Mäkká časť rastlín a živočíchov obsahuje hlavne celulóza Celulóza je to, čo dáva rastlinám pružnosť. Celulóza (vláknina) je rastlinný polysacharid, ktorý je najbežnejšou organickou látkou na Zemi.
Takmer všetky zelené rastliny produkujú celulózu pre svoje potreby. Obsahuje rovnaké prvky ako cukor, teda uhlík, vodík a kyslík. Tieto prvky sú prítomné vo vzduchu a vo vode. Cukor sa tvorí v listoch a po rozpustení v šťave sa šíri po celej rastline. Hlavná časť cukru sa používa na podporu rastu rastlín a obnovu, zvyšok cukru sa premení na celulózu. Rastlina ho používa na vytvorenie obalu nových buniek.
Rozpustenie celulózy v Schweitzerovom činidle
Čo je celulóza?
Celulóza je jedným z tých prírodných produktov, ktoré je takmer nemožné získať umelo. Ale používame ho v rôznych oblastiach. Celulózu prijíma človek z rastlín aj po odumretí a je v nich úplný nedostatok vlahy. Napríklad divoká bavlna je jednou z najčistejších foriem prírodnej celulózy, ktorú ľudia používajú na výrobu odevov.
Celulóza je súčasťou rastlín, ktoré ľudia používajú ako potraviny - šalát, zeler a otruby. Ľudské telo nie je schopné stráviť celulózu, ale je užitočná ako „krmivo“ v ľudskej strave. Žalúdky niektorých zvierat, ako sú ovce a ťavy, obsahujú baktérie, ktoré týmto zvieratám umožňujú stráviť celulózu.
Zrážanie celulózy kyselinou
Celulóza je cenná surovina
Celulóza je cenná surovina, z ktorej ľudia získavajú rôzne produkty. Bavlna, ktorá obsahuje 99,8 % celulózy, je pozoruhodným príkladom toho, čo človek dokáže vyrobiť z celulózového vlákna. Ak sa bavlna ošetrí zmesou kyseliny dusičnej a sírovej, získame pyroxylín, ktorý je výbušninou.
Po rôznych chemických úpravách celulózy sa z nej dajú získať ďalšie produkty. Medzi nimi: základ pre fotografický film, prísady do lakov, viskózové vlákna na výrobu tkanín, celofán a iné plastové materiály. Celulóza sa používa aj pri výrobe papiera.
Celulóza je prírodný polymér glukózy (konkrétne zvyškov beta-glukózy) rastlinného pôvodu s lineárnou molekulárnou štruktúrou. Celulóza sa tiež nazýva vláknina iným spôsobom. Tento polymér obsahuje viac ako päťdesiat percent uhlíka, ktorý sa nachádza v rastlinách. Celulóza je na prvom mieste medzi organickými zlúčeninami na našej planéte.
Čistú celulózu tvoria bavlnené vlákna (až deväťdesiatosem percent) alebo ľanové vlákna (až osemdesiatpäť percent). Drevo obsahuje až päťdesiat percent celulózy a slama tridsať percent celulózy. V konope je ho veľa.
Celulóza je bielej farby. Kyselina sírová ho sfarbí do modra a jód do hneda. Celulóza je tvrdá a vláknitá, bez chuti a zápachu, neskolabuje pri teplote dvesto stupňov Celzia, ale vznieti sa pri teplote dvestosedemdesiatpäť stupňov Celzia (čiže ide o horľavú látku) a pri zahriatí na tristošesťdesiat stupňov Celzia zuhoľuje. Nedá sa rozpustiť vo vode, ale môže sa rozpustiť v roztoku amoniaku a hydroxidu medi. Vlákno je veľmi pevný a elastický materiál.
Význam celulózy pre živé organizmy
Celulóza je polysacharidový sacharid.
V živom organizme sú funkcie uhľohydrátov nasledovné:
- Funkcia štruktúry a podpory, pretože uhľohydráty sa podieľajú na stavbe nosných štruktúr a celulóza je hlavnou zložkou štruktúry stien rastlinných buniek.
- Ochranná funkcia charakteristická pre rastliny (tŕne alebo tŕne). Takéto útvary na rastlinách pozostávajú zo stien mŕtvych rastlinných buniek.
- Plastická funkcia (iný názov je anabolická funkcia), pretože uhľohydráty sú súčasťou zložitých molekulárnych štruktúr.
- Funkcia poskytovania energie, pretože uhľohydráty sú zdrojom energie pre živé organizmy.
- Zásobná funkcia, keďže živé organizmy ukladajú sacharidy vo svojich tkanivách ako živiny.
