На първо място, е необходимо да се изясни какво точно е пулпата и какво в общи линии си свойства.
Целулоза (от латински cellula -. Letters, малка стая, тук - на клетка) - целулоза, вещество с растителни клетъчни стени, е клас на въглехидрати полимер - полизахарид, чиито молекули са изградени от монозахаридни остатъци глюкозни молекули (виж Схема 1.).
СХЕМА 1 Структурата на целулозната молекула
Всяка глюкозен остатък на молекулата - или, за краткост, glgokozny остатък - върти спрямо съседен 180 ° и свързан с него чрез кислороден мост -О-, или, както се казва в този случай, глюкозидна връзка чрез кислороден атом. По този начин всички целулозната молекула е като че ли гигантска верига. Отделните звена на веригата имат формата на шестоъгълници, или - по отношение на химията -6-членни пръстени. Молекулата на глюкоза (и остатък) на 6-членен пръстен е изграден от пет въглеродни атома и един С-атом на кислорода О. Тези бримки се наричат пиран. Атомите на шест 6-членен пиран пръстен посочена по-горе в Схема 1, в горната част на един от ъглите са показани само кислороден атом О - хетероатом (от гръцката eteros; - Други, характеризиращ се с другите.). Върховете на останалите пет ъглите разположени при въглеродния атом С, ( "нормалното" за органичен въглерод, за разлика от хетероатомите във формулите представляват циклични съединения не се приема).
Всеки 6-членен пръстен, не е под формата на плосък шестоъгълник и извити в пространството, като места (виж фигура 2) - оттам и името на формата, или пространствена конформация за най-стабилната от целулозната молекула.
Схеми 1 и 2 страни на шестоъгълника, намиращи се по-близо до нас, са маркирани с дебела линия. Фигура 1 показва също така, че всяка единица съдържа глюкоза три хидроксилни групи -ОН (наричани просто хидрокси или хидроксилни групи). За яснота ОН групите, които са затворени в кутийката с прекъсната линия.
Хидроксилната група може да образува междумолекулна силна водородна връзка с водороден атом като Н мост, така че енергийните връзки между молекулите на целулозни е висока и целулозен материал има значителна здравина и твърдост. В допълнение, -ОН групи допринасят за абсорбция на вода и пара целулоза свойства получаване полиоли (така наречените алкохоли, съдържащи повече -ОН групи). Когато подути целулоза водородни връзки между молекулите са унищожени, молекулните вериги се движат отделно от водни молекули (или молекули абсорбира реагент) и нови връзки се образуват - между молекули на целулоза и вода (или реагент).
При обикновени условия целулоза - твърд плътност 1,54-1,56 г / см3. неразтворим в общите разтворители -. вода, алкохол, етер, бензен, хлороформ и др естествени целулозни влакна има аморфна кристална структура със степен на кристалност около 70%.
Химичните реакции, свързани с целулозата обикновено три ОН групи. Останалите елементи са изградени от целулоза молекула взаимодействат по-силни ефекти - при повишена температура под действието на силни киселини, основи, окислители.
Например, когато се нагрява до температура от 130 ° С целулоза свойства варира само леко. Но при 150-160 ° С започва процеса на бавно разрушаване - на разграждане целулоза, и при температура над 160 ° С, този процес протича бързо и вече е придружено от разцепване на глюкозидни връзки (на кислородния атом), дълбоко разлагане на целулозни молекули и овъгляване.
Различни киселини действат на целулоза. При обработка на памук целулоза със смес от концентрирана азотна и сярна киселина в реакцията дойде хидроксилни групи -ОН, и резултатите, получени целулозни нитратни естери - така наречените нитроцелулоза, които, в зависимост от съдържанието на нитро групи в молекулата, има различни свойства. Най-известните от нитроцелулоза guncotton използва за производство на прах, и целулоид - пластмаси на базата на нитроцелулоза с определени добавки.
Друг вид на химическо взаимодействие се появява в обработката на пулп със солна киселина или сярна киселина. Под действието на минерални киселини е постепенното разпадане на целулозни молекули с разкъсване глюкозидни връзки придружава от хидролиза, т.е. обмен реакция с участието на водни молекули (вж. Схема 3).
