Реферат: Целлюлоза. Реферат про целлюлозу

Реферат - Целлюлоза - Химия

Строение.

Молекулярнаяформула целлюлозы (-C6h20O5-)n,как и у крахмала. Целлюлоза тоже является природным полимером. Ее макромалекуласостоит из многих остатков молекул глюкозы. Может воэникнуть вопрос: почемукрахмал и целлюлоза – вещества с одинаковой молекулярной формулой – обладаютразличными свойствами?

При рассмотрении синтетических полимеров мы уже выяснили, что ихсвойства зависят от числа элементарных звеньев и их структуры. Это же положениеотносится и к природным полимерам. Оказывается, степень полимеризации уцеллюлозы намного больше, чем у крахмала. Кроме того, сравнивая структуры этихприродных полимеров, установили, что макромолекулы целлюлозы, в отличие открахмала, состоят из остатков молекулы b-глюкозы и имеюттолько линейное строение. Макромолекулы целлюлозы располагаются в одномнаправлении и образуют волокна (лен, хлопок, конопля).

В каждомостатке молекулы глюкозы содержатся три гидроксильные группы.

Физические свойства.

Целлюлоза –волокнистое вещество. Она не плавится и не переходит в парообразное состояние:при нагревании примерно до 350оС целлюлоза разлагается –обугливается. Целлюлоза нерастворима ни в воде, ни в большинстве другихнеорганических и органических растворителях.

Неспособностьцеллюлозы растворяться в воде – неожиданное свойство для вещества, содержащегопо три гидроксильные группы на каждые шесть атомов углерода. Хорошо известно,что полигидроксильные соединения легко растворяются в воде. Нерастворимостьцеллюлозы объясняется тем, что ее волокна представляют собой как бы «пучки»расположенных параллельно нитевидных молекул, связанных множеством водородныхсвязей, которые образуются в результате взаимодействия гидроксильных групп.Внутрь подобного «пучка» растворитель проникнуть не может, а следовательно, непроисходит и отрыва молекул друг от друга.

Растворителемцеллюлозы является реактив Швейцера – раствор гидроксида меди (II) с аммиаком, с которым она одновременно и взаимодействует.Концентрированные кислоты (серная, фосфорная) и концентрированный растворхлорида цинка также растворяют целлюлозу, но при этом происходит ее частичныйраспад (гидролиз), сопровождающийся уменьшением молекулярной массы.

Химические свойства.

Химические свойства целлюлозы определяются прежде всего присутствиемгидроксильных групп. Действуя металлическим натрием, можно получить алкоголятцеллюлозы [C6H7O2(ONa)3]n.Под действием концентрированных водных растворов щелочей происходит такназываемая мерсиризация – частичное образование алкоголятов целлюлозы,приводящая к набуханию волокна и повышению его восприимчивости к красителям. Врезультате окисления в макромолекуле целлюлозы появляется некоторое числокарбонильных и карбоксильных групп. Под влиянием сильных окислителей происходитраспад макромолекулы. Гидроксильные группы целлюлозы способны алкилироваться иацилироваться, давая простые и сложные эфиры.

Одно изнаиболее характерных свойств целлюлозы – способность в присутствии кислотподвергаться гидролизу с образованием глюкозы. Аналогично крахмалу гидролизцеллюлозы протекает ступенчато. Суммарно этот процесс можно изобразить так:

(C6h20O5)n + nh3Oh3SO4_ nC6h22O6

Так как вмолекулах целлюлозы имеются гидроксильные группы, то для нее характерны реакцииэтерификации. Из них практическое значение имеют реакции целлюлозы с азотнойкислотой и ангидридом уксусной кислоты.

Привзаимодействии целлюлозы с азотной кислотой в присутствии концентрированнойсерной кислоты, в зависимости от условий образуются динитроцеллюлоза итринитроцеллюлоза, являющиеся сложными эфирами:

                       OH

(C6H7O2) — OH

                       OH

  +2nHONO2h3SO4

n

                     O – NO2

(C6H7O2) — O – NO2

                     OH

  +2nh3O

n

Динитроцеллюлоза,

Или динитрат

Целлюлозы

                       OH

  (C6H7O2) — OH

                       OH

  +3nHONO2h3SO4_

n

                       O – NO2

(C6H7O2) — O – NO2

                       O – NO2

  +3nh3O

n

Тиринитроцеллюлоза,

или тринитрат

целлюлозы

Привзаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом (в присутствии уксусной и сернойкислот) получается триацетилцеллюлоза или диацетилцеллюлоза:

                            O

               O – C – Ch4

                            O

(С6H7O2) — O – C – Ch4

                            O

               O – C – Ch4

                                     O

                       O – C – Ch4

                                     O

(C6H7O2) — O – C – Ch4

                       OH

триацетилцеллюлоза,

или триацетат

целлюлозы

диацетил целлюлоза,

или диацетат

целлюлозы

Целлюлозагорит. При этом образуются оксид углерода (IV) и вода.

При нагреваниидревесины без доступа воздуха происходит разложение целлюлозы и других веществ.При этом получаются древесный уголь, метан, метиловый спирт, уксусная кислота,ацетон и другие продукты.

Образцом почтичистой целлюлозой является вата, полученная из очищенного хлопка. Основнуюмассу целлюлозы выделяют из древесины, в которой она содержится вместе сдругими веществами. Наиболее распространенным методом получения целлюлозы внашей стране является так называемый сульфитный. По этому методу измельченнуюдревесину в присутствии раствора гидросульфита кальция Ca(HSO3)2или гидросульфита натрия NaHSO3 нагреваютв автоклавах при давлении 0,5–0,6 МПа и температуре 150о С. При этомвсе другие вещества разрушаются, а целлюлоза выделяется в сравнительно чистомвиде. Ее промывают водой, сушат и направляют на дальнейшую переработку, большейчастью на производство бумаги.

Применение.

Целлюлоза используетсячеловеком с очень древних времен. Сначала применяли древесину как горючий истроительный материал; затем хлопковые, льняные и другие волокна сталииспользовать как текстильное сырье. Первые промышленные способы химическойпереработки древесины возникли в связи с развитием бумажной промышленности.

Бумага – это тонкий слойволокон клетчатки, спрессованных и проклеенных для создания механическойпрочности, гладкой поверхности, для предотвращения растекания чернил.Первоначально для изготовления бумаги употребляли растительное сырье, изкоторого чисто механически можно было получить необходимые волокна, стебли риса(так называемая рисовая бумага), хлопка, использовали также изношенные ткани.Однако по мере развития книгопечатания перечисленных источников сырья стало нехватать для удовлетворения растущей потребности бумаги. Особенно много бумагирасходуется для печатания газет, причем вопрос о качестве (белизне, прочности,долговечности) для газетной бумаги значения не имеет. Зная, что древесинапримерно на 50% состоит из клетчатки, к бумажной массе стали добавлятьразмолотую древесину. Такая бумага непрочна и быстро желтеет (особенно насвету).

Для улучшения качествадревесных добавок к бумажной массе были предложены различные способы химическойобработки древесины, позволяющие получить из нее более или менее чистуюцеллюлозу, освобожденную от сопутствующих веществ – лигнина, смол и других. Длявыделения целлюлозы было предложено несколько способов, из которых мырассмотрим сульфитный.

По сульфитному способуизмельченную древесину ”варят “под давлением с гидросульфитом кальция. При этом сопутствующие веществарастворяются, и освобожденную от примесей целлюлозу отделяют фильтрованием.Образующиеся сульфитные щелока являются в бумажном производстве отходами.Однако вследствие того, что они содержат наряду с другими веществами способныек брожению моносахариды, их используют как сырье для получения этилового спирта(так называемый гидролизный спирт).

Целлюлоза применяется не толькокак сырье в бумажном производстве, но идет еще и на дальнейшую химическуюпереработку. Наибольшее значение имеют простые и сложные эфиры целлюлозы. Так,при действии на целлюлозу смесью азотных и серных кислот получают нитратыцеллюлозы. Все они горючи и взрывчаты. Максимальное число остатков азотной кислоты,которые можно ввести в целлюлозу, равно трем на каждое звено глюкозы:

[C6H7O2(OH)3]n HNO3_ [C6H7O2(ONO2)3]n 

Продукт полной этерификации — тринитрат целлюлозы (тринитроцеллюлоза) — должен содержать в соответствии сформулой 14,1% азота. На практике получают продукт с несколько меньшимсодержанием азота (12,5/13,5%), известный в технике под названием пирокселин.При обработке эфиром пироксилин желатинизируется; после испарения растворителяостаётся компактная масса. Мелконарезанные кусочки этой массы – бездымныйпорох.

Продукты нитрования, содержащиеоколо 10% азота, отвечает по составу динитрату целлюлозы: в технике такойпродукт известен под названием коллоксилин. При действии на него смеси спирта иэфира образуется вязкий раствор, так называемый коллодий, применяемый вмедицине. Если к такому раствору добавить камфору (0.4 ч. камфоры на 1 ч.коллоксилина) и испарить растворитель, то останется прозрачная гибкая плёнка –целлулоид. Исторически – это первый известный тип пластмассы. Ещё с прошлого векацеллулоид получил широкое применение как удобный термопластичный материал дляпроизводства многих изделий (игрушки, галантерея и т. д.). В особенности важноиспользование целлулоида в производстве киноплёнки и нитролаков. Серьёзнымнедостатком этого материала является его горючесть, поэтому в настоящее времяцеллулоид всё чаще заменяют другими материалами, в частности ацетатамицеллюлозы.

При действии на целлюлозу смесиуксусного ангидрида, уксусной кислоты и серной кислоты или хлорида цинка(последние играют роль катализаторов) образуется триацетат целлюлозы:

[C6H7O2(OH)3]n(Ch4CO)2_ [C6H7O2(OCOCh4)3]n

Неполное ацетилированиецеллюлозы или частичный гидролиз триацетата приводит к вторичному ацетату(2,4-2,7 остатков уксусной кислоты на элементарное звено), условно называемомудиацетатом. Из ацетатов целлюлозы готовят лаки, негорючую киноплёнку, а такжеацетатное волокно.