- Osmotická funkcia, keďže sacharidy sa podieľajú na regulácii osmotického tlaku vo vnútri živého organizmu (napríklad krv obsahuje od sto miligramov do stodesať miligramov glukózy a osmotický tlak krvi závisí od koncentrácie tohto uhľohydrátu v krvi). Transport osmózy dodáva živiny vo vysokých kmeňoch stromov, pretože kapilárny transport je v tomto prípade neúčinný.
- Funkcia receptora, pretože niektoré sacharidy sa nachádzajú v receptívnej časti bunkových receptorov (molekuly na bunkovom povrchu alebo molekuly, ktoré sú rozpustené v bunkovej cytoplazme). Receptor reaguje špeciálnym spôsobom na spojenie so špecifickou chemickou molekulou, ktorá prenáša vonkajší signál, a prenáša tento signál do samotnej bunky.
Biologická úloha celulózy je:
- Vláknina je hlavnou stavebnou súčasťou bunkovej steny rastliny. Vzniká ako výsledok fotosyntézy. Rastlinná celulóza je potravou bylinožravcov (napríklad prežúvavcov, vláknina sa v ich tele rozkladá pomocou enzýmu celuláza). Je pomerne vzácny, takže celulóza vo svojej čistej forme sa v ľudskej potrave nekonzumuje.
- Vláknina v jedle dodáva človeku pocit plnosti a zlepšuje pohyblivosť (peristaltiku) jeho čriev. Celulóza je schopná viazať kvapalinu (až do nulového bodu štyri gramy kvapaliny na gram celulózy). V hrubom čreve je metabolizovaný baktériami. Vlákno sa zvára bez účasti kyslíka (v tele prebieha len jeden anaeróbny proces). Výsledkom trávenia je tvorba črevných plynov a lietajúcich mastných kyselín. Viac týchto kyselín sa vstrebáva do krvi a využíva sa ako energia pre telo. A množstvo kyselín, ktoré nie sú absorbované, a črevné plyny zvyšujú objem výkalov a urýchľujú jeho vstup do konečníka. Taktiež energia týchto kyselín sa využíva na zvýšenie množstva prospešnej mikroflóry v hrubom čreve a podporu jeho života tam. Pri zvýšení množstva vlákniny v potrave sa zvyšuje aj objem prospešných črevných baktérií a zlepšuje sa syntéza vitamínových látok.
- Ak do jedla pridáte tridsať až štyridsaťpäť gramov otrúb (obsahujúcich vlákninu) vyrobených z pšenice, potom sa výkaly zvýšia zo sedemdesiatdeväť gramov na dvestodvadsaťosem gramov denne a doba ich pohybu sa skráti z päťdesiatich. - osem hodín až štyridsať hodín. Pri pravidelnom pridávaní vlákniny do jedla sa stolica stáva mäkšou, čo pomáha predchádzať zápche a hemoroidom.
- Keď je v potravinách veľa vlákniny (napríklad otruby), potom sa telo zdravého človeka aj telo človeka s diabetom 1. typu stáva odolnejším voči glukóze.
- Vláknina ako kefka odstraňuje špinavé usadeniny zo stien čriev, absorbuje toxické látky, odoberá cholesterol a to všetko z tela prirodzene odstraňuje. Lekári dospeli k záveru, že ľudia, ktorí jedia ražný chlieb a otruby, majú menšiu pravdepodobnosť, že budú trpieť rakovinou hrubého čreva.
Najviac vlákniny sa nachádza v otrubách z pšenice a raže, v chlebe z hrubo mletej múky, v chlebe z bielkovín a otrúb, v sušenom ovocí, mrkve, obilninách, repe.
Aplikácie celulózy
Ľudia používajú celulózu už dlho. V prvom rade sa ako palivo a dosky na stavbu používal drevený materiál. Potom sa bavlnené, ľanové a konopné vlákna používali na výrobu rôznych látok. Po prvýkrát sa v priemysle začalo praktizovať chemické spracovanie drevnej hmoty vďaka rozvoju výroby papierových výrobkov.
V súčasnosti sa celulóza používa v rôznych priemyselných oblastiach. A práve pre priemyselné potreby sa získava najmä z drevných surovín. Celulóza sa používa pri výrobe celulózových a papierových výrobkov, pri výrobe rôznych tkanín, v medicíne, pri výrobe lakov, pri výrobe organického skla a v iných oblastiach priemyslu.
