Бавовна целюлоза. Що таке целюлоза? Рослинна клітковина-полісахарид

5. Якщо розтерти у фарфоровій ступці шматочки фільтрувального паперу (целюлози), змоченого концентрованою сірчаною кислотою, і розбавити отриману кашку водою, а також нейтралізувати кислоту лугом і, як у випадку з крохмалем, випробувати розчин на реакцію з гідроксидом міді (II), буде видно появу оксиду міді (І). Тобто у досвіді відбувся гідроліз целюлози. Процес гідролізу, як і в крохмалю, йде східчасто, доки утворюється глюкоза.

2. Залежно від концентрації азотної кислоти та інших умов в реакцію етерифікації вступають одна, дві або всі три гідроксильні групи кожної ланки молекули целюлози, наприклад: n + 3nHNO3 → n + 3n H2O.

Застосування целюлози.

Одержання ацетатного волокна

68. Целюлоза, її фізичні властивості

Знаходження у природі. Фізичні властивості.

1. Целюлоза, чи клітковина, входить до складу рослин, утворюючи у яких оболонки клітин.

2. Звідси походить і її назва (від лат. Целула - клітина).

3. Целюлоза надає рослинам необхідну міцність і еластичність і є їх скелетом.

4. Волокна бавовни містять до 98% целюлози.

5. Волокна льону та конопель також в основному складаються з целюлози; у деревині вона становить близько 50%.

6. Папір, бавовняні тканини – це вироби із целюлози.

7. Особливо чистими зразками целюлози є вата, отримана з очищеної бавовни, та фільтрувальний (непроклеєний) папір.

8. Виділена з природних матеріалів целюлоза є твердою волокнистою речовиною, що не розчиняється ні у воді, ні у звичайних органічних розчинниках.

Будова целюлози:

1) целюлоза, як і крохмаль, є природним полімером;

2) ці речовини мають навіть однакові за складом структурні ланки – залишки молекул глюкози, ту саму молекулярну формулу (С6H10O5)n;

3) значення n у целюлози зазвичай вище, ніж у крохмалю: середня молекулярна маса її сягає кількох мільйонів;

4) основна відмінність між крохмалем та целюлозою – у структурі їх молекул.

Знаходження целюлози у природі.

1. У природних волоконцях макромолекули целюлози розташовуються в одному напрямку: вони орієнтовані вздовж осі волокна.

2. Багаточисельні водневі зв'язки між гідроксильними групами макромолекул, що виникають при цьому, зумовлюють високу міцність цих волокон.

Які хімічні та фізичні властивості целюлози

У процесі прядіння бавовни, льону тощо ці елементарні волокна сплітаються в більш довгі нитки.

4. Це пояснюється тим, що макромолекули в ній хоч і мають лінійну структуру, але розташовані безладніше, не орієнтовані в одному напрямку.

Побудова макромолекул крохмалю та целюлози з різних циклічних форм глюкози суттєво позначається на їх властивостях:

1) крохмаль є важливим продуктом харчування людини, целюлоза для цієї мети використовуватись не може;

2) причина полягає в тому, що ферменти, що сприяють гідролізу крохмалю, не діють на зв'язку між залишками целюлози.

69. Хімічні властивості целюлози та її застосування

1. Зі повсякденного життя відомо, що целюлоза добре горить.

2. Під час нагрівання деревини без доступу повітря відбувається термічне розкладання целюлози. При цьому утворюються леткі органічні речовини, вода та деревне вугілля.

3. Серед органічних продуктів розкладання деревини – метиловий спирт, оцтова кислота, ацетон.

4. Макромолекули целюлози складаються з ланок, аналогічних тим, які утворюють крохмаль, вона піддається гідролізу, і продуктом її гідролізу, як і крохмалю, буде глюкоза.

5. Якщо розтерти у фарфоровій ступці шматочки фільтрувального паперу (целюлози), змоченого концентрованою сірчаною кислотою, і розбавити отриману кашку водою, а також нейтралізувати кислоту лугом і, як у випадку з крохмалем, випробувати розчин на реакцію з гідроксидом міді (II), буде видно появу оксиду міді (І).

69. Хімічні властивості целюлози та її застосування

Тобто у досвіді відбувся гідроліз целюлози. Процес гідролізу, як і в крохмалю, йде східчасто, доки утворюється глюкоза.

6. Сумарно гідроліз целюлози може бути виражений тим самим рівнянням, що і гідроліз крохмалю: (С6Н10О5)n + nН2О = nС6Н12О6.

7. Структурні ланки целюлози (C6H10O5)n містять гідроксильні групи.

8. За рахунок цих груп целюлоза може давати прості та складні ефіри.

9. Велике значення мають азотнокислі ефіри целюлози.

Особливості азотнокислих ефірів целюлози.

1. Вони виходять при дії на целюлозу азотною кислотою у присутності сірчаної кислоти.

2. Залежно від концентрації азотної кислоти та від інших умов реакцію етерифікації вступають одна, дві або всі три гідроксильні групи кожної ланки молекули целюлози, наприклад: n + 3nHNO3 -> n + 3n H2O.

