Formuła celulozy. Właściwości celulozy. Zastosowanie pulpy

Przez całe życie jesteśmy otoczeni ogromną ilością przedmiotów - kartonów, papieru offsetowego, toreb plastikowych, ubrań wykonanych z wiskozy, ręczników bambusowych i wielu innych. Ale niewiele osób wie, że w ich produkcji celuloza jest aktywnie wykorzystywana. Czym jest ta prawdziwie magiczna substancja, bez której praktycznie nie może zrobić żadne nowoczesne przedsiębiorstwo przemysłowe? W tym artykule opowiemy o właściwościach celulozy, jej zastosowaniu w różnych dziedzinach, a także o tym, z czego jest wydobywany i jaka jest jej formuła chemiczna. Zacznijmy od początków.

Wykrywanie substancji

Formuła celulozy została odkryta przez francuskiego chemika Anselma Payena w trakcie eksperymentów dotyczących rozdzielania drewna na składniki. Po przetworzeniu kwas azotowy, Naukowiec odkrył, że podczas reakcji chemicznej powstaje włóknista substancja podobna do bawełny. Po dokładnej analizie materiału otrzymanego przez Payen otrzymano wzór chemiczny celulozy - C6H10O5. Opis procesu został opublikowany w 1838 r., A substancja otrzymała swoją naukową nazwę w 1839 r.

Dary natury

Teraz wiadomo na pewno, że prawie wszystkie miękkie części roślin i zwierząt zawierają pewną ilość celulozy. Na przykład rośliny potrzebują tej substancji do prawidłowego wzrostu i rozwoju, a raczej do tworzenia nowych błon komórkowych. Kompozycja odnosi się do polisacharydów.

W przemyśle z reguły naturalna miazga jest wydobywana z drzew iglastych i liściastych - do 60% tej substancji znajduje się w suchym drewnie, a także w przetwórstwie odpadów bawełnianych, które zawierają około 90% celulozy.

Wiadomo, że jeśli drewno jest ogrzewane w próżni, to znaczy bez dostępu powietrza, nastąpi termiczny rozkład celulozy, w wyniku czego powstaje aceton, alkohol metylowy, woda, kwas octowy i węgiel drzewny.

Pomimo bogatej flory planety, lasy nie wystarczają już do wyprodukowania niezbędnej ilości włókien chemicznych dla przemysłu - wykorzystanie celulozy jest zbyt szerokie. Dlatego coraz częściej wydobywa się ją ze słomy, trzciny, łodyg kukurydzy, bambusa i trzcin.

Syntetyczną masę włóknistą stosującą różne procesy technologiczne otrzymuje się z węgla, oleju, gaz ziemny i łupek.

Z lasu - w sklepie

Spójrzmy na ekstrakcję masy technicznej z drewna - jest to złożony, interesujący i długotrwały proces. Przede wszystkim drewno jest produkowane, cięte na duże fragmenty i usuwana jest kora.

Następnie obrane paski są przetwarzane na wióry i sortowane, a następnie gotowane w alkoholu. Otrzymaną w ten sposób miazgę oddziela się od alkaliów, a następnie suszy, kroi i pakuje do wysyłki.

Chemia i fizyka

Jakie są tajemnice chemiczne i fizyczne, które zawierają właściwości celulozy, oprócz faktu, że jest to polisacharyd? Przede wszystkim jest to biała substancja. Jest łatwopalny i dobrze się pali. Rozpuszcza się w złożonych związkach wody z wodorotlenkami niektórych metali (miedzi, niklu), aminami, a także siarką i kwas fosforowy, stężony roztwór chlorku cynku.

Celuloza nie rozpuszcza się w dostępnych rozpuszczalnikach domowych i zwykłej wodzie. Dzieje się tak, ponieważ długie, nitkowate cząsteczki tej substancji są połączone w osobliwe wiązki i są ułożone równolegle do siebie. Ponadto, cała ta "konstrukcja" jest wzmacniana przez wiązania wodorowe, z których powodu cząsteczki słabego rozpuszczalnika lub wody po prostu nie mogą dostać się do środka i zniszczyć ten silny splot.

Najcieńsze nici, których długość waha się od 3 do 35 milimetrów, połączone w wiązki - tak można schematycznie przedstawić strukturę celulozy. Długie włókna są stosowane w przemyśle włókienniczym, krótkie włókna są wykorzystywane do produkcji, na przykład, papieru i tektury.

Celuloza nie topi się i nie zamienia w parę, jednak po ogrzaniu powyżej 150 stopni Celsjusza zaczyna się psuć, uwalniając związki o niskiej masie cząsteczkowej - wodór, metan i tlenek węgla (tlenek węgla). W temperaturze 350 ° C i wyższej celuloza jest zwęglona.

