Kimyoviy tuzilishi

Kiritish

Tsellyuloza insoniyat tsivilizatsiyasining butun mavjudligi davomida o'simlik fotosintezi mahsulotlari orasida katta qiziqish uyg'otdi, uning miqdori har yili taxminan 100 milliard tonnani tashkil etadi.Tsellyuloza materiallari inson ehtiyojlarini qondirishda muhim o'rinni egallaydi: tabiiy tsellyuloza tolalari (birinchi navbatda paxta, zig'ir va boshqa tolalar) va bugungi kunda ular to'qimachilik sanoati uchun xom ashyo balansining muhim qismidir. Paxta va yogʻoch xamiri qogʻoz va karton, sunʼiy tolalar, ayrim plastmassa va laklar, neft, toʻqimachilik, oziq-ovqat, farmatsevtika va boshqa sanoat uchun emulsifikatorlar va quyuqlashtiruvchi moddalar ishlab chiqarishda keng qoʻllaniladi.

Tsellyuloza barcha yuqori o'simliklarning hujayra devorlarining asosiy tarkibiy qismidir. Tsellyuloza eng sof holatda gʻoʻza chigiti va rami oʻsimligining tolalarida uchraydi (etuk paxta tsellyulozasi uning massasining 99,5% gacha boʻladi). Tsellyuloza texnik maqsadlarda ajratib olinadigan asosiy xom ashyo bo'lgan yog'och tarkibida (daraxt turiga, yoshiga, o'sish sharoitiga qarab) 35-45% tsellyuloza mavjud. Ko'pgina o'simliklarning hujayra devoridagi tsellyuloza hamrohlari polisaxaridlar - tsellyulozadan tuzilishi jihatidan farq qiladigan uglevodlar ( ksilan , mannan, galaktan , pektin birikmalari), shuningdek uglevod bo'lmagan moddalar : lignin - aromatik tuzilishning fazoviy polimeri, kremniy. dioksid, smolali moddalar va boshqalar. Agar o'simlik to'qimalaridagi tsellyuloza tolalari ham alohida to'qimalarning, ham butun o'simlikning mexanik mustahkamligini ta'minlaydiganligini hisobga olsak, materiallarning birinchi yaratuvchisi tabiat bo'lganligini ta'kidlash mumkin. keyinchalik "kompozitlar" deb nomlana boshladi. Tsellyulozadan foydalanishning keng imkoniyatlari ushbu tabiiy polimerning kimyoviy tuzilishi, tuzilishi va xususiyatlarining xususiyatlari bilan belgilanadi.

1. 
   Kimyoviy tuzilishi
   

Tsellyuloza polisaxaridlarning eng muhim vakili bo'lib, tabiiy polimerlar sinflaridan biri bo'lib, ularning makromolekulalari turli xil monosaxaridlarning elementar birliklaridan (qoldiqlari) asetal ( glikozid ) bog'i bilan bog'langan. Tsellyulozaning makromolekulasi D-glyukoza - monosaxarid qoldiqlaridan iborat bo'lib, molekulasining uglerod skeleti oltita uglerod atomini o'z ichiga oladi.