Загальна властивість нітратів целюлози – їхня надзвичайна горючість.

Тринітрат целюлози, званий піроксилином, – сильновибухова речовина. Він застосовується для виробництва бездимного пороху.

Дуже важливими є оцтово-кислі ефіри целюлози - діацетат і триацетат целюлози. Діацетат і тріацетат целюлози на вигляд подібні з целюлозою.

Застосування целюлози.

1. Завдяки своїй механічній міцності у складі деревини використовується у будівництві.

2. З неї виготовляють різного роду столярні вироби.

3. У вигляді волокнистих матеріалів (бавовни, льону) використовується виготовлення ниток, тканин, канатів.

4. Виділена з деревини (звільнена від супутніх речовин) целюлоза йде виготовлення паперу.

О.А. Носкова, М.С. Федосєєв

Хімія деревини

І синтетичних полімерів

ЧАСТИНА 2

Затверджено

Редакційно-видавничою радою університету

як конспект лекцій

Видавництво

Пермського державного технічного університету

Рецензенти:

канд. техн. наук Д.Р. Нагімов

(ЗАТ «Карбокам»);

канд. техн. наук, проф. Ф.Х. Хакімова

(Пермський державний технічний університет)

Носкова, О.А.

Н84 Хімія деревини та синтетичних полімерів: конспект лекцій: о 2 ч. / О.О. Носкова, М.С. Федосєєв. - Перм: Вид-во Перм. держ. техн. ун-ту, 2007. - Ч. 2. - 53 с.

ISBN 978-5-88151-795-3

Наведено відомості щодо хімічної будови та властивостей основних компонентів деревини (целюлози, геміцелюлоз, лігніну та екстрактивних речовин). Розглянуто хімічні реакції цих компонентів, які протікають під час хімічної переробки деревини або при хімічній модифікації целюлози. Також наведено загальні відомості про варильні процеси.

Призначений для студентів спеціальності 240406 "Технологія хімічної переробки деревини".

УДК 630*813. + 541.6 + 547.458.8

ISBN 978-5-88151-795-3 © ГОУ ВПО

«Пермський державний

технічний університет», 2007

Вступ

Хімія деревини – це розділ технічної хімії, що вивчає хімічний склад деревини; хімізм освіти, будови та хімічні властивості речовин, що становлять мертву деревну тканину; методи виділення та аналізу цих речовин, а також хімічну сутність природних та технологічних процесів переробки деревини та її окремих компонентів.

У першій частині конспекту лекцій «Хімія деревини та синтетичних полімерів», виданої у 2002 р., розглянуто питання щодо анатомії деревини, будови клітинної оболонки, хімічного складу деревини, фізичних та фізико-хімічних властивостей деревини.

У другій частині конспекту лекцій «Хімія деревини та синтетичних полімерів» розглянуто питання щодо хімічної будови та властивостей основних компонентів деревини (целюлози, геміцелюлоз, лігніну).

У конспекті лекцій наведено загальні відомості про варильні процеси, тобто. про отримання технічної целюлози, що використовується у виробництві паперу та картону. В результаті хімічних перетворень технічної целюлози одержують її похідні – прості та складні ефіри, з яких виробляють штучні волокна (віскозні, ацетатні), плівки (кіно-, фото-, пакувальні плівки), пластмаси, лаки, клеї. У цій частині конспекту також коротко розглянуто одержання та властивості ефірів целюлози, які знайшли широке застосування у промисловості.

Хімія целюлози

Хімічна будова целюлози

Целюлоза – один із найважливіших природних полімерів. Це основний компонент рослинних тканин. Природна целюлоза міститься у великих кількостях у бавовні, льону та інших волокнистих рослинах, з яких одержують природні текстильні целюлозні волокна. Бавовняні волокна є майже чистою целюлозою (95–99 %). Найбільш важливим джерелом промислового отримання целюлози (технічної целюлози) служать деревні рослини. У деревині різних порід дерев масова частка целюлози становить у середньому 40-50%.

Целюлоза – полісахарид, макромолекули якого побудовані із залишків D-глюкози (ланок β -D-ангідроглюкопіранози), з'єднаних β-глікозидними зв'язками 1-4:

Целюлоза є лінійним гомополімером (гомополі-сахарид), що відноситься до гетероцепних полімерів (поліацеталів). Це стереорегулярний полімер, в ланцюгу якого ланкою, що стереоповторюється, служить залишок целобіози. Сумарну формулу целюлози можна представити (С6Н10О5) пабо [С6Н7О2 (ОН)3] п. У кожній мономерній ланці містяться три спиртові гідроксильні групи, з яких одна первинна -СН2ОН і дві (у С2 і С3) вторинні -СНОН-.

Кінцеві ланки відрізняються від інших ланок ланцюга. Одна кінцева ланка (умовно праве - нередукуюче) має додатковий вільний вторинний спиртовий гідроксил (у С4). Інша кінцева ланка (умовно ліва – що редукує) містить вільний глікозидний (напівацетальний) гідрок-сил (у С1 ) і, отже, може існувати у двох таутомерних формах – циклічної (цолуацетальної) та відкритої (альдегідної):

Кінцева альдегідна група надає целюлозі редукуючу (відновлюючу) здатність. Наприклад, целюлоза може відновлювати мідь із Сu2+ в Сu+:

Кількість відновленої міді ( мідне число) служить якісною характеристикою довжини ланцюгів целюлози та показує її ступінь окисної та гідролітичної деструкції.

