Den porøse strukturen til cellulose gir cellen. Kjemisk struktur av cellulose, prosesser for fremstilling av viskosefiber og cellofan

Mål: fortsette dannelsen av evolusjonære ideer om utviklingen av den organiske verden og dens inndeling i prokaryote og eukaryote organismer; utvikle kunnskap om prokaryote celler.

Utstyr: utdelingsark om emnet: "Strukturelle trekk ved en prokaryot celle," læreboktegninger.

Leksjonsfremgang

JEG.Repetisjon og testing av kunnskap om det studerte materialet.

1. Muntlig undersøkelse. Struktur og funksjoner til kjernen.

2. Skriftlig arbeid basert på valgmuligheter. Spørsmålene er skrevet på tavlen.

I Alternativ.

1. Proteinsyntese skjer på (ribosomet).
2. Strukturer som gir cellebevegelse (cilia og flagella).
3. Cellulær struktur som inneholder genetisk materiale i form av DNA (kjerne).
4. Celleorganeller der karbohydratsyntese skjer (plastider).
5. Enkeltmembranstrukturer med enzymer som bryter ned stoffer (lysosomer).

II Alternativ.

1. Systemet av membraner som deler cellen i separate rom der metabolske reaksjoner oppstår kalles (EPS).
2. Stabler av membransylindre, vesikler, som stoffer syntetisert i cellen pakkes inn i (Golgi-kompleks).
3. Dobbeltmembrancelleorganeller hvor energi lagres i form av ATP-molekyler (mitokondrier).
4. En porøs cellulosestruktur som gir cellen styrke og en permanent form (cellevegg).
5. Hovedstoffet i cellen, som inneholder alle cellens organeller (cytoplasma).

II. Lære nytt stoff.

Hva er nivåene av mobilorganisering?

Hvilke celler kalles prokaryote?

Hvilke organismer er prokaryote?

Prokaryote organismer beholder trekk fra ekstrem antikken: de er veldig enkelt strukturert.

Bakterier er typiske prokaryote celler. De lever overalt: i vann, i jord, i mat. Bakterier er primitive livsformer, og det kan antas at de tilhører den typen levende skapninger som dukket opp i de tidligste stadiene av livets utvikling på jorden.

Tilsynelatende levde bakterier opprinnelig i havet; Moderne mikroorganismer stammet sannsynligvis fra dem. Mennesket ble relativt nylig kjent med bakterieverdenen, først etter at de lærte å lage linser som gir tilstrekkelig sterk forstørrelse. Den teknologiske utviklingen i de påfølgende århundrene gjorde det mulig å studere bakterier og andre prokaryote organismer i detalj.

Størrelsen på bakterier varierer mye: fra 1 til 10-15 mikron.

Se på bildene som viser bakterier. Hvilken form kan de ha?

I henhold til deres form er sfæriske celler kokker, langstrakte celler er staver eller basiller, og kronglete celler er spirillaer. Mikroorganismer kan eksistere enten individuelt eller danne klynger.

Bakterier kan leve enten bare i aerobe eller bare anaerobe forhold, eller i begge. De får den nødvendige energien gjennom prosessen med respirasjon, fermentering eller fotosyntese.

Hvilke strukturelle trekk ved bakterier kan identifiseres?

De viktigste strukturelle egenskapene til bakterier er fraværet av en kjerne begrenset av et skall. Den arvelige informasjonen til bakterier finnes i ett kromosom. Det bakterielle kromosomet, som består av ett DNA-molekyl, har form som en ring og er nedsenket i cytoplasmaet. Bakteriecellen er omgitt av en membran som skiller cytoplasmaet fra celleveggen. Det er få membraner i cytoplasmaet. Den inneholder ribosomer som utfører proteinsyntese. Bakterier formerer seg ved å dele seg i to. Noen ganger innledes reproduksjon av en seksuell prosess, hvis essens er fremveksten av nye kombinasjoner av gener i det bakterielle kromosomet. Mange bakterier har en tendens til å danne sporer. Tvister oppstår når det er mangel på næringsstoffer eller når stoffskifteprodukter akkumuleres i overkant i miljøet. Livsprosesser inne i sporene stopper praktisk talt. Bakteriesporer er veldig stabile i tørr tilstand. I denne tilstanden forblir de levedyktige i mange hundre og til og med tusenvis av år, og tåler skarpe temperatursvingninger. Når de utsettes for gunstige forhold, forvandles sporene til en aktiv bakteriecelle.

Skriv ned de strukturelle egenskapene til bakterier i notatboken.

Studentpresentasjon om emnet "Bakterienes rolle i naturen og menneskelivet." Resten av elevene skriver en kort oppsummering.

Hvorfor erklæres karantene på skolen for noen sykdommer, men ikke for andre? Hvilke regler for å forebygge smittsomme sykdommer kjenner du?

III. Konsolidering og generalisering av det studerte materialet.

På hvert bord er det materiell med oppgaver.