СХЕМА 3 Хидролиза на целулоза
Тази диаграма показва същите три връзки целулозни полимерните вериги, т.е. три остатъци от същия целулоза молекула, която в Схема 1, но 6-членен пръстен пиран не са представени под формата на "столове", и под формата на плоски шестоъгълници. Този символ на циклични структури също е обичайно в областта на химията.
Пълен хидролиза се провежда чрез кипене с минерални киселини води до получаване на глюкозата. Продуктът от частична хидролиза на целулозата е така наречената хидроксицелулозата, той има по-ниска механична якост в сравнение с конвенционалните маса, тъй като показателите за якост механични попадат с намаляване на дължината на веригата на полимерната молекула.
Напълно различен ефект се наблюдава, ако процесът на пулп кратко концентрирана сярна или солна киселина. Pergamentatsiya възниква: повърхността на хартия или памучен плат набъбва и повърхностния слой, който е частично разрушена и целулоза се подлага на хидролиза, дава хартия или тъкан след сушене специален блясък и висока износоустойчивост. Това явление се наблюдава за първи път през 1846 от френски изследователи и Zh.Pumaru L.Fipoye.
Слабите (0,5% цис) разтвори на минерални или органични киселини при температура от около 70 ° С ако след прилагане след което се изплаква да няма вреден ефект върху производството на целулоза.
Към алкален разтвор (разредени разтвори) целулоза устойчиви. Разтвори на натриев хидроксид при концентрация от 2-3.5% се използва в алкални пулпирането парцали ходене на производството на хартия. Когато тази маса се отстранява от не само замърсяване, но и продуктите от разграждането на целулозата полимерни молекули, които имат по-къси вериги. За разлика от целулоза, тези разпадни продукти са разтворими в алкални разтвори.
Той действа еднозначно в концентрирани разтвори на алкални целулоза на студено - при стайна и ниски температури. Този процес е открит през 1844 от английския изследовател Джордж. Мърсър и призова Мерсеризиране, тя се използва широко за рафиниране памучни тъкани. Влакната лекувани под напрежение при температура 20 ° С 17,5% разтвор на натриев хидроксид. целулоза молекула, прикрепена алкален, т.нар алкален целулоза и този процес е придружен от силно набъбване на целулозата. След промиване, алкалите се отстранява и влакната станат мека, копринена гланц, стават по-силни и по-възприемчиви към багрила и влага.
При висока атмосферен кислород в присъствие на концентрирана температури алкални разтвори причинят разграждане на целулозата с руптура глюкозидни връзки.
Окислители използвани за избелване на целулозни влакна в текстилната промишленост, както и за хартия с висока степен на белота, акт на целулоза разрушително окисляване на хидроксилната група и разкъсване глюкозидни връзки. Ето защо, всички параметри на процеса на избелване са строго контролирани при производствени условия.
Когато се говори за структурата на молекулата на целулоза, имаме предвид идеален модел, състояща се само от няколко остатъци от глюкозни молекули. Ние не посочва колко от тези глюкозни остатъци, съдържащи се във веригата на молекула (или, както те наричат гигантски молекули - в макромолекулата) на целулоза. Но в действителност, т.е. във всички естествени растителни суровини, там са по-малки или по-големи отклонения от описаната идеален модел. целулоза макромолекула може да съдържа някои остатъци от други молекули на монозахариди - хексоза (т.е., като 6 въглеродни атома, като глюкоза, което също се отнася до хексоза) и пентози (захари с 5 въглеродни атома в молекулата). На макромолекулата на природен целулоза може да съдържа остатъци на уронова киселина - т.нар класа на монозахариди карбоксилни киселини остатък глюкуронова киселина, например, се различава остатъчни вещества от глюкоза в това, че включва вместо група -СН2ОН карбоксилна група -СООН характеристика на карбоксилните киселини на.
