Реферат: Целлюлоза
По сульфитному способу измельченную древесину ”варят “ под давлением с гидросульфитом кальция. При этом сопутствующие вещества растворяются, и освобожденную от примесей целлюлозу отделяют фильтрованием. Образующиеся сульфитные щелока являются в бумажном производстве отходами. Однако вследствие того, что они содержат наряду с другими веществами способные к брожению моносахариды, их используют как сырье для получения этилового спирта (так называемый гидролизный спирт).
Целлюлоза применяется не только как сырье в бумажном производстве, но идет еще и на дальнейшую химическую переработку. Наибольшее значение имеют простые и сложные эфиры целлюлозы. Так, при действии на целлюлозу смесью азотных и серных кислот получают нитраты целлюлозы. Все они горючи и взрывчаты. Максимальное число остатков азотной кислоты, которые можно ввести в целлюлозу, равно трем на каждое звено глюкозы:
[C6 H7 O2 (OH)3 ]n HNO3_ [C6 H7 O2 (ONO2 )3 ]n
Продукт полной этерификации - тринитрат целлюлозы (тринитроцеллюлоза) - должен содержать в соответствии с формулой 14,1% азота. На практике получают продукт с несколько меньшим содержанием азота (12,5/13,5%), известный в технике под названием пирокселин. При обработке эфиром пироксилин желатинизируется; после испарения растворителя остаётся компактная масса. Мелконарезанные кусочки этой массы – бездымный порох.
Продукты нитрования, содержащие около 10% азота, отвечает по составу динитрату целлюлозы: в технике такой продукт известен под названием коллоксилин. При действии на него смеси спирта и эфира образуется вязкий раствор, так называемый коллодий, применяемый в медицине. Если к такому раствору добавить камфору (0.4 ч. камфоры на 1 ч. коллоксилина) и испарить растворитель, то останется прозрачная гибкая плёнка – целлулоид. Исторически – это первый известный тип пластмассы. Ещё с прошлого века целлулоид получил широкое применение как удобный термопластичный материал для производства многих изделий (игрушки, галантерея и т. д.). В особенности важно использование целлулоида в производстве киноплёнки и нитролаков. Серьёзным недостатком этого материала является его горючесть, поэтому в настоящее время целлулоид всё чаще заменяют другими материалами, в частности ацетатами целлюлозы.
При действии на целлюлозу смеси уксусного ангидрида, уксусной кислоты и серной кислоты или хлорида цинка (последние играют роль катализаторов) образуется триацетат целлюлозы:
[C6 H7 O2 (OH)3 ]n (CH3CO)2_ [C6 H7 O2 (OCOCH3 )3 ]n
Неполное ацетилирование целлюлозы или частичный гидролиз триацетата приводит к вторичному ацетату (2,4-2,7 остатков уксусной кислоты на элементарное звено), условно называемому диацетатом. Из ацетатов целлюлозы готовят лаки, негорючую киноплёнку, а также ацетатное волокно.
Если посмотреть под микроскопом волокна главных природных текстильных материалов – хлопка, шерсти и натурального шелка, то обращает на себя внимание различие между первыми двумя и шёлком. Волокна хлопка и шерсти имеют “мохнатую” поверхность. Волокна шёлка - более гладкие, отсюда блеск и плотность шелковых тканей. Подметив это, уже давно пытались создать искусственный шелк, изменяя характер поверхности целлюлозных волокон. Для получения получения волокна триацетат целлюлозы растворяют в смеси дихлорметана и этилового спирта, а диацетат – смеси ацетона с водой и затем продавливают этот раствор (формования волокна) через сосуд с тонкими отверстиями – фильеру. Вытекающие тончайшие струйки при испарении растворителя (сухое прядение) превращаются в очень тонкие нити, которые далее скручивают в более толстую, уже пригодную для ткачества нить ацетатнтго шёлка. Этот вид искусственного волокна обладает рядом преимуществ по сравнению с другими искусственными волокнами, например с вискозным. Поэтому его производство в последние годы успешно развивается.
Очевидно, что общий принцип, лежащий в основе получения ацетатного волокна (растворение, затем формованея нитей), можно осуществлять и по – иному. Большое техническое значение имеет вискозный способ. Сущность этого способа – образование растворимого в воде соединения целлюлозы при действии на неё сероуглерода и щёлочи:
S
||
[C6 H7 O2 (OH)3 ]n CS2, NaOH_ [C6 H7 O2 (O – C – SNa)3 ]n
Образовавшееся соединение представляет собой натриевую соль сложного эфира дитиоугольной (ксантогеновой) кислоты и целлюлозы. Это соединение называют ксантогенатом целлюлозы. Водный (точнее, щелочной) раствор ксантогената целлюлоозы (вискоза) продавливают через фильеры в прядильную ванну, содержащую серную кислоту, сульфаты натрия и цинка и воду (так называемое мокрое прядение). Под действием кислоты ксантогенатные группы отщепляяются и регенерируется целлюлоза. Такая же нить, но нессколько более толстая и “нарубленная” на мелкие куски представляет собой штапельное волокно, из которого получают ткани, заменяющие хлопчато бумажные. Если вискозу вместо фильер продавливать через узкие щели, получается прозрачная пленка – целлофан.
Было предложено получать искусственное волокно и из растворов целлюлозы в аммиачном растворе гидроксида меди. Получаемое таким способом медноаммиачное волокно обладает хорошим качеством, однако стоимость его высока.
Нашли техническое применение и простые эфиры целлюлозы. Так, обрабатывая целлюлозу сначала щелочью, а затем метилхлоридом (под давлением), получают метилцеллюлозу:
[C6 H7 O2 (OH)3 NaOH,CH3Cl_ [C6 H7 O2 (OH)(OCH3 )2 ]n
Метилцеллюлоза обладает некоторой растворимостью в воде; применяется главным образом как загуститель (вместо крахмала) в текстильной, косметической и пищевой промышленности. Аналогично получают этилцеллюлозу, которую используют для производства прочных морозостойких плено. Искусственные волокна на основе целлюлозы ныне занимают видное место в общем балансе текстильного сырья.