Celuloza– një nga polisaharidet natyrale më të zakonshme, përbërësi kryesor dhe materiali kryesor strukturor i mureve të qelizave bimore. Përmbajtja e celulozës në fijet e farës së pambukut është 95-99,5%, në fijet e bastit (liri, jute, rami) 60-85%, në indet e drurit (në varësi të llojit të pemës, moshës së saj, kushteve të rritjes) 30-55%. në gjethe jeshile, bar, bimë të ulëta 10-25%. Pothuajse në një gjendje individuale, celuloza gjendet në bakteret e gjinisë Acetobacter. Shoqërues të celulozës në muret qelizore të shumicës së bimëve janë polisaharide të tjera strukturore që ndryshojnë në strukturë dhe quhen hemicelulozat– ksilan, manan, galaktan, arabani, etj. (shih seksionin “Hemicelulozat”), si dhe substancat jo karbohidrate (lignin - një polimer hapësinor me strukturë aromatike, dioksid silikoni, substanca rrëshirë etj.).

Celuloza përcakton forcën mekanike të membranës qelizore dhe indeve bimore në tërësi. Shpërndarja dhe orientimi i fibrave celuloze në lidhje me boshtin e qelizës bimore duke përdorur dru si shembull janë paraqitur në Fig. 1. Aty paraqitet edhe organizimi nën mikron i murit qelizor.

Muri i një qelize druri të pjekur, si rregull, përfshin një mur qelizor primar dhe sekondar (Fig. 1). Kjo e fundit përmban tre shtresa - të jashtme, të mesme dhe të brendshme.

Në guaskën parësore, fibrat natyrale të celulozës vendosen në mënyrë të rastësishme dhe formojnë një strukturë rrjeti ( teksturë e shpërndarë). Fijet celuloze në shtresën dytësore janë të orientuara përgjithësisht paralelisht me njëra-tjetrën, gjë që i jep materialit bimor një rezistencë të lartë në tërheqje. Shkalla e polimerizimit dhe kristalinitetit të celulozës në guaskën dytësore është më e lartë se në guaskën parësore.

Në shtresë S 1 guaskë dytësore (Fig. 1, 3 ) drejtimi i fibrave celuloze është pothuajse pingul me boshtin e qelizës, në shtresë S 2 (Fig. 1, 4 ) formojnë një kënd akut (5-30) me boshtin qelizor. Orientimi i fibrës në shtresë S 3 ndryshon shumë dhe mund të ndryshojë edhe në trakeidet ngjitur. Kështu, në trakeidet e bredhit, këndi ndërmjet orientimit mbizotërues të fibrave celuloze dhe boshtit qelizor varion nga 30-60, kurse në fijet e shumicës së drurëve të fortë është 50-80. Midis shtresave R Dhe S 1 , S 1 dhe S 2 , S 2 dhe S 3, vërehen rajone kalimtare (lamela) me një mikroorientim të ndryshëm të fibrave sesa në shtresat kryesore të guaskës dytësore.

Celuloza teknike është një produkt gjysëm i gatshëm fijor i përftuar nga pastrimi i fibrave bimore nga përbërës joceluloz. Celuloza zakonisht quhet sipas llojit të lëndës së parë ( dru, pambuk), mënyra e nxjerrjes nga druri ( sulfit, sulfat), si dhe për qëllimin e synuar ( viskozë, acetat etj.).

Faturë

1.Teknologjia e prodhimit të pulpës së drurit përfshin operacionet e mëposhtme: heqja e lëvores nga druri (lehja); marrja e copave të drurit; gatimi i patate të skuqura druri (në industri, gatimi kryhet duke përdorur metodën e sulfatit ose sulfitit); renditje; zbardhje; tharje; prerje

Metoda e sulfitit. Druri i bredhit trajtohet me tretësirë ​​ujore të bisulfitit të kalciumit, magnezit, natriumit ose amoniumit, më pas temperatura ngrihet në 105-110°C për 1,5-4 orë dhe zihet në këtë temperaturë për 1-2 orë. Më pas, rrisim temperaturën në 135-150°C dhe gatuajmë për 1-4 orë. Në këtë rast, të gjithë përbërësit jocelulozë të drurit (kryesisht linjina dhe hemicelulozat) bëhen të tretshëm, dhe celuloza e delinjifikuar mbetet.

Metoda e sulfatit. Copat e çdo lloji druri (si dhe kallami) trajtohen me pije për gatim, e cila është një zgjidhje ujore e sodës kaustike dhe sulfurit të natriumit (NaOH + Na 2 S). Brenda 2-3 orësh rrisim temperaturën në 165-180°C dhe gatuajmë në këtë temperaturë për 1-4 orë. Komponentët jocelulozë, të shndërruar në një gjendje të tretshme, hiqen nga përzierja e reaksionit dhe celuloza e pastruar nga papastërtitë mbetet.

2.Pulpa pambuku të marra nga linjat e pambukut. Teknologjia e pranimit përfshin pastrim mekanik, gatim alkalik (në një tretësirë ​​ujore 1-4% të NaOH në temperaturën 130-170°C) dhe zbardhje. Mikrografitë elektronike të fibrave celuloze të pambukut janë paraqitur në Fig. 2.

3. Celuloza bakteriale sintetizohen nga bakteret e gjinisë Acetobacter. Celuloza bakteriale që rezulton ka një peshë molekulare të lartë dhe një shpërndarje të ngushtë të peshës molekulare.

Shpërndarja e ngushtë e peshës molekulare shpjegohet si më poshtë. Meqenëse karbohidratet hyjnë në qelizën bakteriale në mënyrë të barabartë, gjatësia mesatare e fibrave të celulozës që rezultojnë rritet proporcionalisht me kalimin e kohës. Në këtë rast, nuk ka rritje të dukshme të dimensioneve tërthore të mikrofibrave (mikrofibrile). Shkalla mesatare e rritjes së fibrave celuloze bakteriale është ~0,1 μm/min, që korrespondon me polimerizimin e 10 7 -10 8 mbetjeve të glukozës në orë për qelizë bakteriale. Prandaj, mesatarisht, në çdo qelizë bakteriale, 10 3 njësi glukopiranozë janë ngjitur në skajet në rritje të fibrave të patretshme celuloze në sekondë.

