулярних водневих зв'язків.

Чи не формула целюлози, а ступінь її полімеризації є основною характеристикою для багатьох речовин. Так в необробленому бавовні число глюкозидних залишків досягає 2500-3000, в очищеній бавовні - від 900 до 1000, очищена деревна маса має показник 800-1000, в регенеративної целюлози їх кількість скорочується до 20 0 до 270 «ланок» у молекулі.

Продуктом отримання целюлози служить переважно це деревина. Основний технологічний процес виробництва передбачає варіння тріски з різними хімічними реагентами з подальшим очищенням, сушінням і різкою готового продукту.

Подальша обробка целюлози дає можливість отримувати безліч матеріалів із заданими фізичними та хімічними властивостями, що дозволяють виробляти різні продукти, без яких життя сучасної людини важко уявити. Унікальна формула целюлози, скоригована хімічною та фізичною обробкою, стала основою для отримання матеріалів, що не мають аналогів у природі, що дозволило їх широко застосовувати у хімічній промисловості, медицині та інших галузях людської діяльності.

В даний час промислове значення мають лише два джерела целюлози – бавовна та деревна маса. Бавовна є майже чистою целюлозою і не вимагає складної обробки, щоб стати вихідним матеріалом для виготовлення штучного волокна і неволокнистих пластиків. Після того, як від бавовняного насіння відокремлені довгі волокна, що використовуються для виготовлення бавовняних тканин, залишаються короткі волоски, або «лінт» (бавовняний пух), довжиною 10–15 мм. Лінт відокремлюють від насіння, протягом 2-6 годин нагрівають під тиском з 2,5-3%-м розчином гідроксиду натрію, потім промивають, відбілюють хлором, знову промивають і сушать. Отриманий продукт є целюлозою чистоти 99%. Вихід дорівнює 80% (мас.) Лінта, а решта припадає на лігнін, жири, воски, пектати і лушпиння насіння. Деревну масу роблять зазвичай із деревини дерев хвойних порід. Вона містить 50–60% целюлози, 25–35% лігніну та 10–15% геміцелюлоз та нецелюлозних вуглеводнів. У сульфітному процесі тріску варять під тиском (близько 0,5 МПа) при 140° C з діоксидом сірки і бісульфітом кальцію. При цьому лігніни та вуглеводні переходять у розчин і залишається целюлоза. Після промивання та відбілювання очищена маса відливається в пухкий папір, схожий на промокальний, і сушиться. Така маса на 88–97% складається з целюлози та цілком придатна для хімічної переробки у віскозне волокно та целофан, а також у похідні целюлози – складні та прості ефіри.

Процес регенерації целюлози з розчину при додаванні кислоти в її концентрований мідно-аміачний (тобто містить сульфат міді і гідроксид амонію) водний розчин був описаний англійцем Дж.Мерсером близько 1844. Але перше промислове застосування цього методу, що поклало початок промисловості мідних приписується Е.Швейцеру (1857), а подальший його розвиток – заслуга М.Крамера та І.Шлоссбергера (1858). І тільки в 1892 р. Крос, Бевін і Бідл в Англії винайшли процес отримання віскозного волокна: в'язкий (звідки назва віскоза) водний розчин целюлози виходив після обробки целюлози спочатку міцним розчином їдкого натру, що давало «натронну целюлозу», а потім – дисульфідом 2), у результаті виходив розчинний ксантогенат целюлози. При видавлюванні цівки цього «прядильного» розчину через фільєру з малим круглим отвором у кислотну ванну целюлоза регенерувалася у формі віскозного волокна. При видавлюванні розчину в таку ж ванну через фільєру з вузькою щілиною утворювалася плівка, названа целофаном. Ж.Бранденбергер, який займався у Франції цією технологією з 1908 по 1912, першим запатентував безперервний процес виготовлення целофану.

хімічна структура.