Polisaxaridlarning makromolekulyar zanjiri tuzilishining muhim xarakteristikasi nafaqat glikozid bog'lanish yo'nalishi, balki uning konfiguratsiyasi hamdir. Tsellyuloza makromolekulasidagi glikozid aloqasi b-konfiguratsiyaga ega (glyukoza molekulasidagi assimetrik C-5 uglerod atomining konfiguratsiyasiga nisbatan teskari fazoviy yo'nalishga ega bo'lgan bog'lanish uchun qabul qilingan belgi). Glikozid bog'lar kislota katalizatorlari ishtirokida suv bilan nisbatan oson parchalanadi (gidroliz jarayoni). Bu holat tsellyulozaning kislotalarning suvli eritmalari ta'siriga nisbatan beqarorligini aniqlaydi. Shu bilan birga, ishqoriy gidroliz sharoitida tsellyulozaning glikozid aloqalari ancha barqarordir. Biroq, bu barqarorlik faqat molekulyar kislorod mavjud bo'lmagan tizimlar uchun xosdir. Kislorodning mavjudligi reaktsiya mexanizmining o'zgarishiga olib keladi - sof gidrolizdan ancha murakkab jarayonga, jumladan oksidlanish va gidrolizning ketma-ket reaktsiyalariga o'tish.
Turli xil tsellyuloza hosilalarini olish imkoniyati birinchi navbatda uning funktsional tarkibi bilan belgilanadi. Aynan gidroksil guruhlarining individual xossalari ularning kimyoviy o'zgarishi natijasida tsellyulozaning efirlari va efirlarini, uning oksidlanish mahsulotlarini sintez qilish imkonini beradi.Ammo tsellyuloza kompleksini hosil qilishda gidroksil guruhlarining roli. xossalari ularning kimyoviy reaksiyalarda ishtirok etish imkoniyati bilan cheklanmaydi. Ularning mavjudligi tsellyuloza tolalarining yuqori hidrofilikligini aniqlayotganini hisobga olsak, juda muhim nuqta - ularning ichki va molekulalararo vodorod aloqalari tizimini shakllantirishdagi ishtirokidir.
Tsellyuloza tolalarida, masalan, uzunligi 25-35 mm bo'lgan paxta tolasida yoki 1-3 mm uzunlikdagi yog'ochdan ajratilgan tolalarda tsellyuloza makromolekulalari bir-biridan ajratilgan holatda bo'lmaydi, lekin ular bir-biridan ajratilgan holda bo'lmaydi. supramolekulyar tuzilish elementlari hisoblanadi.tsellyuloza murakkab supramolekulyar tuzilishga ega.
Ammo tsellyuloza xossalari majmuasini hosil qilishda gidroksil guruhlarining roli ularning kimyoviy reaksiyalarda ishtirok etish imkoniyati bilan cheklanmaydi. Ularning mavjudligi tsellyuloza tolalarining yuqori gidrofilligini aniqlashini hisobga olmaganda, ularning molekulyar va molekulalararo vodorod aloqalari tizimini shakllantirishdagi ishtiroki juda muhimdir.
Tsellyuloza va uning hosilalari sanoatda keng qo'llanilishiga qaramasdan, tsellyulozaning hozirgi vaqtda qabul qilingan kimyoviy tuzilish formulasi faqat 1934 yilda taklif qilingan ( V. Xovort ). To'g'ri, 1913 yildan boshlab uning empirik formulasi C6H10O5 ma'lum bo'lib, miqdoriy tahlil ma'lumotlari asosida aniqlangan. yaxshi yuvilgan va quritilgan namunalar : 44,4% C, 6,2% H va 49,4% O. G. Staudinger va K. Freudenbergning ishi tufayli, bu ko'rsatilganlardan iborat uzun zanjirli polimer molekulasi ekanligi ham ma'lum bo'ldi. rasmda. 1 takrorlanuvchi glyukozid qoldiqlari. Har bir bo'g'in uchta gidroksil guruhiga ega - bitta asosiy va ikkita ikkinchi darajali. 1920 -yilga kelib E.Fisher oddiy qandlarning tuzilishini va paxta tolasining kristall yoʻnalishini oʻrnatdi.Zamonaviy ilm-fan yutuqlari nuqtai nazaridan koʻrish oson boʻlganidek, sellyulozaning strukturaviy kimyosi 1860-1920-yillarda amalda toʻxtab qoldi. Bu vaqt davomida yordamchi ilmiy fanlar muammoni hal qilish uchun zarur bo'lgan o'zlarining go'daklik davrida qolishi sababi.