Если посмотреть под микроскопомволокна главных природных текстильных материалов – хлопка, шерсти инатурального шелка, то обращает на себя внимание различие между первыми двумя ишёлком. Волокна хлопка и шерсти имеют “мохнатую” поверхность. Волокна шёлка — более гладкие, отсюда блеск иплотность шелковых тканей. Подметив это, уже давно пытались создатьискусственный шелк, изменяя характер поверхности целлюлозных волокон. Дляполучения получения волокна триацетат целлюлозы растворяют в смеси дихлорметанаи этилового спирта, а диацетат – смеси ацетона с водой и затем продавливаютэтот раствор (формования волокна) через сосуд с тонкими отверстиями – фильеру.Вытекающие тончайшие струйки при испарении растворителя (сухое прядение)превращаются в очень тонкие нити, которые далее скручивают в более толстую, ужепригодную для ткачества нить ацетатнтго шёлка. Этот вид искусственного волокнаобладает рядом преимуществ по сравнению с другими искусственными волокнами,например с вискозным. Поэтому его производство в последние годы успешноразвивается.

Очевидно, чтообщий принцип, лежащий в основе получения ацетатного волокна (растворение,затем формованея нитей), можно осуществлять и по – иному. Большое техническоезначение имеет вискозный способ. Сущность этого способа – образованиерастворимого в воде соединения целлюлозы при действии на неё сероуглерода ищёлочи:

  S

  ||

[C6H7O2(OH)3]nCS2, NaOH_ [C6H7O2(O – C –SNa)3]n

Образовавшеесясоединение представляет собой натриевую соль сложного эфира дитиоугольной(ксантогеновой) кислоты и целлюлозы. Это соединение называют ксантогенатомцеллюлозы. Водный (точнее, щелочной) раствор ксантогената целлюлоозы (вискоза)продавливают через фильеры в прядильную ванну, содержащую серную кислоту,сульфаты натрия и цинка и воду (так называемое мокрое прядение). Под действиемкислоты ксантогенатные группы отщепляяются и регенерируется целлюлоза. Такая женить, но нессколько более толстая и “нарубленная” на мелкие куски представляетсобой штапельное волокно, из которого получают ткани, заменяющие хлопчатобумажные. Если вискозу вместо фильер продавливать через узкие щели, получаетсяпрозрачная пленка – целлофан.

Былопредложено получать искусственное волокно и из растворов целлюлозы в аммиачномрастворе гидроксида меди. Получаемое таким способом медноаммиачное волокнообладает хорошим качеством, однако стоимость его высока.

Нашлитехническое применение и простые эфиры целлюлозы. Так, обрабатывая целлюлозусначала щелочью, а затем метилхлоридом (под давлением), получаютметилцеллюлозу:

[C6H7O2(OH)3NaOH,Ch4Cl_ [C6H7O2(OH)(OCh4)2]n

Метилцеллюлозаобладает некоторой растворимостью в воде; применяется главным образом какзагуститель (вместо крахмала) в текстильной, косметической и пищевойпромышленности. Аналогично получают этилцеллюлозу, которую используют дляпроизводства прочных морозостойких плено. Искусственные волокна на основецеллюлозы ныне занимают видное место в общем балансе текстильного сырья.

www.ronl.ru

Целлюлоза - Доклад

ЦЕЛЛЮЛОЗА

Строение.

Молекулярная формула целлюлозы (-C6h20O5-)n, как и у крахмала. Целлюлоза тоже является природным полимером. Ее макромалекула состоит из многих остатков молекул глюкозы. Может воэникнуть вопрос: почему крахмал и целлюлоза вещества с одинаковой молекулярной формулой обладают различными свойствами?

При рассмотрении синтетических полимеров мы уже выяснили, что их свойства зависят от числа элементарных звеньев и их структуры. Это же положение относится и к природным полимерам. Оказывается, степень полимеризации у целлюлозы намного больше, чем у крахмала. Кроме того, сравнивая структуры этих природных полимеров, установили, что макромолекулы целлюлозы, в отличие от крахмала, состоят из остатков молекулы -глюкозы и имеют только линейное строение. Макромолекулы целлюлозы располагаются в одном направлении и образуют волокна (лен, хлопок, конопля).

В каждом остатке молекулы глюкозы содержатся три гидроксильные группы.

Физические свойства.

Целлюлоза волокнистое вещество. Она не плавится и не переходит в парообразное состояние: при нагревании примерно до 350оС целлюлоза разлагается обугливается. Целлюлоза нерастворима ни в воде, ни в большинстве других неорганических и органических растворителях.

Неспособность целлюлозы растворяться в воде неожиданное свойство для вещества, содержащего по три гидроксильные группы на каждые шесть атомов углерода. Хорошо известно, что полигидроксильные соединения легко растворяются в воде. Нерастворимость целлюлозы объясняется тем, что ее волокна представляют собой как бы пучки расположенных параллельно нитевидных молекул, связанных множеством водородных связей, которые образуются в результате взаимодействия гидроксильных групп. Внутрь подобного пучка растворитель проникнуть не может, а следовательно, не происходит и отрыва молекул друг от друга.

Растворителем целлюлозы является реактив Швейцера раствор гидроксида меди (II) с аммиаком, с которым она одновременно и взаимодействует. Концентрированные кислоты (серная, фосфорная) и концентрированный раствор хлорида цинка также растворяют целлюлозу, но при этом происходит ее частичный распад (гидролиз), сопровождающийся уменьшением молекулярной массы.

Химические свойства.

Химические свойства целлюлозы определяются прежде всего присутствием гидроксильных групп. Действуя металлическим натрием, можно получить алкоголят целлюлозы [C6H7O2(ONa)3]n. Под действием концентрированных водных растворов щелочей происходит так называемая мерсиризация частичное образование алкоголятов целлюлозы, приводящая к набуханию волокна и повышению его восприимчивости к красителям. В результате окисления в макромолекуле целлюлозы появляется некоторое число карбонильных и карбоксильных групп. Под влиянием сильных окислителей происходит распад макромолекулы. Гидроксильные группы целлюлозы способны алкилироваться и ацилироваться, давая простые и сложные эфиры.

Одно из наиболее характерных свойств целлюлозы способность в присутствии кислот подвергаться гидролизу с образованием глюкозы. Аналогично крахмалу гидролиз целлюлозы протекает ступенчато. Суммарно этот процесс можно изобразить так:

(C6h20O5)n + nh3O h3SO4_ nC6h22O6

Так как в молекулах целлюлозы имеются гидроксильные группы, то для нее характерны реакции этерификации. Из них практическое значение имеют реакции целлюлозы с азотной кислотой и ангидридом уксусной кислоты.

При взаимодействии целлюлозы с азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты, в зависимости от условий образуются динитроцеллюлоза и тринитроцеллюлоза, являющиеся сложными эфирами:

OH

(C6H7O2) OH

OH

+2nHONO2h3SO4

n O NO2

(C6H7O2) O NO2

OH

+2nh3O

nДинитроцеллюлоза,

Или динитрат

Целлюлозы

OH

(C6H7O2) OH

OH

+3nHONO2h3SO4_

n O NO2

(C6H7O2) O NO2

O NO2

+3nh3O

nТиринитроцеллюлоза,

или тринитрат

целлюлозы

При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом (в присутствии уксусной и серной кислот) получается триацетилцеллюлоза или диацетилцеллюлоза:

O

O C Ch4

O

(С6H7O2) O C Ch4

O

O C Ch4

n O

O C Ch4

O

(C6H7O2) O C Ch4

OHтриацетилцеллюлоза,

или триацетат

целлюлозыдиацетил целлюлоза,

или диацетат

целлюлозы

Целлюлоза горит. При этом образуются оксид углерода (IV) и вода.

При нагревании древесины без доступа воздуха происходит разложение целлюлозы и других веществ. При этом получаются древесный уголь, метан, метиловый спирт, уксусная кислота, ацетон и другие продукты.

Получение.

Образцом почти чистой целлюлозой является вата, полученная из очищенного хлопка. Основную массу целлюлозы выделяют из древесины, в которой она содержится вместе с другими веществами. Наиболее распространенным методом получения целлюлозы в нашей стране является так называемый сульфитный. По этому методу измельченную древесину в присутствии раствора гидросульфита кальция Ca(HSO3)2 или гидросульфита натрия NaHSO3 нагревают в авто

www.studsell.com

Доклад - Целлюлоза - Биология и химия

Целлюлоза, клетчатка, главный строительный материал растительного мира, образующий клеточные стенки деревьев и других высших растений. Самая чистая природная форма целлюлозы – волоски семян хлопчатника.

Очистка и выделение. В настоящее время промышленное значение имеют лишь два источника целлюлозы – хлопок и древесная масса. Хлопок представляет собой почти чистую целлюлозу и не требует сложной обработки, чтобы стать исходным материалом для изготовления искусственного волокна и неволокнистых пластиков. После того как от хлопкового семени отделены длинные волокна, используемые для изготовления хлопчатобумажных тканей, остаются короткие волоски, или «линт» (хлопковый пух), длиной 10–15 мм. Линт отделяют от семени, в течение 2–6 ч нагревают под давлением с 2,5–3%-м раствором гидроксида натрия, затем промывают, отбеливают хлором, снова промывают и сушат. Полученный продукт представляет собой целлюлозу чистоты 99%. Выход равен 80% (масс.) линта, а остальное приходится на лигнин, жиры, воски, пектаты и шелуху семян. Древесную массу делают обычно из древесины деревьев хвойных пород. Она содержит 50–60% целлюлозы, 25–35% лигнина и 10–15% гемицеллюлоз и нецеллюлозных углеводородов. В сульфитном процессе древесную щепу варят под давлением (около 0,5 МПа) при 140C с диоксидом серы и бисульфитом кальция. При этом лигнины и углеводороды переходят в раствор и остается целлюлоза. После промывки и отбеливания очищенная масса отливается в рыхлую бумагу, похожую на промокательную, и сушится. Такая масса на 88–97% состоит из целлюлозы и вполне пригодна для химической переработки в вискозное волокно и целлофан, а также в производные целлюлозы – сложные и простые эфиры.