På pultene er det blandede komplekser av tegninger av organeller, kromosomer, kjerner og overflateapparater av celler. Brett en modell av en prokaryot celle. (En elev lager en modell ved tavlen. Diskusjon av resultatene som er oppnådd.) Skriv en historie om en prokaryot celle, og byt på å navngi et av trekkene ved dens struktur og livsaktivitet.

IV. Lekser.

Funksjoner av strukturen til en prokaryot celle.

Litteratur:

1. Biologitimer i 10 (11) klasse. Detaljplanlegging. – Yaroslavl: Development Academy, 2001
2. Generell biologi. 10-11 klassetrinn. V.B Zakharov, S.G. Mamontov, V.I. Sonin. – M. Bustard – 2002

Foreløpig er det bare to kilder til cellulose som er av industriell betydning - bomull og tremasse. Bomull er nesten ren cellulose og krever ikke komplisert bearbeiding for å bli et utgangsmateriale for kunstfibre og ikke-fiberplast. Etter at de lange fibrene som brukes til å lage bomullsstoffer er skilt fra bomullsfrøet, gjenstår korte hår, eller "lo" (bomullsfluff), 10–15 mm lange. Loet skilles fra frøet, varmes opp under trykk i 2–6 timer med en 2,5–3 % natriumhydroksidløsning, deretter vaskes, blekes med klor, vaskes igjen og tørkes. Det resulterende produktet er 99 % ren cellulose. Utbyttet er 80 % (vekt) lo, resten er lignin, fett, voks, pectates og frøskall. Tremasse er vanligvis laget av tre av bartrær. Den inneholder 50–60 % cellulose, 25–35 % lignin og 10–15 % hemicellulose og ikke-celluloseholdige hydrokarboner. I sulfittprosessen kokes flis under trykk (ca. 0,5 MPa) ved 140°C med svoveldioksid og kalsiumbisulfitt. I dette tilfellet går ligniner og hydrokarboner i løsning og cellulose blir igjen. Etter vasking og bleking støpes den rensede massen inn i løst papir, likt trekkpapir, og tørkes. Denne massen består av 88–97 % cellulose og er ganske egnet for kjemisk bearbeiding til viskosefiber og cellofan, samt til cellulosederivater - estere og etere.

Prosessen med å regenerere cellulose fra en løsning ved å tilsette syre til dens konsentrerte kobber-ammonium (dvs. inneholdende kobbersulfat og ammoniumhydroksid) vandige løsning ble beskrevet av engelskmannen J. Mercer rundt 1844. Men den første industrielle anvendelsen av denne metoden, som markerte begynnelsen av kobber-ammoniumfiberindustrien, tilskrives E. Schweitzer (1857), og dens videre utvikling er fortjenesten til M. Kramer og I. Schlossberger (1858). Og først i 1892 oppfant Cross, Bevin og Beadle i England en prosess for å produsere viskosefiber: en viskøs (derav navnet viskose) vandig løsning av cellulose ble oppnådd etter å ha behandlet cellulosen først med en sterk løsning av kaustisk soda, som ga "soda cellulose", og deretter med karbondisulfid (CS 2), noe som resulterer i løselig cellulosexantat. Ved å presse en strøm av denne "snurrende" løsningen gjennom en spinnedyse med et lite rundt hull inn i et syrebad, ble cellulosen regenerert i form av rayonfiber. Når løsningen ble presset inn i det samme badet gjennom en dyse med en smal spalte, ble det oppnådd en film kalt cellofan. J. Brandenberger, som jobbet med denne teknologien i Frankrike fra 1908 til 1912, var den første som patenterte en kontinuerlig prosess for fremstilling av cellofan.

Kjemisk struktur.

Til tross for den utbredte industrielle bruken av cellulose og dens derivater, ble den for tiden aksepterte kjemiske strukturformelen for cellulose foreslått (av W. Haworth) først i 1934. Siden 1913 ble imidlertid dens empiriske formel C 6 H 10 O 5, bestemt fra kvantitativ analyse, har vært kjent godt vaskede og tørkede prøver: 44,4 % C, 6,2 % H og 49,4 % O. Takket være arbeidet til G. Staudinger og K. Freudenberg var det også kjent at dette er et langkjedet polymermolekyl som består av de vist i fig. 1 gjentatte glukosidrester. Hver enhet har tre hydroksylgrupper - en primær (– CH 2 CH OH) og to sekundære (> CH CH OH). I 1920 hadde E. Fisher etablert strukturen til enkle sukkerarter, og samme år viste røntgenstudier av cellulose først et klart diffraksjonsmønster av fibrene. Røntgendiffraksjonsmønsteret til bomullsfiber viser en klar krystallinsk orientering, men linfiber er enda mer ordnet. Når cellulose regenereres til fiberform, går krystalliniteten stort sett tapt. Som det er lett å se i lys av prestasjonene til moderne vitenskap, sto den strukturelle kjemien til cellulose praktisk talt stille fra 1860 til 1920 av den grunn at hele denne tiden forble de hjelpevitenskapelige disiplinene som var nødvendige for å løse problemet i sin spede begynnelse.

REGENERERT CELLULOSE

Viskosefiber og cellofan.