Незважаючи на широке промислове застосування целюлози та її похідних, прийнята в даний час хімічна структурна формула целюлози була запропонована (У.Хоуорсом) лише в 1934. Щоправда, з 1913 була відома її емпірична формула C 6 H 10 O 5 визначена за даними кількісного аналізу добре промитих і висушених зразків: 44,4% C, 6,2% H та 49,4% O. Завдяки роботам Г.Штаудінгера та К.Фройденберга було відомо також, що це довголанцюгова полімерна молекула, що складається з показаних на рис. 1 повторюваних глюкозидних залишків. Кожна ланка має три гідроксильні групи - одну первинну (-CH 2 Ч OH) і дві вторинні (> CH Ч OH). До 1920 Е. Фішер встановив структуру простих цукрів, і того ж року рентгенографічні дослідження целюлози вперше показали чітку дифракційну картину її волокон. Рентгенограма волокна бавовни показує чітко виражену кристалічну орієнтацію, але волокно льону ще більше впорядковано. При регенерації целюлози у формі волокна кристалічність значною мірою втрачається. Як неважко бачити у світлі досягнень сучасної науки, структурна хімія целюлози практично стояла на місці з 1860 по 1920 рік тому, що весь цей час залишалися в зародковому стані допоміжні наукові дисципліни, необхідні для вирішення проблеми.

РЕГЕНЕРОВАНА целлюлоза

Віскозне волокно та целофан.

І віскозне волокно, і целофан – це регенерована (з розчину) целюлоза. Очищена природна целюлоза обробляється надлишком концентрованого гідроксиду натрію; після видалення надлишку її грудки розтирають і отриману масу витримують ретельно контрольованих умовах. При такому «старінні» зменшується довжина полімерних ланцюгів, що сприяє подальшому розчиненню. Потім подрібнену целюлозу змішують з дисульфідом вуглецю і ксантогенат, що утворився, розчиняють в розчині їдкого натру для отримання «віскози» - в'язкого розчину. Коли віскоза потрапляє у водний розчин кислоти, її регенерується целюлоза. Спрощені сумарні реакції такі:

Целофан.

Целофан, одержуваний видавлюванням віскози в кислу ванну через фільєру з вузькою щілиною, потім проходить через ванни промивання, відбілювання і пластифікації, пропускається через сушильні барабани і змотується в рулон. Поверхня целофанової плівки майже завжди покривають нітроцелюлозою, смолою, будь-яким воском або лаком, щоб зменшити пропускання парів води та забезпечити можливість термічної герметизації, так як целофан без покриття не має властивості термопластичності. На сучасних виробництвах для цього використовуються полімерні покриття полівініліденхлоридного типу, оскільки вони меншою мірою вологопроникні і дають міцніше з'єднання при термогерметизації.

Целофан широко застосовується головним чином у виробництві таропакування як обгортковий матеріал для галантерейних товарів, харчових продуктів, тютюнових виробів, а також як основа для самоклеючої пакувальної стрічки.

Віскозна губка.

Поряд з отриманням волокна або плівки, віскозу можна змішати з відповідними волокнистими та дрібнокристалічні матеріалами; після кислотної обробки та водного вилуговування така суміш перетворюється на віскозний губчастий матеріал (рис. 2), який застосовується для пакування та теплоізоляції.

Мідноаміачне волокно.

Волокно з регенерованої целюлози виробляється в промислових масштабах також шляхом розчинення целюлози в концентрованому медноаміачному розчині (CuSO 4 NH 4 OH) і формування з отриманого розчину волокна в кислотній осадній ванні. Таке волокно називається мідноаміачним.

ВЛАСТИВОСТІ ЦЕЛЮЛОЗИ

Хімічні характеристики.

Як показано на рис. 1, целюлоза являє собою високополімерний вуглевод, що складається з глюкозидних залишків C 6 H 10 O 5 сполучених ефірними містками в положенні 1,4. Три гідроксильні групи в кожній глюкопіранозній ланці можуть бути етерифіковані такими органічними агентами, як суміш кислот та ангідридів кислот з відповідним каталізатором, наприклад, сірчаною кислотою. Прості ефіри можуть утворюватися в результаті дії концентрованого гідроксиду натрію, що призводить до утворення натронної целюлози, та наступної реакції з алкілгалогенідом:

Реакція з оксидом етилену або пропілену дає прості гідроксильовані ефіри:

Під дією водного розчину кислоти розриваються кисневі містки у положенні 1,4-. Повний розрив ланцюга дає глюкозу – моносахарид. Початкова довжина ланцюга залежить від походження целюлози. Вона максимальна в природному стані і зменшується в процесі виділення, очищення та перетворення на похідні сполуки ( см. таблицю).

Окислювальні агенти впливають на целюлозу, не викликаючи розщеплення глюкопіранозного кільця (рис. 4). Подальша дія (у присутності вологи, наприклад, при кліматичних випробуваннях), як правило, призводить до розриву ланцюга та збільшення числа альдегідоподібних кінцевих груп. Оскільки альдегідні групи легко окислюються до карбоксильних, вміст карбоксилу, що практично відсутній у природній целюлозі, різко зростає в умовах атмосферних впливів та окислення.