Mikrofibrat e celulozës bakteriale rriten nga të dy skajet e fibrilit në të dy me të njëjtën shpejtësi. Zinxhirët makromolekularë brenda mikrofibrileve janë të vendosura në mënyrë antiparalele. Për llojet e tjera të celulozave të dhëna të tilla nuk janë marrë. Një mikrograf elektronik i fibrave celuloze bakteriale është paraqitur në Fig. 3. Mund të shihet se fijet kanë afërsisht të njëjtën gjatësi dhe sipërfaqe tërthore.

Struktura.

Formula molekulare e celulozës është (-C 6 H 10 O 5 -) n, si ajo e niseshtës. Celuloza është gjithashtu një polimer natyral. Makromolekula e saj përbëhet nga shumë mbetje të molekulave të glukozës. Mund të lindë pyetja: pse substancat niseshte dhe celulozë janë të njëjta formula molekulare- kanë veti të ndryshme?

Kur shqyrtojmë polimerët sintetikë, tashmë kemi zbuluar se vetitë e tyre varen nga numri i njësive elementare dhe struktura e tyre. E njëjta situatë vlen edhe për polimeret natyrore. Rezulton se shkalla e polimerizimit të celulozës është shumë më e madhe se ajo e niseshtës. Përveç kësaj, duke krahasuar strukturat e këtyre polimereve natyrore, u vërtetua se makromolekulat e celulozës, ndryshe nga niseshteja, përbëhen nga mbetje të molekulës b-glukozë dhe kanë vetëm një strukturë lineare. Makromolekulat e celulozës ndodhen në një drejtim dhe formojnë fibra (liri, pambuku, kërpi).

Çdo mbetje e një molekule glukoze përmban tre grupe hidroksil.

Vetitë fizike .

Celuloza është një substancë fibroze. Nuk shkrihet dhe nuk kalon në gjendje avulli: kur nxehet në afërsisht 350 o C, celuloza dekompozohet - shkrumbohet. Celuloza është e patretshme në ujë ose në shumicën e tretësve të tjerë inorganikë dhe organikë.

Paaftësia e celulozës për t'u tretur në ujë është një veti e papritur për një substancë që përmban tre grupe hidroksil për çdo gjashtë atome karboni. Dihet mirë se komponimet polihidroksil janë lehtësisht të tretshme në ujë. Pazgjidhshmëria e celulozës shpjegohet me faktin se fibrat e saj janë si "tufa" molekulash paralele të ngjashme me fijet e lidhura nga shumë lidhje hidrogjeni, të cilat formohen si rezultat i ndërveprimit të grupeve hidroksil. Tretësi nuk mund të depërtojë brenda një "tufe" të tillë dhe për këtë arsye molekulat nuk ndahen nga njëra-tjetra.

Tretësi për celulozën është reagenti i Schweitzer - një zgjidhje e hidroksidit të bakrit (II) me amoniak, me të cilin ndërvepron njëkohësisht. Acidet e përqendruara (sulfurik, fosforik) dhe një tretësirë ​​e përqendruar e klorurit të zinkut shkrin gjithashtu celulozën, por në këtë rast ndodh dekompozimi i pjesshëm i saj (hidroliza), i shoqëruar me ulje të peshës molekulare.

Vetitë kimike .

Vetitë kimike të celulozës përcaktohen kryesisht nga prania e grupeve hidroksil. Duke vepruar me natriumin metalik, është e mundur të përftohet alkoksidi i celulozës n. Nën ndikimin e përqendruar tretësirat ujore alkalet, ndodh i ashtuquajturi mercerizimi - formimi i pjesshëm i alkoolateve të celulozës, duke çuar në ënjtje të fibrës dhe rritjen e ndjeshmërisë së saj ndaj ngjyrave. Si rezultat i oksidimit, një numër i caktuar i grupeve karbonil dhe karboksil shfaqen në makromolekulën e celulozës. Nën ndikimin e agjentëve të fortë oksidues, makromolekula shpërbëhet. Grupet hidroksil të celulozës janë të afta për alkilim dhe acilim, duke dhënë të thjeshta dhe esteret.

Një nga më vetitë karakteristike celulozë - aftësia për t'iu nënshtruar hidrolizës në prani të acideve për të formuar glukozë. Ngjashëm me niseshtenë, hidroliza e celulozës ndodh në faza. Në përmbledhje, ky proces mund të përshkruhet si më poshtë:

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O H2SO4_ nC6H12O6

Meqenëse molekulat e celulozës përmbajnë grupe hidroksil, ajo karakterizohet nga reaksione esterifikimi. Prej tyre rëndësi praktike kanë reaksione të celulozës me acid nitrik dhe anhidrid acetik.

Kur celuloza reagon me acidin nitrik në prani të acidit sulfurik të koncentruar, në varësi të kushteve, formohen dinitroceluloza dhe trinitroceluloza, të cilat janë estere:

Kur celuloza reagon me anhidrit acetik (në prani të acideve acetike dhe sulfurike), fitohet triacetilceluloza ose diacetilceluloza:

Pulpa digjet. Kjo prodhon monoksid karboni (IV) dhe ujë.

Kur druri nxehet pa qasje në ajër, celuloza dhe substanca të tjera dekompozohen. Në këtë rast rezulton qymyr druri, metan, alkool metil, acid acetik, aceton dhe produkte të tjera.

Faturë.