Zvážme jeho aplikáciu podrobnejšie
Acetát hodvábu sa získava z celulózy a jej esterov, neprirodzených vlákien a filmu z acetátu celulózy, ktorý sa neprepaľuje. Bezdymový pušný prach je vyrobený z pyroxylínu. Celulóza sa používa na výrobu hrubého lekárskeho filmu (kolódium) a celuloidu (plastu) na hračky, filmy a fotografické filmy. Vyrábajú nite, laná, vatu, rôzne druhy kartónu, stavebný materiál na stavbu lodí a stavbu domov. Dostávajú tiež glukózu (na lekárske účely) a etylalkohol. Celulóza sa používa ako surovina aj ako látka na chemické spracovanie.
Na výrobu papiera je potrebné veľa glukózy. Papier je tenká vláknitá vrstva celulózy, ktorá bola glejená a lisovaná pomocou špeciálneho zariadenia na vytvorenie tenkého, hustého a hladkého povrchu papierového produktu (atrament by cez ňu nemal pretekať). Najprv sa na výrobu papiera používal iba materiál rastlinného pôvodu, potrebné vlákna sa z neho získavali mechanicky (stopky ryže, bavlna, handry).
Ale kníhtlač sa rozvíjala veľmi rýchlym tempom, začali vychádzať aj noviny, takže takto vyrobený papier už nestačil. Ľudia zistili, že drevo obsahuje veľa vlákniny, a tak začali do rastlinnej hmoty, z ktorej sa vyrábal papier, pridávať mleté drevné suroviny. Ale tento papier sa ľahko roztrhol a vo veľmi krátkom čase zožltol, najmä keď bol dlho vystavený svetlu.
Preto sa začali vyvíjať rôzne spôsoby ošetrovania dreveného materiálu chemikáliami, ktoré umožňujú z neho izolovať celulózu očistenú od rôznych nečistôt.
Na získanie celulózy sa drevené štiepky dlho varia v roztoku činidiel (kyselina alebo zásada), potom sa výsledná kvapalina čistí. Takto sa vyrába čistá celulóza.
Kyslé činidlá zahŕňajú kyselinu sírovú, používa sa na výrobu celulózy z dreva s malým množstvom živice.
Medzi alkalické činidlá patria:
- sódové činidlá zabezpečujú výrobu celulózy z listnatých drevín a letničiek (taká celulóza je dosť drahá);
- síranové činidlá, z ktorých najbežnejší je síran sodný (základ na výrobu bieleho lúhu a už sa používa ako činidlo na výrobu celulózy z akýchkoľvek rastlín).
Po všetkých výrobných fázach sa papier používa na výrobu obalov, kníh a papiernictva.
Zo všetkého vyššie uvedeného môžeme usúdiť, že celulóza (vláknina) má dôležitú čistiacu a liečivú hodnotu pre ľudské črevá a využíva sa aj v mnohých oblastiach priemyslu.
Celulóza - čo to je? Táto otázka znepokojuje všetkých, ktorí sa zaoberajú organickou chémiou. Pokúsme sa zistiť hlavné charakteristiky tejto zlúčeniny, identifikovať jej charakteristické vlastnosti a oblasti praktického použitia.
Štrukturálne vlastnosti
Chemická celulóza má vzorec (C 6 H 10 O 5) p. Je to polysacharid, ktorý obsahuje β-glukózové zvyšky. Celulóza sa vyznačuje lineárnou štruktúrou. Každý zvyšok jeho molekuly obsahuje tri OH skupiny, preto sa táto zlúčenina vyznačuje vlastnosťami viacmocných alkoholov. Prítomnosť kruhovej aldehydovej skupiny v molekule dáva celulóze regeneračné (redukčné) vlastnosti. Práve táto organická zlúčenina je najdôležitejším prírodným polymérom, hlavnou zložkou rastlinného tkaniva.
Vo veľkom množstve sa nachádza v ľane, bavlne a iných vláknitých rastlinách, ktoré sú hlavným zdrojom celulózových vlákien.
Technická celulóza sa izoluje z drevín.
Drevná chémia
Výroba celulózy je pokrytá v tejto samostatnej časti chémie. Práve tu sa očakáva zváženie vlastností zloženia dreva, jeho chemických a fyzikálnych vlastností, metód analýzy a izolácie látok, chemickej podstaty procesov spracovania dreva a jeho jednotlivých zložiek.
Drevná celulóza je polydisperzná, obsahuje makromolekuly rôznej dĺžky. Na stanovenie stupňa polydisperzity sa používa metóda frakcionácie. Vzorka sa rozdelí na samostatné frakcie, potom sa študujú ich charakteristiky.
Chemické vlastnosti
Pri diskusii o tom, čo je celulóza, je potrebné vykonať podrobnú analýzu chemických vlastností tejto organickej zlúčeniny.