Både viskosefiber og cellofan er regenerert (fra løsning) cellulose. Renset naturlig cellulose behandles med et overskudd av konsentrert natriumhydroksid; Etter å ha fjernet overskuddet, males klumpene og den resulterende massen holdes under nøye kontrollerte forhold. Med denne "aldringen" reduseres lengden på polymerkjedene, noe som fremmer etterfølgende oppløsning. Deretter blandes den knuste cellulosen med karbondisulfid og det resulterende xantatet oppløses i en løsning av natriumhydroksid for å oppnå "viskose" - en viskøs løsning. Når viskose kommer inn i en vandig syreløsning, regenereres cellulose fra den. De forenklede totale reaksjonene er:

Viskosefiber, oppnådd ved å presse viskose gjennom små hull i en spinnedyse til en sur løsning, er mye brukt til fremstilling av klær, draperier og møbelstoffer, så vel som i teknologi. Betydelige mengder viskosefiber brukes til tekniske belter, tape, filtre og dekksnor.

Cellofan.

Cellofan, oppnådd ved å presse viskose inn i et syrebad gjennom en spinnedyse med en smal spalte, passerer deretter gjennom vaske-, bleke- og mykningsbad, føres gjennom tørketromler og vikles til en rull. Overflaten av cellofanfilm er nesten alltid belagt med nitrocellulose, harpiks, en slags voks eller lakk for å redusere overføringen av vanndamp og gi mulighet for termisk forsegling, siden ubelagt cellofan ikke har egenskapen til termoplastisitet. I moderne produksjon brukes polymerbelegg av typen polyvinylidenklorid til dette, siden de er mindre fuktgjennomtrengelige og gir en mer holdbar forbindelse under varmeforsegling.

Cellofan er mye brukt hovedsakelig i emballasjeindustrien som innpakningsmateriale for tørrvarer, matvarer, tobakksprodukter, og også som base for selvklebende emballasjetape.

Viskosesvamp.

I tillegg til å danne en fiber eller film, kan viskose blandes med passende fibrøse og finkrystallinske materialer; Etter syrebehandling og vannutvasking omdannes denne blandingen til et viskosesvampmateriale (fig. 2), som brukes til emballasje og varmeisolering.

Kobber-ammoniakkfiber.

Regenerert cellulosefiber produseres også i industriell skala ved å løse opp cellulose i en konsentrert kobber-ammoniakkløsning (CuSO 4 i NH 4 OH) og spinne den resulterende løsningen til fiber i et surt utfellingsbad. Denne fiberen kalles kobber-ammoniakkfiber.

EGENSKAPER TIL CELLULOSE

Kjemiske egenskaper.

Som vist i fig. 1 er cellulose et høypolymert karbohydrat som består av glukosidrester C 6 H 10 O 5 forbundet med eterbroer i posisjon 1,4. De tre hydroksylgruppene i hver glukopyranoseenhet kan forestres med organiske midler som en blanding av syrer og syreanhydrider med en passende katalysator som svovelsyre. Etere kan dannes ved virkningen av konsentrert natriumhydroksid som fører til dannelse av sodacellulose og påfølgende reaksjon med et alkylhalogenid:

Reaksjon med etylen eller propylenoksid produserer hydroksylerte etere:

Tilstedeværelsen av disse hydroksylgruppene og geometrien til makromolekylet bestemmer den sterke polare gjensidige tiltrekningen til naboenheter. Tiltrekningskreftene er så sterke at vanlige løsemidler ikke klarer å bryte kjeden og løse opp cellulose. Disse frie hydroksylgruppene er også ansvarlige for den større hygroskopisiteten til cellulose (fig. 3). Forestring og eterisering reduserer hygroskopisiteten og øker løseligheten i vanlige løsemidler.

Under påvirkning av en vandig syreløsning brytes oksygenbroer i 1,4-stilling. Fullstendig brudd på kjeden produserer glukose, et monosakkarid. Den opprinnelige kjedelengden avhenger av opprinnelsen til cellulosen. Det er maksimalt i sin naturlige tilstand og avtar under prosessen med isolering, rensing og konvertering til derivatforbindelser ( cm. bord).

Selv mekanisk skjæring, for eksempel under abrasiv sliping, fører til en reduksjon i kjedelengden. Når polymerkjedelengden reduseres under en viss minimumsverdi, endres de makroskopiske fysiske egenskapene til cellulose.

Oksidasjonsmidler påvirker cellulose uten å forårsake spaltning av glukopyranoseringen (fig. 4). Påfølgende handling (i nærvær av fuktighet, for eksempel ved klimatesting) resulterer typisk i kjedeklipp og en økning i antall aldehydlignende endegrupper. Siden aldehydgrupper lett oksideres til karboksylgrupper, øker innholdet av karboksyl, som praktisk talt er fraværende i naturlig cellulose, kraftig under forhold med atmosfærisk påvirkning og oksidasjon.