Природна целюлоза має високий ступінь полімеризації (СП): деревна – 5000–10000 та вище, бавовняна – 14000–20000. При виділенні із рослинних тканин целюлоза дещо руйнується. Технічна деревна целюлоза має СП близько 1000-2000. СП целюлози визначають головним чином віскозиметричним методом, використовуючи в якості розчинників деякі комплексні підстави: мідноаміачний реактив(ОН)2, купріетілендіамін (ОН)2, кадмійетілендіамін (кадоксен) (ОН)2 та ін.

Виділена із рослин целюлоза завжди полидисперсна, тобто. містить макромолекули різної довжини. Ступінь полідисперсності целюлози (молекулярну неоднорідність) визначають методами фракціонування, тобто. поділ зразка целюлози на фракції з певною молекулярною масою. Властивості зразка целюлози (механічна міцність, розчинність) залежать від середньої СП та ступеня полідисперсності.

12345678910Наступна ⇒

Дата публікації: 2015-11-01; Прочитано: 1100 | Порушення авторського права сторінки

studopedia.org - Студопедія. Орг - 2014-2018 рік. (0.002 с) ...

Структура, властивості, функції полісахаридів (гомо-і гетерополісахариди).

ПОЛІСАХАРИДИ- Це високомолекулярні речовини ( полімери)складаються з великої кількості моносахаридів. За складом їх ділять на гомополісахариди та гетерополісахариди.

Гомополісахариди– полімери, що складаються з моносахаридів одного виду . Наприклад, глікоген, крохмаль побудовані тільки з молекул -глюкози (α-D-глюкопіранози), мономером клітковини (целюлози) так само є -глюкоза.

Крохмаль.Це резервний полісахарид рослин. Мономером крохмалю є α-глюкоза. Залишки глюкози вмолекули крохмалю на лінійних ділянках пов'язані між собою α-1,4-глікозидними , а в точках розгалуження - α-1,6-глікозидними зв'язками .

Крохмаль є сумішшю двох гомополісахаридів: лінійного – амілози (10-30%) та розгалуженого – амілопектину (70-90%).

Глікоген.Це основний резервний полісахарид тканин людини та тварин. Молекула глікогену має приблизно вдвічі більш розгалужену будову, ніж амілопектин крохмалю. Мономером глікогену є α-глюкоза . У молекулі глікогену залишки глюкози на лінійних ділянках пов'язані між собою α-1,4-глікозидними , а в точках розгалуження - α-1,6-глікозидними зв'язками .

Клітковина.Це найпоширеніший структурний рослинний гомополісахарид. У лінійної молекули клітковини мономери β-глюкози з'єднані між собою β-1,4-глікозидними зв'язками . Клітковина не засвоюється в організмі людини, але, через свою жорсткість, дратує слизову оболонку шлунково-кишкового тракту, тим самим, посилює перистальтику та стимулює виділення травних соків, сприяє формуванню калових мас.

Пектинові речовини- полісахариди, мономером яких є D- галактуронова кислота , залишки якої з'єднані α-1,4-глікозидними зв'язками Містяться в плодах та овочах і для них характерне желеутворення у присутності органічних кислот, що використовується в харчовій промисловості (желе, мармелад).

Гетерополісахариди(мукополісахариди, глікозаміноглікани) - полімери, що складаються з моносахаридів різного виду . За будовою вони представляють

нерозгалужені ланцюгипобудовані з повторюваних дисахаридних залишків , до складу яких обов'язково входять аміносахара (глюкозамін, або галактозамін) та гексуронові кислоти (Глюкуронова, або ідуронова).

Фізичні та хімічні властивості целюлози

Є желеподібними речовинами, виконують ряд функцій, в т.ч. захисну (слиз), структурну, є основою міжклітинної речовини.

В організмі гетерополісахариди не зустрічаються у вільному стані, а завжди пов'язані з білками (глікопротеїни та протеоглікани) або ліпідами (гліколіпіди).

За будовою та властивостями діляться на кислі та нейтральні.

КИСЛІ ГЕТЕРОПОЛІСАХАРИДИ:

У своєму складі мають гексуронову чи сірчану кислоти. Представники:

Гіалуронова кислотає основним структурним компонентом міжклітинної речовини, здатним зв'язувати воду («біологічний цемент») . Розчини гіалуронової кислоти мають високу в'язкість, тому служать бар'єром для проникнення мікроорганізмів, бере участь у регуляції водного обміну, є основною частиною міжклітинної речовини).

Хондроїтинсульфати.є структурними компонентами.хрящів, зв'язок, сухожилля, кісток, клапанів серця.

Гепарин – антикоагулянт (перешкоджає згортанню крові), має протизапальну дію, активатор ряду ферментів.