Technickú celulózu je možné použiť pri výrobe kartónu a papiera, keďže je bez problémov chemicky spracovateľná.
Akýkoľvek technologický reťazec súvisiaci so spracovaním prírodnej celulózy je zameraný na zachovanie jej cenných vlastností. Moderné spracovanie celulózy umožňuje realizovať proces rozpúšťania tejto látky a vyrábať z celulózy úplne nové chemické látky.
Aké vlastnosti má celulóza? Aký je proces ničenia? Tieto otázky sú zahrnuté v školskom kurze organickej chémie.
Medzi charakteristické chemické vlastnosti celulózy patria:
- zničenie;
- šitie;
- reakcie zahŕňajúce funkčné skupiny.
Počas deštrukcie sa pozoruje prerušenie reťazca makromolekuly glykozidických väzieb sprevádzané znížením stupňa polymerizácie. V niektorých prípadoch je možné úplné pretrhnutie molekuly.
Možnosti deštrukcie celulózy
Poďme zistiť, aké hlavné typy deštrukcie má celulóza, aké je prasknutie makromolekúl.
V súčasnosti sa v chemickej výrobe rozlišuje niekoľko druhov ničenia.
V mechanickej verzii sa pozoruje štiepenie C-C väzieb v cykloch, ako aj deštrukcia glykozidických väzieb. K podobnému procesu dochádza pri mechanickom mletí látky, napríklad pri mletí na výrobu papiera.
Tepelná deštrukcia nastáva pod vplyvom tepelnej energie. Práve na tomto procese je založená technologická pyrolýza dreva.
Fotochemická deštrukcia zahŕňa deštrukciu makromolekúl pod vplyvom ultrafialového žiarenia.
Pre radiačný typ deštrukcie prírodného polyméru sa predpokladá prítomnosť röntgenového žiarenia. Tento typ ničenia sa používa v špeciálnych zariadeniach.
Pri vystavení atmosférickému kyslíku je možná oxidačná deštrukcia celulózy. Proces je charakterizovaný súčasnou oxidáciou alkoholových a aldehydových skupín prítomných v danej zlúčenine.
Keď je celulóza vystavená vode, ako aj vodným roztokom kyselín a zásad, dochádza k procesu hydrolýzy celulózy. Reakcia sa cielene uskutočňuje v prípadoch, keď je potrebné vykonať kvalitatívnu analýzu štruktúry látky, ale pri varení tejto látky to nie je žiaduce.
Mikroorganizmy, ako sú huby, môžu biologicky degradovať celulózu. Pre získanie kvalitného produktu je dôležité zabrániť jeho biologickému zničeniu pri výrobe papierových a bavlnených látok.
Vďaka prítomnosti dvoch funkčných skupín v molekulách vykazuje celulóza vlastnosti charakteristické pre viacsýtne alkoholy a aldehydy.
Reakcie zosieťovania
Takéto procesy znamenajú možnosť získania makromolekúl so špecifikovanými fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami.
Sú široko používané v priemyselnej výrobe celulózy a dávajú jej nové výkonové charakteristiky.
Príprava alkalickej celulózy
Čo je to za celulózu? Recenzie naznačujú, že táto technológia je považovaná za najstaršiu a najrozšírenejšiu na svete. V súčasnosti sa podobným spôsobom zušľachťuje polymér získaný pri výrobe viskózových vlákien a fólií a pri výrobe éterov celulózy.
Laboratórne štúdie zistili, že po takomto ošetrení sa zvyšuje lesk látky a zvyšuje sa jej mechanická pevnosť. Alkalická celulóza je vynikajúcou surovinou na výrobu vlákien.
Existujú tri typy takýchto produktov: fyzikálno-chemické, štrukturálne, chemické. Všetky sú žiadané v modernej chemickej výrobe a používajú sa pri výrobe papiera a lepenky. Zisťovali sme, akú štruktúru má celulóza a aký je proces jej výroby.
Štruktúra.
Molekulový vzorec celulózy je (-C6H1005-)n, podobne ako škrob. Celulóza je tiež prírodný polymér. Jeho makromolekula pozostáva z mnohých zvyškov molekúl glukózy. Môže vzniknúť otázka: prečo majú škrob a celulóza – látky s rovnakým molekulovým vzorcom – odlišné vlastnosti?
Pri úvahách o syntetických polyméroch sme už zistili, že ich vlastnosti závisia od počtu elementárnych jednotiek a ich štruktúry. Rovnaká situácia platí pre prírodné polyméry. Ukazuje sa, že stupeň polymerizácie celulózy je oveľa vyšší ako stupeň polymerizácie škrobu. Okrem toho porovnaním štruktúr týchto prírodných polymérov sa zistilo, že makromolekuly celulózy na rozdiel od škrobu pozostávajú zo zvyškov molekuly b-glukózy a majú len lineárnu štruktúru. Celulózové makromolekuly sú umiestnené v jednom smere a tvoria vlákna (ľan, bavlna, konope).