Som alle polymerer blir cellulose ødelagt under påvirkning av atmosfæriske faktorer som et resultat av den kombinerte virkningen av oksygen, fuktighet, sure komponenter i luft og sollys. Den ultrafiolette komponenten i sollys er viktig, og mange gode UV-beskyttende midler øker levetiden til cellulosederivater. Sure komponenter i luften, som nitrogen- og svoveloksider (som alltid er tilstede i den atmosfæriske luften i industriområder), akselererer nedbrytningen, og har ofte en sterkere effekt enn sollys. I England ble det således bemerket at bomullsprøver som ble testet for eksponering for atmosfæriske forhold om vinteren, når det praktisk talt ikke var sterkt sollys, ble nedbrutt raskere enn om sommeren. Faktum er at forbrenning av store mengder kull og gass om vinteren førte til en økning i konsentrasjonen av nitrogen- og svoveloksider i luften. Syrefangere, antioksidanter og UV-absorbere reduserer cellulosens forvitringsfølsomhet. Substitusjon av frie hydroksylgrupper fører til en endring i denne følsomheten: cellulosenitrat brytes ned raskere, og acetat og propionat - langsommere.

Fysiske egenskaper.

Cellulosepolymerkjeder er pakket inn i lange bunter, eller fibre, der det, sammen med ordnede, krystallinske, også er mindre ordnede, amorfe seksjoner (fig. 5). Den målte prosentandelen av krystallinitet avhenger av typen cellulose samt målemetoden. I følge røntgendata varierer det fra 70 % (bomull) til 38–40 % (viskosefiber). Røntgenstrukturanalyse gir informasjon ikke bare om det kvantitative forholdet mellom krystallinsk og amorft materiale i polymeren, men også om graden av fiberorientering forårsaket av strekking eller normale vekstprosesser. Skarpheten til diffraksjonsringene karakteriserer graden av krystallinitet, og diffraksjonsflekkene og deres skarphet karakteriserer tilstedeværelsen og graden av foretrukket orientering av krystallitter. I en prøve av resirkulert celluloseacetat produsert ved tørrspinningsprosessen er både graden av krystallinitet og orientering svært liten. I triacetatprøven er graden av krystallinitet høyere, men det er ingen foretrukket orientering. Varmebehandling av triacetat ved en temperatur på 180–240°

BESKRIVELSE

OPPFINNELSER

Sovjetunionen

Sosialistisk sett

Statens utvalg

USSR for oppfinnelser og oppdagelser

P.P.S.S.V., T.V.Vasilkova, V.A.A.A.A.Y.Y og L.I.Dernovaya (Institute of Organic Chemistry of the Academy of Sciences of the Kyrgyz SSR and the Order of the Red Banner of Labor Institute of Physical Chemistry of the Academy of Sciences of the USSR) (54) )METODE FOR PRODUKSJON AV CELLULOSEPULVER

MED EN PORØS STRUKTUR

Imidlertid brukes denne metoden for å oppnå. prøver med lavt spesifikt overflateareal. – opptil 20 m9/g. 20

Tabellen viser det spesifikke overflatearealet til pulveriserte celluloser oppnådd ved kjente og foreslåtte metoder.

Oppfinnelsen angår fremstilling av cellulosepulver med en høyt utviklet porøs struktur og kan brukes i preparativ, analytisk og biokjemi, i kjemisk industri og teknologi.

Nærmest den foreslåtte oppfinnelsen i teknisk essens er en metode for å produsere mikrokrystallinsk pulverisert cellulose ved å behandle med 0,1-1% løsninger av Lewis-syrer i nøytrale eller protondonor-løsningsmidler og underkastes varmebehandling ved 70-100 ° C i 1-3 timer, med videre oppvarming - 15 vask og tørking av målproduktet Q. .

Formålet med oppfinnelsen er å oppnå cellulosepulver med en høyt utviklet porøs struktur.

For å oppnå dette målet i metoden for å produsere cellulosepulver med porøs struktur ved å behandle cellulose med Lewis-syrer og påfølgende varmebehandling, vasking og tørking, utføres behandlingen

10-15 minutter ved koking, og etter tørking, holdes det resulterende pulveret i 3060 minutter ved 100-110 C. Den resulterende pulveriserte cellulosen har en mer utviklet porøs struktur, og derfor et større spesifikt overflateareal, enn kjente pulveriserte cellulosesorbenter.

Måling av det spesifikke overflatearealet til prøver - S- utføres ved hjelp av den gasskromatografiske metoden for beholdte volumer når n-heksan brukes som damp. Pulverisert cellulose oppnådd ved saltsyrehydrolyse brukes som standard. Dets spesifikke overflateareal, bestemt ved statisk metode, er 1,7 m1/g.

Dataene indikerer en betydelig økning i det spesifikke overflatearealet til cellulosepulver dannet ved bruk av den foreslåtte metoden.

Destruktiv syre

Type celluloseprøve t

20 (etter oppvarming) 100

Cellulose oppnådd i henhold til kjent

Cellulose,. oppnådd ved hjelp av den foreslåtte metoden

Oppfinnelsens formel

TiCi4 108 135 220.

BF ° OE1 19 10 142

Den avgjørende faktoren som vesentlig påvirker strukturen til cellulosepreparatet er prøveoppvarming. Den foreslåtte metoden for å produsere cellulosepulver fører til utseendet av mange kapillærer og porer i produktet, som penetrerer hele cellulosestrukturen, noe som bidrar til dannelsen av en stor indre overflate.

