Cellulosa: che cos'è? Questa domanda preoccupa tutti coloro che sono coinvolti nella chimica organica. Proviamo a scoprire le principali caratteristiche di questo composto, identificarne le caratteristiche distintive e gli ambiti di applicazione pratica.
Caratteristiche strutturali
La cellulosa chimica ha la formula (C 6 H 10 O 5) p. È un polisaccaride che include residui di β-glucosio. La cellulosa è caratterizzata da una struttura lineare. Ogni residuo della sua molecola comprende tre gruppi OH, quindi questo composto è caratterizzato dalle proprietà degli alcoli polivalenti. La presenza di un gruppo aldeidico anulare nella molecola conferisce alla cellulosa proprietà riparatrici (riducenti). È questo composto organico il polimero naturale più importante, il componente principale del tessuto vegetale.
Si trova in grandi quantità nel lino, nel cotone e in altre piante fibrose, che sono la principale fonte di fibra di cellulosa.
La cellulosa tecnica è isolata dalle piante legnose.
Chimica del legno
La produzione della cellulosa è trattata in questa sezione separata della chimica. È qui che si dovrebbero considerare le caratteristiche della composizione del legno, le sue proprietà chimiche e fisiche, i metodi di analisi e isolamento delle sostanze, l'essenza chimica dei processi di lavorazione del legno e i suoi singoli componenti.
La cellulosa del legno è polidispersa, contenente macromolecole di varia lunghezza. Per determinare il grado di polidispersità, viene utilizzato il metodo del frazionamento. Il campione viene diviso in frazioni separate, quindi vengono studiate le loro caratteristiche.
Proprietà chimiche
Quando si discute di cos'è la cellulosa, è necessario condurre un'analisi dettagliata delle proprietà chimiche di questo composto organico.
La cellulosa tecnica può essere utilizzata nella produzione di cartone e carta, poiché può essere lavorata chimicamente senza problemi.
Qualsiasi catena tecnologica legata alla lavorazione della cellulosa naturale è finalizzata a preservarne le preziose proprietà. La moderna lavorazione della cellulosa consente di eseguire il processo di dissoluzione di questa sostanza e di produrre sostanze chimiche completamente nuove dalla cellulosa.
Quali proprietà ha la cellulosa? Qual è il processo di distruzione? Queste domande sono incluse nel corso scolastico di chimica organica.
Tra le proprietà chimiche caratteristiche della cellulosa ricordiamo:
- distruzione;
- Cucitura;
- Reazioni che coinvolgono gruppi funzionali.
Durante la distruzione si osserva una rottura della catena della macromolecola dei legami glicosidici, accompagnata da una diminuzione del grado di polimerizzazione. In alcuni casi è possibile la rottura completa della molecola.
Opzioni per la distruzione della cellulosa
Scopriamo quali sono i principali tipi di distruzione della cellulosa, qual è la rottura delle macromolecole.
Attualmente, nella produzione chimica si distinguono diversi tipi di distruzione.
Nella versione meccanica si osserva la rottura dei legami C-C nei cicli, nonché la distruzione dei legami glicosidici. Un processo simile si verifica durante la macinazione meccanica di una sostanza, ad esempio durante la macinazione per la produzione della carta.
La distruzione termica avviene sotto l'influenza dell'energia termica. È su questo processo che si basa la pirolisi tecnologica del legno.
La distruzione fotochimica comporta la distruzione di macromolecole sotto l'influenza della radiazione ultravioletta.
Per il tipo di radiazione di distruzione di un polimero naturale, si presuppone la presenza di radiazioni a raggi X. Questo tipo di distruzione viene utilizzato in dispositivi speciali.
Se esposto all'ossigeno atmosferico, è possibile la distruzione ossidativa della cellulosa. Il processo è caratterizzato dalla simultanea ossidazione dei gruppi alcolici e aldeidici presenti in un dato composto.
Quando la cellulosa viene esposta all'acqua, così come a soluzioni acquose di acidi e alcali, si verifica il processo di idrolisi della cellulosa. La reazione viene eseguita intenzionalmente nei casi in cui è necessario condurre un'analisi qualitativa della struttura di una sostanza, ma quando si cucina questa sostanza non è auspicabile.
I microrganismi, come i funghi, possono degradare biologicamente la cellulosa. Per ottenere un prodotto di qualità è importante prevenirne la distruzione biologica durante la produzione di carta e tessuti di cotone.
A causa della presenza di due gruppi funzionali nelle molecole, la cellulosa presenta proprietà caratteristiche degli alcoli polivalenti e delle aldeidi.
Reazioni di reticolazione
Tali processi implicano la possibilità di ottenere macromolecole con proprietà fisiche e chimiche specificate.
Sono ampiamente utilizzati nella produzione industriale della cellulosa e le conferiscono nuove caratteristiche prestazionali.
Preparazione della cellulosa alcalina
Cos'è questa cellulosa? Le recensioni indicano che questa tecnologia è considerata la più antica e diffusa al mondo. Al giorno d'oggi, il polimero ottenuto nella produzione di fibre e film di viscosa e nella creazione di eteri di cellulosa vengono raffinati in modo simile.
Studi di laboratorio hanno riscontrato che dopo tale trattamento la lucentezza del tessuto aumenta e la sua resistenza meccanica aumenta. La cellulosa alcalina è un'eccellente materia prima per la produzione di fibre.
Esistono tre tipi di tali prodotti: fisico-chimico, strutturale, chimico. Tutti sono richiesti nella moderna produzione chimica e vengono utilizzati nella produzione di carta e cartone. Abbiamo scoperto quale struttura ha la cellulosa e qual è il processo della sua produzione.
La cellulosa è un polisaccaride costituito da unità elementari di anidro- D -glucosio e rappresenta poli-1,4-β-D -glucopiranosile- D -glucopiranosio. La macromolecola di cellulosa, insieme alle unità di anidroglucosio, può contenere residui di altri monosaccaridi (esosi e pentosi), nonché acidi uronici (vedi figura). La natura e la quantità di tali residui sono determinate dalle condizioni della sintesi biochimica.
La cellulosa è il componente principale delle pareti cellulari delle piante superiori. Insieme alle sostanze che lo accompagnano, svolge il ruolo di telaio che sopporta il carico meccanico principale. La cellulosa si trova principalmente nei peli dei semi di alcune piante, ad esempio nel cotone (97-98% di cellulosa), nel legno (40-50% sulla sostanza secca), nelle fibre liberiane, negli strati interni della corteccia delle piante (lino e ramiè - 80-90% , iuta - 75% e altri), steli di piante annuali (30-40%), ad esempio canne, mais, cereali, girasoli.
L'isolamento della cellulosa dai materiali naturali si basa sull'azione di reagenti che distruggono o dissolvono i componenti non cellulosici. La natura della lavorazione dipende dalla composizione e dalla struttura del materiale vegetale. Per la fibra di cotone (impurità non cellulosiche - 2,0-2,5% di sostanze contenenti azoto; circa 1% di pentosani e sostanze pectiniche; 0,3-1,0% di grassi e cere; 0,1-0,2% di sali minerali) utilizzare metodi di estrazione relativamente delicati.
La lanugine di cotone viene sottoposta a un parco (3-6 ore, 3-10 atmosfere) con una soluzione all'1,5-3% di idrossido di sodio, seguita da lavaggio e candeggio con vari agenti ossidanti: biossido di cloro, ipoclorito di sodio, perossido di idrogeno. Nella soluzione passano alcuni polisaccaridi a basso peso molare (pentosani, parzialmente esosani), gli acidi uronici e alcuni grassi e cere. Contenutoα -cellulosa (frazione insolubile in soluzione al 17,5%). N aOH a 20° per 1 ora) può essere aumentata al 99,8-99,9%. A seguito della parziale distruzione della struttura morfologica della fibra durante la cottura, aumenta la reattività della cellulosa (caratteristica che determina la solubilità degli esteri ottenuti durante la successiva lavorazione chimica della cellulosa e la filtrabilità delle soluzioni di filatura di questi esteri).
Per isolare la cellulosa da legno contenente 40-55% cellulosa, 5-10% altri esosani, 10-20% pentosani, 20-30% lignina, 2-5% resine e una serie di altre impurità e avente una struttura morfologica complessa, altro condizioni di lavorazione rigide; Molto spesso viene utilizzata la cottura al solfito o al solfato dei trucioli di legno.
Durante la cottura al solfito, il legno viene trattato con una soluzione contenente il 3-6% di sostanza libera SO2 e circa il 2% di SO2 , legati sotto forma di bisolfito di calcio, magnesio, sodio o ammonio. La cottura viene effettuata sotto pressione a 135-150° per 4-12 ore; Le soluzioni di cottura durante la cottura acida con bisolfito hanno un pH compreso tra 1,5 e 2,5. Durante la cottura con solfito, la lignina viene solfonata, seguita dalla sua transizione in soluzione. Allo stesso tempo, parte delle emicellulose viene idrolizzata, gli oligo e monosaccaridi risultanti, nonché parte delle sostanze resinose, si dissolvono nel liquido di cottura. Quando si utilizza la cellulosa isolata con questo metodo (cellulosa al solfito) per la lavorazione chimica (principalmente nella produzione di fibra di viscosa), la cellulosa viene sottoposta a raffinazione, il cui compito principale è aumentare la purezza chimica e l'uniformità della cellulosa (rimozione della lignina , emicellulosa, riduzione del contenuto di ceneri e di resina, cambiamento delle proprietà chimico-fisiche colloidali). I metodi di raffinazione più comuni prevedono il trattamento della cellulosa sbiancata con una soluzione al 4-10%. N aOH a 20° (raffinazione a freddo) o soluzione all'1%. NaOH a 95-100° (raffinazione a caldo). La cellulosa solfitata raffinata per la lavorazione chimica ha i seguenti indicatori: 95-98%α -cellulosa; 0,15-0,25% di lignina; 1,8-4,0% pentosani; 0,07-0,14% resina; 0,06-0,13% di ceneri. La cellulosa al solfito viene utilizzata anche per la produzione di carta e cartone di alta qualità.