Një shembull i celulozës pothuajse të pastër është leshi i pambukut i marrë nga pambuku i prerë. Pjesa më e madhe e celulozës është e izoluar nga druri, në të cilin përmbahet së bashku me substanca të tjera. Metoda më e zakonshme e prodhimit të celulozës në vendin tonë është e ashtuquajtura metoda e sulfitit. Sipas kësaj metode, druri i grimcuar në prani të një solucioni të hidrosulfitit të kalciumit Ca(HSO 3) 2 ose hidrosulfitit të natriumit NaHSO 3 nxehet në autoklava me presion 0,5–0,6 MPa dhe temperaturë 150 o C. Në këtë rast , të gjitha substancat e tjera shkatërrohen dhe celuloza lirohet në mënyrë krahasuese formë e pastër. Lahet me ujë, thahet dhe dërgohet për përpunim të mëtejshëm, kryesisht për prodhimin e letrës.

Aplikacion.

Celuloza është përdorur nga njerëzit që nga kohërat e lashta. Në fillim, druri u përdor si lëndë djegëse dhe material ndërtimor; pastaj pambuku, liri dhe fibra të tjera filluan të përdoren si lëndë e parë tekstile. Metodat e para industriale të përpunimit kimik të drurit u ngritën në lidhje me zhvillimin e industrisë së letrës.

Letra është një shtresë e hollë fibrash fibrash, e ngjeshur dhe e ngjitur për të krijuar forcë mekanike, një sipërfaqe të lëmuar dhe për të parandaluar rrjedhjen e bojës. Fillimisht për prodhimin e letrës u përdorën materiale bimore nga të cilat u mundësua të përftoheshin fibrat e nevojshme thjesht mekanikisht, u përdorën edhe kërcell orizi (e ashtuquajtura letër orizi), pambuk dhe pëlhura të vjetruara. Megjithatë, me zhvillimin e shtypjes së librave, burimet e listuara të lëndëve të para u bënë të pamjaftueshme për të kënaqur kërkesën në rritje për letër. Sidomos shumë letër harxhohet për shtypjen e gazetave dhe çështja e cilësisë (bardhësia, forca, qëndrueshmëria) për letrën e gazetave nuk ka rëndësi. Duke ditur se druri përbëhet nga afërsisht 50% fibra, ata filluan të shtonin dru të bluar në tulin e letrës. Një letër e tillë është e brishtë dhe shpejt kthehet në të verdhë (veçanërisht në dritë).

Për të përmirësuar cilësinë e aditivëve të drurit në pulpë letre, mënyra të ndryshme trajtim kimik druri, duke bërë të mundur marrjen prej tij pak a shumë celulozë të pastër, të çliruar nga substancat shoqëruese - linjina, rrëshirat dhe të tjera. Janë propozuar disa metoda për izolimin e celulozës, nga të cilat do të shqyrtojmë metodën e sulfitit.

Sipas metodës së sulfitit, druri i grimcuar "gatohet" nën presion me hidrosulfit kalciumi. Në këtë rast, substancat shoqëruese treten dhe celuloza e çliruar nga papastërtitë ndahet me filtrim. Liquors sulfite që rezultojnë janë prodhim letre humbje. Megjithatë, për faktin se ato përmbajnë, së bashku me substanca të tjera, monosakaride të afta për fermentim, ato përdoren si lëndë e parë për prodhimin e alkoolit etilik (i ashtuquajturi alkool hidrolitik).

Celuloza përdoret jo vetëm si lëndë e parë në prodhimin e letrës, por përdoret edhe për përpunim të mëtejshëm kimik. Vlera më e lartë kanë etere dhe estere celuloze. Kështu, kur celuloza trajtohet me një përzierje të acideve nitrik dhe sulfurik, fitohen nitratet e celulozës. Të gjithë ata janë të ndezshëm dhe shpërthyes. Numri maksimal Mbetjet e acidit nitrik që mund të futen në celulozë janë të barabarta me tre për çdo njësi glukoze:

N HNO3_ n

Produkti i esterifikimit të plotë - trinitrati i celulozës (trinitroceluloza) - duhet të përmbajë 14,1% azot në përputhje me formulën. Në praktikë, përftohet një produkt me një përmbajtje azoti pak më të ulët (12,5/13,5%), i njohur në art si pirokselinë. Kur trajtohet me eter, piroksilina xhelatinohet; pasi tretësi avullon, mbetet një masë kompakte. Pjesët e prera imët të kësaj mase janë pluhur pa tym.

Produktet e nitrimit që përmbajnë rreth 10% azot korrespondojnë në përbërje me dinitratin e celulozës: në teknologji, një produkt i tillë njihet si koloksilin. Kur ekspozohet ndaj përzierjes së alkoolit dhe eterit, formohet një tretësirë ​​viskoze, i ashtuquajturi kolodion, i përdorur në mjekësi. Nëse shtoni kamfor në një tretësirë ​​të tillë (0,4 pjesë kamfor për 1 pjesë koloksilinë) dhe avulloni tretësin, do të mbeteni me një film fleksibël transparent - celuloid. Historikisht, ky është lloji i parë i njohur i plastikës. Që nga shekulli i kaluar, celuloidi është përdorur gjerësisht si një material termoplastik i përshtatshëm për prodhimin e shumë produkteve (lodra, alamet etj.). Përdorimi i celuloidit në prodhimin e filmave dhe llaqeve nitro është veçanërisht i rëndësishëm. Një disavantazh serioz i këtij materiali është ndezshmëria e tij, kështu që celuloidi tani gjithnjë e më shumë po zëvendësohet nga materiale të tjera, në veçanti acetatet e celulozës.

Gjatë gjithë jetës sonë jemi të rrethuar nga një numër i madh objektesh - kuti kartoni, letër ofset, çanta celofani, veshje viskoze, peshqirë bambuje dhe shumë më tepër. Por pak njerëz e dinë që celuloza përdoret në mënyrë aktive në prodhimin e tyre. Çfarë është kjo substancë me të vërtetë magjike, pa të cilën pothuajse asnjë moderne ndërmarrje industriale? Në këtë artikull do të flasim për vetitë e celulozës, përdorimin e saj në fusha të ndryshme, si dhe nga çfarë nxirret dhe çfarë është. formula kimike. Le të fillojmë, ndoshta, nga fillimi.