Den pulveriserte cellulosen oppnådd ved den foreslåtte metoden er karakterisert ved en maksimal grad av polymerisasjon

100-150 glukoseenheter; og innholdet av karboksyl og redusert-. helle karbonylgrupper ikke overstiger 1 og 0,4%, askeinnholdet er mindre

1b. Hovedfraksjonen av cellulosepartikler i lengde er innenfor 0,25-0,5 mm og er omtrent 95%.

Eksempel 1. En prøve av lufttørket cellulose (20 g) kokes i 15 minutter i 1000 ml etylalkohol og 2,7 ppm titantetraklorid (0,2 mol per 1 vannfri celluloseenhet), presset ut til tre ganger vektøkningen på den opprinnelige prøven og utsatt for varmebehandling for

1,5 time ved 105 C. Produktet vaskes deretter under kraftig omrøring med etanol, vann, etanol og lufttørkes. Spesifikk overflate op. separert på en gasskromatograf

"Tsvet-100" bruker n-heksandamp som adsorbat, kolonnelengde 100 cm, sorbentmasse

0,38 g, bærer - helium, flammeioniseringsdetektor.

Det spesifikke overflatearealet er 220 m vinkel. Produktutgang

97,2%; SP p = 100; askeinnhold 0,86 %.

0,2b; COOH 0,12%.

Eksempel 2. Den originale cellulosen kokes i 10 minutter i 500 ml

Ordre 4658/31 Opplag 53

Filial av OPS "Patent", r. etanolløsning av tinn(II)tetraklorid inneholdende 1,8 ppm Lewis-syre, som er

0,25 mol per 1 vannfri celluloseenhet. Deretter plasseres cellulosen i en tørkeovn i 1 time ved 110 C, etter å ha blitt presset ut til en 2,8 ganger økning i vekten av prøven. Ved slutten av varmebehandlingen vaskes produktet til det er nøytralt med etanol, vann, etanol. Tørking utføres i luft. Det spesifikke overflatearealet, bestemt ved metoden med beholdt volum, i henhold til metoden spesifisert i eksempel 1, er lik 95 m1/g. Cellulosepulveret varmes deretter opp for

30 minutter ved 110 og avkjøl. S

500 m/år. Produktutbytte 97,3b| (P = 110; CHO- og COOH-gruppene henholdsvis 0,09 og 0,5b, eksempel 3. Naturlige cellulosefibre (25 g) ødelegges ved å koke i 15 minutter i nærvær av en løsning av BFB ° OEt i etanol

5,4 ml syre og 500 ml alkohol, presset til 2,5 ganger økning i

veid og holdt i 1,5 timer ved 110°C, vasket fra syren med en porsjon etanol, vann, etanol og tørket i luft.

Det spesifikke overflatearealet, bestemt ved metoden beskrevet i eksempel 1, 30 før oppvarming er 19,5 m/r. Etter 1 time

2 oppvarminger ved 105 øker det spesifikke overflatearealet til 150 m/g.

Produktutbytte 96,6b; SP = 130.

Askeinnhold 0,77 %.

35 Foreslått av cnocoai. Dannelsen av pulverisert cellulose gjør det mulig å få prøver med en høyt utviklet porøs struktur og et stort spesifikt overflateareal, som overstiger denne verdien sammenlignet med kjente cellulosepulvere med mer enn 10 ganger, relativt raskt og ved hjelp av enkel teknologi.

Fremgangsmåte for fremstilling av cellulosepulver med porøs struktur ved å behandle cellulose med Lewis-syrer

50 med påfølgende varmebehandling, vasking og tørking av målproduktet, karakterisert ved at for å oppnå pulvere med en høyt utviklet porøs struktur 55 utføres behandlingen i 10-15 minutter ved koking, og etter tørking, den resulterende pulver oppbevares i 30-60 minutter ved OO-110 C.

Informasjonskilder tatt i betraktning under eksamen

Det er enkelt å sende inn det gode arbeidet ditt til kunnskapsbasen. Bruk skjemaet nedenfor

Studenter, hovedfagsstudenter, unge forskere som bruker kunnskapsbasen i studiene og arbeidet vil være deg veldig takknemlig.

Lagt ut på http://www.site/

Rapport om kjemi om emnet:

Cellulose

Fullført av en elev i 10. klasse

Ungdomsskole i landsbyen Dubki

Aglabova Maryam

Cellulose

Cellulose, fiber, er det viktigste byggematerialet i planteverdenen, og danner celleveggene til trær og andre høyere planter. Den reneste naturlige formen for cellulose er bomullsfrøhår.

Rensing og isolasjon.

Foreløpig er det bare to kilder til cellulose som er av industriell betydning - bomull og tremasse. Bomull er nesten ren cellulose og krever ikke komplisert bearbeiding for å bli et utgangsmateriale for kunstfibre og ikke-fiberplast.