I trucioli di legno possono essere cotti anche con 4- Soluzione al 6% di N aOH (cottura al solfato) o sua miscela con solfuro di sodio (cottura al solfato) a 170-175° sotto pressione per 5-6 ore. In questo caso la lignina viene sciolta, parte delle emicellulose (principalmente esosani) vengono trasferite in soluzione e idrolizzate, e gli zuccheri risultanti vengono ulteriormente convertiti in idrossiacidi organici (lattico, saccarico e altri) e acidi (formici). La resina e gli acidi grassi superiori passano gradualmente nel liquido di cottura sotto forma di sali di sodio (i cosiddetti"sapone al solfato"). La cottura alcalina è applicabile per la lavorazione del legno di abete rosso, pino e latifoglie. Quando si utilizza la cellulosa (solfato di cellulosa) isolata con questo metodo per la lavorazione chimica, il legno viene sottoposto a preidrolisi (trattamento con acido solforico diluito a temperature elevate) prima della cottura. La pasta kraft pre-idrolisi utilizzata per la lavorazione chimica, dopo raffinazione e sbiancamento, ha la seguente composizione media (%):α -cellulosa - 94,5-96,9; pentosani 2-2, 5; resine e grassi - 0,01-0,06; cenere - 0,02-0,06 La cellulosa solfatata viene utilizzata anche per la produzione di carta da sacco e da imballaggio, corde di carta, carte tecniche (bobina, smeriglio, condensatore), carta da scrittura, da stampa e carta durevole sbiancata (da disegno, cartografica, per documenti).
La cottura al solfato viene utilizzata per produrre cellulosa ad alta resa, utilizzata per la produzione di cartone ondulato e carta da sacco (la resa di cellulosa dal legno in questo caso è del 50-60% contro~ 35% per la pasta kraft pre-idrolisi per la lavorazione chimica). La cellulosa ad alto rendimento contiene quantità significative di lignina (12-18%) e mantiene la forma del chip. Pertanto, dopo la cottura, viene sottoposto a macinazione meccanica. La cottura con soda e solfato può essere utilizzata anche per separare la cellulosa dalla paglia che ne contiene grandi quantità SiO2 , rimosso dall'azione degli alcali.
La cellulosa viene anche isolata dal legno deciduo e dalle piante annuali mediante cottura idrotropica, trattando le materie prime con soluzioni concentrate (40-50%) di sali di metalli alcalini e acidi carbonici e solfonici aromatici (ad esempio acidi benzoico, cimene e xilensolfonico) a 150-180° per 5-10 ore. Altri metodi di isolamento della cellulosa (acido nitrico, cloro-alcali e altri) non sono ampiamente utilizzati.
Per determinare il peso molare della cellulosa, vengono solitamente utilizzati metodi viscometrici [secondo la viscosità delle soluzioni di cellulosa in una soluzione di rame-ammonio, in soluzioni di basi di ammonio quaternario, idrossido di cadmio etilendiammina (il cosiddetto cadoxene), in una soluzione alcalina di complesso di acido ferroso sodico e altri, o dalla viscosità degli eteri di cellulosa - principalmente acetati e nitrati ottenuti in condizioni che escludono la distruzione] e dai metodi osmotici (per gli eteri di cellulosa). Il grado di polimerizzazione determinato con questi metodi è diverso per le diverse preparazioni di cellulosa: 10-12 mila per cellulosa di cotone e cellulosa di fibra liberiana; 2,5-3 mila per la cellulosa di legno (secondo la determinazione in un'ultracentrifuga) e 0,3-0,5 mila per la cellulosa di seta viscosa.
La cellulosa è caratterizzata da una significativa polidispersità in peso molare. La cellulosa viene frazionata mediante dissoluzione frazionata o precipitazione da una soluzione di rame-ammoniaca, da una soluzione in cuprietilendiammina, cadmiotilendiammina o in una soluzione alcalina di complesso di acido ferroso sodico, nonché precipitazione frazionata da soluzioni di nitrati di cellulosa in acetone o acetato di etile. La cellulosa di cotone, le fibre liberiane e la pasta di legno di conifere sono caratterizzate da curve di distribuzione del peso molare con due massimi; le curve per la pasta di legno duro hanno un massimo.
La cellulosa ha una struttura supramolecolare complessa. Sulla base della diffrazione dei raggi X, della diffrazione elettronica e degli studi spettroscopici, è generalmente accettato che la cellulosa sia un polimero cristallino. La cellulosa presenta una serie di modifiche strutturali, le principali delle quali sono la cellulosa naturale e la cellulosa idrata. La cellulosa naturale viene convertita in cellulosa idrata dopo dissoluzione e successiva precipitazione dalla soluzione, sotto l'azione di soluzioni alcaline concentrate e successiva decomposizione della cellulosa alcalina e altre. La transizione inversa può essere effettuata riscaldando l'idrato di cellulosa in un solvente che ne provoca il forte rigonfiamento (glicerina, acqua). Entrambe le modifiche strutturali hanno diversi modelli di diffrazione dei raggi X e differiscono notevolmente in reattività, solubilità (non solo della cellulosa stessa, ma anche dei suoi esteri), capacità di adsorbimento e altri. Le preparazioni di idrato di cellulosa hanno una maggiore igroscopicità e verniciabilità, nonché un tasso di idrolisi più elevato.
La presenza di legami acetalici (glucosidici) tra le unità elementari della macromolecola cellulosica ne determina la bassa resistenza all'azione degli acidi, in presenza dei quali avviene l'idrolisi della cellulosa (vedi figura). La velocità del processo dipende da una serie di fattori, tra cui il fattore decisivo, soprattutto quando si effettua la reazione in un ambiente eterogeneo, è la struttura dei farmaci, che determina l'intensità dell'interazione intermolecolare. Nella fase iniziale dell'idrolisi, la velocità può essere più elevata, a causa della possibilità dell'esistenza nella macromolecola di un piccolo numero di legami che sono meno resistenti all'azione dei reagenti idrolizzanti rispetto ai tradizionali legami glucosidici. I prodotti dell'idrolisi parziale della cellulosa sono chiamati idrocellulosa.
Come risultato dell'idrolisi, le proprietà del materiale cellulosico cambiano in modo significativo: la resistenza meccanica delle fibre diminuisce (a causa di una diminuzione del grado di polimerizzazione), aumenta il contenuto di gruppi aldeidici e la solubilità negli alcali. L'idrolisi parziale non modifica la resistenza del preparato cellulosico ai trattamenti alcalini. Il prodotto dell'idrolisi completa della cellulosa è il glucosio. I metodi industriali per l'idrolisi delle materie prime vegetali contenenti cellulosa prevedono la lavorazione con soluzioni diluite HCl e H2SO4 (0,2-0,3%) a 150-180°; la resa degli zuccheri durante l'idrolisi graduale arriva fino al 50%.
Per natura chimica, la cellulosa è un alcol polivalente. A causa della presenza di gruppi idrossilici nell'unità elementare della macromolecola, la cellulosa reagisce con metalli e basi alcalini. Quando la cellulosa essiccata viene trattata con una soluzione di sodio metallico in ammoniaca liquida a meno 25-50°C per 24 ore, si forma l'alcolato di cellulosa trisodica:
n+3nNa → n+1,5nH2.
Quando soluzioni alcaline concentrate agiscono sulla cellulosa, insieme a una reazione chimica, si verificano anche processi fisico-chimici: rigonfiamento della cellulosa e dissoluzione parziale delle sue frazioni a basso peso molecolare, trasformazioni strutturali. L'interazione dell'idrossido di metalli alcalini con la cellulosa può procedere secondo due schemi:
n + n NaOH ↔ n + nH 2 O
[C 6 H 7 O 2 (OH) 3 ]n + n NaOH ↔ n.
La reattività dei gruppi idrossilici primari e secondari della cellulosa in un ambiente alcalino è diversa. Le proprietà acide più pronunciate sono quelle dei gruppi ossidrile situati al secondo atomo di carbonio dell'unità elementare della cellulosa, che fanno parte del gruppo glicole e si trovano inα -posizione al legame acetalico. La formazione dell'alcossido di cellulosa sembra avvenire proprio grazie a questi gruppi ossidrili, mentre interagendo con i restanti gruppi OH si forma un composto molecolare.
La composizione della cellulosa alcalina dipende dalle condizioni della sua produzione: concentrazione di alcali; temperatura, natura del materiale cellulosico e altri. A causa della reversibilità della reazione di formazione della cellulosa alcalina, un aumento della concentrazione di alcali nella soluzione porta ad un aumentoγ (il numero di gruppi idrossilici sostituiti per 100 unità elementari di una macromolecola di cellulosa) di cellulosa alcalina, e una diminuzione della temperatura di mercerizzazione porta ad un aumentoγ cellulosa alcalina ottenuta dall'azione di soluzioni alcaline equiconcentrate, che si spiega con la differenza nei coefficienti di temperatura delle reazioni dirette e inverse. La diversa intensità di interazione dei diversi materiali cellulosici con gli alcali è apparentemente associata alle caratteristiche della struttura fisica di questi materiali.