Zbulimi i substancave

Formula për celulozën u zbulua nga kimisti francez Anselme Payen gjatë eksperimenteve për ndarjen e drurit në përbërësit e tij. Pasi e trajtoi atë me acid nitrik, shkencëtari zbuloi se gjatë reaksion kimik formohet një lëndë fibroze e ngjashme me pambukun. Pas analizës së kujdesshme të materialit që rezulton, Payen mori formulën kimike të celulozës - C 6 H 10 O 5. Një përshkrim i procesit u botua në 1838, dhe substanca mori emrin e saj shkencor në 1839.

Dhuratat e natyrës

Tani dihet me siguri se pothuajse të gjitha pjesët e buta të bimëve dhe kafshëve përmbajnë një sasi celuloze. Për shembull, bimët kanë nevojë për këtë substancë për rritjen dhe zhvillimin normal, ose më saktë, për krijimin e membranave të qelizave të sapoformuara. Në përbërje i përket polisaharideve.

Në industri, si rregull, celuloza natyrale nxirret nga pemët halore dhe gjetherënëse - druri i thatë përmban deri në 60% të kësaj substance, si dhe nga përpunimi i mbetjeve të pambukut, i cili përmban rreth 90% celulozë.

Dihet se nëse druri nxehet në vakum, domethënë pa qasje në ajër, ndodh dekompozimi termik i celulozës, duke rezultuar në formimin e acetonit, alkoolit metil, ujit, acidit acetik dhe qymyrit.

Pavarësisht nga flora e pasur e planetit, nuk ka më pyje të mjaftueshme për të prodhuar sasinë e fibrave kimike të nevojshme për industrinë - përdorimi i celulozës është shumë i gjerë. Prandaj, ajo nxirret gjithnjë e më shumë nga kashta, kallamishtet, kërcell misri, bambu dhe kallamishte.

Celuloza sintetike duke përdorur të ndryshme proceset teknologjike që rrjedh nga qymyri, nafta, gazi natyror dhe argjilori.

Nga pylli në punëtori

Le të shohim nxjerrjen e celulozës teknike nga druri - ky është një proces kompleks, interesant dhe i gjatë. Para së gjithash, druri nxirret në prodhim, pritet në copa të mëdha dhe hiqet lëvorja.

Shufrat e pastruara më pas përpunohen në patate të skuqura dhe renditen, pas së cilës ato zihen në salcë. Celuloza që rezulton ndahet nga alkali, më pas thahet, pritet dhe paketohet për dërgesë.

Kimi dhe fizikë

Cilat sekrete kimike dhe fizike fshihen në vetitë e celulozës përveç faktit që ajo është një polisaharid? Para së gjithash, kjo substancë të bardhë. Ndizet lehtë dhe digjet mirë. Shpërndahet në komponimet komplekse ujë me hidrokside të disa metaleve (bakër, nikel), me amina, si dhe në acidet sulfurike dhe fosforike, një tretësirë ​​e përqendruar e klorurit të zinkut.

Në dispozicion tretës shtëpiak Celuloza nuk tretet në ujë të zakonshëm. Kjo ndodh sepse molekulat e gjata si fije të kësaj substance janë të lidhura në tufa të veçanta dhe janë të vendosura paralelisht me njëra-tjetrën. Për më tepër, e gjithë kjo "strukturë" forcohet nga lidhjet e hidrogjenit, kjo është arsyeja pse molekulat e një tretësi ose uji të dobët thjesht nuk mund të depërtojnë brenda dhe të shkatërrojnë këtë pleksus të fortë.

Fijet më të holla, gjatësia e të cilave varion nga 3 deri në 35 milimetra, të lidhura në tufa - kështu mund të përfaqësoni skematikisht strukturën e celulozës. Fijet e gjata përdoren në industrinë e tekstilit, fijet e shkurtra përdoren në prodhimin, për shembull, letre dhe kartoni.

Celuloza nuk shkrihet dhe nuk shndërrohet në avull, por fillon të dekompozohet kur nxehet mbi 150 gradë Celsius, duke lëshuar komponime me peshë të ulët molekulare - hidrogjen, metan dhe monoksid karboni (monoksid karboni). Në temperaturat 350 o C e lart, celuloza shkrihet.

Ndryshoni për mirë

Kështu përshkruhet celuloza në simbolet kimike: formula strukturore e cila tregon qartë një molekulë polimeri me zinxhir të gjatë të përbërë nga mbetje të përsëritura glukozidike. Vini re "n" që tregon një numër të madh të tyre.

Nga rruga, formula për celulozën, e nxjerrë nga Anselm Payen, ka pësuar disa ndryshime. Në vitin 1934, kimisti organik anglez, laureat Çmimi Nobël Walter Norman Haworth studioi vetitë e niseshtës, laktozës dhe sheqernave të tjera, duke përfshirë celulozën. Pasi zbuloi aftësinë e kësaj substance për të hidrolizuar, ai bëri rregullimet e tij në kërkimin e Payen dhe formula e celulozës u plotësua me vlerën "n", që tregon praninë e mbetjeve glikozidike. Për momentin duket kështu: (C 5 H 10 O 5) n.

Eteret e celulozës

Është e rëndësishme që molekulat e celulozës të përmbajnë grupe hidroksil, të cilët mund të alkilohen dhe acilohen, duke formuar estere të ndryshëm. Kjo është një tjetër nga vetitë më të rëndësishme që ka celuloza. Formula strukturore lidhje të ndryshme mund të duket kështu:

Eteret e celulozës janë ose të thjeshta ose komplekse. Të thjeshtat janë metil-, hidroksipropil-, karboksimetil-, etil-, metilhidroksipropil- dhe cianoetilceluloza. Komplekse janë nitratet, sulfatet dhe acetatet e celulozës, si dhe acetopropionatet, acetilftalilceluloza dhe acetobutiratet. Të gjithë këta eterë prodhohen pothuajse në të gjitha vendet e botës në qindra mijëra tonë në vit.