Процесс регенерации целлюлозы из раствора при добавлении кислоты в ее концентрированный медноаммиачный (т.е. содержащий сульфат меди и гидроксид аммония) водный раствор был описан англичанином Дж.Мерсером около 1844. Но первое промышленное применение этого метода, положившее начало промышленности медно-аммиачного волокна, приписывается Е.Швейцеру (1857), а дальнейшее его развитие – заслуга М.Крамера и И.Шлоссбергера (1858). И только в 1892 Кросс, Бевин и Бидл в Англии изобрели процесс получения вискозного волокна: вязкий (откуда название вискоза) водный раствор целлюлозы получался после обработки целлюлозы сначала крепким раствором едкого натра, что давало «натронную целлюлозу», а затем – дисульфидом углерода (CS2), в результате чего получался растворимый ксантогенат целлюлозы. При выдавливании струйки этого «прядильного» раствора через фильеру с малым круглым отверстием в кислотную ванну целлюлоза регенерировалась в форме вискозного волокна. При выдавливании раствора в такую же ванну через фильеру с узкой щелью получалась пленка, названная целлофаном. Ж.Бранденбергер, занимавшийся во Франции этой технологией с 1908 по 1912, первым запатентовал непрерывный процесс изготовления целлофана.

Химическая структура. Несмотря на широкое промышленное применение целлюлозы и ее производных, принятая в настоящее время химическая структурная формула целлюлозы была предложена (У.Хоуорсом) лишь в 1934. Правда, с 1913 была известна ее эмпирическая формула C6h20O5, определенная по данным количественного анализа хорошо промытых и высушенных образцов: 44,4% C, 6,2% H и 49,4% O. Благодаря работам Г.Штаудингера и К.Фройденберга было известно также, что это длинноцепная полимерная молекула, состоящая из показанных на рис. 1 повторяющихся глюкозидных остатков. Каждое звено имеет три гидроксильные группы – одну первичную (– Ch3OH) и две вторичные (CHOH). К 1920 Э.Фишер установил структуру простых сахаров, и в том же самом году рентгенографические исследования целлюлозы впервые показали четкую дифракционную картину ее волокон. Рентгенограмма волокна хлопка указывает на четко выраженную кристаллическую ориентацию, но волокно льна еще более упорядочено. При регенерации целлюлозы в форме волокна кристалличность в значительной мере теряется. Как нетрудно видеть в свете достижений современной науки, структурная химия целлюлозы практически стояла на месте с 1860 по 1920 по той причине, что все это время оставались в зачаточном состоянии вспомогательные научные дисциплины, необходимые для решения проблемы.

Регенерированная целлюлоза

Вискозное волокно и целлофан. И вискозное волокно, и целлофан – это регенерированная (из раствора) целлюлоза. Очищенная природная целлюлоза обрабатывается избытком концентрированного гидроксида натрия; после удаления избытка ее комки растирают и полученную массу выдерживают в тщательно контролируемых условиях. При таком «старении» уменьшается длина полимерных цепей, что способствует последующему растворению. Затем измельченную целлюлозу смешивают с дисульфидом углерода и образовавшийся ксантогенат растворяют в растворе едкого натра для получения «вискозы» – вязкого раствора. Когда вискоза попадает в водный раствор кислоты, из нее регенерируется целлюлоза. Упрощенные суммарные реакции таковы:

Вискозное волокно, получаемое выдавливанием вискозы через малые отверстия фильеры в раствор кислоты, широко применяется для изготовления одежды, драпировочных и обивочных тканей, а также в технике. Значительные количества вискозного волокна идут на технические ремни, ленты, фильтры и шинный корд.

Целлофан. Целлофан, получаемый выдавливанием вискозы в кислую ванну через фильеру с узкой щелью, проходит затем через ванны промывки, отбеливания и пластификации, пропускается через сушильные барабаны и сматывается в рулон. Поверхность целлофановой пленки почти всегда покрывают нитроцеллюлозой, смолой, каким-либо воском или лаком, чтобы уменьшить пропускание паров воды и обеспечить возможность термической герметизации, так как целлофан без покрытия не обладает свойством термопластичности. На современных производствах для этого используются полимерные покрытия поливинилиденхлоридного типа, поскольку они в меньшей степени влагопроницаемы и дают более прочное соединение при термогерметизации.

Целлофан широко применяется главным образом в тароупаковочном производстве как оберточный материал для галантерейных товаров, пищевых продуктов, табачных изделий, а также в качестве основы для самоклеющейся упаковочной ленты.

Вискозная губка. Наряду с получением волокна или пленки, вискозу можно смешать с подходящими волокнистыми и мелкокристаллическими материалами; после кислотной обработки и водного выщелачивания такая смесь преобразуется в вискозный губчатый материал (рис. 2), который применяется для упаковки и теплоизоляции.

Медноаммиачное волокно. Волокно из регенерированной целлюлозы производится в промышленных масштабах также путем растворения целлюлозы в концентрированном медноаммиачном растворе (CuSO4 в Nh5OH) и формования из полученного раствора волокна в кислотной осадительной ванне. Такое волокно называется медноаммиачным.

Свойства целлюлозы

Химические свойства. Как показано на рис. 1, целлюлоза представляет собой высокополимерный углевод, состоящий из глюкозидных остатков C6h20O5, соединенных эфирными мостиками в положении 1,4. Три гидроксильные группы в каждом глюкопиранозном звене могут быть этерифицированы такими органическими агентами, как смесь кислот и ангидридов кислот с соответствующим катализатором, например серной кислотой. Простые эфиры могут образовываться в результате действия концентрированного гидроксида натрия, приводящего к образованию натронной целлюлозы, и последующей реакции с алкилгалогенидом:

Реакция с оксидом этилена или пропилена дает гидроксилированные простые эфиры:

Наличием этих гидроксильных групп и геометрией макромолекулы обусловлено сильное полярное взаимное притяжение соседних звеньев. Силы притяжения столь велики, что обычные растворители не в состоянии разорвать цепь и растворить целлюлозу. Эти свободные гидроксильные группы ответственны также за большую гигроскопичность целлюлозы (рис. 3). Этерификация и эфиризация понижают гигроскопичность и повышают растворимость в обычных растворителях.

Под действием водного раствора кислоты разрываются кислородные мостики в положении 1,4-. Полный разрыв цепи дает глюкозу – моносахарид. Первоначальная длина цепи зависит от происхождения целлюлозы. Она максимальна в природном состоянии и уменьшается в процессе выделения, очистки и преобразования в производные соединения (см. таблицу).

Даже механический сдвиг, например при абразивном размельчении, приводит к уменьшению длины цепей. При уменьшении длины полимерной цепи ниже определенного минимального значения изменяются макроскопические физические свойства целлюлозы.

Окислительные агенты оказывают на целлюлозу воздействие, не вызывая расщепления глюкопиранозного кольца (рис. 4). Последующее действие (в присутствии влаги, например, при климатических испытаниях), как правило, приводит к разрыву цепи и увеличению числа альдегидоподобных концевых групп. Поскольку альдегидные группы легко окисляются до карбоксильных, содержание карбоксила, практически отсутствующего в природной целлюлозе, резко возрастает в условиях атмосферных воздействий и окисления.

Как и все полимеры, целлюлоза разрушается под воздействием атмосферных факторов в результате совместного действия кислорода, влаги, кислотных компонентов воздуха и солнечного света. Важное значение имеет ультрафиолетовая составляющая солнечного света, и многие хорошо защищающие от УФ-излучения агенты увеличивают срок службы изделий из производных целлюлозы. Кислотные компоненты воздуха, такие, как оксиды азота и серы (а они всегда присутствуют в атмосферном воздухе промышленных районов), ускоряют разложение, зачастую оказывая более сильное воздействие, чем солнечный свет. Так, в Англии было отмечено, что образцы хлопка, испытывавшиеся на воздействие атмосферных условий, зимой, когда практически не было яркого солнечного света, деградировали быстрее, чем летом. Дело в том, что сжигание зимой больших количеств угля и газа приводило к повышению в воздухе концентрации оксидов азота и серы. Кислотные поглотители, антиоксиданты и агенты, поглощающие УФ-излучение, снижают чувствительность целлюлозы к атмосферным воздействиям. Замещение свободных гидроксильных групп приводит к изменению такой чувствительности: нитрат целлюлозы деградирует быстрее, а ацетат и пропионат – медленнее.

Физические свойства. Полимерные цепи целлюлозы упакованы в длинные пучки, или волокна, в которых наряду с упорядоченными, кристаллическими имеются и менее упорядоченные, аморфные участки (рис. 5). Измеренный процент кристалличности зависит от типа целлюлозы, а также от способа измерения. По рентгеновским данным, он составляет от 70% (хлопок) до 38–40% (вискозное волокно). Рентгенографический структурный анализ дает информацию не только о количественном соотношении между кристаллическим и аморфным материалом в полимере, но и о степени ориентации волокна, вызываемой растяжением или нормальными процессами роста. Резкость дифракционных колец характеризует степень кристалличности, а дифракционные пятна и их резкость – наличие и степень предпочтительной ориентации кристаллитов. В образце вторичного ацетата целлюлозы, полученного процессом «сухого» формования, и степень кристалличности, и ориентация весьма незначительны. В образце триацетата степень кристалличности больше, но предпочтительная ориентация отсутствует. Термообработка триацетата при температуре 180–240C заметно повышает степень его кристалличности, а ориентирование (вытягиванием) в сочетании с термообработкой дает самый упорядоченный материал. Лен обнаруживает высокую степень и кристалличности, и ориентации.

Список литературы

Бушмелев В.А., Вольман Н.С. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства. М., 1974

Целлюлоза и ее производные. М., 1974

Аким Э.Л. и др. Технология обработки и переработки целлюлозы, бумаги и картона. Л., 1977

www.ronl.ru

2003реферат целлюлоза

Министерство образования и науки Российской Федерации

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

Кафедра: «Технология и

организация общественного питания»

Реферат на тему:

Характеристика пищевой добавки «Целлюлозы»

Выполнила работу

Студентка группы ОПбн-111

Кононченко Наталья

Проверил: Кандидат технических наук,

Доцент

Куракин Михаил Сергеевич

Кемерово-2011

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

Основная часть…………………………………………………………………...4

Заключение………………………………………………………………………13

Список использованной литературы…………………………………………..14

Введение

Эмульгаторы добавляются в пищевые продукты с целью создания и стабилизации эмульсий и других пищевых дисперсных систем. Действие эмульгаторов многостороннее. Они отвечают за взаимное распределение двух несмешивающихся фаз, за консистенцию пищевого продукта, его пластические свойства, вязкость и ощущение «наполненности» во рту.