Una componente importante del processo di interazione della cellulosa con gli alcali è il rigonfiamento della cellulosa e la dissoluzione delle sue frazioni a basso peso molecolare. Questi processi facilitano la rimozione delle frazioni a basso peso molecolare (emicellulose) dalla cellulosa e la diffusione dei reagenti esterificanti nella fibra durante i successivi processi di esterificazione (ad esempio, xantogenazione). Quando la temperatura diminuisce, il grado di gonfiore aumenta in modo significativo. Ad esempio, a 18°, l'aumento del diametro della fibra di cotone al 12% NaOH è del 10%, e a -10° arriva al 66%. All'aumentare della concentrazione degli alcali si verifica prima un aumento e poi (oltre il 12%) una diminuzione del grado di rigonfiamento. Il massimo grado di rigonfiamento si osserva a quelle concentrazioni alcaline alle quali appare un pattern radiografico di cellulosa alcalina. Queste concentrazioni sono diverse per i diversi materiali di cellulosa: per il cotone 18% (a 25°), per il ramiè 14-15%, per la cellulosa solfitata 9,5-10%. Interazione della cellulosa con soluzioni concentrate N L'AOH è ampiamente utilizzato nell'industria tessile, nella produzione di fibre artificiali ed eteri di cellulosa.
L'interazione della cellulosa con altri idrossidi di metalli alcalini procede in modo simile alla reazione con la soda caustica. Il pattern dei raggi X della cellulosa alcalina appare quando i preparati di cellulosa naturale sono esposti a soluzioni approssimativamente equimolari (3,5-4,0 mol/l) di idrossidi di metalli alcalini. Basi organiche forti, alcuni idrossidi di tetraalchil (aril)ammonio, apparentemente formano composti molecolari con la cellulosa.
Un posto speciale nella serie di reazioni della cellulosa con le basi è occupato dalla sua interazione con la cupriamina idrato [ Cu(NH3)4] (OH)2 , così come con una serie di altri composti complessi di rame, nichel, cadmio, zinco - cuprietilendiammina [ Cu(en)2](OH)2 (en - molecola di etilendiammina), niossano [ Ni(NH 3 ) 6 ] (OH) 2 , nioxene [ Ni (en ) 3 ] (OH) 2 , cadossene [ Cd (en ) 3 ] (OH ) 2 e altri. La cellulosa si dissolve in questi prodotti. La precipitazione della cellulosa da una soluzione di rame-ammoniaca viene effettuata sotto l'azione di soluzioni acquose, alcaline o acide.
Sotto l'azione degli agenti ossidanti, si verifica l'ossidazione parziale della cellulosa, un processo utilizzato con successo nella tecnologia (sbiancamento di cellulosa e tessuti di cotone, pre-maturazione della cellulosa alcalina). L'ossidazione della cellulosa è un processo secondario durante la raffinazione della cellulosa, la preparazione della soluzione di filatura di rame-ammoniaca e il funzionamento di prodotti realizzati con materiali di cellulosa. I prodotti dell'ossidazione parziale della cellulosa sono chiamati ossicellulose. A seconda della natura dell'agente ossidante, l'ossidazione della cellulosa può essere selettiva o non selettiva. Gli agenti ossidanti che agiscono in modo più selettivo includono l'acido periodico e i suoi sali, che ossidano il gruppo glicolico dell'unità elementare della cellulosa con rottura dell'anello piranico (formazione di dialdeide di cellulosa) (vedi figura). Sotto l'azione dell'acido periodico e dei periodati, anche un piccolo numero di gruppi idrossilici primari viene ossidato (in gruppi carbossilici o aldeidici). Secondo uno schema simile, la cellulosa viene ossidata sotto l'azione del tetraacetato di piombo in un ambiente di solventi organici (acido acetico, cloroformio).
In termini di resistenza agli acidi, la dialdeidecellulosa differisce poco dalla cellulosa originale, ma è molto meno resistente agli alcali e persino all'acqua, che è il risultato dell'idrolisi del legame emiacetalico in un ambiente alcalino. Ossidazione dei gruppi aldeidici in gruppi carbossilici mediante l'azione del clorito di sodio (formazione di dicarbossilcellulosa), nonché la loro riduzione a gruppi idrossilici (formazione dei cosiddetti"disalcol" - cellulosa) stabilizzano la cellulosa ossidata all’azione dei reagenti alcalini. La solubilità dei nitrati e degli acetati dialdeide di cellulosa anche a bassi stati di ossidazione (γ = 6-10) è significativamente inferiore alla solubilità dei corrispondenti eteri di cellulosa, apparentemente a causa della formazione di legami emiacetalici intermolecolari durante l'esterificazione. Quando il biossido di azoto agisce sulla cellulosa, prevalentemente i gruppi idrossilici primari vengono ossidati in gruppi carbossilici (formazione di monocarbossicellulosa) (vedi figura). La reazione procede con un meccanismo radicalico con formazione intermedia di esteri nitrato di cellulosa e successive trasformazioni ossidative di questi esteri. Fino al 15% del contenuto totale di gruppi carbossilici sono non uronici (i gruppi COOH si formano sul secondo e terzo atomo di carbonio). Allo stesso tempo, si verifica l'ossidazione dei gruppi idrossilici su questi atomi in gruppi chetonici (fino al 15-20% del numero totale di gruppi idrossilici ossidati). La formazione di gruppi chetonici è apparentemente la ragione della resistenza estremamente bassa della monocarbossilcellulosa all'azione degli alcali e persino dell'acqua a temperature elevate.
Con un contenuto del 10-13% di gruppi COOH, la monocarbossilcellulosa si dissolve in una soluzione diluita NaOH, soluzioni di ammoniaca, piridina con formazione dei corrispondenti sali. La sua acetilazione procede più lentamente della cellulosa; gli acetati non sono completamente solubili nel cloruro di metilene. I nitrati di monocarbossicellulosa non sono solubili in acetone anche con un contenuto di azoto fino al 13,5%. Queste caratteristiche delle proprietà degli esteri monocarbossilcellulosici sono associate alla formazione di legami eterei intermolecolari durante l'interazione dei gruppi carbossilici e idrossilici. La monocarbossilcellulosa viene utilizzata come agente emostatico e come scambiatore cationico per la separazione di sostanze biologicamente attive (ormoni). Mediante ossidazione combinata della cellulosa con periodato, e poi con clorito e biossido di azoto, sono state sintetizzate preparazioni della cosiddetta tricarbossilcellulosa contenente fino al 50,8% di gruppi COOH.
La direzione dell'ossidazione della cellulosa sotto l'influenza di agenti ossidanti non selettivi (biossido di cloro, sali di acido ipocloroso, perossido di idrogeno, ossigeno in un mezzo alcalino) dipende in gran parte dalla natura del mezzo. In ambienti acidi e neutri, sotto l'azione dell'ipoclorito e del perossido di idrogeno, si verifica la formazione di prodotti di tipo riducente, apparentemente a seguito dell'ossidazione dei gruppi idrossilici primari in aldeidi e di uno dei gruppi OH secondari in un gruppo chetonico ( il perossido di idrogeno ossida anche i gruppi glicolici con rottura dell'anello piranico). Durante l'ossidazione con ipoclorito in ambiente alcalino, i gruppi aldeidici si trasformano gradualmente in gruppi carbossilici, per cui il prodotto dell'ossidazione è di natura acida. Il trattamento con ipoclorito è uno dei metodi di sbiancamento della polpa più comunemente utilizzati. Per ottenere cellulosa di alta qualità con un elevato grado di bianco, viene sbiancata con biossido di cloro o clorito in un ambiente acido o alcalino. In questo caso, la lignina viene ossidata, i coloranti vengono distrutti e i gruppi aldeidici nella macromolecola di cellulosa vengono ossidati in gruppi carbossilici; i gruppi idrossilici non sono ossidati. L'ossidazione da parte dell'ossigeno atmosferico in un ambiente alcalino, che avviene con un meccanismo radicale ed è accompagnata da una significativa distruzione della cellulosa, porta all'accumulo di gruppi carbonilici e carbossilici nella macromolecola (pre-maturazione della cellulosa alcalina).
La presenza di gruppi idrossilici nell'unità elementare della macromolecola di cellulosa consente il passaggio a classi importanti di derivati della cellulosa come eteri ed esteri. Grazie alle loro preziose proprietà, questi composti vengono utilizzati in vari campi della tecnologia: nella produzione di fibre e pellicole (acetati di cellulosa, nitrati), materie plastiche (acetati, nitrati, eteri etilici, benzilici), vernici e rivestimenti isolanti elettrici, come stabilizzanti di sospensioni e addensanti nell'industria petrolifera e tessile (carbossimetilcellulosa a bassa sostituzione).
Le fibre a base di cellulosa (naturali e artificiali) sono un materiale tessile a tutti gli effetti con un complesso di proprietà preziose (elevata resistenza e igroscopicità, buona tingibilità. Gli svantaggi delle fibre di cellulosa sono l'infiammabilità, l'elasticità non sufficientemente elevata, la facile distruzione sotto l'influenza di microrganismi , ecc. La tendenza verso cambiamenti direzionali (modifiche) dei materiali di cellulosa ha portato all'emergere di una serie di nuovi derivati della cellulosa e, in alcuni casi, di nuove classi di derivati della cellulosa.
La modifica delle proprietà e la sintesi di nuovi derivati della cellulosa vengono effettuate utilizzando due gruppi di metodi:
1) esterificazione, O-alchilazione o conversione di gruppi idrossilici di un'unità elementare in altri gruppi funzionali (ossidazione, sostituzione nucleofila utilizzando alcuni eteri di cellulosa - nitrati, eteri con N -acido toluene e metansolfonico);
2) copolimerizzazione ad innesto o interazione della cellulosa con composti polifunzionali (trasformazione della cellulosa in un polimero ramificato o reticolato, rispettivamente).