Nga filmi fotografik tek pasta e dhëmbëve

Për çfarë janë ato? Si rregull, eteret e celulozës përdoren gjerësisht për prodhimin e fibrave artificiale, plastikës së ndryshme, të gjitha llojeve të filmave (përfshirë fotografinë), llaqeve, bojrave dhe përdoren gjithashtu në industrinë ushtarake për prodhimin e karburantit të ngurtë të raketave, pluhurit pa tym. dhe eksplozivëve.

Përveç kësaj, eteret e celulozës përfshihen në përzierjet e suvasë dhe gips-çimentos, ngjyrat e pëlhurave, pastat e dhëmbëve, ngjitëse të ndryshme, sintetike detergjentët, parfume dhe kozmetikë. Me një fjalë, nëse formula e celulozës nuk do të ishte zbuluar në vitin 1838, njerëzit modernë nuk do të kishte shumë nga përfitimet e qytetërimit.

Pothuajse binjake

Pak prej tyre njerëzit e zakonshëm e di që celuloza ka një lloj binjake. Formula e celulozës dhe niseshtës është identike, por ato janë dy substanca krejtësisht të ndryshme. Cili është ndryshimi? Përkundër faktit se të dyja këto substanca janë polimere natyrale, shkalla e polimerizimit të niseshtës është shumë më e vogël se ajo e celulozës. Dhe nëse hulumtoni më tej dhe krahasoni strukturat e këtyre substancave, do të zbuloni se makromolekulat e celulozës janë të renditura në mënyrë lineare dhe vetëm në një drejtim, duke formuar kështu fibra, ndërsa mikrogrimcat e niseshtës duken paksa të ndryshme.

Fushat e aplikimit

Një nga shembujt më të mirë vizualë të celulozës praktikisht të pastër është leshi i zakonshëm mjekësor i pambukut. Siç e dini, përftohet nga pambuku i pastruar me kujdes.

Produkti i dytë, jo më pak i përdorur i celulozës është letra. Në fakt ajo është shtresa më e hollë fibra celuloze, të shtypura me kujdes dhe të ngjitura së bashku.

Përveç kësaj, pëlhura viskoze prodhohet nga celuloza, e cila është me duar të afta mjeshtra në mënyrë magjike shndërrohet në rroba të bukura, tapiceri per mobilje të veshur me susta dhe perde dekorative te ndryshme. Viskoza përdoret gjithashtu për prodhimin e rripave teknikë, filtrave dhe kordonëve të gomave.

Le të mos harrojmë për celofanin, i cili është bërë nga fije mëndafshi. Është e vështirë të imagjinohen supermarketet, dyqanet, departamentet e paketimit të zyrave postare pa të. Celofani është kudo: në të janë mbështjellë karamele, në të janë të paketuara drithëra dhe ushqime të pjekura, si dhe tableta, geta dhe çdo pajisje, duke filluar nga celular dhe duke përfunduar me telekomandën telekomandë për TV.

Përveç kësaj, celuloza e pastër mikrokristaline përfshihet në tabletat për humbje peshe. Pasi në stomak, ato fryhen dhe krijojnë një ndjenjë ngopjeje. Sasia e ushqimit të konsumuar në ditë zvogëlohet ndjeshëm, dhe në përputhje me rrethanat, pesha bie.

Siç mund ta shihni, zbulimi i celulozës bëri një revolucion të vërtetë jo vetëm në industrinë kimike, por edhe në mjekësi.

Aktualisht, vetëm dy burime të celulozës janë të një rëndësie industriale - pambuku dhe tuli i drurit. Pambuku është pothuajse celulozë e pastër dhe nuk kërkon përpunimi kompleks të bëhet materiali fillestar për prodhim fibër artificiale dhe plastika jo fibroze. Pasi fibrat e gjata të përdorura për prodhimin e pëlhurave të pambukut të ndahen nga fara e pambukut, mbeten qime të shkurtra ose "garzë" (gështenjë pambuku), 10-15 mm e gjatë. Garza ndahet nga fara, nxehet nën presion për 2-6 orë me një solucion hidroksid natriumi 2,5-3%, pastaj lahet, zbardhet me klor, lahet përsëri dhe thahet. Produkti që rezulton është celulozë 99% e pastër. Rendimenti është 80% (peshë) garzë, pjesa tjetër janë linjinë, yndyrna, dyllë, pektate dhe lëvozhgë farash. Pulpa e drurit zakonisht bëhet nga druri i pemës specie halore. Ai përmban 50-60% celulozë, 25-35% linjinë dhe 10-15% hemiceluloza dhe hidrokarbure jocelulozike. Në procesin e sulfitit, copat e drurit zihen nën presion (rreth 0,5 MPa) në 140 ° C me dioksid squfuri dhe bisulfit kalciumi. Në këtë rast, linjinat dhe hidrokarburet hyjnë në tretësirë ​​dhe celuloza mbetet. Pas larjes dhe zbardhjes, masa e pastruar hidhet në letër të lirshme, e ngjashme me letrën fshirëse dhe thahet. Kjo masë përbëhet nga 88–97% celulozë dhe është mjaft e përshtatshme për përpunim kimik në fibra viskoze dhe celofan, si dhe derivate celuloze - estere dhe etere.