Etter at de lange fibrene som brukes til å lage bomullsstoffer er skilt fra bomullsfrøet, gjenstår korte hår, eller "lo" (bomullsfluff), 10-15 mm lange.

Loet skilles fra frøet, varmes opp under trykk med en 2,5-3% natriumhydroksidløsning i 2-6 timer, vaskes deretter, blekes med klor, vaskes igjen og tørkes. Det resulterende produktet er 99 % ren cellulose. Utbyttet er 80 % (vekt) lo, resten er lignin, fett, voks, pectates og frøskall.

Tremasse er vanligvis laget av tre av bartrær. Den inneholder 50-60% cellulose, 25-35% lignin og 10-15% hemicellulose og ikke-celluloseholdige hydrokarboner. I sulfittprosessen kokes flis under trykk (ca. 0,5 MPa) ved 140°C med svoveldioksid og kalsiumbisulfitt. I dette tilfellet går ligniner og hydrokarboner i løsning og cellulose blir igjen.

Etter vasking og bleking støpes den rensede massen inn i løst papir, likt trekkpapir, og tørkes. Denne massen består av 88-97% cellulose og er ganske egnet for kjemisk prosessering til viskosefiber og cellofan, samt cellulosederivater - estere og etere.

Prosessen med å regenerere cellulose fra løsning ved å tilsette syre til dens konsentrerte kobber-ammoniakk (dvs. inneholdende kobbersulfat og ammoniumhydroksid) vandige løsning ble beskrevet av engelskmannen J. Mercer rundt 1844.

Men den første industrielle anvendelsen av denne metoden, som la grunnlaget for kobber-ammoniakkfiberindustrien, tilskrives E. Schweitzer (1857), og dens videre utvikling er fortjenesten til M. Kramer og I. Schlossberger (1858).

Og først i 1892 oppfant Cross, Bevin og Beadle i England en prosess for å produsere viskosefiber: en viskøs (derav navnet viskose) vandig løsning av cellulose ble oppnådd etter å ha behandlet cellulosen først med en sterk løsning av kaustisk soda, som ga "soda cellulose", og deretter med karbondisulfid (CS2), noe som resulterer i løselig cellulosexantat.

Ved å presse en strøm av denne "snurrende" løsningen gjennom en spinnedyse med et lite rundt hull inn i et syrebad, ble cellulosen regenerert i form av rayonfiber.

Når løsningen ble presset inn i det samme badet gjennom en dyse med en smal spalte, ble det oppnådd en film kalt cellofan.

J. Brandenberger, som jobbet med denne teknologien i Frankrike fra 1908 til 1912, var den første som patenterte en kontinuerlig prosess for fremstilling av cellofan.

Kjemisk struktur

Til tross for den utbredte industrielle bruken av cellulose og dens derivater, ble den for tiden aksepterte kjemiske strukturformelen for cellulose foreslått (av W. Haworth) først i 1934.

Riktignok har dens empiriske formel C6H10O5 vært kjent siden 1913, bestemt fra kvantitativ analyse av godt vaskede og tørkede prøver: 44,4% C, 6,2% H og 49,4% O.

cellulosefiber viskose

Takket være arbeidet til G. Staudinger og K. Freudenberg ble det også kjent at dette er et langkjedet polymermolekyl bestående av de som er vist i fig. 1 gjentatte glukosidrester.

Hver enhet har tre hydroksylgrupper - en primær (- CH2CHOH) og to sekundære (>CHCHOH).

I 1920 hadde E. Fischer etablert strukturen til enkle sukkerarter, og samme år viste røntgenstudier av cellulose først et klart diffraksjonsmønster av fibrene. Røntgendiffraksjonsmønsteret til bomullsfiber viser en klar krystallinsk orientering, men linfiber er enda mer ordnet. Når cellulose regenereres til fiberform, går krystalliniteten stort sett tapt.

Som det er lett å se i lys av prestasjonene til moderne vitenskap, sto den strukturelle kjemien til cellulose praktisk talt stille fra 1860 til 1920 av den grunn at hele denne tiden forble de hjelpevitenskapelige disiplinene som var nødvendige for å løse problemet i sin spede begynnelse.

Regenerert cellulumOza

Viskosefiber og cellofan.

Både viskosefiber og cellofan er regenerert (fra løsning) cellulose. Renset naturlig cellulose behandles med et overskudd av konsentrert natriumhydroksid; Etter å ha fjernet overskuddet, males klumpene og den resulterende massen holdes under nøye kontrollerte forhold. Med denne "aldringen" reduseres lengden på polymerkjedene, noe som fremmer påfølgende oppløsning. Deretter blandes den knuste cellulosen med karbondisulfid og det resulterende xantatet oppløses i en løsning av natriumhydroksid for å oppnå "viskose" - en viskøs løsning. Når viskose kommer inn i en vandig syreløsning, blir cellulose regenerert fra den. De forenklede totale reaksjonene er:

Viskosefiber, oppnådd ved å presse viskose gjennom små hull i en spinnedyse til en sur løsning, er mye brukt til fremstilling av klær, draperier og møbelstoffer, så vel som i teknologi. Betydelige mengder viskosefiber brukes til tekniske belter, tape, filtre og dekksnor.