НЕЙТРАЛЬНІ ГЕТЕРОПОЛІСАХАРИДИ:входять до складу глікопротеїнів сироватки крові, муцинів слини, сечі та ін, побудовані з аміносахарів та сіалових к-т. Нейтральні ДП входять до складу мн. ферментів та гормонів.

СІАЛОВІ КИСЛОТИ – з'єднання нейрамінової кислоти з оцтовою або з амінокислотою – гліцином, що входять до складу клітинних оболонок, біологічних рідин. Сіалові кислоти визначають для діагностики системних захворювань (ревматизм, системний червоний вовчак).

Все життя нас оточує величезна кількість предметів - картонні коробки, офсетний папір, целофанові пакети, одяг з віскози, бамбукові рушники та багато іншого. Але мало хто знає, що за їх виготовлення активно застосовується целюлоза. Що ж це за справді чарівна речовина, без якої не обходиться практично жодне сучасне промислове підприємство? У цій статті ми розповімо про властивості целюлози, її застосування в різних сферах, а також з чого її видобувають і яка її хімічна формула. Почнемо, мабуть, із витоків.

Виявлення речовини

Формула целюлози була відкрита французьким хіміком Ансельмом Пайєном в ході експериментів з розподілу деревини на складові. Обробивши її азотною кислотою, вчений виявив, що в ході хімічної реакції формується волокниста речовина, схожа на бавовну. Після ретельного аналізу отриманого матеріалу Пайєном була отримана хімічна формула целюлози - C6H10O5. Опис процесу було опубліковано у 1838 році, а свою наукову назву речовина отримала у 1839-му.

Дари природи

Зараз достеменно відомо, що майже всі м'які частини рослин і тварин містять у собі кілька целюлози. Наприклад, рослинам ця речовина необхідна для нормального росту та розвитку, а точніше - для створення оболонок новоутворюваних клітин. За складом відноситься до полісахаридів.

У промисловості, як правило, натуральну целюлозу видобувають із хвойних та листяних дерев – у сухій деревині міститься до 60% цієї речовини, а також шляхом переробки відходів бавовни, в яких міститься близько 90% целюлози.

Відомо, що якщо нагріти деревину у вакуумі, тобто без доступу повітря, відбудеться термічне розкладання целюлози, завдяки чому утворюється ацетон, метиловий спирт, вода, оцтова кислота та вугілля.

Незважаючи на багату флору планети, лісів вже не вистачає на те, щоб виробляти необхідну для промисловості кількість хімічних волокон - застосування целюлози дуже широке. Тому її все частіше видобувають із соломи, очерету, стебел кукурудзи, бамбука та очерету.

Синтетичну целюлозу за допомогою різних технологічних процесів одержують з вугілля, нафти, природного газу та сланцю.

З лісу – до цеху

Давайте розглянемо видобуток технічної целюлози з деревини – це складний, цікавий та тривалий процес. Насамперед на виробництво привозять деревину, розпилюють її на великі фрагменти та видаляють кору.

Потім очищені бруски переробляють у тріски і сортують, після чого виварюють у лузі. Отриману таким чином целюлозу відокремлюють від лугу, потім висушують, розрізають та упаковують для відправки.

Хімія та фізика

Які ж хімічні та фізичні секрети таять у собі властивості целюлози крім того, що це – полісахарид? Насамперед, це речовина білого кольору. Легко спалахує і добре горить. Розчиняється в комплексних сполуках води з гідроксидами деяких металів (міді, нікелю), з амінами, а також у сірчаній та ортофосфорній кислотах, концентрованому розчині хлориду цинку.

У доступних побутових розчинниках та звичайній воді целюлоза не розчиняється. Це тому, що довгі ниткоподібні молекули цієї речовини пов'язані у своєрідні пучки і розташовані паралельно друг до друга. Крім того, вся ця "конструкція" посилена водневими зв'язками, через що молекули слабкого розчинника або води просто не можуть проникнути всередину і зруйнувати це міцне сплетення.

Найтонші нитки, довжина яких коливається від 3 до 35 мм, з'єднані в пучки, - так можна схематично уявити будову целюлози. Довгі волокна використовуються в текстильній промисловості, короткі - у виробництві, наприклад, паперу та картону.

Целюлоза не плавиться і не перетворюється на пару, проте починає руйнуватися при нагріванні вище 150 градусів Цельсія, виділяючи при цьому низькомолекулярні сполуки - водень, метан та монооксид вуглецю (чадний газ). При температурі 350 про З і вище целюлоза обугливается.

Зміни на краще

Ось так у хімічних символах описується целюлоза, структурна формула якої наочно показує довголанцюгову полімерну молекулу, що складається з глюкозидних залишків, що повторюються. Зверніть увагу на "n", що вказує на їх велику кількість.

До речі, формула целюлози, виведена Анзельмом Пайєном, зазнала деяких змін. 1934 року англійський хімік-органік, лауреат Нобелівської премії Уолтер Норман Хоуорс вивчав властивості крохмалю, лактози та інших цукрів, включаючи целюлозу. Виявивши здатність цієї речовини до гідролізу, він вніс свої корективи у дослідження Пайєна, і формула целюлози була доповнена значенням "n", позначивши наявність глікозидних залишків. На даний момент вона виглядає так: (C5H10O5) n .