Uno dei metodi più comuni per la sintesi di vari derivati della cellulosa è la sostituzione nucleofila. I materiali di partenza in questo caso sono eteri di cellulosa con alcuni acidi forti (acido toluene e metansolfonico, acidi nitrico e fenilfosforico), nonché derivati alogenodeossi della cellulosa. Utilizzando una reazione di sostituzione nucleofila, sono stati sintetizzati derivati della cellulosa in cui i gruppi idrossilici sono sostituiti da alogeni (cloro, fluoro, iodio), rodano, nitrile e altri gruppi; furono sintetizzate preparazioni di deossicellulosa contenenti eterocicli (piridina e piperidina), eteri di cellulosa con fenoli e naftoli, un certo numero di esteri di cellulosa (con acidi carbossilici superiori,α - aminoacidi , acidi insaturi). La reazione intramolecolare di sostituzione nucleofila (saponificazione degli eteri tosilici della cellulosa) porta alla formazione di polisaccaridi misti contenenti 2, 3 e 3, 6-anidrocicli.
La sintesi di copolimeri a innesto di cellulosa è di massima importanza pratica per la creazione di materiali cellulosici con nuove proprietà tecnicamente preziose. I metodi più comuni per la sintesi di copolimeri a innesto di cellulosa comprendono l'uso di una reazione di trasferimento di catena sulla cellulosa, la copolimerizzazione chimico-radiante e l'uso di sistemi redox in cui la cellulosa svolge il ruolo di agente riducente. In quest'ultimo caso, la formazione di un macroradicale può verificarsi a causa dell'ossidazione sia dei gruppi idrossilici della cellulosa (ossidazione con sali di cerio) sia dei gruppi funzionali appositamente introdotti nella macromolecola - aldeide, gruppi amminici (ossidazione con vanadio, sali di manganese) , ovvero la decomposizione di un diazo composto formatosi durante la diazotazione di quelli introdotti nella cellulosa con gruppi amminici aromatici. La sintesi di copolimeri a innesto di cellulosa in alcuni casi può essere effettuata senza la formazione di un omopolimero, il che riduce il consumo di monomero. I copolimeri ad innesto di cellulosa, ottenuti in condizioni convenzionali di copolimerizzazione, sono costituiti da una miscela della cellulosa originale (o del suo etere su cui viene innestata) e del copolimero ad innesto (40-60%). Il grado di polimerizzazione delle catene innestate varia a seconda del metodo di iniziazione e della natura del componente innestato da 300 a 28.000.
Il cambiamento nelle proprietà come risultato della copolimerizzazione ad innesto è determinato dalla natura del monomero innestato. L'innesto di stirene, acrilammide e acrilonitrile aumenta la resistenza alla secchezza della fibra di cotone. L'innesto di polistirene, polimetilmetacrilato e polibutilacrilato produce materiali idrofobici. I copolimeri innestati di cellulosa con polimeri a catena flessibile (polimetilacrilato) sono termoplastici se il contenuto del componente innestato è sufficientemente elevato. I copolimeri ad innesto di cellulosa con polielettroliti (acido poliacrilico, polimetilvinilpiridina) possono essere utilizzati come tessuti, fibre, film a scambio ionico.
Uno degli svantaggi delle fibre di cellulosa è la bassa elasticità e, di conseguenza, uno scarso mantenimento della forma dei prodotti e una maggiore formazione di pieghe. L'eliminazione di questo inconveniente si ottiene mediante la formazione di legami intermolecolari nel trattamento dei tessuti con composti polifunzionali (dimetilolurea, dimetilolcicloetilenurea, trimetilolmelamina, dimetiloltriazone, vari diepossidi, acetali) che reagiscono con i gruppi OH della cellulosa. Insieme alla formazione di legami chimici tra le macromolecole di cellulosa, la polimerizzazione del reagente di reticolazione avviene con la formazione di polimeri lineari e spaziali. I tessuti in fibre di cellulosa vengono impregnati con una soluzione contenente un reagente di reticolazione e un catalizzatore, strizzati, asciugati a bassa temperatura e trattati termicamente a 120-160° per 3-5 minuti. Quando si tratta la cellulosa con reagenti di reticolazione multifunzionali, il processo avviene principalmente nelle regioni amorfe della fibra. Per ottenere lo stesso effetto antipiega, il consumo di un reagente reticolante durante la lavorazione delle fibre di viscosa dovrebbe essere significativamente più elevato rispetto alla lavorazione delle fibre di cotone, il che è apparentemente dovuto al maggiore grado di cristallinità di quest'ultimo.
CELLULOSA
fibra, il principale materiale da costruzione del mondo vegetale, che forma le pareti cellulari degli alberi e di altre piante superiori. La forma naturale più pura di cellulosa sono i peli dei semi di cotone.
Purificazione e isolamento. Attualmente, solo due fonti di cellulosa hanno importanza industriale: il cotone e la pasta di legno. Il cotone è cellulosa quasi pura e non richiede lavorazioni complesse per diventare un materiale di partenza per fibre sintetiche e plastiche non fibrose. Dopo che le fibre lunghe utilizzate per realizzare i tessuti di cotone vengono separate dai semi di cotone, rimangono peli corti, o “lanugine” (lanugine di cotone), lunghi 10-15 mm. La lanugine viene separata dal seme, riscaldata sotto pressione con una soluzione di idrossido di sodio al 2,5-3% per 2-6 ore, quindi lavata, sbiancata con cloro, nuovamente lavata ed asciugata. Il prodotto risultante è cellulosa pura al 99%. La resa è pari all'80% (in peso) di lanugine, il resto è costituito da lignina, grassi, cere, pectati e bucce di semi. La pasta di legno viene solitamente ricavata dal legno di conifere. Contiene 50-60% cellulosa, 25-35% lignina e 10-15% emicellulose e idrocarburi non cellulosici. Nel processo al solfito, i trucioli di legno vengono bolliti sotto pressione (circa 0,5 MPa) a 140° C con anidride solforosa e bisolfito di calcio. In questo caso la lignina e gli idrocarburi vanno in soluzione e rimane la cellulosa. Dopo il lavaggio e il candeggio, la massa purificata viene colata su carta sfusa, simile alla carta assorbente, ed essiccata. Questa massa è composta per l'88-97% da cellulosa ed è abbastanza adatta per la lavorazione chimica in fibra di viscosa e cellophane, nonché derivati della cellulosa: esteri ed eteri. Il processo di rigenerazione della cellulosa da una soluzione mediante aggiunta di acido alla sua soluzione acquosa concentrata di rame-ammonio (contenente cioè solfato di rame e idrossido di ammonio) fu descritto dall'inglese J. Mercer intorno al 1844. Ma la prima applicazione industriale di questo metodo, che segnò l'inizio dell'industria delle fibre di rame-ammonio è attribuito a E. Schweitzer (1857), mentre il suo ulteriore sviluppo è merito di M. Kramer e I. Schlossberger (1858). E solo nel 1892 Cross, Bevin e Beadle in Inghilterra inventarono un procedimento per produrre la fibra di viscosa: una soluzione acquosa viscosa (da cui il nome viscosa) di cellulosa veniva ottenuta dopo aver trattato prima la cellulosa con una soluzione forte di soda caustica, che dava “soda cellulosa”, e poi con disolfuro di carbonio (CS2), ottenendo xantato di cellulosa solubile. Spremendo un flusso di questa soluzione "filante" attraverso una filiera con un piccolo foro rotondo in un bagno acido, la cellulosa veniva rigenerata sotto forma di fibra di rayon. Quando la soluzione veniva spremuta nello stesso bagno attraverso una trafila dotata di una stretta fessura, si otteneva una pellicola chiamata cellophane. J. Brandenberger, che lavorò su questa tecnologia in Francia dal 1908 al 1912, fu il primo a brevettare un processo continuo per produrre il cellophane.
Struttura chimica. Nonostante il diffuso uso industriale della cellulosa e dei suoi derivati, la formula chimica strutturale della cellulosa attualmente accettata fu proposta (da W. Haworth) solo nel 1934. Tuttavia, dal 1913 è nota la sua formula empirica C6H10O5, determinata dall'analisi quantitativa di ben campioni lavati e asciugati: 44,4% C, 6,2% H e 49,4% O. Grazie al lavoro di G. Staudinger e K. Freudenberg, si sapeva anche che si tratta di una molecola polimerica a catena lunga costituita da quelle mostrate in Fig. 1 ripetizione dei residui glucosidici. Ciascuna unità ha tre gruppi idrossilici: uno primario (- CH2CHOH) e due secondari (>CHCHOH). Nel 1920, E. Fisher aveva stabilito la struttura degli zuccheri semplici e nello stesso anno gli studi a raggi X sulla cellulosa mostrarono per la prima volta un chiaro schema di diffrazione delle sue fibre. Lo schema di diffrazione dei raggi X della fibra di cotone mostra un chiaro orientamento cristallino, ma la fibra di lino è ancora più ordinata. Quando la cellulosa viene rigenerata sotto forma di fibra, la cristallinità viene in gran parte persa. Come è facile vedere alla luce delle conquiste della scienza moderna, la chimica strutturale della cellulosa rimase praticamente ferma dal 1860 al 1920 perché per tutto questo tempo le discipline scientifiche ausiliarie necessarie per risolvere il problema rimasero allo stadio iniziale.