Cellofan

Cellofan, oppnådd ved å presse viskose inn i et syrebad gjennom en spinnedyse med en smal spalte, passerer deretter gjennom vaske-, bleke- og mykningsbad, føres gjennom tørketromler og vikles til en rull. Overflaten av cellofanfilm er nesten alltid belagt med nitrocellulose, harpiks, en slags voks eller lakk for å redusere overføringen av vanndamp og gi mulighet for termisk forsegling, siden ubelagt cellofan ikke har egenskapen til termoplastisitet.

I moderne produksjon brukes polymerbelegg av typen polyvinylidenklorid til dette, siden de er mindre fuktgjennomtrengelige og gir en mer holdbar forbindelse under varmeforsegling.

Cellofan er mye brukt hovedsakelig i emballasjeindustrien som innpakningsmateriale for tørrvarer, matvarer, tobakksprodukter, og også som base for selvklebende emballasjetape.

Viskosesvamp

I tillegg til å danne en fiber eller film, kan viskose blandes med passende fibrøse og finkrystallinske materialer; Etter syrebehandling og vannutvasking omdannes denne blandingen til et viskosesvampmateriale (fig. 2), som brukes til emballasje og varmeisolering.

Kobber-ammoniakkfiber

Regenerert cellulosefiber produseres også i industriell skala ved å løse opp cellulose i en konsentrert kobber-ammoniakkløsning (CuSO4 i NH4OH) og spinne den resulterende løsningen til fiber i et surt utfellingsbad. Denne fiberen kalles kobber-ammoniakkfiber.

Egenskaper til cellulose

Kjemiske egenskaper.

Som vist i fig. 1 er cellulose et høypolymert karbohydrat som består av glukosidrester C6H10O5 forbundet med eterbroer i posisjon 1,4. De tre hydroksylgruppene i hver glukopyranoseenhet kan forestres med organiske midler som en blanding av syrer og syreanhydrider med en passende katalysator som svovelsyre.

Etere kan dannes ved virkningen av konsentrert natriumhydroksid som fører til dannelse av sodacellulose og påfølgende reaksjon med et alkylhalogenid:

Reaksjon med etylen eller propylenoksid produserer hydroksylerte etere:

Tilstedeværelsen av disse hydroksylgruppene og geometrien til makromolekylet bestemmer den sterke polare gjensidige tiltrekningen til naboenheter. Tiltrekningskreftene er så sterke at vanlige løsemidler ikke klarer å bryte kjeden og løse opp cellulose.

Disse frie hydroksylgruppene er også ansvarlige for den større hygroskopisiteten til cellulose. Forestring og eterisering reduserer hygroskopisiteten og øker løseligheten i vanlige løsemidler.

Under påvirkning av en vandig syreløsning brytes oksygenbroer i 1,4-stilling. Fullstendig brudd av kjeden produserer glukose, et monosakkarid. Den opprinnelige kjedelengden avhenger av opprinnelsen til cellulosen. Den er maksimal i sin naturlige tilstand og avtar under prosessen med isolering, rensing og omdannelse til derivatforbindelser (se tabell).

Grad av cellulosepolymerisasjon

Selv mekanisk skjæring, for eksempel under abrasiv sliping, fører til en reduksjon i kjedelengden. Når polymerkjedelengden reduseres under en viss minimumsverdi, endres de makroskopiske fysiske egenskapene til cellulose.

Oksidasjonsmidler påvirker cellulose uten å forårsake spaltning av glukopyranoseringen (fig. 4). Påfølgende handling (i nærvær av fuktighet, for eksempel ved klimatesting) resulterer typisk i kjedeklipp og en økning i antall aldehydlignende endegrupper.

Siden aldehydgrupper lett oksideres til karboksylgrupper, øker innholdet av karboksyl, som praktisk talt er fraværende i naturlig cellulose, kraftig under forhold med atmosfærisk påvirkning og oksidasjon.

Som alle polymerer blir cellulose ødelagt under påvirkning av atmosfæriske faktorer som et resultat av den kombinerte virkningen av oksygen, fuktighet, sure komponenter i luft og sollys.

Den ultrafiolette komponenten i sollys er viktig, og mange gode UV-beskyttende midler øker levetiden til cellulosederivater. Sure komponenter i luften, som nitrogen- og svoveloksider (som alltid er tilstede i den atmosfæriske luften i industriområder), akselererer nedbrytningen, og har ofte en sterkere effekt enn sollys.

I England ble det således bemerket at bomullsprøver som ble testet for eksponering for atmosfæriske forhold om vinteren, når det praktisk talt ikke var sterkt sollys, ble nedbrutt raskere enn om sommeren.

Faktum er at forbrenning av store mengder kull og gass om vinteren førte til en økning i konsentrasjonen av nitrogen- og svoveloksider i luften. Syrefangere, antioksidanter og UV-absorbere reduserer forvitringsfølsomheten til cellulose.

Substitusjon av frie hydroksylgrupper fører til en endring i denne følsomheten: cellulosenitrat brytes ned raskere, og acetat og propionat - langsommere.