Ефіри целюлози

Важливо, що молекула целюлози містять гідроксильні групи, які можуть алкілуватися і ацилюватися, утворюючи при цьому різні ефіри. Це ще одна з найважливіших властивостей, які має целюлоза. Структурна формула різних сполук може мати такий вигляд:

Ефіри целюлози бувають простими та складними. Прості - це метил-, оксипропіл-, карбоксиметил-, етил-, метилгідроксипропіл-і ціанетилцелюлоза. Складні – це нітрати, сульфати та ацетати целюлози, а також ацетопропіонати, ацетилфталілцелюлоза та ацетобутирати. Всі ці ефіри виробляються практично у всіх країнах світу сотнями тисяч тонн на рік.

Від фотоплівки до зубної пасти

Навіщо ж вони потрібні? Як правило, ефіри целюлози широко застосовуються для виробництва штучних волокон, різних пластмас, різноманітних плівок (включаючи фотографічні), лаків, фарб, а також використовуються у військовій промисловості для виготовлення твердого ракетного палива, бездимного пороху та вибухівки.

Крім цього, ефіри целюлози входять до складу штукатурних та гіпсо-цементних сумішей, барвників для тканин, зубних паст, різних клеїв, синтетичних миючих засобів, парфумерії та косметики. Одним словом, якби в далекому 1838 році не була відкрита формула целюлози, сучасні люди не мали б багатьох благ цивілізації.

Майже близнюки

Мало хто зі звичайних людей знає, що целюлоза має свого роду двійника. Формула целюлози та крохмалю ідентична, проте це дві абсолютно різні речовини. У чому різниця? Незважаючи на те, що обидві ці речовини - природні полімери, ступінь полімеризації у крохмалю набагато менший, ніж у целюлози. А якщо заглибитись далі і порівняти структури цих речовин, можна виявити, що макромолекули целюлози розташовуються лінійно і тільки в одному напрямку, утворюючи таким чином волокна, тоді як мікрочастинки крохмалю виглядають дещо інакше.

Сфера застосування

Одним із найкращих наочних зразків практично чистої целюлози є звичайна медична вата. Як відомо, її отримують із ретельно очищеної бавовни.

Другий, не менш використовуваний продукт із целюлози – папір. Насправді вона – найтонший шар целюлозних волокон, ретельно спресованих та склеєних між собою.

Крім того, з целюлози виробляють віскозне полотно, яке під умілими руками майстрів чарівним чином перетворюється на гарний одяг, оббивку для м'яких меблів та різні декоративні драпірування. Також віскоза застосовується для виготовлення технічних ременів, фільтрів та шинних кордів.

Не забудемо і про целофан, який отримують із віскози. Без нього важко уявити супермаркети, магазини, таропакувальні відділи поштових відділень. Целофан - всюди: ним обгорнуті цукерки, у нього упаковані крупи та хлібобулочні вироби, а також таблетки, колготки та будь-яка апаратура, починаючи від мобільного телефону та закінчуючи пультом дистанційного керування для телевізора.

Крім цього, чиста мікрокристалічна целюлоза входить до складу таблеток для зниження ваги. Потрапляючи у шлунок, вони набухають і створюють почуття насичення. Кількість їжі, що вживається протягом дня, істотно скорочується, відповідно, падає вага.

Як бачите, відкриття целюлози справило справжню революцію у хімічної промисловості, а й у медицині.

Навіщо потрібна целюлоза?

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

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

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

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

Целюлоза - це похідні двох природних речовин: дерева та бавовни. У рослинах вона здійснює важливу функцію, надає їм гнучкість та міцність.

Де трапляється речовина?

Целюлоза – це речовина натуральна. Рослини здатні виробляти її самостійно. У складі є: водень, кисень, вуглець.

Рослини виробляють цукор під дією сонячного проміння, він переробляється клітинами і дає можливість волокнам витримувати високі навантаження від вітру. Целюлоза – це речовина-учасник процесу фотосинтезу. Якщо цукрову воду бризнути на зріз свіжого дерева, рідина швидко вбереться.

Починається вироблення целюлози. Цей природний спосіб її отримання взято за основу для бавовняної тканини у промислових масштабах. Існує кілька методів, завдяки яким одержують целюлозу різної якості.

Метод виготовлення №1

Отримання целюлози відбувається природним методом – з насіння бавовнику. Волоски збираються автоматизованими механізмами, але потрібний тривалий період вирощування рослини. Тканина, вироблена таким чином, вважається найчистішою.

Швидше целюлозу можна отримати з волокон дерева. Однак при цьому методі якість набагато гірша. Цей матеріал придатний лише виготовлення неволокнистого пластику, целофану. Також із такого матеріалу можуть виробляти штучні волокна.