Эмульгаторы, создающие условия для равномерной диффузии газообразной фазы в жидкие и твердые пищевые продукты, носят название пенообразователей.

Эмульгаторы, добавляемые в жидкие взбитые продукты для предотвращения оседания пены, называются стабилизаторами пены.

Эмульгаторы обладают поверхностно-активными свойствами: концентрируясь на поверхности раздела несмешивающихся фаз, они могут снижать межфазное поверхностное натяжение.

3

Основная часть

Пищевая добавка E460 Целлюлоза (Cellulose)

Стабилизаторы, эмульгаторы, загустители (E400 — E481)

Описание:

E460 - Целлюлоза (Cellulose) i. Целлюлоза микрокристаллическая (Microcrystalline cellulose) ii. Целлюлоза в порошке (Powdered cellulose) — Эмульгатор, добавка, препятствующая слеживанию и комкованию, текстуратор.

Эмульгаторы и стабилизаторы эмульсий и суспензий Эмульгаторы способствуют созданию однородной консистенции пищевых продуктов, как жидких (препятствуют осаждению взвешенных частиц), так и твёрдых (которые в процессе изготовления находились в жидком состоянии).

Они широко используются при изготовлении шоколада, шоколадных конфет, жевательной резинки, маргарина (масло «Долина Сканди», Швеция) и других пищевых продуктов.

Лецитины — это группа сложных липидов, входящих в состав клеточных мембран. Особенно много лецитинов в нервной ткани.

Препараты лецитинов применяют и в медицине как общеукрепляющее средство при упадке сил, малокровии, неврозах. [5]

Целлюлоза уменьшает потребность в пище, предотвращает появление ожирения, способствует очищению желудочно-кишечного тракта.

Из года в год все большее количество людей начинает интересоваться именно тибетской и китайской медициной. В частности их интересуют БАДы (биологически активные добавки). Это и не удивительно, так как именно эти препараты могут оказать очень сильное лечебное воздействие, при этом не вызывая никаких побочных эффектов. Особенно популярными в последние годы стали БАДы всемирно известной корпорации Тяньши. Об одной из таких БАД мы поговорим прямо сейчас. Речь пойдет и Двойной целлюлозе.

Состав данного препарата многообразен. В нем содержаться такие компоненты как: стеариновокислый магний, порошок боярышника,

4

гидроксипропил целлюлозы, водонерастворимая клетчатка кукурузы, водорастворимая клетчатка или полиглукоза, тальк, крахмал, желатин. Если говорить о водонерастворимой клетчатке, то ей свойственно не только нормализовать перистальтику кишечника, но также очищать пространство между ворсинками тонкого и складками толстого кишечника и разрыхлять каловые массы. Что касается водорастворимой клетчатки, то она осуществляет очищение межклеточного пространства. Помимо этого она способствует замедлению всасывания сахара из пищеварительного тракта, регулирует отделение пота, уменьшает количество холестерина, осуществляет лимфодренаж.

Стеариновокислый магний необходим для формирования костей, улучшения памяти, нормализации метаболизма минералов. Данному компоненту свойственно также предупреждать образование камней в почках. С его помощью удается сохранять в норме процесс обмена белков, жиров и углеводов. Порошок из листьев и плодов боярышника в свою очередь осуществляет активацию кровообращения, а также очищение кишечника от всех вредных компонентов, которые в нем имеются. Помимо этого данный компонент облегчает и акт дефекации. Гидроксипропил целлюлозы участвует в восстановлении нормального процесса обмена веществ. Данный компонент используется и для предупреждения развития рака ободной кишки.

Каков механизм действия данной биологически активной добавки? Так как стенка тонкого кишечника полностью покрыта ворсинками, необходимыми для переноса питательных веществ в кровеносное русло, очень часто случается так, что на них оседают не только остатки пищи, но и слизь, а также некоторые другие вредные вещества. В результате, процесс пищеварения нарушается, что становится причиной развития не только запоров, но и многочисленных заболеваний желудочно-кишечного тракта. Двойная целлюлоза – это препарат, который улучшает самостоятельное очищение кишечника. Происходит это за счет тонизирующего действия данного препарата, которое оказывается непосредственно на ткани кишечника. Помимо этого данному средству свойственно также усиливать перистальтику. В итоге, желудочно-кишечный тракт человека начинает работать на полную мощность.

Данной биодобавке присуще также и бактерицидное свойство. Воздействуя на организм человека, она снижает до минимума негативное воздействие токсических веществ, которые содержатся в пище, и за достаточно короткий промежуток времени выводит их из организма. Используя данный препарат и соблюдая здоровый образ жизни, человек

5

может быть уверен на все сто процентов и в том, что в его организме не останется ни грамма холестерина.

Двойная целлюлоза – это прекрасное средство профилактики ожирения, восстановления нормальной микрофлоры кишечника, регулирования уровня глюкозы в крови, а также предупреждения развития таких заболеваний как атеросклероз, ишемическая болезнь сердца и так далее. Если Вы пытаетесь избавиться от лишних килограммов, тогда данный препарат Вам также необходим и все потому, что ему свойственно уменьшать потребность в пище.

Каковы показания к применению Двойной целлюлозы? За помощью к данному препарату обращаются в борьбе, как с хроническими запорами, так и с варикозным расширением вен, трофическими язвами нижних конечностей, а также с тромбофлебитом и колитом. Данный препарат используется и для лечения геморроя либо трещины заднего прохода. Если Вас беспокоит головная боль, которая вызвана нарушением работы кишечника либо его интоксикацией, тогда Вы также можете воспользоваться помощью данной БАД. Ишемическая болезнь сердца, ожирение, атеросклероз сосудов, гипертония, сахарный диабет, гастроэзофагальный рефлекс, болезнь Крона – все это также показания к применению данной биодобавки. Без ее помощи не обойтись и в случае наличия таких недугов как: аденома простаты, фибромиома матки, мастопатия, дисбактериоз. Кстати, данной биодобавкой можно лечить даже ту форму дисбактериоза, которая возникла в результате курса терапии антибиотическими средствами. В качестве профилактического средства данный продукт корпорации Тяньши используется в борьбе с холециститом, дисфункцией яичников, климаксом, предменструальным синдромом, раком молочной железы и кишечника. Данное средство используется и в случае детоксикации при отравлениях ядами.

Имеются ли какие-либо противопоказания к применению Двойной целлюлозы? Да, они имеются. В самую первую очередь стоит отметить, что данный препарат нельзя давать детям младше шести лет. Ни в коем случае нельзя использовать данную биодобавку и тем людям, у которых наблюдается острая форма язвы желудка, двенадцатиперстной кишки либо кишечника. Беременность и период лактации также принято считать противопоказаниями к использованию данного продукта. С особой осторожностью данная БАД назначается детям в возрасте от шести до двенадцати лет. Не стоит использовать данный препарат и наряду с Хитозаном.

6

Способ употребления данного препарата таков: таблетку Двойной целлюлозы необходимо для начала разжевать, затем запить одним стаканом воды. На протяжении всего курса терапии данным препаратом человек ежедневно должен выпивать не меньше двух литров жидкости в сутки.

Дозировка Двойной целлюлозы такова: курс лечения начинаем с одной таблетки. Затем через несколько дней увеличиваем дозу до двух таблеток два раза в день. Еще через несколько дней – до трех таблеток два раза в день. Если человек не может разжевать таблетки во рту, тогда их можно растолочь, залить одним стаканом теплой воды, дать постоять в течение пяти минут, после чего выпить. Курс терапии данным препаратом составляет один месяц. Очень важно помнить о том, что прием других БАД либо лекарственных препаратов должен осуществляться не раньше чем через два – три часа после употребления Двойной целлюлозы.

Выпускается данная биодобавка в упаковках, каждая из которых вмещает семьдесят таблеток данного препарата.

Стандартное описание препарата

Двойная целлюлоза относится к препаратам, способствующим восстановлению структуры ворсинок тонкого кишечника. Обладает свойствами улучшать моторную функцию кишечника и способствовать пищеварению при синдроме пустоты селезенки и желудка.

Состав двойной целлюлозы: водонерастворимая клетчатка кукурузы, водорастворимая клетчатка ( полиглукоза ), порошок боярышника, стеариновокислый магний, гидроксипропил целлюлозы, крахмал, желатин, тальк.

Диетическая целлюлоза необходима для нормального процесса биологического обмена веществ. Она предотвращает раковую опухоль ободочной кишки и запор. Водорастворимая целлюлоза разлагается и превращается в питательную среду для полезных кишечных бактерий, способствует выделению каловых масс с определенным уровнем влаги и объема, ускоряет процесс испражнения, служит средством профилактики геморроя и расширения варикозных вен нижних конечностей, способствует обмену жиров и липопротеина в крови, помогает предотвращать и лечить атеросклероз и коронарные заболевания, регулирует уровень сахара в крови. Целлюлоза дает человеку ощущение сытости, уменьшает потребность в пище, предотвращает появление ожирения, снижает возможность появления раковой опухоли молочной железы у женщин.

7

Кроме того диетическая целлюлоза смягчает такие заболевания, как : аппендицит, камни в почках, мочевом пузыре и в венах таза, язвы и образование тромбов.

Двойная целлюлоза и оздоровление кишечника - Создает чувство насыщения, ускоряет продвижение жиров по тонкому и толстому кишечнику, таким образом препятствуя избыточному поглощению организмом холестерина и жиров, что помогает избежать таких опасных болезней как ишемическая болезнь сердца, атеросклероз и т.д. Сокращает потребность клеток организма в инсулине. Нормализует уровень сахара в крови, применяется в целях профилактики сахарного диабета. Будучи мощным абсорбентом, очищает кишечник от отравляющих веществ, таким образом предупреждая онкологические заболевания кишечника. Способствует нормализации кишечной микрофлоры человека.[4]

8

История

Целлюлоза была обнаружена и описана французским химиком Ансельмом Пайяв 1838 году.

Физические свойства

Целлюлоза — белое твердое, стойкое вещество, не разрушается при нагревании (до 200 °C), но является горючим веществом. Температура воспламенения 275 °С, температура самовоспламенения 420 °С (хлопковая целлюлоза). Не растворима в воде и слабых кислотах.