Každý zvyšok molekuly glukózy obsahuje tri hydroxylové skupiny.
Fyzikálne vlastnosti .
Celulóza je vláknitá látka. Netopí sa a neprechádza do parného stavu: pri zahriatí na približne 350 o C sa celulóza rozkladá - zuhoľnatene. Celulóza je nerozpustná vo vode alebo vo väčšine iných anorganických a organických rozpúšťadiel.
Neschopnosť celulózy rozpúšťať sa vo vode je neočakávanou vlastnosťou látky obsahujúcej tri hydroxylové skupiny na každých šesť atómov uhlíka. Je dobre známe, že polyhydroxylové zlúčeniny sú ľahko rozpustné vo vode. Nerozpustnosť celulózy sa vysvetľuje tým, že jej vlákna sú ako „zväzky“ paralelných vláknitých molekúl spojených mnohými vodíkovými väzbami, ktoré vznikajú v dôsledku interakcie hydroxylových skupín. Rozpúšťadlo nemôže preniknúť dovnútra takéhoto „zväzku“, a preto sa molekuly od seba neoddeľujú.
Rozpúšťadlom pre celulózu je Schweitzerovo činidlo - roztok hydroxidu meďnatého (II) s amoniakom, s ktorým súčasne interaguje. Koncentrované kyseliny (sírová, fosforečná) a koncentrovaný roztok chloridu zinočnatého tiež rozpúšťajú celulózu, ale v tomto prípade dochádza k jej čiastočnému rozkladu (hydrolýze) sprevádzanému poklesom molekulovej hmotnosti.
Chemické vlastnosti .
Chemické vlastnosti celulózy sú určené predovšetkým prítomnosťou hydroxylových skupín. Pôsobením s kovovým sodíkom je možné získať alkoxid celulózy n. Pod vplyvom koncentrovaných vodných roztokov alkálií dochádza k takzvanej mercerizácii - čiastočnej tvorbe alkoholátov celulózy, čo vedie k napučaniu vlákna a zvýšeniu jeho náchylnosti na farbivá. V dôsledku oxidácie sa v makromolekule celulózy objaví určitý počet karbonylových a karboxylových skupín. Pod vplyvom silných oxidačných činidiel dochádza k rozpadu makromolekuly. Hydroxylové skupiny celulózy môžu alkylovať a acylovať za vzniku éterov a esterov.
Jednou z najcharakteristickejších vlastností celulózy je jej schopnosť hydrolýzy v prítomnosti kyselín za vzniku glukózy. Podobne ako v prípade škrobu, hydrolýza celulózy prebieha postupne. Stručne povedané, tento proces možno znázorniť takto:
(C6H1005)n + nH20 H2SO4_ nC6H1206
Pretože molekuly celulózy obsahujú hydroxylové skupiny, je charakteristická esterifikačnými reakciami. Z nich majú praktický význam reakcie celulózy s kyselinou dusičnou a anhydridom kyseliny octovej.
Keď celulóza reaguje s kyselinou dusičnou v prítomnosti koncentrovanej kyseliny sírovej, v závislosti od podmienok vznikajú dinitrocelulóza a trinitrocelulóza, čo sú estery:
Keď celulóza reaguje s acetanhydridom (v prítomnosti kyseliny octovej a sírovej), získa sa triacetylcelulóza alebo diacetylcelulóza:
Dužina sa spáli. To produkuje oxid uhoľnatý (IV) a vodu.
Pri zahrievaní dreva bez prístupu vzduchu dochádza k rozkladu celulózy a iných látok. Vzniká tak drevené uhlie, metán, metylalkohol, kyselina octová, acetón a ďalšie produkty.
Potvrdenie.
Príkladom takmer čistej celulózy je vata získaná z vyzrnenej bavlny. Prevažná časť celulózy je izolovaná z dreva, v ktorom je obsiahnutá spolu s ďalšími látkami. Najbežnejším spôsobom výroby celulózy je u nás takzvaná sulfitová metóda. Podľa tejto metódy sa drvené drevo v prítomnosti roztoku hydrosiričitanu vápenatého Ca(HSO 3) 2 alebo hydrosiričitanu sodného NaHSO 3 zahrieva v autoklávoch pri tlaku 0,5–0,6 MPa a teplote 150 o C. V tomto prípade , všetky ostatné látky sú zničené a celulóza sa uvoľňuje v relatívne čistej forme. Premyje sa vodou, vysuší a odošle na ďalšie spracovanie, väčšinou na výrobu papiera.