CELLULOSA RIGENERATA
Fibra di viscosa e cellophane. Sia la fibra di viscosa che il cellophane sono cellulosa rigenerata (dalla soluzione). La cellulosa naturale purificata viene trattata con un eccesso di idrossido di sodio concentrato; Dopo aver eliminato l'eccesso, i grumi vengono macinati e la massa risultante viene conservata in condizioni attentamente controllate. Con questo “invecchiamento” la lunghezza delle catene polimeriche diminuisce, il che favorisce la successiva dissoluzione. Quindi la cellulosa frantumata viene miscelata con disolfuro di carbonio e lo xantato risultante viene sciolto in una soluzione di idrossido di sodio per ottenere la "viscosa" - una soluzione viscosa. Quando la viscosa entra in una soluzione acquosa acida, la cellulosa viene rigenerata da essa. Le reazioni totali semplificate sono:
La fibra di viscosa, ottenuta spremendo la viscosa attraverso piccoli fori di una filiera in una soluzione acida, è ampiamente utilizzata per la produzione di tessuti per abbigliamento, tendaggi e tappezzeria, nonché nella tecnologia. Quantità significative di fibra di viscosa vengono utilizzate per cinture tecniche, nastri, filtri e cord per pneumatici.
Cellophane. Il cellophane, ottenuto spremendo la viscosa in un bagno acido attraverso una filiera a fessura stretta, passa quindi attraverso bagni di lavaggio, candeggio e plastificazione, viene fatto passare attraverso bottali di asciugatura e avvolto in un rotolo. La superficie della pellicola di cellophane è quasi sempre rivestita con nitrocellulosa, resina, qualche tipo di cera o vernice per ridurre la trasmissione del vapore acqueo e fornire la possibilità di sigillatura termica, poiché il cellophane non rivestito non ha la proprietà della termoplasticità. Nella produzione moderna vengono utilizzati a questo scopo rivestimenti polimerici del tipo polivinilidene cloruro, poiché sono meno permeabili all'umidità e forniscono una connessione più duratura durante la termosaldatura. Il cellophane è ampiamente utilizzato principalmente nell'industria dell'imballaggio come materiale di imballaggio per prodotti secchi, prodotti alimentari, prodotti del tabacco e anche come base per nastri da imballaggio autoadesivi.
Spugna di viscosa. La viscosa, oltre a formare una fibra o una pellicola, può essere miscelata con idonei materiali fibrosi e finemente cristallini; Dopo il trattamento con acido e la lisciviazione con acqua, questa miscela viene trasformata in un materiale spugnoso di viscosa (Fig. 2), utilizzato per l'imballaggio e l'isolamento termico.
Fibra di rame-ammoniaca. La fibra di cellulosa rigenerata viene prodotta anche su scala industriale sciogliendo la cellulosa in una soluzione concentrata di rame-ammoniaca (CuSO4 in NH4OH) e filando la soluzione risultante in fibra in un bagno di precipitazione acida. Questa fibra è chiamata fibra di rame-ammoniaca.
PROPRIETÀ DELLA CELLULOSA
Proprietà chimiche. Come mostrato nella Fig. 1, la cellulosa è un carboidrato altamente polimerico costituito da residui glucosidici C6H10O5 collegati da ponti eterei in posizione 1,4. I tre gruppi idrossilici in ciascuna unità di glucopiranosio possono essere esterificati con agenti organici come una miscela di acidi e anidridi acide con un catalizzatore adatto come acido solforico. Gli eteri possono essere formati dall'azione dell'idrossido di sodio concentrato che porta alla formazione di soda cellulosa e successiva reazione con un alogenuro alchilico:
La reazione con ossido di etilene o propilene produce eteri idrossilati:
La presenza di questi gruppi idrossilici e la geometria della macromolecola determinano la forte attrazione reciproca polare delle unità vicine. Le forze attrattive sono così forti che i normali solventi non sono in grado di spezzare la catena e dissolvere la cellulosa. Questi gruppi idrossilici liberi sono anche responsabili della maggiore igroscopicità della cellulosa (Fig. 3). L'esterificazione e l'eterizzazione riducono l'igroscopicità e aumentano la solubilità nei comuni solventi.
Sotto l'influenza di una soluzione acquosa acida, i ponti di ossigeno nella posizione 1,4 vengono rotti. La rottura completa della catena produce glucosio, un monosaccaride. La lunghezza iniziale della catena dipende dall'origine della cellulosa. È massimo allo stato naturale e diminuisce durante il processo di isolamento, purificazione e conversione in composti derivati (vedi tabella).
GRADO DI POLIMERIZZAZIONE DELLA CELLULOSA
Materiale Numero di residui di glucoside
Cotone grezzo 2500-3000
Pelucchi di cotone purificato 900-1000
Polpa di legno raffinata 800-1000
Cellulosa rigenerata 200-400
Acetato di cellulosa industriale 150-270
Anche il taglio meccanico, ad esempio durante la macinazione abrasiva, porta ad una diminuzione della lunghezza della catena. Quando la lunghezza della catena polimerica viene ridotta al di sotto di un certo valore minimo, le proprietà fisiche macroscopiche della cellulosa cambiano. Gli agenti ossidanti influenzano la cellulosa senza causare la scissione dell'anello del glucopiranosio (Fig. 4). L'azione successiva (in presenza di umidità, come nei test climatici) provoca tipicamente la scissione della catena e un aumento del numero di gruppi terminali simili ad aldeidi. Poiché i gruppi aldeidici sono facilmente ossidati in gruppi carbossilici, il contenuto di carbossile, praticamente assente nella cellulosa naturale, aumenta notevolmente in condizioni di influenza atmosferica e ossidazione.
Come tutti i polimeri, la cellulosa viene distrutta sotto l'influenza di fattori atmosferici a seguito dell'azione combinata di ossigeno, umidità, componenti acidi dell'aria e luce solare. La componente ultravioletta della luce solare è importante e molti buoni agenti protettivi UV aumentano la durata dei prodotti derivati della cellulosa. I componenti acidi dell'aria, come gli ossidi di azoto e di zolfo (che sono sempre presenti nell'aria atmosferica delle aree industriali), accelerano la decomposizione, spesso avendo un effetto più forte della luce solare. Così, in Inghilterra, è stato notato che i campioni di cotone testati per l'esposizione alle condizioni atmosferiche in inverno, quando praticamente non c'era luce solare intensa, si degradavano più velocemente che in estate. Il fatto è che la combustione di grandi quantità di carbone e gas in inverno ha portato ad un aumento della concentrazione di ossidi di azoto e zolfo nell'aria. Gli agenti antiacido, gli antiossidanti e gli assorbitori UV riducono la sensibilità della cellulosa agli agenti atmosferici. La sostituzione dei gruppi idrossilici liberi porta a un cambiamento in questa sensibilità: il nitrato di cellulosa si degrada più velocemente e l'acetato e il propionato - più lentamente.
Proprietà fisiche. Le catene polimeriche di cellulosa sono impacchettate in lunghi fasci, o fibre, in cui, insieme a quelle ordinate e cristalline, sono presenti anche sezioni meno ordinate e amorfe (Fig. 5). La percentuale misurata di cristallinità dipende dal tipo di cellulosa e dal metodo di misurazione. Secondo i dati radiografici varia dal 70% (cotone) al 38-40% (fibra di viscosa). L'analisi strutturale a raggi X fornisce informazioni non solo sulla relazione quantitativa tra materiale cristallino e amorfo nel polimero, ma anche sul grado di orientamento delle fibre causato dallo stiramento o dai normali processi di crescita. La nitidezza degli anelli di diffrazione caratterizza il grado di cristallinità, mentre i punti di diffrazione e la loro nitidezza caratterizzano la presenza e il grado di orientamento preferito dei cristalliti. In un campione di acetato di cellulosa riciclato prodotto mediante il processo di filatura a secco, sia il grado di cristallinità che l'orientamento sono molto piccoli. Nel campione di triacetato il grado di cristallinità è più elevato, ma non esiste un orientamento preferito. Il trattamento termico del triacetato ad una temperatura di 180-240 ° C aumenta significativamente il grado di cristallinità e l'orientamento (mediante allungamento) in combinazione con il trattamento termico fornisce il materiale più ordinato. Il lino mostra un alto grado sia di cristallinità che di orientamento.
Guarda anche
CHIMICA ORGANICA;
CARTA E ALTRI MATERIALI PER SCRITTURA;
PLASTICA.
Riso. 5. STRUTTURA MOLECOLARE della cellulosa. Le catene molecolari attraversano diverse micelle (regioni cristalline) di lunghezza L. Qui A, A" e B" sono le estremità delle catene che giacciono nella regione cristallizzata; B è l'estremità della catena all'esterno della regione cristallizzata.
LETTERATURA
Bushmelev V.A., Volman N.S. Processi e apparecchiature per la produzione di pasta e carta. M., 1974 Cellulosa e suoi derivati. M., 1974 Akim E.L. e altri Tecnologia di lavorazione e lavorazione della cellulosa, della carta e del cartone. L., 1977
Enciclopedia di Collier. - Società aperta. 2000 .
5. Se si macinano pezzi di carta da filtro (cellulosa) inumiditi con acido solforico concentrato in un mortaio di porcellana e si diluisce l'impasto risultante con acqua, si neutralizza anche l'acido con alcali e, come nel caso dell'amido, si testa la reazione della soluzione con idrossido di rame (II), sarà visibile l'aspetto dell'ossido di rame (I). Cioè, nell'esperimento si è verificata l'idrolisi della cellulosa. Il processo di idrolisi, come quello dell'amido, avviene per fasi fino alla formazione del glucosio.
2. A seconda della concentrazione di acido nitrico e di altre condizioni, uno, due o tutti e tre i gruppi idrossilici di ciascuna unità della molecola di cellulosa entrano nella reazione di esterificazione, ad esempio: n + 3nHNO3 → n + 3n H2O.
Applicazione della cellulosa.
Ottenere la fibra di acetato
68. Cellulosa, sue proprietà fisiche
Essere nella natura. Proprietà fisiche.