Целлюлоза представляет собой длинные нити, содержащие 300—10 000 остатков глюкозы, без боковых ответвлений. Эти нити соединены между собой множеством водородных связей, что придает целлюлозе большую механическую прочность, при сохранении эластичности.

Зарегистрирована в качестве пищевой добавкиE460.

Химические свойства

Целлюлоза состоит из остатков молекулглюкозы, которая и образуется пригидролизецеллюлозы:

(C6h20O5)n + nh3O nC6h22O6

Серная кислотас йодом, благодарягидролизу, окрашивают целлюлозу в синий цвет. Один жейод— только в коричневый.[источник не указан 68 дней]

При реакции с азотной кислотой образуется нитроцеллюлоза(тринитрат целлюлозы):

В процессе этерификациицеллюлозыуксусной кислотойполучаетсяацетат целлюлозы:

9

Нахождение в природе

Кроме целлюлозы, в состав клеточных оболочеквходят ещё несколько другихуглеводов, известных под общим именемгемицеллюлоз, извлекаемых изклеточных оболочек1%-мрастворомсолянойилисерной кислотыпри нагревании.

Один из относящихся сюда углеводов—парагалактан, дающий при гидролизегалактозу. Вклеточных оболочкахимеются ещё и другиегемицеллюлозы, дающиеманнозу,арабинозуиксилозу. [2]

10

ЦЕЛЛЮЛОЗА - клетчатка, главный строительный материал растительного мира, образующий клеточные стенки деревьев и других высших растений. Самая чистая природная форма целлюлозы - волоски семян хлопчатника. Очистка и выделение. В настоящее время промышленное значение имеют лишь два источника целлюлозы - хлопок и древесная масса. Хлопок представляет собой почти чистую целлюлозу и не требует сложной обработки, чтобы стать исходным материалом для изготовления искусственного волокна и неволокнистых пластиков. После того как от хлопкового семени отделены длинные волокна, используемые для изготовления хлопчатобумажных тканей, остаются короткие волоски, или "линт" (хлопковый пух), длиной 10-15 мм. Линт отделяют от семени, в течение 2-6 ч нагревают под давлением с 2,5-3%-м раствором гидроксида натрия, затем промывают, отбеливают хлором, снова промывают и сушат. Полученный продукт представляет собой целлюлозу чистоты 99%. Выход равен 80% (масс.) линта, а остальное приходится на лигнин, жиры, воски, пектаты и шелуху семян. Древесную массу делают обычно из древесины деревьев хвойных пород. Она содержит 50-60% целлюлозы, 25-35% лигнина и 10-15% гемицеллюлоз и нецеллюлозных углеводородов. В сульфитном процессе древесную щепу варят под давлением (около 0,5 МПа) при 140° C с диоксидом серы и бисульфитом кальция. При этом лигнины и углеводороды переходят в раствор и остается целлюлоза. После промывки и отбеливания очищенная масса отливается в рыхлую бумагу, похожую на промокательную, и сушится. Такая масса на 88-97% состоит из целлюлозы и вполне пригодна для химической переработки в вискозное волокно и целлофан, а также в производные целлюлозы - сложные и простые эфиры. Процесс регенерации целлюлозы из раствора при добавлении кислоты в ее концентрированный медноаммиачный (т.е. содержащий сульфат меди и гидроксид аммония) водный раствор был описан англичанином Дж.Мерсером около 1844. Но первое промышленное применение этого метода, положившее начало промышленности медно-аммиачного волокна, приписывается Е. Швейцеру (1857), а дальнейшее его развитие - заслуга М. Крамера и И. Шлоссбергера (1858). И только в 1892 Кросс, Бевин и Бидл в Англии изобрели процесс получения вискозного волокна: вязкий (откуда название вискоза) водный раствор целлюлозы получался после обработки целлюлозы сначала крепким раствором едкого натра, что давало "натронную целлюлозу", а затем - дисульфидом углерода (CS2), в результате чего получался растворимый ксантогенат целлюлозы. При выдавливании струйки этого "прядильного" раствора через фильеру с малым круглым отверстием в кислотную ванну целлюлоза регенерировалась в форме вискозного волокна. При выдавливании раствора в такую же ванну через фильеру с узкой щелью получалась пленка, названная целлофаном. Ж. Бранденбергер, занимавшийся

11

во Франции этой технологией с 1908 по 1912, первым запатентовал непрерывный процесс изготовления целлофана. [3]

12

Заключение

На сегодняшний день пищевая добавка Е 460 необходима, т.к она является хорошими наполнителями в таблетках. Она позволяет уменьшить добавку жира в продукт, а в сдобных хлебобулочных изделиях обеспечивают увеличение удельного объема за счет усиления газообразования. Еще, очень малое количество целлюлозы, добавленное в газированные напитки, способствует замедлению выделения из них газа. [6]

13

Список использованной литературы

[1] СанПиН 2.3.2.1293-03

[2]http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B5%D0%BB%D0%BB%D1%8E%D0%BB%D0%BE%D0%B7%D0%B0

[3]http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/6349/%D0%A6%D0%95%D0%9B%D0%9B%D0%AE%D0%9B%D0%9E%D0%97%D0%90

[4] http://www.tiensmed.ru/prod14.html

[5]http://www.foodtest.ru/dobavka_e.php?str=E460%20&en=1

[6] Пищевые и биологически активные добавки: учебное пособие/Л.А. Маюрникова, М.С. Куракин, Кемеровский технологический институт пищевой промышленности.- Кемерово, 2006.-124с.

14

studfiles.net

Реферат - Целлюлоза - Биология и химия

Целлюлоза, клетчатка, главный строительный материал растительного мира, образующий клеточные стенки деревьев и других высших растений. Самая чистая природная форма целлюлозы – волоски семян хлопчатника.

Очистка и выделение. В настоящее время промышленное значение имеют лишь два источника целлюлозы – хлопок и древесная масса. Хлопок представляет собой почти чистую целлюлозу и не требует сложной обработки, чтобы стать исходным материалом для изготовления искусственного волокна и неволокнистых пластиков. После того как от хлопкового семени отделены длинные волокна, используемые для изготовления хлопчатобумажных тканей, остаются короткие волоски, или «линт» (хлопковый пух), длиной 10–15 мм. Линт отделяют от семени, в течение 2–6 ч нагревают под давлением с 2,5–3%-м раствором гидроксида натрия, затем промывают, отбеливают хлором, снова промывают и сушат. Полученный продукт представляет собой целлюлозу чистоты 99%. Выход равен 80% (масс.) линта, а остальное приходится на лигнин, жиры, воски, пектаты и шелуху семян. Древесную массу делают обычно из древесины деревьев хвойных пород. Она содержит 50–60% целлюлозы, 25–35% лигнина и 10–15% гемицеллюлоз и нецеллюлозных углеводородов. В сульфитном процессе древесную щепу варят под давлением (около 0,5 МПа) при 140C с диоксидом серы и бисульфитом кальция. При этом лигнины и углеводороды переходят в раствор и остается целлюлоза. После промывки и отбеливания очищенная масса отливается в рыхлую бумагу, похожую на промокательную, и сушится. Такая масса на 88–97% состоит из целлюлозы и вполне пригодна для химической переработки в вискозное волокно и целлофан, а также в производные целлюлозы – сложные и простые эфиры.

Процесс регенерации целлюлозы из раствора при добавлении кислоты в ее концентрированный медноаммиачный (т.е. содержащий сульфат меди и гидроксид аммония) водный раствор был описан англичанином Дж.Мерсером около 1844. Но первое промышленное применение этого метода, положившее начало промышленности медно-аммиачного волокна, приписывается Е.Швейцеру (1857), а дальнейшее его развитие – заслуга М.Крамера и И.Шлоссбергера (1858). И только в 1892 Кросс, Бевин и Бидл в Англии изобрели процесс получения вискозного волокна: вязкий (откуда название вискоза) водный раствор целлюлозы получался после обработки целлюлозы сначала крепким раствором едкого натра, что давало «натронную целлюлозу», а затем – дисульфидом углерода (CS2), в результате чего получался растворимый ксантогенат целлюлозы. При выдавливании струйки этого «прядильного» раствора через фильеру с малым круглым отверстием в кислотную ванну целлюлоза регенерировалась в форме вискозного волокна. При выдавливании раствора в такую же ванну через фильеру с узкой щелью получалась пленка, названная целлофаном. Ж.Бранденбергер, занимавшийся во Франции этой технологией с 1908 по 1912, первым запатентовал непрерывный процесс изготовления целлофана.

Химическая структура. Несмотря на широкое промышленное применение целлюлозы и ее производных, принятая в настоящее время химическая структурная формула целлюлозы была предложена (У.Хоуорсом) лишь в 1934. Правда, с 1913 была известна ее эмпирическая формула C6h20O5, определенная по данным количественного анализа хорошо промытых и высушенных образцов: 44,4% C, 6,2% H и 49,4% O. Благодаря работам Г.Штаудингера и К.Фройденберга было известно также, что это длинноцепная полимерная молекула, состоящая из показанных на рис. 1 повторяющихся глюкозидных остатков. Каждое звено имеет три гидроксильные группы – одну первичную (– Ch3OH) и две вторичные (CHOH). К 1920 Э.Фишер установил структуру простых сахаров, и в том же самом году рентгенографические исследования целлюлозы впервые показали четкую дифракционную картину ее волокон. Рентгенограмма волокна хлопка указывает на четко выраженную кристаллическую ориентацию, но волокно льна еще более упорядочено. При регенерации целлюлозы в форме волокна кристалличность в значительной мере теряется. Как нетрудно видеть в свете достижений современной науки, структурная химия целлюлозы практически стояла на месте с 1860 по 1920 по той причине, что все это время оставались в зачаточном состоянии вспомогательные научные дисциплины, необходимые для решения проблемы.

Регенерированная целлюлоза

Вискозное волокно и целлофан. И вискозное волокно, и целлофан – это регенерированная (из раствора) целлюлоза. Очищенная природная целлюлоза обрабатывается избытком концентрированного гидроксида натрия; после удаления избытка ее комки растирают и полученную массу выдерживают в тщательно контролируемых условиях. При таком «старении» уменьшается длина полимерных цепей, что способствует последующему растворению. Затем измельченную целлюлозу смешивают с дисульфидом углерода и образовавшийся ксантогенат растворяют в растворе едкого натра для получения «вискозы» – вязкого раствора. Когда вискоза попадает в водный раствор кислоты, из нее регенерируется целлюлоза. Упрощенные суммарные реакции таковы:

Вискозное волокно, получаемое выдавливанием вискозы через малые отверстия фильеры в раствор кислоты, широко применяется для изготовления одежды, драпировочных и обивочных тканей, а также в технике. Значительные количества вискозного волокна идут на технические ремни, ленты, фильтры и шинный корд.