Природне здобуття

Виробляти целюлозу з насіння бавовни починають із відділення довгих волокон. Цей матеріал йде на виготовлення бавовняної тканини. Дрібні частини, менше 1,5 см, називають

Вони придатні для одержання целюлози. Зібрані частини нагрівають під високим тиском. Тривалість процесу може сягати 6 годин. Перед тим, як почати гріти матеріал, до нього додають гідроксид натрію.

Отриману речовину потрібно промити. Для цього застосовується хлор, який ще й відбілює. Склад целюлози за такого методу найбільш чистий (99%).

Метод виготовлення №2 із деревини

Для отримання 80-97% целюлози використовують тріску хвойних дерев, хімічні речовини. Усю масу змішують і обробляють температурою. В результаті варіння виділяється необхідна речовина.

Змішується бісульфіт кальцію, діоксид сірки та деревна маса. Целюлози отриманої суміші трохи більше 50%. Внаслідок реакції в рідині розчиняються вуглеводні, лігніни. Твердий матеріал проходить стадію очищення.

Отримують масу, що нагадує неякісний папір. Цей матеріал є основою виготовлення речовин:

• Ефірів.
• Целлофану.
• Віскозного волокна.

Що виробляють із цінного матеріалу?

Волокнисте, що дозволяє з неї виготовляти одяг. Бавовняний матеріал - це на 99,8% натуральний продукт, отриманий природним методом, наведеним вище. З нього ж можна виготовити вибухівку внаслідок хімічної реакції. Целюлоза активна при нанесенні на неї кислот.

Властивості целюлози можна застосовувати для виробництва тканин. Так, з неї виготовляють штучні волокна, що нагадують зовні і на дотик натуральні тканини:

• віскозне та ;
• штучне хутро;
• мідно-аміачний шовк.

Переважно з деревної целюлози виготовляють:

• лаки;
• фотоплівку;
• паперові вироби;
• пластмаси;
• губки для миття посуду;
• бездимний порох.

В результаті хімічної реакції з целюлози одержують:

• тринітроцелюлозу;
• динітроклеточку;
• глюкозу;
• рідке паливо.

У їжу целюлоза може застосовуватися. У складі деяких рослин (селери, салату, висівок) присутні її волокна. Також вона є матеріалом для виробництва крохмалю. Вже навчилися робити з неї тонкі нитки — штучне павутиння дуже міцне і не розтягується.

Хімічна формула целюлози - C6H10O5. Є полісахаридом. З неї виготовляють:

• медичну вату;
• бинти;
• тампони;
• картон, ДСП;
• харчову добавку Е460

Переваги речовини

Целюлоза здатна витримувати високу температуру до 200 градусів. Молекули не руйнуються, це дозволяє виготовляти з неї пластиковий посуд багаторазового використання. При цьому зберігається важлива якість – еластичність.

Целюлоза витримує тривалу дію кислот. Абсолютно не розчиняється у воді. Не перетравлюється людським організмом, використовується як сорбент.

Мікрокристалічна целюлоза використовується в нетрадиційній медицині як препарат для очищення травної системи. Порошкоподібна речовина виступає в ролі харчової добавки для зниження калорійності страв, що вживаються. Це сприяє виведенню токсинів, зниженню цукру та холестерину в крові.

Метод виготовлення №3 - промисловий

На виробничих майданчиках целюлозу готують шляхом варіння у різних середовищах. Від виду реагенту залежить використовується матеріал - тип дерева:

• Смолянисті породи.
• Листяні дерева.
• Рослини.

Розрізняють кілька видів реагентів для варіння:

• Інакше спосіб називається як сульфітний. Як розчин застосовують сіль сірчистої кислоти або її рідку суміш. При цьому варіанті виробництва целюлозу виділяють із хвойних порід. Добре переробляють ялиці, ялинки.
• Лужне середовище або натронний метод ґрунтується на використанні гідроксиду натрію. Розчин добре відокремлює целюлозу з волокон рослин (кукурудзяних стебел) та дерев (переважно листяних).
• Одночасне використання гідроксиду та сульфіду натрію застосовується у сульфатному методі. Він широко впроваджений у виробництві сульфіду білого лугу. Технологія є досить негативною для навколишньої природи через сторонні хімічні реакції, що утворюються.

Останній метод найпоширеніший через його універсальність: практично з будь-якого дерева можна отримати целюлозу. Однак чистота матеріалу не зовсім висока після одного варіння. Домішок позбавляються додатковими реакціями:

• геміцелюлози видаляють лужними розчинами;
• макромолекули лігніну та продукти їх руйнування забираються хлором з подальшою обробкою лугом.

Харчова цінність

Крохмаль та целюлоза мають схожу структуру. В результаті експериментів вдалося отримати з неїстівних волокон продукт. Він потрібний людині постійно. Уживана їжа складається з більш ніж 20% крохмалю.

Вченим вдалося отримати з целюлози речовину амілозу, що позитивно впливає стан організму людини. Одночасно з цим у процесі реакції виділяється глюкоза. Виходить безвідходне виробництво — остання речовина прямує виготовлення етанолу. Амілоза служить як засіб профілактики ожиріння.