1. La cellulosa, o fibra, fa parte delle piante e forma in esse le pareti cellulari.
2. Da qui il suo nome (dal latino “cellulum” - cellula).
3. La cellulosa conferisce alle piante la forza e l'elasticità necessarie ed è, per così dire, il loro scheletro.
4. Le fibre di cotone contengono fino al 98% di cellulosa.
5. Anche le fibre di lino e canapa sono composte principalmente da cellulosa; nel legno è circa il 50%.
6. I tessuti di carta e cotone sono prodotti a base di cellulosa.
7. Esempi particolarmente puri di cellulosa sono il cotone idrofilo ottenuto da cotone purificato e carta filtro (non incollata).
8. La cellulosa, isolata da materiali naturali, è una sostanza fibrosa solida insolubile in acqua o nei comuni solventi organici.
Struttura della cellulosa:
1) la cellulosa, come l'amido, è un polimero naturale;
2) queste sostanze hanno anche le stesse unità strutturali nella composizione - residui di molecole di glucosio, la stessa formula molecolare (C6H10O5)n;
3) il valore n della cellulosa è solitamente superiore a quello dell'amido: il suo peso molecolare medio raggiunge diversi milioni;
4) la principale differenza tra amido e cellulosa sta nella struttura delle loro molecole.
Trovare la cellulosa in natura.
1. Nelle fibre naturali, le macromolecole di cellulosa si trovano in una direzione: sono orientate lungo l'asse della fibra.
2. I numerosi legami idrogeno che si formano tra i gruppi idrossilici delle macromolecole determinano l'elevata resistenza di queste fibre.
Quali sono le proprietà chimiche e fisiche della cellulosa
Nel processo di filatura del cotone, del lino, ecc., queste fibre elementari vengono intrecciate in fili più lunghi.
4. Ciò è spiegato dal fatto che le macromolecole in esso contenute, sebbene abbiano una struttura lineare, si trovano in modo più casuale e non sono orientate in una direzione.
La costruzione di macromolecole di amido e cellulosa da diverse forme cicliche di glucosio influisce in modo significativo sulle loro proprietà:
1) l'amido è un importante prodotto alimentare umano; la cellulosa non può essere utilizzata per questo scopo;
2) il motivo è che gli enzimi che promuovono l'idrolisi dell'amido non agiscono sui legami tra i residui di cellulosa.
69. Proprietà chimiche della cellulosa e sua applicazione
1. Dalla vita di tutti i giorni è noto che la cellulosa brucia bene.
2. Quando il legno viene riscaldato senza accesso all'aria, si verifica la decomposizione termica della cellulosa. Questo produce composti organici volatili, acqua e carbone.
3. Tra i prodotti organici della decomposizione del legno figurano l'alcol metilico, l'acido acetico e l'acetone.
4. Le macromolecole della cellulosa sono costituite da unità simili a quelle che formano l'amido, subiscono idrolisi e il prodotto della sua idrolisi, come l'amido, sarà il glucosio.
5. Se si macinano pezzi di carta da filtro (cellulosa) inumiditi con acido solforico concentrato in un mortaio di porcellana e si diluisce l'impasto risultante con acqua, si neutralizza anche l'acido con alcali e, come nel caso dell'amido, si testa la reazione della soluzione con idrossido di rame (II), sarà visibile l'aspetto dell'ossido di rame (I).
69. Proprietà chimiche della cellulosa e sua applicazione
Cioè, nell'esperimento si è verificata l'idrolisi della cellulosa. Il processo di idrolisi, come quello dell'amido, avviene per fasi fino alla formazione del glucosio.
6. In totale, l'idrolisi della cellulosa può essere espressa con la stessa equazione dell'idrolisi dell'amido: (C6H10O5)n + nH2O = nC6H12O6.
7. Le unità strutturali della cellulosa (C6H10O5)n contengono gruppi idrossilici.
8. A causa di questi gruppi, la cellulosa può produrre eteri ed esteri.
9. I nitrati di cellulosa sono di grande importanza.
Caratteristiche degli eteri di nitrato di cellulosa.
1. Si ottengono trattando la cellulosa con acido nitrico in presenza di acido solforico.
2. A seconda della concentrazione di acido nitrico e di altre condizioni, uno, due o tutti e tre i gruppi idrossilici di ciascuna unità della molecola di cellulosa entrano nella reazione di esterificazione, ad esempio: n + 3nHNO3 -> n + 3n H2O.
Una proprietà comune dei nitrati di cellulosa è la loro estrema infiammabilità.
Il trinitrato di cellulosa, chiamato pirossilina, è una sostanza altamente esplosiva. Viene utilizzato per produrre polvere senza fumo.
Molto importanti sono anche gli esteri dell’acetato di cellulosa – diacetato e triacetato di cellulosa. Il diacetato e il triacetato di cellulosa hanno un aspetto simile alla cellulosa.
Applicazione della cellulosa.
1. Grazie alla sua resistenza meccanica, il legno viene utilizzato nelle costruzioni.
2. Da esso vengono ricavati vari tipi di prodotti di falegnameria.
3. Sotto forma di materiali fibrosi (cotone, lino) viene utilizzato per la fabbricazione di fili, tessuti, corde.
4. La cellulosa isolata dal legno (liberata dalle sostanze che lo accompagnano) viene utilizzata per produrre la carta.
O.A. Noskova, M.S. Fedoseev
Chimica del legno
E polimeri sintetici
PARTE 2
Approvato
Consiglio editoriale ed editoriale dell'Ateneo
come appunti delle lezioni
Casa editrice
Università tecnica statale di Perm
Revisori:
Dottorato di ricerca tecnologia. scienze DR. Nagimov
(CJSC "Karbokam");
Dottorato di ricerca tecnologia. scienze, prof. F.H. Khakimova
(Università tecnica statale di Perm)
Noskova, O.A.
N84 Chimica del legno e dei polimeri sintetici: dispense: in 2 ore / O.A. Noskova, M.S. Fedoseev. – Perm: Casa editrice Perm. stato tecnologia. Università, 2007. – Parte 2. – 53 p.
ISBN 978-5-88151-795-3
Vengono fornite informazioni riguardanti la struttura chimica e le proprietà dei principali componenti del legno (cellulosa, emicellulose, lignina ed estrattivi). Vengono considerate le reazioni chimiche di questi componenti che avvengono durante la lavorazione chimica del legno o durante la modificazione chimica della cellulosa. Vengono inoltre fornite informazioni generali sui processi di cottura.
Progettato per gli studenti della specialità 240406 “Tecnologia della lavorazione chimica del legno”.
UDC 630*813. +541.6+547.458.8
ISBN 978-5-88151-795-3 © Istituto statale di istruzione professionale superiore
"Stato di Perm
Università Tecnica", 2007
| Introduzione……………………………………………………………………………………… | ……5 | |||
| 1. Chimica della cellulosa…………………………….. | …….6 | |||
| 1.1. Struttura chimica della cellulosa……….. | .…..6 | |||
| 1.2. Reazioni chimiche della cellulosa…………….. | .……8 | |||
| 1.3. Effetto delle soluzioni alcaline sulla cellulosa…………… | …..10 | |||
| 1.3.1. Cellulosa alcalina................................................. | .…10 | |||
| 1.3.2. Rigonfiamento e solubilità della cellulosa industriale in soluzioni alcaline………………………. | .…11 | |||
| 1.4. Ossidazione della cellulosa.................................................................. | .…13 | |||
| 1.4.1. Informazioni generali sull'ossidazione della cellulosa. Ossicellulosa... | .…13 | |||
| 1.4.2. Le principali direzioni delle reazioni ossidative…………… | .…14 | |||
1.4.3. Proprietà dell’ossicellulosa……………. Proprietà chimiche della cellulosa. |
.…15 | |||
| 1.5. Esteri di cellulosa……………………………. | .…15 | |||
| 1.5.1. Informazioni generali sulla preparazione degli esteri di cellulosa. | .…15 | |||
| 1.5.2. Nitrati di cellulosa................................................................................ | .…16 | |||
| 1.5.3. Xantati di cellulosa…………….. | .…17 | |||
| 1.5.4. Acetati di cellulosa ………………….. | .…19 | |||
| 1.6. Eteri di cellulosa................................................................................ | .…20 | |||
| 2. Chimica delle emicellulose…………………. | .…21 | |||
| 2.1. Concetti generali sulle emicellulose e loro proprietà…………………. | .…21 | |||
| .2.2. Pentosani………………………….. | .…22 | |||
| 2.3. Esosani…………………..………………….. | …..23 | |||
| 2.4. Acidi uronici................................................................. | .…25 | |||
| 2.5. Sostanze pectiche…………………..………….. | .…25 | |||
| 2.6. Idrolisi dei polisaccaridi…………….. | .…26 | |||
| 2.6.1. Concetti generali sull'idrolisi dei polisaccaridi…………………. | .…26 | |||
| 2.6.2. Idrolisi dei polisaccaridi del legno con acidi minerali diluiti………………….. | …27 | |||
| 2.6.3. Idrolisi dei polisaccaridi del legno con acidi minerali concentrati………………………………………. | …28 | |||
| 3. Chimica della lignina…………………….. | …29 | |||
| 3.1. Unità strutturali della lignina……………. | …29 | |||
| 3.2. Metodi per l’isolamento della lignina…………….................................................. | …30 | |||
| 3.3. Struttura chimica della lignina ………………… | …32 | |||
| 3.3.1. Gruppi funzionali della lignina………………….……………..32 | ||||
| 3.3.2. I principali tipi di legami tra le unità strutturali della lignina……………………………………….35 | ||||
| 3.4. Legami chimici della lignina con i polisaccaridi……….. | ..36 | |||
| 3.5. Reazioni chimiche della lignina…………….. | ….39 | |||
| 3.5.1. Caratteristiche generali delle reazioni chimiche della lignina……….. | ..39 | |||
| 3.5.2. Reazioni delle unità elementari……………. | ..40 | |||
| 3.5.3. Reazioni macromolecolari……….. | ..42 | |||
| 4. Sostanze estrattive…………………..………….. | ..47 | |||
| 4.1. Informazioni generali……………………………………………………………………………… | ..47 | |||
| 4.2. Classificazione delle sostanze estrattive……………..……….. | ..48 | |||
| 4.3. Estrattivi idrofobici……………. | ..48 | |||
| 4.4. Sostanze estrattive idrofile ………………….. | ..50 | |||
| 5. Concetti generali sui processi di cottura……………. | ..51 | |||
| Bibliografia……………………………………………………………. | ..53 | |||
introduzione
La chimica del legno è una branca della chimica tecnica che studia la composizione chimica del legno; chimica della formazione, struttura e proprietà chimiche delle sostanze che compongono il tessuto legnoso morto; metodi per isolare e analizzare queste sostanze, nonché l'essenza chimica dei processi naturali e tecnologici per la lavorazione del legno e dei suoi singoli componenti.