Целлофан. Целлофан, получаемый выдавливанием вискозы в кислую ванну через фильеру с узкой щелью, проходит затем через ванны промывки, отбеливания и пластификации, пропускается через сушильные барабаны и сматывается в рулон. Поверхность целлофановой пленки почти всегда покрывают нитроцеллюлозой, смолой, каким-либо воском или лаком, чтобы уменьшить пропускание паров воды и обеспечить возможность термической герметизации, так как целлофан без покрытия не обладает свойством термопластичности. На современных производствах для этого используются полимерные покрытия поливинилиденхлоридного типа, поскольку они в меньшей степени влагопроницаемы и дают более прочное соединение при термогерметизации.

Целлофан широко применяется главным образом в тароупаковочном производстве как оберточный материал для галантерейных товаров, пищевых продуктов, табачных изделий, а также в качестве основы для самоклеющейся упаковочной ленты.

Вискозная губка. Наряду с получением волокна или пленки, вискозу можно смешать с подходящими волокнистыми и мелкокристаллическими материалами; после кислотной обработки и водного выщелачивания такая смесь преобразуется в вискозный губчатый материал (рис. 2), который применяется для упаковки и теплоизоляции.

Медноаммиачное волокно. Волокно из регенерированной целлюлозы производится в промышленных масштабах также путем растворения целлюлозы в концентрированном медноаммиачном растворе (CuSO4 в Nh5OH) и формования из полученного раствора волокна в кислотной осадительной ванне. Такое волокно называется медноаммиачным.

Свойства целлюлозы

Химические свойства. Как показано на рис. 1, целлюлоза представляет собой высокополимерный углевод, состоящий из глюкозидных остатков C6h20O5, соединенных эфирными мостиками в положении 1,4. Три гидроксильные группы в каждом глюкопиранозном звене могут быть этерифицированы такими органическими агентами, как смесь кислот и ангидридов кислот с соответствующим катализатором, например серной кислотой. Простые эфиры могут образовываться в результате действия концентрированного гидроксида натрия, приводящего к образованию натронной целлюлозы, и последующей реакции с алкилгалогенидом:

Реакция с оксидом этилена или пропилена дает гидроксилированные простые эфиры:

Наличием этих гидроксильных групп и геометрией макромолекулы обусловлено сильное полярное взаимное притяжение соседних звеньев. Силы притяжения столь велики, что обычные растворители не в состоянии разорвать цепь и растворить целлюлозу. Эти свободные гидроксильные группы ответственны также за большую гигроскопичность целлюлозы (рис. 3). Этерификация и эфиризация понижают гигроскопичность и повышают растворимость в обычных растворителях.

Под действием водного раствора кислоты разрываются кислородные мостики в положении 1,4-. Полный разрыв цепи дает глюкозу – моносахарид. Первоначальная длина цепи зависит от происхождения целлюлозы. Она максимальна в природном состоянии и уменьшается в процессе выделения, очистки и преобразования в производные соединения (см. таблицу).

Даже механический сдвиг, например при абразивном размельчении, приводит к уменьшению длины цепей. При уменьшении длины полимерной цепи ниже определенного минимального значения изменяются макроскопические физические свойства целлюлозы.

Окислительные агенты оказывают на целлюлозу воздействие, не вызывая расщепления глюкопиранозного кольца (рис. 4). Последующее действие (в присутствии влаги, например, при климатических испытаниях), как правило, приводит к разрыву цепи и увеличению числа альдегидоподобных концевых групп. Поскольку альдегидные группы легко окисляются до карбоксильных, содержание карбоксила, практически отсутствующего в природной целлюлозе, резко возрастает в условиях атмосферных воздействий и окисления.

Как и все полимеры, целлюлоза разрушается под воздействием атмосферных факторов в результате совместного действия кислорода, влаги, кислотных компонентов воздуха и солнечного света. Важное значение имеет ультрафиолетовая составляющая солнечного света, и многие хорошо защищающие от УФ-излучения агенты увеличивают срок службы изделий из производных целлюлозы. Кислотные компоненты воздуха, такие, как оксиды азота и серы (а они всегда присутствуют в атмосферном воздухе промышленных районов), ускоряют разложение, зачастую оказывая более сильное воздействие, чем солнечный свет. Так, в Англии было отмечено, что образцы хлопка, испытывавшиеся на воздействие атмосферных условий, зимой, когда практически не было яркого солнечного света, деградировали быстрее, чем летом. Дело в том, что сжигание зимой больших количеств угля и газа приводило к повышению в воздухе концентрации оксидов азота и серы. Кислотные поглотители, антиоксиданты и агенты, поглощающие УФ-излучение, снижают чувствительность целлюлозы к атмосферным воздействиям. Замещение свободных гидроксильных групп приводит к изменению такой чувствительности: нитрат целлюлозы деградирует быстрее, а ацетат и пропионат – медленнее.

Физические свойства. Полимерные цепи целлюлозы упакованы в длинные пучки, или волокна, в которых наряду с упорядоченными, кристаллическими имеются и менее упорядоченные, аморфные участки (рис. 5). Измеренный процент кристалличности зависит от типа целлюлозы, а также от способа измерения. По рентгеновским данным, он составляет от 70% (хлопок) до 38–40% (вискозное волокно). Рентгенографический структурный анализ дает информацию не только о количественном соотношении между кристаллическим и аморфным материалом в полимере, но и о степени ориентации волокна, вызываемой растяжением или нормальными процессами роста. Резкость дифракционных колец характеризует степень кристалличности, а дифракционные пятна и их резкость – наличие и степень предпочтительной ориентации кристаллитов. В образце вторичного ацетата целлюлозы, полученного процессом «сухого» формования, и степень кристалличности, и ориентация весьма незначительны. В образце триацетата степень кристалличности больше, но предпочтительная ориентация отсутствует. Термообработка триацетата при температуре 180–240C заметно повышает степень его кристалличности, а ориентирование (вытягиванием) в сочетании с термообработкой дает самый упорядоченный материал. Лен обнаруживает высокую степень и кристалличности, и ориентации.

Список литературы

Бушмелев В.А., Вольман Н.С. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства. М., 1974

Целлюлоза и ее производные. М., 1974

Аким Э.Л. и др. Технология обработки и переработки целлюлозы, бумаги и картона. Л., 1977

www.ronl.ru

Реферат: Целлюлоза

Целлюлоза, клетчатка, главный строительный материал растительного мира, образующий клеточные стенки деревьев и других высших растений. Самая чистая природная форма целлюлозы – волоски семян хлопчатника.

Очистка и выделение. В настоящее время промышленное значение имеют лишь два источника целлюлозы – хлопок и древесная масса. Хлопок представляет собой почти чистую целлюлозу и не требует сложной обработки, чтобы стать исходным материалом для изготовления искусственного волокна и неволокнистых пластиков. После того как от хлопкового семени отделены длинные волокна, используемые для изготовления хлопчатобумажных тканей, остаются короткие волоски, или «линт» (хлопковый пух), длиной 10–15 мм. Линт отделяют от семени, в течение 2–6 ч нагревают под давлением с 2,5–3%-м раствором гидроксида натрия, затем промывают, отбеливают хлором, снова промывают и сушат. Полученный продукт представляет собой целлюлозу чистоты 99%. Выход равен 80% (масс.) линта, а остальное приходится на лигнин, жиры, воски, пектаты и шелуху семян. Древесную массу делают обычно из древесины деревьев хвойных пород. Она содержит 50–60% целлюлозы, 25–35% лигнина и 10–15% гемицеллюлоз и нецеллюлозных углеводородов. В сульфитном процессе древесную щепу варят под давлением (около 0,5 МПа) при 140C с диоксидом серы и бисульфитом кальция. При этом лигнины и углеводороды переходят в раствор и остается целлюлоза. После промывки и отбеливания очищенная масса отливается в рыхлую бумагу, похожую на промокательную, и сушится. Такая масса на 88–97% состоит из целлюлозы и вполне пригодна для химической переработки в вискозное волокно и целлофан, а также в производные целлюлозы – сложные и простые эфиры.

Процесс регенерации целлюлозы из раствора при добавлении кислоты в ее концентрированный медноаммиачный (т.е. содержащий сульфат меди и гидроксид аммония) водный раствор был описан англичанином Дж.Мерсером около 1844. Но первое промышленное применение этого метода, положившее начало промышленности медно-аммиачного волокна, приписывается Е.Швейцеру (1857), а дальнейшее его развитие – заслуга М.Крамера и И.Шлоссбергера (1858). И только в 1892 Кросс, Бевин и Бидл в Англии изобрели процесс получения вискозного волокна: вязкий (откуда название вискоза) водный раствор целлюлозы получался после обработки целлюлозы сначала крепким раствором едкого натра, что давало «натронную целлюлозу», а затем – дисульфидом углерода (CS2), в результате чего получался растворимый ксантогенат целлюлозы. При выдавливании струйки этого «прядильного» раствора через фильеру с малым круглым отверстием в кислотную ванну целлюлоза регенерировалась в форме вискозного волокна. При выдавливании раствора в такую же ванну через фильеру с узкой щелью получалась пленка, названная целлофаном. Ж.Бранденбергер, занимавшийся во Франции этой технологией с 1908 по 1912, первым запатентовал непрерывный процесс изготовления целлофана.