Броят на глюкозни остатъци, съдържащи се в макромолекула целулоза, или така наречената степен на полимеризация, индексът п означен, също е различно за различните видове целулозни суровини и варира в широки граници. Така, в памучни п е средно 5 000-12 000, и лен, коноп и рами 20 000-30 000 Така молекулното тегло на целулозата може да достигне 5 милиона единици кислород .. По-голямата п, толкова по-стабилен целулоза. За маса произведени от дърво, п е значително по-ниска - в диапазона 2500 - 3000, което води до по-ниска якост и дървесна маса влакна.
Въпреки това, когато се разглежда като целулозен материал, получен от всеки един вид на растителни суровини - памук, лен, коноп или дървен материал, и т.н. и в този случай молекули целулозни ще имат различна дължина, неравна степен на полимеризация, т.е. в целулозата ще присъства повече и по-къси молекули. Макромолекулярна всяка част от пулпа обикновено се нарича-целулоза - така условно означават, че част от целулоза, която се състои от молекули, съдържащи 200 или повече глюкозни остатъци. Особеност на тази част от целулозата се разтваря в 17,5% разтвор на натриев хидроксид при 20 ° С (като вече бе споменато, параметрите на процеса мерсеризация - първи етап на вискозни влакна).
Продължаване на представянето на първоначалната информация за структурата и свойствата на целулоза сателит, обратно на масата. 1.
Таблица. 1 е дадено вещество срещащи заедно с целулоза в растителните влакна. След първото посочено пектин целулоза и пентосани. Пектинът - клас от полимери на въглехидрати, които, като целулоза, са верижна структура, но изграден от остатъците на уронова киселина, или по-точно - галактуронова киселина. Полигалактуронова киселина наречен пектинова киселина и нейните метилови естери - пектин (виж фигура 4).
СХЕМА 4 сайта макромолекула верига пектин
Пектинът е доста устойчив на киселини, но под действието на основи при нагряване унищожени, и това се използва за пречистване на целулоза пектин (чрез варене, например памучни линтери с NaOH). Лесно унищожени пектинови вещества и под действието на оксиданти.
Пентозани - са полизахариди, изградени от останките на пентоза - обикновено арабиноза и ксилоза. Съответно, те се наричат arabanami пентозани и ксилани. Те имат линейна (верижно) или леко разклонена структура в растения обикновено се придружава от пектинови вещества (арабан) или са част от хемицелулоза (ксилани). Пентозани безцветен, аморфна. Арабан лесно разтворим във вода, не ксилани се разтваря във вода.
Следващият най-важен спътник пулпа е лигнин - полимер на разклонена структура, която причинява лигнифициране растение. Както се вижда от таблица. 1, лигнин не присъства в памучни влакна, но в други влакна - лен, коноп, коноп и юта особено - той се съдържа в по-малки или по-големи количества. Това основно се запълва пространството между клетките на растението, но прониква в повърхностните слоеве на влакна, играе ролята на инкрустиране вещества, свързване целулозни влакна. Особено много лигнин, съдържаща се в дървото - до 30%. По своята същност, лигнин вече не принадлежи към класа на полизахариди (като например целулоза, пектини и пентозани), и е полимер на базата на производни на многовалентни феноли, т.е. Това се отнася до така наречените алифатни, ароматни съединения. Значителна разлика от целулоза се крие във факта, че макромолекула лигнин има неправилна структура, т.е. полимерна молекула не е идентични остатъци на молекулите на мономерни и различни структурни елементи. Въпреки това, тя има това общо, че те се състоят от ароматно ядро (която е оформена в своя 6-ти въглеродни атома С) и верига страна пропанова (3 въглеродни атома), това е обща за всички лигнини структурен елемент, наречен фенилпропан единици (вж. Фигура 5).
Схема 5 фенилпропан единици
По този начин, лигнин принадлежи към групата на природните съединения с обща формула (С3-С6) х. Лигнинът не е индивидуална химическо съединение със строго определен състав и свойства. Лигнини с различен произход се различават значително един от друг, а дори и лигнини, получени от един вид на растителни суровини, но по различни начини, понякога значително се различават по елементарен състав, съдържанието на различните заместители (така наречената група свързана с бензеново ядро или страна пропанова верига ), разтворимост и други свойства.