Procesi i rigjenerimit të celulozës nga një tretësirë ​​duke shtuar acid në tretësirën ujore të koncentruar të bakrit-amoniak (d.m.th. që përmban sulfat bakri dhe hidroksid amoniumi) u përshkrua nga anglezi J. Mercer rreth vitit 1844. Por i pari aplikim industrial Kjo metodë, e cila hodhi themelet për industrinë e fibrave bakër-amoniak, i atribuohet E. Schweitzer (1857), dhe zhvillimi i saj i mëtejshëm është meritë e M. Kramer dhe I. Schlossberger (1858). Dhe vetëm në 1892 Cross, Bevin dhe Beadle në Angli shpikën një proces për prodhimin e fibrave viskoze: një tretësirë ​​ujore viskoze (prandaj emri viskozë) u përftua pas trajtimit të celulozës së pari me një zgjidhje të fortë të sodës kaustike, e cila dha "sode". celulozë”, dhe më pas me disulfid karboni (CS 2), duke rezultuar në xanthate të tretshme të celulozës. Kur shtrydhni një rrjedhë të kësaj zgjidhjeje "tjerrëse" përmes një tjerrëse me një të vogël vrimë e rrumbullakët Në banjën e acidit, celuloza u rigjenerua në formën e fibrës së viskozës. Kur tretësira u shtrydh në të njëjtën banjë përmes një mbulesë me një çarje të ngushtë, u përftua një film i quajtur celofan. J. Brandenberger, i cili punoi në këtë teknologji në Francë nga viti 1908 deri në 1912, ishte i pari që patentoi një proces të vazhdueshëm për prodhimin e celofanit.

Struktura kimike.

Pavarësisht përdorimit të gjerë industrial të celulozës dhe derivateve të saj, formula strukturore kimike e pranuar aktualisht e celulozës u propozua (nga W. Haworth) vetëm në vitin 1934. Megjithatë, që nga viti 1913 formula e saj empirike C 6 H 10 O 5, e përcaktuar nga të dhënat, ka ka qenë i njohur analiza sasiore Mostrat e lara dhe të thara mirë: 44,4% C, 6,2% H dhe 49,4% O. Falë punës së G. Staudinger dhe K. Freudenberg, u bë e ditur gjithashtu se kjo është një molekulë polimeri me zinxhir të gjatë që përbëhet nga ato të paraqitura në Fig. . 1 mbetje glukozidike të përsëritura. Çdo njësi ka tre grupe hidroksil - një primar (– CH 2 CH OH) dhe dy sekondar (> CH CH OH). Deri në vitin 1920, E. Fisher kishte krijuar strukturën e sheqernave të thjeshta dhe në të njëjtin vit, studimet me rreze X të celulozës së pari treguan një model të qartë difraksioni të fibrave të saj. Modeli i difraksionit me rreze X të fibrës së pambukut tregon një orientim të qartë kristalor, por fibra e lirit është edhe më e renditur. Kur celuloza rigjenerohet në formë fibrash, kristaliniteti humbet kryesisht. Sa e lehtë është të shohësh nën dritën e arritjeve shkenca moderne, kimia strukturore e celulozës praktikisht u ndal nga 1860 deri në 1920 për arsye se gjatë gjithë kësaj kohe disiplinat shkencore ndihmëse të nevojshme për zgjidhjen e problemit mbetën në fillimet e tyre.

CELULOZA E RIGJENERUAR

Fibër viskoze dhe celofan.

Si fibra viskoze ashtu edhe celofani janë celulozë të rigjeneruara (nga tretësira). Celuloza natyrale e pastruar trajtohet me një tepricë të hidroksidit të natriumit të koncentruar; Pas heqjes së tepërt, gungat bluhen dhe masa që rezulton mbahet në kushte të kontrolluara me kujdes. Me këtë "plakje", gjatësia e zinxhirëve të polimerit zvogëlohet, gjë që promovon shpërbërjen e mëvonshme. Pastaj celuloza e grimcuar përzihet me disulfid karboni dhe ksantati që rezulton tretet në një zgjidhje të hidroksidit të natriumit për të marrë "viskozë" - një zgjidhje viskoze. Kur viskoza hyn në një tretësirë ​​ujore të acidit, celuloza rigjenerohet prej saj. Reagimet totale të thjeshtuara janë:

Fibra viskoze, e marrë nga shtrydhja e viskozës përmes vrimave të vogla të një tjerrëse në një zgjidhje acidi, përdoret gjerësisht për prodhimin e rrobave, pëlhurave të rrobave dhe tapiceri, si dhe në teknologji. Sasi të konsiderueshme fibrash viskoze përdoren për rripat teknikë, shiritat, filtrat dhe kordonin e gomave.

Celofani.

Celofani, i përftuar duke shtrydhur viskozën në një banjë acidi përmes një tjerrëse me një çarje të ngushtë, më pas kalon nëpër banja larëse, zbardhuese dhe plastifikuese, kalohet përmes baterive tharëse dhe mbështillet në një rrotull. Sipërfaqja e filmit celofani është pothuajse gjithmonë e veshur me nitrocelulozë, rrëshirë, një lloj dylli ose llak për të reduktuar transmetimin e avullit të ujit dhe për të siguruar mundësinë e izolimit termik, pasi celofani i pa veshur nuk ka vetinë e termoplasticitetit. Aktiv prodhim modern përdoret për këtë veshje polimer lloji i klorurit poliviniliden, pasi ato janë më pak të përshkueshme nga lagështia dhe sigurojnë një lidhje më të qëndrueshme gjatë vulosjes me nxehtësi.

Celofani përdoret gjerësisht kryesisht në industrinë e paketimit si material ambalazhi për mallrat e thata, produktet ushqimore, produktet e duhanit, si dhe si bazë për shiritin paketues vetëngjitës.

Sfungjer fije mëndafshi.

Përveç formimit të një fije ose filmi, viskoza mund të përzihet me materiale të përshtatshme fibroze dhe të imta kristalore; Pas trajtimit me acid dhe shpëlarjes së ujit, kjo përzierje shndërrohet në një material sfungjeri viskoze (Fig. 2), i cili përdoret për ambalazhim dhe izolim termik.

Fibra bakër-amoniak.

Fibra celuloze e rigjeneruar prodhohet në shkallë industriale gjithashtu duke tretur celulozën në një tretësirë ​​të koncentruar bakri-amoniak (CuSO 4 në NH 4 OH) dhe duke e rrotulluar tretësirën që rezulton në fibër në një banjë me precipitim acid. Kjo fibër quhet fibër bakër-amoniak.