Химическая структура. Несмотря на широкое промышленное применение целлюлозы и ее производных, принятая в настоящее время химическая структурная формула целлюлозы была предложена (У.Хоуорсом) лишь в 1934. Правда, с 1913 была известна ее эмпирическая формула C6h20O5, определенная по данным количественного анализа хорошо промытых и высушенных образцов: 44,4% C, 6,2% H и 49,4% O. Благодаря работам Г.Штаудингера и К.Фройденберга было известно также, что это длинноцепная полимерная молекула, состоящая из показанных на рис. 1 повторяющихся глюкозидных остатков. Каждое звено имеет три гидроксильные группы – одну первичную (– Ch3OH) и две вторичные (CHOH). К 1920 Э.Фишер установил структуру простых сахаров, и в том же самом году рентгенографические исследования целлюлозы впервые показали четкую дифракционную картину ее волокон. Рентгенограмма волокна хлопка указывает на четко выраженную кристаллическую ориентацию, но волокно льна еще более упорядочено. При регенерации целлюлозы в форме волокна кристалличность в значительной мере теряется. Как нетрудно видеть в свете достижений современной науки, структурная химия целлюлозы практически стояла на месте с 1860 по 1920 по той причине, что все это время оставались в зачаточном состоянии вспомогательные научные дисциплины, необходимые для решения проблемы.

Регенерированная целлюлоза

Вискозное волокно и целлофан. И вискозное волокно, и целлофан – это регенерированная (из раствора) целлюлоза. Очищенная природная целлюлоза обрабатывается избытком концентрированного гидроксида натрия; после удаления избытка ее комки растирают и полученную массу выдерживают в тщательно контролируемых условиях. При таком «старении» уменьшается длина полимерных цепей, что способствует последующему растворению. Затем измельченную целлюлозу смешивают с дисульфидом углерода и образовавшийся ксантогенат растворяют в растворе едкого натра для получения «вискозы» – вязкого раствора. Когда вискоза попадает в водный раствор кислоты, из нее регенерируется целлюлоза. Упрощенные суммарные реакции таковы:

Вискозное волокно, получаемое выдавливанием вискозы через малые отверстия фильеры в раствор кислоты, широко применяется для изготовления одежды, драпировочных и обивочных тканей, а также в технике. Значительные количества вискозного волокна идут на технические ремни, ленты, фильтры и шинный корд.

Целлофан. Целлофан, получаемый выдавливанием вискозы в кислую ванну через фильеру с узкой щелью, проходит затем через ванны промывки, отбеливания и пластификации, пропускается через сушильные барабаны и сматывается в рулон. Поверхность целлофановой пленки почти всегда покрывают нитроцеллюлозой, смолой, каким-либо воском или лаком, чтобы уменьшить пропускание паров воды и обеспечить возможность термической герметизации, так как целлофан без покрытия не обладает свойством термопластичности. На современных производствах для этого используются полимерные покрытия поливинилиденхлоридного типа, поскольку они в меньшей степени влагопроницаемы и дают более прочное соединение при термогерметизации.

Целлофан широко применяется главным образом в тароупаковочном производстве как оберточный материал для галантерейных товаров, пищевых продуктов, табачных изделий, а также в качестве основы для самоклеющейся упаковочной ленты.

Вискозная губка. Наряду с получением волокна или пленки, вискозу можно смешать с подходящими волокнистыми и мелкокристаллическими материалами; после кислотной обработки и водного выщелачивания такая смесь преобразуется в вискозный губчатый материал (рис. 2), который применяется для упаковки и теплоизоляции.

Медноаммиачное волокно. Волокно из регенерированной целлюлозы производится в промышленных масштабах также путем растворения целлюлозы в концентрированном медноаммиачном растворе (CuSO4 в Nh5OH) и формования из полученного раствора волокна в кислотной осадительной ванне. Такое волокно называется медноаммиачным.

Свойства целлюлозы

Химические свойства. Как показано на рис. 1, целлюлоза представляет собой высокополимерный углевод, состоящий из глюкозидных остатков C6h20O5, соединенных эфирными мостиками в положении 1,4. Три гидроксильные группы в каждом глюкопиранозном звене могут быть этерифицированы такими органическими агентами, как смесь кислот и ангидридов кислот с соответствующим катализатором, например серной кислотой. Простые эфиры могут образовываться в результате действия концентрированного гидроксида натрия, приводящего к образованию натронной целлюлозы, и последующей реакции с алкилгалогенидом:

Реакция с оксидом этилена или пропилена дает гидроксилированные простые эфиры:

Наличием этих гидроксильных групп и геометрией макромолекулы обусловлено сильное полярное взаимное притяжение соседних звеньев. Силы притяжения столь велики, что обычные растворители не в состоянии разорвать цепь и растворить целлюлозу. Эти свободные гидроксильные группы ответственны также за большую гигроскопичность целлюлозы (рис. 3). Этерификация и эфиризация понижают гигроскопичность и повышают растворимость в обычных растворителях.

Под действием водного раствора кислоты разрываются кислородные мостики в положении 1,4-. Полный разрыв цепи дает глюкозу – моносахарид. Первоначальная длина цепи зависит от происхождения целлюлозы. Она максимальна в природном состоянии и уменьшается в процессе выделения, очистки и преобразования в производные соединения (см. таблицу).

Даже механический сдвиг, например при абразивном размельчении, приводит к уменьшению длины цепей. При уменьшении длины полимерной цепи ниже определенного минимального значения изменяются макроскопические физические свойства целлюлозы.

Окислительные агенты оказывают на целлюлозу воздействие, не вызывая расщепления глюкопиранозного кольца (рис. 4). Последующее действие (в присутствии влаги, например, при климатических испытаниях), как правило, приводит к разрыву цепи и увеличению числа альдегидоподобных концевых групп. Поскольку альдегидные группы легко окисляются до карбоксильных, содержание карбоксила, практически отсутствующего в природной целлюлозе, резко возрастает в условиях атмосферных воздействий и окисления.

Как и все полимеры, целлюлоза разрушается под воздействием атмосферных факторов в результате совместного действия кислорода, влаги, кислотных компонентов воздуха и солнечного света. Важное значение имеет ультрафиолетовая составляющая солнечного света, и многие хорошо защищающие от УФ-излучения агенты увеличивают срок службы изделий из производных целлюлозы. Кислотные компоненты воздуха, такие, как оксиды азота и серы (а они всегда присутствуют в атмосферном воздухе промышленных районов), ускоряют разложение, зачастую оказывая более сильное воздействие, чем солнечный свет. Так, в Англии было отмечено, что образцы хлопка, испытывавшиеся на воздействие атмосферных условий, зимой, когда практически не было яркого солнечного света, деградировали быстрее, чем летом. Дело в том, что сжигание зимой больших количеств угля и газа приводило к повышению в воздухе концентрации оксидов азота и серы. Кислотные поглотители, антиоксиданты и агенты, поглощающие УФ-излучение, снижают чувствительность целлюлозы к атмосферным воздействиям. Замещение свободных гидроксильных групп приводит к изменению такой чувствительности: нитрат целлюлозы деградирует быстрее, а ацетат и пропионат – медленнее.

Физические свойства. Полимерные цепи целлюлозы упакованы в длинные пучки, или волокна, в которых наряду с упорядоченными, кристаллическими имеются и менее упорядоченные, аморфные участки (рис. 5). Измеренный процент кристалличности зависит от типа целлюлозы, а также от способа измерения. По рентгеновским данным, он составляет от 70% (хлопок) до 38–40% (вискозное волокно). Рентгенографический структурный анализ дает информацию не только о количественном соотношении между кристаллическим и аморфным материалом в полимере, но и о степени ориентации волокна, вызываемой растяжением или нормальными процессами роста. Резкость дифракционных колец характеризует степень кристалличности, а дифракционные пятна и их резкость – наличие и степень предпочтительной ориентации кристаллитов. В образце вторичного ацетата целлюлозы, полученного процессом «сухого» формования, и степень кристалличности, и ориентация весьма незначительны. В образце триацетата степень кристалличности больше, но предпочтительная ориентация отсутствует. Термообработка триацетата при температуре 180–240C заметно повышает степень его кристалличности, а ориентирование (вытягиванием) в сочетании с термообработкой дает самый упорядоченный материал. Лен обнаруживает высокую степень и кристалличности, и ориентации.

Список литературы

Бушмелев В.А., Вольман Н.С. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства. М., 1974

Целлюлоза и ее производные. М., 1974

Аким Э.Л. и др. Технология обработки и переработки целлюлозы, бумаги и картона. Л., 1977

Вы можете узнать стоимость написания работы

5rik.ru

Реферат - Целлюлоза - Химия

Строение.

Молекулярная формула целлюлозы (-C6 h20 O5 -)n, как и у крахмала. Целлюлоза тоже является природным полимером. Ее макромалекула состоит из многих остатков молекул глюкозы. Может воэникнуть вопрос: почему крахмал и целлюлоза – вещества с одинаковой молекулярной формулой – обладают различными свойствами?

При рассмотрении синтетических полимеров мы уже выяснили, что их свойства зависят от числа элементарных звеньев и их структуры. Это же положение относится и к природным полимерам. Оказывается, степень полимеризации у целлюлозы намного больше, чем у крахмала. Кроме того, сравнивая структуры этих природных полимеров, установили, что макромолекулы целлюлозы, в отличие от крахмала, состоят из остатков молекулы b-глюкозы и имеют только линейное строение. Макромолекулы целлюлозы располагаются в одном направлении и образуют волокна (лен, хлопок, конопля).

В каждом остатке молекулы глюкозы содержатся три гидроксильные группы.

Физические свойства .

Целлюлоза – волокнистое вещество. Она не плавится и не переходит в парообразное состояние: при нагревании примерно до 350о С целлюлоза разлагается – обугливается. Целлюлоза нерастворима ни в воде, ни в большинстве других неорганических и органических растворителях.

Неспособность целлюлозы растворяться в воде – неожиданное свойство для вещества, содержащего по три гидроксильные группы на каждые шесть атомов углерода. Хорошо известно, что полигидроксильные соединения легко растворяются в воде. Нерастворимость целлюлозы объясняется тем, что ее волокна представляют собой как бы «пучки» расположенных параллельно нитевидных молекул, связанных множеством водородных связей, которые образуются в результате взаимодействия гидроксильных групп. Внутрь подобного «пучка» растворитель проникнуть не может, а следовательно, не происходит и отрыва молекул друг от друга.

Растворителем целлюлозы является реактив Швейцера – раствор гидроксида меди (II) с аммиаком, с которым она одновременно и взаимодействует. Концентрированные кислоты (серная, фосфорная) и концентрированный раствор хлорида цинка также растворяют целлюлозу, но при этом происходит ее частичный распад (гидролиз), сопровождающийся уменьшением молекулярной массы.

Химические свойства .