Aplikácia.
Celulózu ľudia používali už od pradávna. Drevo sa najskôr využívalo ako palivo a stavebný materiál; potom sa ako textilná surovina začala používať bavlna, ľan a iné vlákna. Prvé priemyselné metódy chemického spracovania dreva vznikli v súvislosti s rozvojom papierenského priemyslu.
Papier je tenká vrstva vláknitých vlákien, stlačená a zlepená, aby sa vytvorila mechanická pevnosť, hladký povrch a aby sa zabránilo krvácaniu atramentu. Spočiatku sa na výrobu papiera používali rastlinné materiály, z ktorých bolo možné získať potrebné vlákna čisto mechanicky, používali sa aj ryžové stonky (tzv. ryžový papier), bavlna, opotrebované látky. S rozvojom kníhtlače však uvedené zdroje surovín prestali stačiť na uspokojenie rastúceho dopytu po papieri. Hlavne veľa papiera sa spotrebuje na tlač novín a otázka kvality (belosť, pevnosť, trvanlivosť) pri novinovom papieri nezáleží. Keďže vedeli, že drevo pozostáva z približne 50 % vlákniny, začali do papieroviny pridávať mleté drevo. Takýto papier je krehký a rýchlo žltne (najmä na svetle).
Na zlepšenie kvality drevených prísad do papieroviny boli navrhnuté rôzne spôsoby chemického spracovania dreva, umožňujúce z neho získať viac či menej čistú celulózu zbavenú sprievodných látok - lignínu, živíc a iných. Na izoláciu celulózy bolo navrhnutých niekoľko metód, z ktorých budeme uvažovať o sulfitovej metóde.
Podľa sulfitovej metódy sa drvené drevo „varí“ pod tlakom s hydrosiričitanom vápenatým. V tomto prípade sa sprievodné látky rozpustia a celulóza zbavená nečistôt sa oddelí filtráciou. Výsledné sulfitové výluhy sú odpadom pri výrobe papiera. Keďže však obsahujú spolu s ďalšími látkami fermentovateľné monosacharidy, používajú sa ako surovina na výrobu etylalkoholu (tzv. hydrolytického alkoholu).
Celulóza sa používa nielen ako surovina pri výrobe papiera, ale využíva sa aj na ďalšie chemické spracovanie. Najväčší význam majú étery a estery celulózy. Keď sa teda na celulózu pôsobí zmesou kyseliny dusičnej a sírovej, získajú sa dusičnany celulózy. Všetky sú horľavé a výbušné. Maximálny počet zvyškov kyseliny dusičnej, ktoré možno zaviesť do celulózy, sú tri na každú jednotku glukózy:
N HNO3_ n
Produkt úplnej esterifikácie - trinitrát celulózy (trinitrocelulóza) - musí obsahovať 14,1 % dusíka v súlade so vzorcom. V praxi sa získa produkt s mierne nižším obsahom dusíka (12,5/13,5 %), známym v odbore ako pyroxelín. Pri pôsobení éteru pyroxylín želatinizuje; po odparení rozpúšťadla zostane kompaktná hmota. Jemne nasekané kúsky tejto hmoty sú bezdymový prášok.
Nitračné produkty obsahujúce asi 10 % dusíka svojim zložením zodpovedajú dinitrátu celulózy: v technológii je takýto produkt známy ako colloxylín. Pri pôsobení zmesi alkoholu a éteru vzniká viskózny roztok, takzvané kolódium, používané v medicíne. Ak do takéhoto roztoku pridáte gáfor (0,4 dielu gáfru na 1 diel koloxylínu) a odparíte rozpúšťadlo, zostane vám priehľadný pružný film – celuloid. Historicky ide o prvý známy druh plastu. Od minulého storočia sa celuloid široko používa ako vhodný termoplastický materiál na výrobu mnohých produktov (hračky, galantéria atď.). Dôležité je najmä použitie celuloidu pri výrobe filmových a nitrolakov. Závažnou nevýhodou tohto materiálu je jeho horľavosť, preto sa celuloid v súčasnosti čoraz viac nahrádza inými materiálmi, najmä acetátmi celulózy.
Celulóza je odvodená z dvoch prírodných látok: dreva a bavlny. V rastlinách plní dôležitú funkciu, dodáva im pružnosť a pevnosť.
Kde sa látka nachádza?
Celulóza je prírodná látka. Rastliny si ho dokážu vyrobiť samé. Obsahuje: vodík, kyslík, uhlík.