Фізичні характеристики.

Полімерні ланцюги целюлози упаковані в довгі пучки, або волокна, в яких поряд з упорядкованими, кристалічними є менш упорядковані, аморфні ділянки (рис. 5). Виміряний відсоток кристалічності залежить від типу целюлози, а також від способу виміру. За рентгенівськими даними, він становить від 70% (бавовна) до 38–40% (віскозне волокно). Рентгенографічний структурний аналіз дає інформацію не тільки про кількісне співвідношення між кристалічним та аморфним матеріалом у полімері, але й про ступінь орієнтації волокна, що викликається розтягуванням або нормальними процесами росту. Різкість дифракційних кілець характеризує ступінь кристалічності, а дифракційні плями та його різкість – наявність і рівень кращої орієнтації кристаллітів. У зразку вторинного ацетату целюлози, отриманого процесом "сухого" формування, і ступінь кристалічності, і орієнтація дуже незначні. У зразку триацетату ступінь кристалічності більший, але краща орієнтація відсутня. Термообробка тріацетату при температурі 180–240°

Навіщо потрібна целюлоза?

Целюлоза – це головний матеріал для будівництва, який використовується у рослинному світі. Вона утворює клітинні стінки вищих рослин, наприклад, як дерева. Вона робить рослину гнучкою. Целюлоза виробляється рослинами їх потреб. Її склад ідентичний складу цукру – целюлоза складається з вуглецю, кисню та водню. Всі ці елементи є також у воді та повітрі. Ще зі школи всім відомо, що під дією сонця на листі утворюється цукор. Це називається фотосинтезом. Цукор розчиняється в соку рослини та поширюється у всі його частини. В основному цукор використовується рослиною для його росту та відновлення у разі якихось неполадок, але є певна частка цукру, яка перетворюється на целюлозу.

Целюлоза – натуральний продукт, і його можна отримати лише природним способом, штучно він синтезується. Найчистіша форма целюлози – це волоски насіння бавовнику. Зараз целюлозу отримують лише з двох видів природної сировини – з бавовни та з деревини. Бавовна не потребує складного процесу обробки для того, щоб виготовити з нього згодом штучні волокна та неволокнистий пластик. Процес отримання целюлози з бавовни є наступним процесом: від бавовняного насіння спочатку відокремлюються довгі волокна, які, власне, і використовуються для того, щоб виготовити бавовняні тканини. Після цього залишається «лінт» або бавовняний пух, який є короткими волосками довжиною не більше 15 мм. Лінт, відокремлений від бавовняного насіння, нагрівають під тиском від двох до шести годин. При цьому ще використовується 3% розчин гідроксиду натрію. Після цього отриманий матеріал промивають і відбілюють хлором, потім знову промивають і висушують. У результаті виходить целюлоза, чистота якої становить 99%. Це найчистіша целюлоза.

З деревини виходить целюлоза більш «брудна» - в ній не більше 97% чистої целюлози. Деревна маса виготовляється із хвойних дерев. Деревну тріску варять під тиском, додаючи діоксид сірки та бісульфіт кальцію. Лігніни та вуглеводні, з яких деревна маса складається приблизно наполовину, при цьому виділяються в розчин. У результаті після того, як отриманий матеріал промили, відбілили і очистили, виходить щось схоже на пухкий папір. Цей матеріал містить від 80 до 97% целюлози. Отримана у такий спосіб целюлоза може бути використана для того, щоб отримати з неї віскозне волокно та целофан. Крім цього, з неї виходять також складні та прості ефіри.

Людина використовує целюлозу в різних галузях промисловості. Наприклад, з бавовни шиють одяг, адже бавовна складається на 99,8% з натуральної целюлози. А для того, щоб отримати вибухову речовину піроксилін, потрібно лише провести хімічну реакцію – нанести на бавовну азотну і сірчану кислоту.

Целюлозу людина використовує для харчування. Вона входить до складу багатьох їстівних рослин - салат, селера. Висівки містять велику кількість необхідної організму людини целюлози. Незважаючи на те, що целюлоза не може бути перероблена людською травною системою, вона представляє щось на кшталт «грубих кормів». Крім цього, після обробки з целюлози можна отримати і такі вироби, як основу для фотоплівки, добавку для лаків, різні пластичні матеріали.