Химические свойства целлюлозы определяются прежде всего присутствием гидроксильных групп. Действуя металлическим натрием, можно получить алкоголят целлюлозы [C6 H7 O2 (ONa)3 ]n. Под действием концентрированных водных растворов щелочей происходит так называемая мерсиризация – частичное образование алкоголятов целлюлозы, приводящая к набуханию волокна и повышению его восприимчивости к красителям. В результате окисления в макромолекуле целлюлозы появляется некоторое число карбонильных и карбоксильных групп. Под влиянием сильных окислителей происходит распад макромолекулы. Гидроксильные группы целлюлозы способны алкилироваться и ацилироваться, давая простые и сложные эфиры.

Одно из наиболее характерных свойств целлюлозы – способность в присутствии кислот подвергаться гидролизу с образованием глюкозы. Аналогично крахмалу гидролиз целлюлозы протекает ступенчато. Суммарно этот процесс можно изобразить так:

(C6 h20 O5 )n + nh3 O h3SO4_ nC6 h22 O6

Так как в молекулах целлюлозы имеются гидроксильные группы, то для нее характерны реакции этерификации. Из них практическое значение имеют реакции целлюлозы с азотной кислотой и ангидридом уксусной кислоты.

При взаимодействии целлюлозы с азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты, в зависимости от условий образуются динитроцеллюлоза и тринитроцеллюлоза, являющиеся сложными эфирами:

При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом (в присутствии уксусной и серной кислот) получается триацетилцеллюлоза или диацетилцеллюлоза:

Целлюлоза горит. При этом образуются оксид углерода (IV) и вода.

При нагревании древесины без доступа воздуха происходит разложение целлюлозы и других веществ. При этом получаются древесный уголь, метан, метиловый спирт, уксусная кислота, ацетон и другие продукты.

Получение.

Образцом почти чистой целлюлозой является вата, полученная из очищенного хлопка. Основную массу целлюлозы выделяют из древесины, в которой она содержится вместе с другими веществами. Наиболее распространенным методом получения целлюлозы в нашей стране является так называемый сульфитный. По этому методу измельченную древесину в присутствии раствора гидросульфита кальция Ca(HSO3 )2 или гидросульфита натрия NaHSO3 нагревают в автоклавах при давлении 0,5–0,6 МПа и температуре 150о С. При этом все другие вещества разрушаются, а целлюлоза выделяется в сравнительно чистом виде. Ее промывают водой, сушат и направляют на дальнейшую переработку, большей частью на производство бумаги.

Применение.

Целлюлоза используется человеком с очень древних времен. Сначала применяли древесину как горючий и строительный материал; затем хлопковые, льняные и другие волокна стали использовать как текстильное сырье. Первые промышленные способы химической переработки древесины возникли в связи с развитием бумажной промышленности.

Бумага – это тонкий слой волокон клетчатки, спрессованных и проклеенных для создания механической прочности, гладкой поверхности, для предотвращения растекания чернил. Первоначально для изготовления бумаги употребляли растительное сырье, из которого чисто механически можно было получить необходимые волокна, стебли риса (так называемая рисовая бумага), хлопка, использовали также изношенные ткани. Однако по мере развития книгопечатания перечисленных источников сырья стало не хватать для удовлетворения растущей потребности бумаги. Особенно много бумаги расходуется для печатания газет, причем вопрос о качестве (белизне, прочности, долговечности) для газетной бумаги значения не имеет. Зная, что древесина примерно на 50% состоит из клетчатки, к бумажной массе стали добавлять размолотую древесину. Такая бумага непрочна и быстро желтеет (особенно на свету).

Для улучшения качества древесных добавок к бумажной массе были предложены различные способы химической обработки древесины, позволяющие получить из нее более или менее чистую целлюлозу, освобожденную от сопутствующих веществ – лигнина, смол и других. Для выделения целлюлозы было предложено несколько способов, из которых мы рассмотрим сульфитный.

По сульфитному способу измельченную древесину ”варят “ под давлением с гидросульфитом кальция. При этом сопутствующие вещества растворяются, и освобожденную от примесей целлюлозу отделяют фильтрованием. Образующиеся сульфитные щелока являются в бумажном производстве отходами. Однако вследствие того, что они содержат наряду с другими веществами способные к брожению моносахариды, их используют как сырье для получения этилового спирта (так называемый гидролизный спирт).

Целлюлоза применяется не только как сырье в бумажном производстве, но идет еще и на дальнейшую химическую переработку. Наибольшее значение имеют простые и сложные эфиры целлюлозы. Так, при действии на целлюлозу смесью азотных и серных кислот получают нитраты целлюлозы. Все они горючи и взрывчаты. Максимальное число остатков азотной кислоты, которые можно ввести в целлюлозу, равно трем на каждое звено глюкозы:

[C6 H7 O2 (OH)3 ]n HNO3_ [C6 H7 O2 (ONO2 )3 ]n

Продукт полной этерификации — тринитрат целлюлозы (тринитроцеллюлоза) — должен содержать в соответствии с формулой 14,1% азота. На практике получают продукт с несколько меньшим содержанием азота (12,5/13,5%), известный в технике под названием пирокселин. При обработке эфиром пироксилин желатинизируется; после испарения растворителя остаётся компактная масса. Мелконарезанные кусочки этой массы – бездымный порох.

Продукты нитрования, содержащие около 10% азота, отвечает по составу динитрату целлюлозы: в технике такой продукт известен под названием коллоксилин. При действии на него смеси спирта и эфира образуется вязкий раствор, так называемый коллодий, применяемый в медицине. Если к такому раствору добавить камфору (0.4 ч. камфоры на 1 ч. коллоксилина) и испарить растворитель, то останется прозрачная гибкая плёнка – целлулоид. Исторически – это первый известный тип пластмассы. Ещё с прошлого века целлулоид получил широкое применение как удобный термопластичный материал для производства многих изделий (игрушки, галантерея и т. д.). В особенности важно использование целлулоида в производстве киноплёнки и нитролаков. Серьёзным недостатком этого материала является его горючесть, поэтому в настоящее время целлулоид всё чаще заменяют другими материалами, в частности ацетатами целлюлозы.

При действии на целлюлозу смеси уксусного ангидрида, уксусной кислоты и серной кислоты или хлорида цинка (последние играют роль катализаторов) образуется триацетат целлюлозы:

[C6 H7 O2 (OH)3 ]n (Ch4CO)2_ [C6 H7 O2 (OCOCh4 )3 ]n

Неполное ацетилирование целлюлозы или частичный гидролиз триацетата приводит к вторичному ацетату (2,4-2,7 остатков уксусной кислоты на элементарное звено), условно называемому диацетатом. Из ацетатов целлюлозы готовят лаки, негорючую киноплёнку, а также ацетатное волокно.

Если посмотреть под микроскопом волокна главных природных текстильных материалов – хлопка, шерсти и натурального шелка, то обращает на себя внимание различие между первыми двумя и шёлком. Волокна хлопка и шерсти имеют “мохнатую” поверхность. Волокна шёлка — более гладкие, отсюда блеск и плотность шелковых тканей. Подметив это, уже давно пытались создать искусственный шелк, изменяя характер поверхности целлюлозных волокон. Для получения получения волокна триацетат целлюлозы растворяют в смеси дихлорметана и этилового спирта, а диацетат – смеси ацетона с водой и затем продавливают этот раствор (формования волокна) через сосуд с тонкими отверстиями – фильеру. Вытекающие тончайшие струйки при испарении растворителя (сухое прядение) превращаются в очень тонкие нити, которые далее скручивают в более толстую, уже пригодную для ткачества нить ацетатнтго шёлка. Этот вид искусственного волокна обладает рядом преимуществ по сравнению с другими искусственными волокнами, например с вискозным. Поэтому его производство в последние годы успешно развивается.

Очевидно, что общий принцип, лежащий в основе получения ацетатного волокна (растворение, затем формованея нитей), можно осуществлять и по – иному. Большое техническое значение имеет вискозный способ. Сущность этого способа – образование растворимого в воде соединения целлюлозы при действии на неё сероуглерода и щёлочи:

S

||

[C6 H7 O2 (OH)3 ]n CS2, NaOH_ [C6 H7 O2 (O – C – SNa)3 ]n

Образовавшееся соединение представляет собой натриевую соль сложного эфира дитиоугольной (ксантогеновой) кислоты и целлюлозы. Это соединение называют ксантогенатом целлюлозы. Водный (точнее, щелочной) раствор ксантогената целлюлоозы (вискоза) продавливают через фильеры в прядильную ванну, содержащую серную кислоту, сульфаты натрия и цинка и воду (так называемое мокрое прядение). Под действием кислоты ксантогенатные группы отщепляяются и регенерируется целлюлоза. Такая же нить, но нессколько более толстая и “нарубленная” на мелкие куски представляет собой штапельное волокно, из которого получают ткани, заменяющие хлопчато бумажные. Если вискозу вместо фильер продавливать через узкие щели, получается прозрачная пленка – целлофан.

Было предложено получать искусственное волокно и из растворов целлюлозы в аммиачном растворе гидроксида меди. Получаемое таким способом медноаммиачное волокно обладает хорошим качеством, однако стоимость его высока.

Нашли техническое применение и простые эфиры целлюлозы. Так, обрабатывая целлюлозу сначала щелочью, а затем метилхлоридом (под давлением), получают метилцеллюлозу:

[C6 H7 O2 (OH)3NaOH,Ch4Cl_ [C6 H7 O2 (OH)(OCh4 )2 ]n

Метилцеллюлоза обладает некоторой растворимостью в воде; применяется главным образом как загуститель (вместо крахмала) в текстильной, косметической и пищевой промышленности. Аналогично получают этилцеллюлозу, которую используют для производства прочных морозостойких плено. Искусственные волокна на основе целлюлозы ныне занимают видное место в общем балансе текстильного сырья.

www.ronl.ru

Смотрите также

• 
  Реферат кухня греции
• 
  Реферат биомеханика плавания
• 
  Путешественник пифей реферат
• 
  Психология карьеры реферат
• 
  Протокол https реферат
• 
  Поведенческий маркетинг реферат
• 
  Овражная эрозия реферат
• 
  Непереносимость лактозы реферат
• 
  Макс фактор реферат
• 
  Кухня греции реферат
• 
  Косыгинские реформы реферат