В результаті реакції целюлоза залишається у твердому стані, осідаючи на дно судини. Інші компоненти видаляються за допомогою магнітних наночастинок або розчиняються і відводяться з рідиною.

Типи речовини у продажу

Постачальники пропонують целюлозу різної якості за прийнятними цінами. Перелічимо основні типи матеріалу:

• Целюлоза сульфатна білого кольору, виготовлена ​​з двох видів дерева: хвойних та листяних порід. Є невибілений матеріал, що використовується в пакувальному матеріалі, папері низької якості для ізоляційних матеріалів та інших цілей.
• Є у продажу сульфітна білого кольору, виготовлена ​​з хвойних дерев.
• Порошковий матеріал білого кольору підходить для виробництва медичних речовин.
• Целюлоза преміум-сортів виготовляється методом відбілювання без хлору. Як сировину беруться хвойні породи. Деревна маса складається з поєднання тріски ялини та сосни у співвідношенні 20/80%. Чистота одержуваного матеріалу найвища. Він підходить для виготовлення стерильних матеріалів, що застосовуються у медицині.

Для вибору відповідної целюлози використовують стандартні критерії: чистота матеріалу, міцність на розрив, довжина волокон, індекс опору роздирання. Також кількісно вказується хімічний стан чи агресивність середовища водної витяжки та вологість. Для целюлози, що постачається у вигляді вибіленої маси, застосовуються інші показники: питомий об'єм, яскравість, величина помелу, міцність на розтяг, ступінь чистоти.

Важливим для маси целюлози є показник індекс опору роздирання. Від нього залежить призначення вироблених матеріалів. Враховують використовувану як сировину, і вологість. Також важливий рівень смол та жирів. Однорідність порошку важлива певних технологічних процесів. Для аналогічних цілей оцінюють в'язкість та опір продавлювання матеріалу у вигляді листів.

Целюлоза - це природний полімер глюкози (зокрема залишки бетта-глюкози) рослинного походження з лінійною будовою молекул. Інакше целюлоза ще називається клітковиною. У цьому полімері понад п'ятдесят відсотків вуглецю, що міститься в рослинах. Целюлоза посідає перше місце серед сполук органічного походження на планеті.

Чиста целюлоза - це бавовняні волокна (до дев'яносто восьми відсотків) або лляні волокна (до вісімдесяти п'яти відсотків). До п'ятдесяти відсотків целюлози містить деревина, тридцять відсотків целюлози в соломі. Багато її й у коноплі.

Целюлоза має білий колір. Сірчана кислота забарвлює її у синій відтінок, а йод – у коричневий. Целюлоза тверда і волокниста, без смаку і запаху, не руйнується при температурі двісті градусів Цельсія, але спалахує при температурі двісті сімдесят п'ять градусів Цельсія (тобто горюча речовина), а при нагріванні до трьохсот шістдесяти градусів Цельсія обвуглюється. Її не можна розчинити у воді, але можна розчинити у розчині аміаку з гідроксидом міді. Клітковина є дуже міцним та еластичним матеріалом.

Значення целюлози для живих організмів

Целюлоза відноситься до полісахаридних вуглеводів.

У живому організмі функції вуглеводів такі:

1. Функція структури та опори, оскільки вуглеводи беруть участь у побудові опорних структур, а целюлоза є головним компонентом структури стінок рослинних клітин.
2. Захисна функція, властива рослин (колючки чи шипи). Такі утворення на рослинах складаються зі стінок рослинних клітин, що відмерли.
3. Пластична функція (інша назва – анаболічна функція), оскільки вуглеводи є компонентами складних молекулярних структур.
4. Функція забезпечення енергією, оскільки вуглеводи є енергетичним джерелом живих організмів.
5. Запасаюча функція, тому що живі організми запасають у своїх тканинах вуглеводи як поживні речовини.
6. Осмотична функція, оскільки вуглеводи беруть участь у регулюванні осмотичного тиску всередині живого організму (наприклад, кров містить від ста міліграм до ста десяти міліграм глюкози, а від концентрації цього вуглеводу в крові залежить кров'яний осмотичний тиск). Осмосне перенесення доставляє поживні елементи у високих стовбурах дерев, так як капілярне перенесення в цьому випадку неефективне.
7. Функція рецепторів, оскільки деякі вуглеводи перебувають у складі сприймаючої частини рецепторів клітин (молекул на клітинної поверхні чи молекул, розчинені у клітинної цитоплазмі). Рецептор особливим чином реагує на з'єднання з певною хімічною молекулою, яка передає зовнішній сигнал і передає цей сигнал в саму клітину.