Zmień na lepsze

W ten sposób symbole chemiczne opisują celulozę, której wzór strukturalny wyraźnie pokazuje długołańcuchową cząsteczkę polimeru składającą się z powtarzających się reszt glukozydowych. Zwróć uwagę na "n", wskazując na dużą ich liczbę.

Nawiasem mówiąc, formuła miazgi opracowana przez Anselma Payena uległa pewnym zmianom. W 1934 r. Angielski chemik, zdobywca nagrody Nobla Walter Norman Houors, zbadał właściwości skrobi, laktozy i innych cukrów, w tym celulozy. Znalezienie zdolności tej substancji do hydrolizy, dokonał własnych poprawek do badań Payena, a formuła celulozy została uzupełniona o wartość "n", oznaczającą obecność reszt glikozydowych. W tej chwili wygląda to tak: (C ₅ H ₁₀ O ₅ ) _n .

Estry celulozy

Ważne jest, aby cząsteczka celulozy zawierała grupy hydroksylowe, które mogą być alkilowane i acylowane, tworząc w ten sposób różne estry. Jest to kolejna z najważniejszych właściwości posiadanych przez celulozę. Wzór strukturalny różnych związków może wyglądać tak:

Etery celulozy są proste i złożone. Proste są metyl, hydroksypropyl-, karboksymetylo-, etylo-, metylohydroksypropyl- i cyjanoetyloceluloza. Złożone są to azotany, siarczany i octany celulozy, a także acetopropioniany, acetyloftaleiloceluloza i acetomaślany. Wszystkie te etery są produkowane w prawie wszystkich krajach świata setkami tysięcy ton rocznie.

Od filmu do pasty do zębów

Do czego one służą? Z reguły etery celulozowe są szeroko stosowane do produkcji sztucznych włókien, różnych tworzyw sztucznych, różnych folii (w tym fotograficznych), lakierów, farb, a także stosowanych w przemyśle wojskowym do produkcji stałego paliwa rakietowego, bezdymnego proszku i materiałów wybuchowych.

Ponadto, etery celulozy są częścią mieszanek tynków i gips-cement, barwników do tkanin, past do zębów, różnych klejów, syntetycznych detergentów, perfum i kosmetyków. Krótko mówiąc, gdyby formuła miazgi nie została odkryta w odległym 1838 roku, współcześni ludzie nie mieliby wielu korzyści cywilizacyjnych.

Prawie bliźniaki

Niewielu zwykłych ludzi wie, że celuloza ma swego rodzaju odpowiednik. Wzór celulozy i skrobi jest identyczny, jednak są to dwie zupełnie różne substancje. Jaka jest różnica? Pomimo tego, że obie te substancje są naturalnymi polimerami, stopień polimeryzacji skrobi jest znacznie mniejszy niż celulozy. A jeśli pójdziesz dalej i porównasz struktury tych substancji, możesz zauważyć, że makrocząsteczki celulozy są ułożone liniowo i tylko w jednym kierunku, tworząc w ten sposób włókna, podczas gdy mikrocząsteczki skrobi wyglądają nieco inaczej.

Kule aplikacji

Jedną z najlepszych wizualnych próbek praktycznie czystej celulozy jest zwykła medyczna wata. Jak wiadomo, jest on wytwarzany ze starannie oczyszczonej bawełny.

Drugim, nie mniej używanym produktem z celulozy jest papier. W rzeczywistości jest to najcieńsza warstwa włókien celulozowych, starannie sprasowana i sklejona ze sobą.

Ponadto celuloza wytwarza wiskozową pościel, która pod umiejętnymi rękami rzemieślników magicznie przeradza się w piękne ubrania, tapicerkę mebli tapicerowanych i różne dekoracyjne draperie. Wiskoza jest również wykorzystywana do produkcji pasów technicznych, filtrów i sznurów do opon.

Nie zapomnij o celofanie wytwarzanym z wiskozy. Bez tego trudno sobie wyobrazić supermarkety, sklepy, działy pakowania urzędów pocztowych. Celofan jest wszędzie: zawija się w niego słodycze, pakuje się w nie płatki zbożowe i pieczywo, a także tabletki, rajstopy i wszelkie akcesoria, od telefonu komórkowego po pilota do telewizora.

Ponadto czysta celuloza mikrokrystaliczna jest zawarta w tabletkach odchudzających. Raz w żołądku puchną i tworzą uczucie pełności. Ilość spożywanej żywności na dzień jest znacznie zmniejszona, odpowiednio, zmniejszenie masy ciała.

Jak widać, odkrycie miazgi dokonało prawdziwej rewolucji, nie tylko w przemyśle chemicznym, ale także w medycynie.