Rastliny produkujú cukor pod vplyvom slnečného žiarenia, spracovávajú ho bunky a umožňujú vláknam odolávať vysokej záťaži vetrom. Celulóza je látka, ktorá sa podieľa na procese fotosyntézy. Ak postriekate rez čerstvého dreva cukrovou vodou, tekutina sa rýchlo vstrebe.
Začína sa produkcia celulózy. Tento prirodzený spôsob jeho získavania sa berie ako základ pre výrobu bavlnenej tkaniny v priemyselnom meradle. Existuje niekoľko metód, ktorými sa získava buničina rôznej kvality.
Spôsob výroby č.1
Celulóza sa získava prirodzene – zo semien bavlníka. Chĺpky sú zbierané automatizovanými mechanizmami, ale vyžaduje sa dlhé obdobie pestovania rastliny. Tkanina vyrobená týmto spôsobom sa považuje za najčistejšiu.
Celulózu možno rýchlejšie získať z drevených vlákien. Pri tejto metóde je však kvalita oveľa horšia. Tento materiál je vhodný len na výrobu nevláknitého plastu, celofánu. Z takéhoto materiálu môžu byť vyrobené aj umelé vlákna.
Prirodzený príjem
Výroba celulózy z bavlníkových semien začína oddelením dlhých vlákien. Tento materiál sa používa na výrobu bavlnenej tkaniny. Malé časti, menšie ako 1,5 cm, sa nazývajú
Sú vhodné na výrobu celulózy. Zostavené diely sa zahrievajú pod vysokým tlakom. Trvanie procesu môže byť až 6 hodín. Pred zahriatím materiálu sa k nemu pridá hydroxid sodný.
Výsledná látka sa musí umyť. Na to sa používa chlór, ktorý zároveň bieli. Zloženie celulózy pri tejto metóde je najčistejšie (99 %).
Spôsob výroby č. 2 z dreva
Na získanie 80 – 97 % celulózy sa používajú štiepky z ihličnatých stromov a chemikálie. Celá hmota sa premieša a podrobí tepelnému spracovaniu. V dôsledku varenia sa uvoľňuje potrebná látka.
Mieša sa bisulfit vápenatý, oxid siričitý a drevná buničina. Celulóza vo výslednej zmesi nie je väčšia ako 50%. V dôsledku reakcie sa v kvapaline rozpúšťajú uhľovodíky a ligníny. Pevný materiál prechádza stupňom čistenia.
Výsledkom je hmota pripomínajúca nekvalitný papier. Tento materiál slúži ako základ pre výrobu látok:
- Étery.
- celofán.
- Viskózové vlákno.
Čo sa vyrába z cenného materiálu?
Je vláknitý, čo umožňuje jeho využitie na výrobu odevov. Bavlnený materiál je z 99,8 % prírodný produkt získaný vyššie opísanou prírodnou metódou. Môže byť tiež použitý na výrobu výbušnín prostredníctvom chemickej reakcie. Celulóza je aktívna, keď sú na ňu aplikované kyseliny.
Vlastnosti celulózy sú použiteľné pri výrobe textílií. Vyrábajú sa z neho umelé vlákna, ktoré vzhľadom a dotykom pripomínajú prírodné tkaniny:
- viskóza a;
- umelá kožušina;
- medeno-amoniakový hodváb.
Vyrába sa hlavne z drevenej celulózy:
- laky;
- Fotografický film;
- papierové výrobky;
- plasty;
- špongie na umývanie riadu;
- bezdymový prášok.
V dôsledku chemickej reakcie z celulózy sa získa:
- trinitrocelulóza;
- dinitrovlákno;
- glukóza;
- kvapalné palivo.
Celulózu možno použiť aj v potravinách. Niektoré rastliny (zeler, šalát, otruby) obsahujú jeho vlákninu. Slúži aj ako materiál na výrobu škrobu. Už sa z nej naučili vyrábať tenké nite – umelá pavučina je veľmi pevná a nenaťahuje sa.
Chemický vzorec celulózy je C6H10O5. Je polysacharid. Je vyrobený z:
- lekárska vata;
- obväzy;
- tampóny;
- lepenka, drevotrieska;
- potravinárska prídavná látka E460.
Výhody látky
Celulóza odolá vysokým teplotám až do 200 stupňov. Molekuly nie sú zničené, čo umožňuje vyrábať z nich opakovane použiteľný plastový riad. Zároveň je zachovaná dôležitá vlastnosť - elasticita.
Celulóza môže vydržať dlhodobé vystavenie kyselinám. Absolútne nerozpustný vo vode. Nie je trávený ľudským telom a používa sa ako sorbent.