VETITË E CELULOZËS

Vetitë kimike.

Siç tregohet në Fig. 1, celuloza është një karbohidrat me polimer të lartë i përbërë nga mbetje glukozidike C 6 H 10 O 5 të lidhura me ura eterike në pozicionin 1,4. Të tre grupet hidroksil në çdo njësi glukopiranozë mund të esterifikohen me agjentë organikë të tillë si një përzierje e acideve dhe anhidrideve acide me një katalizator të përshtatshëm si acidi sulfurik. Eteret mund të formohen nga veprimi i hidroksidit të koncentruar të natriumit që çon në formimin e celulozës së sodës dhe reagimin pasues me një alkil halid:

Reagimi me etilen ose oksid propileni prodhon eterë të hidroksiluar:

Prania e këtyre grupeve hidroksil dhe gjeometria e makromolekulës përcaktojnë tërheqjen e fortë reciproke polare të njësive fqinje. Forcat tërheqëse janë aq të forta sa që tretësit e zakonshëm nuk janë në gjendje të thyejnë zinxhirin dhe të shpërndajnë celulozën. Këto grupe të lira hidroksil janë gjithashtu përgjegjës për higroskopinë më të madhe të celulozës (Fig. 3). Esterifikimi dhe eterizimi reduktojnë higroskopinë dhe rrisin tretshmërinë në tretësit e zakonshëm.

Nën ndikimin e një tretësire ujore të acidit, urat e oksigjenit në pozicionin 1,4 thyhen. Thyerja e plotë e zinxhirit prodhon glukozë, një monosakarid. Gjatësia fillestare e zinxhirit varet nga origjina e celulozës. Është maksimale në gjendjen e tij natyrore dhe zvogëlohet gjatë procesit të izolimit, pastrimit dhe shndërrimit në komponime derivate ( cm. tabela).

Edhe prerja mekanike, për shembull gjatë bluarjes gërryese, çon në një ulje të gjatësisë së zinxhirit. Kur gjatësia e zinxhirit polimer zvogëlohet nën një vlerë minimale të caktuar, vetitë fizike makroskopike të celulozës ndryshojnë.

Agjentët oksidues ndikojnë në celulozë pa shkaktuar ndarje të unazës së glukopiranozës (Fig. 4). Veprimi i mëpasshëm (në prani të lagështirës, ​​si për shembull në testimin e klimës) zakonisht rezulton në prerje të zinxhirit dhe një rritje në numrin e grupeve fundore të ngjashme me aldehidet. Meqenëse grupet aldehide oksidohen lehtësisht në grupe karboksil, përmbajtja e karboksilit, e cila praktikisht mungon në celulozën natyrale, rritet ndjeshëm në kushtet e ndikimeve atmosferike dhe oksidimit.

Si të gjithë polimerët, celuloza shkatërrohet nën ndikimin e faktorëve atmosferikë si rezultat i veprimit të kombinuar të oksigjenit, lagështisë, përbërësve acidikë të ajrit dhe rrezet e diellit. Komponenti ultravjollcë i dritës së diellit është i rëndësishëm dhe shumë agjentë të mirë mbrojtës UV rrisin jetën e produkteve të derivateve të celulozës. Komponentët acidikë të ajrit, si oksidet e azotit dhe squfurit (dhe ato janë gjithmonë të pranishme në ajri atmosferik zonat industriale) përshpejtojnë dekompozimin, shpesh me një efekt më të fortë se rrezet e diellit. Kështu, në Angli u vu re se mostrat e pambukut u testuan për ekspozim kushtet atmosferike, në dimër, kur praktikisht nuk kishte rreze dielli të ndritshme, ato degradoheshin më shpejt se në verë. Fakti është se djegia e sasive të mëdha të qymyrit dhe gazit në dimër çoi në një rritje të përqendrimit të oksideve të azotit dhe squfurit në ajër. Gërmuesit e acidit, antioksidantët dhe absorbuesit UV zvogëlojnë ndjeshmërinë ndaj motit të celulozës. Zëvendësimi i grupeve të lira hidroksil çon në një ndryshim në këtë ndjeshmëri: nitrati i celulozës degradohet më shpejt, dhe acetati dhe propionati - më ngadalë.

Vetitë fizike.

Zinxhirët polimerë të celulozës janë të paketuara në tufa ose fibra të gjata, në të cilat, së bashku me ato të renditura, kristalore, ka edhe seksione amorfe më pak të renditura (Fig. 5). Përqindja e matur e kristalinitetit varet nga lloji i celulozës si dhe nga mënyra e matjes. Sipas të dhënave me rreze X, ajo varion nga 70% (pambuk) në 38-40% (fibër viskoze). Analiza strukturore me rreze X jep informacion jo vetëm për marrëdhënien sasiore midis materialit kristalor dhe amorf në polimer, por edhe për shkallën e orientimit të fibrës të shkaktuar nga proceset e shtrirjes ose rritjes normale. Mprehtësia e unazave të difraksionit karakterizon shkallën e kristalinitetit, dhe pikat e difraksionit dhe mprehtësia e tyre karakterizojnë praninë dhe shkallën e orientimit të preferuar të kristaliteve. Në një kampion të acetatit të celulozës së ricikluar të prodhuar nga procesi i tjerrjes së thatë, si shkalla e kristalitetit ashtu edhe orientimi janë shumë të vogla. Në kampionin e triacetatit, shkalla e kristalinitetit është më e lartë, por nuk ka orientim të preferuar. Trajtimi termik i triacetatit në një temperaturë prej 180-240 °

Celuloza - çfarë është ajo? Kjo pyetje shqetëson të gjithë të përfshirët kimi organike. Le të përpiqemi të zbulojmë karakteristikat kryesore të këtij kompleksi dhe ta identifikojmë atë tipare dalluese, fushat e zbatimit praktik.