Fysiske egenskaper. Cellulosepolymerkjeder er pakket inn i lange bunter, eller fibre, der det, sammen med ordnede, krystallinske, også er mindre ordnede, amorfe seksjoner (fig. 5). Den målte prosentandelen av krystallinitet avhenger av typen cellulose samt målemetoden. I følge røntgendata varierer det fra 70% (bomull) til 38-40% (viskosefiber).

Røntgenstrukturanalyse gir informasjon ikke bare om det kvantitative forholdet mellom krystallinsk og amorft materiale i polymeren, men også om graden av fiberorientering forårsaket av strekking eller normale vekstprosesser. Skarpheten til diffraksjonsringene karakteriserer graden av krystallinitet, og diffraksjonsflekkene og deres skarphet karakteriserer tilstedeværelsen og graden av foretrukket orientering av krystallitter.

I en prøve av resirkulert celluloseacetat produsert ved tørrspinningsprosessen er både graden av krystallinitet og orientering svært liten.

I triacetatprøven er graden av krystallinitet høyere, men det er ingen foretrukket orientering. Varmebehandling av triacetat ved en temperatur på 180-240 0 C øker krystalliniteten merkbart, og orientering (ved strekking) i kombinasjon med varmebehandling gir det mest ordnede materialet. Lin viser en høy grad av både krystallinitet og orientering.

Referanser

1. Bushmelev V.A., Volman N.S. Prosesser og apparater for masse- og papirproduksjon. M., 1974

2. Cellulose og dets derivater. M., 1974

3. Akim E.L. og andre Teknologi for prosessering og prosessering av cellulose, papir og papp. L., 1977

4. http://bio.freehostia.com (Internettkilde)

Lagt ut på siden

Lignende dokumenter

Fysisk-kjemisk grunnlag for produksjon av kobber-ammoniumfibre basert på cellulose. Påvirkningen av regimet og tilstedeværelsen av tilsetningsstoffer på produktutbyttet og dets kvalitet. Fremstilling av spinneløsning av kobber-ammoniakk ved eksperimentell metode. Analyse av strøm-spenningskarakteristikker for syklede kurver.

kursarbeid, lagt til 05.01.2010


Studie av hovedtyper av råvarer for viskoseproduksjon. Egenskaper, påføring og bearbeiding av cellulose. Guanamino-formaldehyd, dicyandinamino-formaldehyd, melamin og urea-formaldehyd harpikser: forberedelse, modifikasjon, egenskaper, bruk.

kursarbeid, lagt til 10.11.2011


Sammensetning, formel, kjemiske og fysiske egenskaper til stivelse og cellulose. Prosessen med glukosehydrolyse. Bruk av stivelse i matlaging. Beskrivelse og anvendelse av cellulose i industrien. Prosessen med cellulosedannelse i naturen, strukturen til dens kjeder.

presentasjon, lagt til 01.02.2012


Molekylvekt og påvirkningen av graden av polymerisering av cellulose på individuelle stadier av den teknologiske prosessen for å produsere kunstige fibre og filmer. Kjemiske og fysisk-kjemiske metoder for å bestemme graden av polymerisering av cellulose og dens molekylvekt.

sammendrag, lagt til 28.09.2009


Fysiske egenskaper til cellulose. Reaksjoner av hydrolyse og forestring av cellulose; dens nitrering og interaksjon med eddiksyre. Anvendelse i produksjon av papir, kunstige fibre, filmer, plast, maling og lakk, røykfritt pulver.

presentasjon, lagt til 25.02.2014


Representanter for celluloseetere: alkylcellulose, benzylcellulose, metylcellulose, etylcellulose, karboksymetylcellulose, hydroksyetylcellulose. Fremgangsmåter for fremstilling, påføring, produksjon av celluloseetere. Miljøaspektet ved produksjon.

kursarbeid, lagt til 04.09.2011


Kjennetegn på råvarer og produkter. Valg og begrunnelse av den teknologiske ordningen for bleking av cellulose. Teknologisk ordning for produksjon av bleket bartremasse klasse A. Tekniske og økonomiske indikatorer for blekeriet (per tonn lufttørr masse).

kursarbeid, lagt til 28.05.2013


Konseptet med polymer nanokompositter. Utvikling av metoder for å produsere og studere sorpsjonsegenskapene til kompositter basert på blandinger av pulver av nanodispergert lavdensitetspolyetylen, cellulose, aktivert karbonfiber og aktivert karbon.

avhandling, lagt til 18.12.2012


Metodikk og prosedyre for analyse for å bestemme cellulose i tre, dens egenskaper og formål. Isolering og beregning av holocellulose, effekten av økende temperatur på denne prosessen. Metoder for å bestemme ren cellulose og alfa-cellulose.

sammendrag, lagt til 28.09.2009


Klassifisering av tremasse- og papirproduksjonsutstyr. Utstyr for lagring og tilberedning av råvarer for produksjon av cellulose og tremasse, bearbeiding av avfallspapir, fremskaffelse av salgbar masse, tilberedning av papirmasse og klargjøring for støping.