Високата реактивността на лигнин и неравномерност на структурата му попречи разследване на своята структура и свойства, но въпреки това установено, че в състава на лигнини са фенилпропан единици, които са производни на гваякол (катехол монометилов т.е. вж. Фигура 6).
СХЕМА 6 производно гваякол
Разкрити някои различия в структурата и свойствата на лигнини годишни растения и треви, от една страна, и дърво - от друга. Например, лигнини билки и треви (те включват ленени и конопени, в които живеят в повече подробности) са относително лесно разтворими в основи, докато лигнини -Hard дърво. Това прави по-строги параметри на процеса премахване лигнин (делигнификация) на дървесината от сода готвене дърво (като например: по-висока температура и налягане), в сравнение с процеса на премахване на лигнин от младите филизи и треви чрез смилане до пулп алкохол - метод, който е известен Китай в началото на първото хилядолетие от новата ера, и който се използва широко, наречена отслабване или подуване в Европа по време на обработката на парцали и всякакви отпадъци (лен, коноп) в хартията.
Ние вече говорихме за високата реактивност на лигнина, т.е. неговата способност да участват в различни химични реакции, дължащи се на присъствието в макромолекула лигнин големия брой реактивни функционални групи, т.е., може да влезе в един или друг химически трансформации, присъщи на конкретен клас химични съединения. Това се отнася особено до алкохол -ОН хидроксилни разположени на въглеродните атоми в страничната верига на пропан тези групи -ОН настъпва, например, сулфониране на лигнин в дървесината на сулфит готвене - това допълнително процес делигнификация.
Поради високата реактивност на лигнина възниква лесно и окисляване, особено при алкални условия за образуване на карбоксилни групи -СООН. И в действие хлориращи агенти и избелване лигнин лесно хлорира с хлор Cl атом влиза както ароматно ядро и страничната верига на пропан в присъствието на влага настъпва едновременно с хлориране и окисление на лигнин макромолекули и получава chlorlignin съдържа карбоксилни групи. Хлорирани и окислява лигнин лесно промива от пулпа. Всички тези реакции са широко използвани в производството на пулп и хартия за пречистване на целулозни материали от смес на лигнин, което е много неблагоприятно компонент маса.
Защо е наличието на лигнин е нежелателно? На първо място, тъй като лигнин има разклонена, често триизмерно, пространствена структура и следователно не притежава свойства влакна, образуващи, т.е.. Е. От него не може да се получи с нажежаема жичка. Това придава твърдост целулозни влакна, крехкост, намалява способността да набъбват целулоза, боядисани и взаимодействат с реагентите прилагат за различни процеси за третиране влакна. При изготвянето на лигнина целулозно усложнява смилане и влакнесто оформяне на влакната влошава тяхното взаимно зацепване. Освен това, само по себе си това е боядисан в жълто-кафяв цвят, и застаряването на хартия, освен да укрепва своята пожълтяване.
Нашата обсъждане на структурата и свойствата на целулозни сателити може да изглежда на пръв поглед, ненужни. Наистина, има дори прави кратко описание на структурата и свойствата на лигнин, ако схемата на реставратор не се занимава с естествени влакна, както и на хартиен носител, т.е. материал, направен от пречистен лигнин от влакната? Това, разбира се, е вярно, но само ако ние говорим за един парцал хартия направена от памучна кърпа. Лигнина не е памук. Почти не го и кърпа хартия от ленени и конопени - това е почти напълно се отстранява в процеса на Buchan парцали.
Въпреки това, в хартия, получена от дърво, и по-специално степени на вестникарска, в която пълнителят е дървесен пулп, лигнина, съдържаща се в достатъчно големи количества, и това трябва да се има предвид възстановителен, които работят с голямо разнообразие, включително нискокачествени документи ,
полезност
Анизотропна структура на дървесината се прави разграничение на неговите свойства, заедно и в рамките на зърно, особено когато обмен на влага. Така например, през крайната част на влагата се абсорбира и се изпарява дъски 20-30 пъти по-интензивно, отколкото чрез страна на ръката й. Неравномерното подуване и свиване причина изкривяване, напукване на борда на директорите, което нарушава запазването на картини.
Свързани статии