Біологічна роль целюлози така:

1. Клітковина – це головна структурна частина клітинної оболонки рослин. Утворюється внаслідок фотосинтезу. Целюлоза рослин є харчуванням травоїдним тваринам (наприклад, жуйним), у тому організмі клітковина розщеплюється з допомогою ферменту целюлаза. Він досить рідкісний, тому в чистому вигляді целюлоза людини не вживається.
2. Клітковина в їжі дає людині почуття ситості та покращує рухливість (перистальтику) його кишечника. Целюлоза здатна зв'язувати рідину (до нуля цілих чотирьох десятих грамів рідини на один грам целюлози). У товстому кишечнику його метаболізують бактерії. Клітковина приварюється без кисню (в організмі є лише один анаеробний процес). Підсумком перетравлення стає утворення кишкових газів та літаючих жирних кислот. Більшість цих кислот всмоктується кров'ю і застосовується як енергія для організму. А та кількість кислот, яка не засвоїлася, та кишкові гази збільшують обсяг калу та прискорюють його попадання у пряму кишку. Також енергія даних кислот застосовується для збільшення кількості корисної мікрофлори у товстому кишечнику та підтримки її життя там. Коли кількість харчових волокон у їжі зростає, то зростає і обсяг корисних кишкових бактерій покращує синтез вітамінних речовин.
3. Якщо додавати в їжу від тридцяти до сорока п'яти грам висівок (містять клітковину), виготовлених з пшениці, то калові маси збільшуються з сімдесяти дев'яти грам до двохсот двадцяти восьми грамів на день, і термін їх пересування скорочується з п'ятдесяти восьми годин до сорока годин. Коли клітковина додається в їжу регулярно, то калові маси стають м'якшими, що допомагає виконувати профілактику запору та геморою.
4. Коли в їжі багато клітковини (наприклад висівки), то організм як здорової людини, так і організм хворого на цукровий діабет першого типу стає більш стійким до глюкози.
5. Клітковина як щітка видаляє зі стінок кишечника брудні налипання, вбирає токсичні речовини, забирає холестерин і видаляє все це з організму природним шляхом. Лікарі дійшли висновку, що люди, які їдять житній хліб та висівки рідше страждають на рак прямого кишечника.

Найбільше клітковини міститься у висівках з пшениці та жита, у хлібі з грубо перемеленого борошна, у хлібі з білків та висівок, у сухих фруктах, моркві, крупах, буряках.

Області застосування целюлози

Люди застосовують целюлозу вже тривалий час. Насамперед дерев'яний матеріал йшов як паливо та дошки для будівництва. Потім бавовну, льон та волокна конопель застосовували для виготовлення різних тканин. Вперше у промисловості хімічну обробку дерев'яного матеріалу стали практикувати через розвиток виробництва паперових виробів.

В даний час целюлозу використовують у різних промислових галузях. І саме для промислових потреб отримують її в основному з деревної сировини. Целюлозу застосовують у виробництві целюлозно-паперових виробів, у виробництві різних тканин, у медицині, при виробництві лаків, при виготовленні органічного скла та інших галузях промисловості.

Розглянемо її застосування докладніше

З целюлози та її ефірів одержують ацетатний шовк, виготовляють ненатуральні волокна, плівку з ацетилцелюлози, яка не горить. Виготовляють порох без диму із піроксиліну. З целюлози роблять щільну медичну плівку (колодій) та целюлоїд (пластмасу) для іграшок, кіноплівки та фотоплівки. Роблять нитки, канати, вату, різні види картону, будівельний матеріал для суднобудування та спорудження будинків. А ще отримують глюкозу (для медичних цілей) та етиловий спорт. Целюлозу застосовують і як сировину, і як речовину для переробки хімічним шляхом.

Багато глюкози потрібно виготовлення паперу. Папір є тоненьким волокнистим шаром целюлози, який був проклеєний і спресований на спеціальному устаткуванні, щоб отримати тонку щільну гладку поверхню паперового виробу (чорнила не повинні розтікатися по ній). Спочатку для створення паперу застосовувався тільки матеріал рослинного походження, з нього потрібні волокна виділяли механічним способом (рисові стебла, бавовна, ганчір'я).

Але друкарство розвивалося дуже швидкими темпами, стали випускатися ще й газети, тому виробленого таким способом паперу стало недостатньо. Люди з'ясували, що у деревині багато клітковини, тому до рослинної маси, з якої робили папір, почали додавати перемелену деревну сировину. Але цей папір був швидко рветься і жовтіє за дуже короткий час, особливо при тривалому знаходженні на світлі.

Тому почали розроблятися різні методи обробки деревного матеріалу хімічними речовинами, які дозволяють виділити з нього очищену від різних домішок целюлозу.

Для отримання целюлози тріску варять у розчині реагентів (кислоти чи луги) протягом багато часу, потім очищають отриману рідину. Так робиться чиста целюлоза.

До кислотних реагентів відноситься сірчиста кислота, її застосовують для виробництва целюлози з деревини з малою кількістю смоли.

До лужних реагентів належать:

1. натронні реагенти забезпечують отримання целюлози з листяних порід та однорічників (така целюлоза коштує досить дорого);
2. сульфатні реагенти, з яких найбільш поширений сульфат натрію (основа для виробництва білого лугу, а вже він застосовується як реагент для виготовлення целюлози з будь-яких рослин).

Після всіх виробничих етапів папір йде на виготовлення пакувальної, книжкової та канцелярської продукції.

З усього вище сказаного можна дійти невтішного висновку у тому, що целюлоза (клітковина) мають важливе очищаюче і оздоровче значення для кишечника людини, і навіть використовують у багатьох галузях промисловості.