La prima parte degli appunti del corso “Chimica del legno e dei polimeri sintetici”, pubblicata nel 2002, affronta questioni relative all'anatomia del legno, alla struttura della membrana cellulare, alla composizione chimica del legno e alle proprietà fisico-fisiche del legno. .
Nella seconda parte delle dispense “Chimica del Legno e dei Polimeri Sintetici” vengono affrontate le problematiche relative alla struttura chimica e alle proprietà dei principali componenti del legno (cellulosa, emicellulose, lignina).
Gli appunti delle lezioni forniscono informazioni generali sui processi di cottura, ad es. sulla produzione di cellulosa tecnica, che viene utilizzata nella produzione di carta e cartone. Come risultato delle trasformazioni chimiche della cellulosa tecnica, si ottengono i suoi derivati: eteri ed esteri, da cui vengono prodotte fibre artificiali (viscosa, acetato), film (film, foto, pellicole per imballaggio), plastica, vernici e adesivi. Questa parte del riassunto discute anche brevemente la produzione e le proprietà degli eteri di cellulosa, ampiamente utilizzati nell'industria.
Chimica della cellulosa
Struttura chimica della cellulosa
La cellulosa è uno dei polimeri naturali più importanti. Questo è il componente principale dei tessuti vegetali. La cellulosa naturale si trova in grandi quantità nel cotone, nel lino e in altre piante fibrose, da cui si ottengono fibre di cellulosa tessile naturale. Le fibre di cotone sono cellulosa quasi pura (95–99%). Una fonte più importante di produzione industriale di cellulosa (cellulosa tecnica) sono le piante legnose. Nel legno di varie specie di alberi, la frazione massica di cellulosa è in media del 40–50%.
La cellulosa è un polisaccaride le cui macromolecole sono costituite da residui D-glucosio (unità β -D-anidroglucopiranosio), collegati da legami β-glicosidici 1–4:
La cellulosa è un omopolimero lineare (omopolisaccaride) appartenente ai polimeri a eterocatena (poliacetali). È un polimero stereoregolare in cui il residuo di cellobiosio funge da unità ripetitiva stereo. La formula totale della cellulosa può essere rappresentata come (C6H10O5) P o [C6H7O2 (OH)3] P. Ciascuna unità monomerica contiene tre gruppi alcolici idrossilici, di cui uno è primario – CH2OH e due (in C2 e C3) sono secondari – CHOH–.
Le maglie finali sono diverse dal resto delle maglie della catena. Un collegamento terminale (condizionatamente corretto - non riducente) ha un ulteriore alcol idrossile secondario libero (in C4). L'altro collegamento terminale (condizionatamente a sinistra - riducente) contiene idrossile glicosidico libero (emiacetale) (in C1 ) e, quindi, può esistere in due forme tautomeriche: ciclica (coluacetale) e aperta (aldeide):
Il gruppo aldeidico terminale conferisce alla cellulosa la sua capacità riducente (riducente). Ad esempio, la cellulosa può ridurre il rame da Cu2+ a Cu+:
Quantità di rame recuperata ( numero di rame) serve come caratteristica qualitativa della lunghezza delle catene di cellulosa e mostra il suo grado di distruzione ossidativa e idrolitica.
La cellulosa naturale ha un alto grado di polimerizzazione (DP): legno - 5000-10000 e oltre, cotone - 14000-20000. Quando isolata dai tessuti vegetali, la cellulosa viene in qualche modo distrutta. La pasta di legno tecnica ha un DP di circa 1000–2000. Il DP della cellulosa viene determinato principalmente con il metodo viscometrico, utilizzando come solventi alcune basi complesse: reagente rame-ammoniaca (OH)2, cuprietilendiammina (OH)2, cadmiotilendiammina (cadoxene) (OH)2, ecc.
La cellulosa isolata dalle piante è sempre polidispersa, cioè contiene macromolecole di varia lunghezza. Il grado di polidispersità della cellulosa (eterogeneità molecolare) è determinato mediante metodi di frazionamento, ad es. separando un campione di cellulosa in frazioni con un certo peso molecolare. Le proprietà di un campione di cellulosa (resistenza meccanica, solubilità) dipendono dalla DP media e dal grado di polidispersità.
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Data di pubblicazione: 2015-11-01; Leggi: 1100 | Violazione del copyright della pagina
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Struttura, proprietà, funzioni dei polisaccaridi (omo- ed eteropolisaccaridi).
POLISACCARIDI- si tratta di sostanze ad alto peso molecolare ( polimeri), costituito da un gran numero di monosaccaridi. In base alla loro composizione si dividono in omopolisaccaridi ed eteropolisaccaridi.
Omopolisaccaridi– polimeri costituiti da monosaccaridi di un tipo . Ad esempio, il glicogeno e l’amido sono costituiti solo da molecole di α-glucosio (α-D-glucopiranosio); anche il monomero della fibra (cellulosa) è β-glucosio.
Amido. Questo polisaccaride di riserva impianti. Il monomero dell'amido è α-glucosio. Avanzi glucosio V le molecole di amido in sezioni lineari sono interconnesse α-1,4-glicosidico , e nei punti di diramazione – Legami α-1,6-glicosidici .
L'amido è una miscela di due omopolisaccaridi: lineare - amilosio (10-30%) e ramificato – amilopectina (70-90%).
Glicogeno. Questo è il principale polisaccaride di riserva tessuti umani e animali. La molecola di glicogeno ha una struttura circa 2 volte più ramificata dell'amilopectina. Monomero di glicogeno È α-glucosio . Nella molecola di glicogeno, i residui di glucosio nelle sezioni lineari sono interconnessi α-1,4-glicosidico , e nei punti di diramazione – Legami α-1,6-glicosidici .
Cellulosa. Questo è il più comune strutturale omopolisaccaride vegetale. IN lineare monomeri di molecole di fibra β-glucosio interconnesso Legami β-1,4-glicosidici . La fibra non è digeribile nel corpo umano, ma, a causa della sua rigidità, irrita la mucosa del tratto gastrointestinale, quindi migliora la peristalsi e stimola la secrezione dei succhi digestivi, favorisce la formazione delle feci.
Sostanze pectiche- polisaccaridi, il cui monomero è D- acido galatturonico , i cui residui sono collegati da legami α-1,4-glicosidici. Contenuti nella frutta e nella verdura, sono caratterizzati dalla gelificazione in presenza di acidi organici, che viene utilizzata nell'industria alimentare (gelatine, marmellate).
Eteropolisaccaridi(mucopolisaccaridi, glicosaminoglicani) – polimeri costituiti da vari tipi di monosaccaridi . Per struttura rappresentano
catene diritte costruito da residui di disaccaridi ripetuti , che necessariamente includono zucchero amminico (glucosamina o galattosamina) e acidi esuronici (glucuronico o iduronico).
Proprietà fisiche e chimiche della cellulosa
Sono sostanze gelatinose che svolgono una serie di funzioni, tra cui: protettivo (muco), strutturale, sono la base della sostanza intercellulare.
Nell'organismo gli eteropolisaccaridi non si trovano allo stato libero, ma sono sempre associati a proteine (glicoproteine e proteoglicani) o a lipidi (glicolipidi).
In base alla loro struttura e proprietà si dividono in acidi e neutri.
ETEROPOLISACARIDI ACIDI:
Contengono acidi esuronici o solforici. Rappresentanti:
Acido ialuronicoè il principale componente strutturale della sostanza intercellulare capace di legarsi acqua (“cemento biologico”) . Le soluzioni di acido ialuronico hanno un'elevata viscosità, quindi fungono da barriera alla penetrazione dei microrganismi, partecipano alla regolazione del metabolismo dell'acqua e costituiscono la parte principale della sostanza intercellulare).
I solfati di condroitina sono componenti strutturali cartilagine, legamenti, tendini, ossa, valvole cardiache.
Eparina – anticoagulante (previene la coagulazione del sangue), ha un effetto antinfiammatorio, attivatore di numerosi enzimi.
ETEROPOLISACARIDI NEUTRI: fanno parte delle glicoproteine nel siero del sangue, delle mucine nella saliva, nelle urine, ecc., costituite da aminozuccheri e acidi sialici. I medici di base neutrali fanno parte del plurale. enzimi e ormoni.