Karakteristikat strukturore

Celuloza kimike ka formulën (C 6 H 10 O 5) p. Është një polisaharid që përfshin mbetje të β-glukozës. Celuloza karakterizohet nga një strukturë lineare. Çdo mbetje e molekulës së saj përfshin tre grupe OH, prandaj kjo përbërje karakterizohet nga vetitë e alkooleve polihidrike. Prania e një grupi aldehid unazor në molekulë i jep celulozës vetitë restauruese (reduktuese). Pikërisht kjo përbërje organikeështë polimeri më i rëndësishëm natyror, përbërësi kryesor i indit bimor.

Gjendet në sasi të mëdha te liri, pambuku dhe bimë të tjera fibroze, të cilat janë burimi kryesor i fibrave celuloze.

Celuloza teknike është e izoluar nga bimët drunore.

Kimia e drurit

Prodhimi i celulozës mbulohet në këtë seksion të veçantë të kimisë. Është këtu që ne supozohet të marrim parasysh karakteristikat e përbërjes së pemës, kimikatet e saj dhe vetitë fizike, metodat e analizës dhe izolimit të substancave, thelbi kimik i proceseve të përpunimit të drurit dhe përbërësve të tij individualë.

Celuloza e drurit është polidisperse, që përmban makromolekula me gjatësi të ndryshme. Për të përcaktuar shkallën e polidispersitetit, përdoret metoda e fraksionimit. Mostra ndahet në fraksione të veçanta, pastaj studiohen karakteristikat e tyre.

Vetitë kimike

Kur diskutohet se çfarë është celuloza, është e nevojshme të kryhet analiza e detajuar vetitë kimike të një përbërjeje të caktuar organike.

Celuloza teknike mund të përdoret në prodhimin e kartonit dhe letrës, pasi mund të përpunohet kimikisht pa asnjë problem.

Çdo zinxhir teknologjik që lidhet me përpunimin e celulozës natyrore ka për qëllim ruajtjen e vetive të saj të vlefshme. Përpunimi modern i celulozës bën të mundur që të kryhet procesi i tretjes së kësaj lënde dhe të prodhohen substanca kimike krejtësisht të reja nga celuloza.

Çfarë veti ka celuloza? Cili është procesi i shkatërrimit? Këto pyetje përfshihen në kursin shkollor të kimisë organike.

Ndër vetitë kimike karakteristike të celulozës janë:

• shkatërrim;
• qepje;
• reaksionet që përfshijnë grupe funksionale.

Gjatë shkatërrimit, vërehet një thyerje në zinxhirin e makromolekulës së lidhjeve glikozidike, e shoqëruar me një ulje të shkallës së polimerizimit. Në disa raste, këputja e plotë e molekulës është e mundur.

Opsionet për shkatërrimin e celulozës

Le të zbulojmë se cilat lloje kryesore të shkatërrimit ka celuloza, cila është këputja e makromolekulave.

Aktualisht, në prodhimin kimik dallohen disa lloje të shkatërrimit.

Në version mekanik ka një boshllëk Lidhjet C-C në cikle, si dhe shkatërrimin e lidhjeve glikozidike. Një proces i ngjashëm ndodh gjatë bluarjes mekanike të një substance, për shembull, gjatë bluarjes për prodhimin e letrës.

Shkatërrimi termik ndodh nën ndikimin e energjisë termike. Pikërisht në këtë proces bazohet piroliza teknologjike e drurit.

Shkatërrimi fotokimik përfshin shkatërrimin e makromolekulave nën ndikimin e rrezatimit ultravjollcë.

Për llojin e rrezatimit të shkatërrimit të një polimeri natyror, prania e rrezatimi me rreze x. Ky lloj shkatërrimi përdoret në pajisje speciale.

Kur ekspozohet ndaj oksigjenit atmosferik, është i mundur shkatërrimi oksidativ i celulozës. Procesi karakterizohet nga oksidimi i njëkohshëm i alkoolit dhe grupeve aldehide të pranishme në një përbërje të caktuar.

Kur celuloza ekspozohet ndaj ujit, si dhe zgjidhjeve ujore të acideve dhe alkaleve, ndodh procesi i hidrolizës së celulozës. Reagimi kryhet me qëllim në rastet kur është e nevojshme të kryhet një analizë cilësore e strukturës së substancës, por gjatë gatimit të kësaj substance nuk është e dëshirueshme.

Mikroorganizmat, si kërpudhat, mund të degradojnë biologjikisht celulozën. Për të marrë një produkt cilësor, është e rëndësishme të parandaloni shkatërrimin e tij biologjik kur prodhoni pëlhura letre dhe pambuku.

Për shkak të pranisë së dy grupeve funksionale në molekula, celuloza shfaq veti karakteristike të alkooleve polihidrike dhe aldehideve.

Reaksionet e ndërlidhjes

Procese të tilla nënkuptojnë mundësinë e marrjes së makromolekulave me veti fizike dhe kimike të specifikuara.

Ato përdoren gjerësisht në prodhimit industrial celulozë, duke i dhënë asaj karakteristika të reja të performancës.

Përgatitja e celulozës alkaline

Çfarë është kjo celulozë? Shqyrtimet tregojnë se kjo teknologji konsiderohet më e vjetra dhe më e përhapura në botë. Në ditët e sotme, polimeri i përftuar në prodhimin e fibrave dhe filmave viskozë dhe krijimin e etereve të celulozës rafinohet në mënyrë të ngjashme.

Studimet laboratorike kanë zbuluar se pas një trajtimi të tillë, shkëlqimi i pëlhurës rritet dhe forca e tij mekanike rritet. Celuloza alkaline është një lëndë e parë e shkëlqyer për prodhimin e fibrave.

Ekzistojnë tre lloje të produkteve të tilla: fiziko-kimike, strukturore, kimike. Të gjithë ata janë të kërkuar në prodhimin modern kimik dhe përdoren në prodhimin e letrës dhe kartonit. Zbuluam se çfarë strukture ka celuloza dhe cili është procesi i prodhimit të saj.