2. 
   qayta tiklangan tsellyuloza
   

tsellyuloza fotosintezi polisaxarid makromolekulyar
Hozirgi vaqtda tsellyulozaning faqat ikkita manbasi sanoat ahamiyatiga ega - paxta va yog'och xamiri. Paxta deyarli sof tsellyuloza bo'lib, sun'iy tolalar va tola bo'lmagan plastmassalarni ishlab chiqarish uchun boshlang'ich material bo'lish uchun murakkab ishlov berishni talab qilmaydi . Paxta matolarini tayyorlash uchun ishlatiladigan uzun tolalar paxta chigitidan ajratilgandan so'ng, kalta tuklar yoki 10-15 mm uzunlikdagi "lint" (paxta paxmoqlari) qoladi. Tuxum urug'idan ajratiladi, 2-6 soat davomida 2,5-3% natriy gidroksid eritmasi bilan bosim ostida isitiladi, keyin yuviladi, xlor bilan oqartiriladi, yana yuviladi va quritiladi. Olingan mahsulot 99% toza tsellyulozadan iborat. Hosildorligi 80% (g.) lint, qolgani lignin, yogʻlar, mumlar, pektatlar va urugʻ qobigʻi. Yog'och xamiri odatda ignabargli daraxtlarning yog'ochlaridan tayyorlanadi. Uning tarkibida 50-60% tsellyuloza, 25-35% lignin, 10-15% gemitsellyulozalar va tsellyulozasiz uglevodorodlar mavjud. Sulfit jarayonida yog'och chiplari bosim ostida (taxminan 0,5 MPa) 140C da oltingugurt dioksidi va kaltsiy bisulfit bilan qaynatiladi. Bunda ligninlar va uglevodorodlar eritmaga kiradi va tsellyuloza qoladi. Yuvish va oqartirishdan keyin tozalangan massa quritilgan qog'ozga o'xshash bo'sh qog'ozga quyiladi va quritiladi. Bunday massa 88-97% tsellyulozadan iborat va viskoza tolasi va selofanga, shuningdek tsellyuloza hosilalari - efir va efirlarga kimyoviy ishlov berish uchun juda mos keladi.
Tsellyulozani eritmadan uning konsentrlangan ammoniyli mis (ya’ni tarkibida mis sulfat va ammoniy gidroksid bo‘lgan) suvli eritmasiga kislota qo‘shish orqali regeneratsiya qilish jarayoni taxminan 1844 -yilda ingliz J. Merser tomonidan tasvirlangan . mis-ammiak tolasi sanoatining boshlanishi, E. Shvaytser (1857) ga tegishli bo'lib, uning keyingi rivojlanishi M. Kramer va I. Shlossberger (1858) ning xizmatlaridir. Va faqat 1892 yilda Angliyada Kross, Bevin va Bidl viskoza tolasini olish jarayonini ixtiro qildilar: tsellyulozaning yopishqoq (viskoza nomi shundan kelib chiqqan) suvli eritmasi tsellyulozani birinchi navbatda natriy gidroksidning kuchli eritmasi bilan qayta ishlagandan so'ng olingan, bu esa "soda" beradi. tsellyuloza", so'ngra uglerod disulfidi (CS2) bilan, natijada eriydigan tsellyuloza ksantat hosil bo'ladi. Kichkina dumaloq teshikka ega bo'lgan spinner orqali bu "aylanuvchi" eritmaning bir tomchisini kislotali hammomga siqib, tsellyuloza viskoza tolasi shaklida qayta tiklandi. Eritma bir xil vannaga tor tirqishli qolip orqali siqib chiqarilganda, selofan deb ataladigan plyonka olinadi. 1908 yildan 1912 yilgacha Frantsiyada ushbu texnologiya bilan shug'ullangan J. Brandenberger birinchi bo'lib selofan ishlab chiqarish uchun uzluksiz jarayonni patentladi.
Viskoza tolasi kiyim-kechak, parda va qoplamali matolar ishlab chiqarishda, shuningdek texnologiyada keng qo'llaniladi. Texnik belbog'lar, lentalar, filtrlar va shinalar shnuri uchun katta miqdorda viskoza tolasi ishlatiladi.
Selofan, asosan, qadoqlash sanoatida galanteriya, oziq-ovqat mahsulotlari, tamaki mahsulotlari uchun o'rash materiali, shuningdek, o'z-o'zidan yopishqoq qadoqlash lentasi uchun asos sifatida keng qo'llaniladi.
Viskoza shimgich. Elyaf yoki plyonka olish bilan birga viskozni mos tolali va nozik kristalli materiallar bilan aralashtirish mumkin; kislota bilan ishlov berish va suvni yuvishdan so'ng, bu aralash qadoqlash va issiqlik izolatsiyasi uchun ishlatiladigan viskoza shimgichli materialga aylanadi.
Mis tolasi. Qayta tiklangan tsellyulozadan olingan tola sanoat miqyosida tsellyulozani konsentrlangan ammoniy mis eritmasida (NH4OH dagi CuSO4) eritib, hosil bo'lgan eritmani kislotali yigiruv vannasida tolaga aylantirish orqali ham ishlab chiqariladi . Bunday tolaga mis ammiak deyiladi .

3.