Mikrokryštalická celulóza sa používa v alternatívnej medicíne ako liek na prečistenie tráviaceho systému. Prášková látka pôsobí ako potravinová prísada na zníženie obsahu kalórií v konzumovaných pokrmoch. To pomáha odstraňovať toxíny, znižovať hladinu cukru v krvi a cholesterol.
Spôsob výroby č. 3 - priemyselný
Na výrobných miestach sa celulóza pripravuje varením v rôznych prostrediach. Použitý materiál – typ dreva – závisí od typu činidla:
- Živicové horniny.
- Listnaté stromy.
- Rastliny.
Existuje niekoľko typov varných činidiel:
- V opačnom prípade sa metóda označuje ako sulfitová. Ako roztok sa používa soľ kyseliny sírovej alebo jej kvapalná zmes. Pri tejto možnosti výroby sa celulóza izoluje z ihličnatých druhov. Jedľa a smrek sú spracované dobre.
- Metóda alkalického média alebo sódy je založená na použití hydroxidu sodného. Roztok účinne oddeľuje celulózu od rastlinných vlákien (steblá kukurice) a stromov (hlavne listnatých stromov).
- Pri sulfátovej metóde sa používa súčasné použitie hydroxidu sodného a sulfidu sodného. Je široko používaný pri výrobe sulfidu bieleho lúhu. Táto technológia je dosť negatívna pre životné prostredie v dôsledku výsledných chemických reakcií tretích strán.
Posledná metóda je najbežnejšia kvôli svojej všestrannosti: celulózu možno získať takmer z akéhokoľvek stromu. Čistota materiálu však po jednom uvarení nie je úplne vysoká. Nečistoty sa odstraňujú ďalšími reakciami:
- hemicelulózy sa odstraňujú alkalickými roztokmi;
- makromolekuly lignínu a produkty ich deštrukcie sa odstránia chlórom s následným spracovaním alkáliou.
Nutričná hodnota
Škrob a celulóza majú podobnú štruktúru. V dôsledku experimentov bolo možné získať produkt z nepožívateľných vlákien. Človek to potrebuje neustále. Konzumované jedlo pozostáva z viac ako 20% škrobu.
Vedcom sa podarilo z celulózy získať látku amylózu, ktorá priaznivo vplýva na stav ľudského organizmu. Súčasne sa počas reakcie uvoľňuje glukóza. Výsledkom je bezodpadová výroba – posledná látka sa posiela na výrobu etanolu. Amylóza tiež slúži ako prostriedok na prevenciu obezity.
V dôsledku reakcie zostáva celulóza v pevnom stave a usadzuje sa na dne nádoby. Zvyšné zložky sa odstránia pomocou magnetických nanočastíc alebo sa rozpustia a odstránia s kvapalinou.
Druhy látok v predaji
Dodávatelia ponúkajú buničinu rôznej kvality za rozumné ceny. Uvádzame hlavné typy materiálov:
- Sulfátová celulóza je biela, vyrába sa z dvoch druhov dreva: ihličnatého a listnatého. V obalovom materiáli sa používa nebielený materiál, papier nízkej kvality na izoláciu a iné účely.
- Sulfit je dostupný aj v bielej farbe, vyrobený z ihličnatých stromov.
- Biely práškový materiál je vhodný na výrobu liečivých látok.
- Buničina prémiovej kvality sa vyrába bielením bez chlóru. Ako surovina sa používajú ihličnaté stromy. Drevovina pozostáva z kombinácie smrekovej a borovicovej štiepky v pomere 20/80 %. Čistota výsledného materiálu je najvyššia. Je vhodný na výrobu sterilných materiálov používaných v medicíne.
Na výber vhodnej celulózy sa používajú štandardné kritériá: čistota materiálu, pevnosť v ťahu, dĺžka vlákna, index odolnosti proti roztrhnutiu. Chemický stav alebo agresivita vodného extraktu a vlhkosť sú tiež kvantitatívne indikované. Pre celulózu dodávanú vo forme bielenej buničiny sú použiteľné ďalšie ukazovatele: špecifický objem, belosť, veľkosť mletia, pevnosť v ťahu, stupeň čistoty.
Dôležitým ukazovateľom hmotnosti celulózy je index odolnosti proti roztrhnutiu. Od toho závisí účel vyrobených materiálov. Berte do úvahy použitú surovinu a vlhkosť. Dôležitá je aj hladina dechtov a tukov. Rovnomernosť prášku je dôležitá pre určité procesy. Na podobné účely sa hodnotí viskozita a pevnosť v tlaku materiálu vo forme plechov.