ACIDI SIALICI - una combinazione di acido neuraminico con acido acetico o amminoacido - glicina, fanno parte delle membrane cellulari e dei fluidi biologici. Gli acidi sialici sono determinati per la diagnosi di malattie sistemiche (reumatismi, lupus eritematoso sistemico).
La cellulosa naturale, o fibra, è la sostanza principale da cui sono costruite le pareti delle cellule vegetali, e quindi materie prime vegetali di vario tipo servono come unica fonte di produzione di cellulosa. La cellulosa è un polisaccaride naturale, le cui macromolecole a catena lineare sono costituite da unità elementari di β-D-anidro-glucopiranosio, collegate da 1-4 legami glucosidici. La formula empirica della cellulosa è (C6H10O5)i, dove n è il grado di polimerizzazione.
Ogni unità elementare della cellulosa, ad eccezione delle unità terminali, contiene tre gruppi idrossilici dell'alcool. Pertanto, la formula della cellulosa viene spesso presentata come [C6H7O2(OH)3]. Ad un'estremità della macromolecola di cellulosa si trova un'unità avente un'ulteriore idrolisi alcolica secondaria al 4° atomo di carbonio, all'altra estremità si trova un'unità avente un ossidrile glucosidico libero (emiacetale) al 1° atomo di carbonio. Questo collegamento conferisce proprietà riparative (riducenti) alla cellulosa.
Il grado di polimerizzazione (DP) della cellulosa di legno naturale è compreso tra 6.000 e 14.000. DP caratterizza la lunghezza delle macromolecole lineari di cellulosa e, quindi, determina quelle proprietà della cellulosa che dipendono dalla lunghezza delle catene di cellulosa. Qualsiasi campione di cellulosa è costituito da macromolecole di varia lunghezza, cioè è polidisperso. Pertanto, SP rappresenta solitamente il grado medio di polimerizzazione. Il DP della cellulosa è legato al peso molecolare dal rapporto DP = M/162, dove 162 è il peso molecolare di un'unità elementare di cellulosa. Nelle fibre naturali (membrane cellulari), le macromolecole di cellulosa a catena lineare sono combinate dalle forze di idrogeno e di legame intermolecolare in microfibrille di lunghezza indefinita, con un diametro di circa 3,5 nm. Ciascuna microfibrilla contiene un gran numero (circa 100-200) catene di cellulosa disposte lungo l'asse della microfibrilla. Le microfibrille, disposte a spirale, formano aggregati di diverse microfibrille - fibrille o filamenti, con un diametro di circa 150 nm, da cui sono costruiti gli strati delle pareti cellulari.
A seconda della modalità di lavorazione delle materie prime vegetali durante il processo di cottura, è possibile ottenere prodotti con rese diverse, determinate dal rapporto tra la massa del semilavorato risultante e il peso della materia prima vegetale originaria (% ). Un prodotto con una resa compresa tra -80 e 60% rispetto al peso della materia prima è chiamato semicellulosa, caratterizzato da un elevato contenuto di lignina (15-20%). La lignina della sostanza intercellulare contenuta nell'emicellulosa non si scioglie completamente durante il processo di cottura (parte di essa rimane nell'emicellulosa); le fibre sono ancora così strettamente legate tra loro che è necessario ricorrere alla macinazione meccanica per separarle e trasformarle in una massa fibrosa. Il prodotto con una resa dal 60 al 50% è chiamato pasta ad alto rendimento (HYP). TsVV viene separato in fibre senza macinazione meccanica mediante lavaggio con un flusso d'acqua, ma contiene ancora una quantità significativa di lignina residua nelle pareti cellulari. Un prodotto con una resa dal 50 al 40% è chiamato cellulosa a resa normale, che, a seconda del grado di delignificazione, che caratterizza la percentuale di lignina residua nelle pareti delle fibre, si divide in cellulosa dura (3-8% di lignina ), cellulosa medio-dura (1,3-3% di lignina) e morbida (meno di 1,5% di lignina).
Dalla cottura delle materie prime vegetali si ottiene la cellulosa grezza, che è un prodotto con un punto di bianco relativamente basso, contenente un numero ancora maggiore di componenti legnosi che accompagnano la cellulosa. Rimuoverli da loro continuando il processo di cottura è associato ad una significativa distruzione della cellulosa e, di conseguenza, ad una diminuzione della resa e al deterioramento delle sue proprietà. Per ottenere cellulosa ad alto punto di bianco - cellulosa sbiancata, la più liberata dalla lignina e dagli estrattivi, la cellulosa tecnica viene sbiancata con reagenti sbiancanti chimici. Per rimuovere più completamente le emicellulose, la cellulosa viene sottoposta ad un ulteriore trattamento alcalino (raffinazione), ottenendo cellulosa raffinata. La raffinazione è solitamente abbinata al processo di sbiancamento. Sono sottoposte a sbiancamento e raffinazione soprattutto le paste morbide e medio-dure destinate sia alla produzione di carta che alla lavorazione chimica.)
La semicellulosa, CVB, cellulosa grezza a resa normale, cellulosa sbiancata, semisbiancata e raffinata sono semilavorati fibrosi che trovano ampia applicazione pratica per la produzione di un'ampia varietà di tipologie di carta e cartone. Circa il 93% di tutta la cellulosa prodotta nel mondo viene lavorata per questi scopi. Il resto della cellulosa serve come materia prima per la lavorazione chimica.
Per caratterizzare le proprietà e la qualità della cellulosa tecnica, che ne determinano il valore al consumo, vengono utilizzati numerosi indicatori diversi. Diamo un'occhiata ai più importanti.
Il contenuto di pentosani nelle cellulose solfite varia dal 4 al 7% e nelle cellulose solfate con lo stesso grado di delignificazione è del 10-11%. La presenza di pentosani nella cellulosa contribuisce ad aumentarne la resistenza meccanica, migliora la collatura e la macinabilità, pertanto la loro più completa conservazione nella cellulosa per la produzione di carta e cartone ha un effetto benefico sulla qualità dei prodotti. I pentosani sono un'impurità indesiderabile nella cellulosa per la lavorazione chimica.
Il contenuto di resina nella pasta di legno tenero al solfito è elevato e raggiunge l'1-1,5%, poiché l'acido da cucina solfito non dissolve le sostanze resinose del legno. Le soluzioni di cottura alcaline dissolvono le resine, quindi il loro contenuto nella polpa delle soluzioni di cottura alcaline è piccolo e ammonta allo 0,2-0,3%. L'elevato contenuto di catrame della cellulosa, in particolare il cosiddetto "catrame nocivo", crea problemi nella produzione della carta a causa dei depositi di catrame appiccicosi sulle apparecchiature.
Il numero di rame caratterizza il grado di distruzione della cellulosa nei processi di cottura, candeggio e raffinazione. All'estremità di ciascuna molecola di cellulosa si trova un gruppo aldeidico capace di ridurre i sali di ossido di rame ad ossido rameoso, e quanto più la cellulosa viene degradata, tanto più il rame può essere ridotto di 100 g di cellulosa in termini di massa assolutamente secca. L'ossido rameoso viene convertito in rame metallico ed espresso in grammi. Per le cellulose morbide il numero di rame è maggiore che per quelle dure. La cellulosa proveniente dalla pasta alcalina ha un basso numero di rame, circa 1,0, solfito - 1,5-2,5. Lo sbiancamento e la raffinazione riducono significativamente il numero di rame.
Il grado di polimerizzazione (DP) viene determinato misurando la viscosità delle soluzioni di cellulosa utilizzando il metodo viscometrico. La cellulosa tecnica è eterogenea ed è una miscela di frazioni ad alto peso molecolare con diverso DP. L'SP determinato esprime la lunghezza media delle catene di cellulosa e per le cellulose tecniche è compreso tra 4000 e 5500.
Le proprietà di resistenza meccanica della cellulosa vengono testate dopo averla macinata fino a un grado di macinazione di 60? SR. Molto spesso viene determinata la resistenza allo strappo, alla frattura, alla punzonatura e allo strappo. A seconda del tipo di materia prima, del metodo di produzione, della modalità di lavorazione e di altri fattori, gli indicatori elencati possono variare entro limiti molto ampi. Le proprietà di formatura della carta sono un insieme di proprietà che determinano il raggiungimento della qualità richiesta della carta prodotta e sono caratterizzate da una serie di indicatori diversi, ad esempio il comportamento del materiale fibroso nei processi tecnologici di produzione della carta, la sua influenza sulle proprietà della pasta di carta risultante e della carta finita.
La contaminazione della cellulosa viene determinata contando i detriti su entrambi i lati di un campione di cartella di cellulosa bagnata quando è illuminata da una sorgente luminosa di una certa intensità ed è espressa dal numero di detriti assegnati a 1 e 1 superficie. Ad esempio, il contenuto di granelli consentito dalle norme per varie paste sbiancate può variare da 160 a 450 pezzi per 1 m2 e per paste non sbiancate da 2.000 a 4.000 pezzi.
La cellulosa tecnica non sbiancata è adatta per la produzione di molti tipi di prodotti: carta da giornale e carta da sacco, cartone per imballaggi, ecc. Per ottenere le qualità più elevate di carta da scrittura e da stampa, dove è richiesto un maggiore grado di bianco, viene utilizzata cellulosa medio-dura e morbida, che viene sbiancato con reagenti chimici, ad esempio cloro, biossido di cloro, ipoclorito di calcio o di sodio, acqua ossigenata.
Cellulosa appositamente purificata (nobilitata) contenente il 92-97% di alfa cellulosa (ovvero una frazione di cellulosa insolubile in una soluzione acquosa al 17,5% di soda caustica) viene utilizzata per la produzione di fibre chimiche, tra cui seta viscosa e fibra di cordoncino di viscosa ad alta resistenza per la produzione di pneumatici per automobili.
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