Celuloze
- Detaļas
- Publicēts 02 Augusts 2018
- Autors Redaktors
Cellulose (franču val.) no latīņu val. vārda cellula ("šūna").
Polisaharīds, kura struktūru veido ar beta-glikozīdsaitēm saistītas anhidro-D-glikozes elementārvienības.
Ķīmiskā formula - [C6H7O2(OH)3]n.
Šķiedrviela, kokšķiedra. Ogļhidrāts, visizplatītītākais biopolimērs uz Zemes. Celulozi spēj pāstrādāt sēnes, tādēļ tām ir liela nozīme vielu apritē.
Atrašanās dabā. Celuloze ir viena no dabā visvairāk izplatītajām organiskajām vielām, galvena augstāko augu šūnapvalku sastāvdaļa, ko veido ar glikozīdsaitēm saistīti glikozes atlikumi.
Kokvilnas šķiedrā ir 95-98% celulozes, lūksnes šķiedrās (linos, džutā, rāmijā) 60-85% celulozes, koksnē 40-55% celulozes, salmos un niedrēs 30-40% celulozes.
Fizikālās īpašības. Celuloze ir balta, higroskopiska, polidispersa (satur dažāda lieluma molekulas) šķiedrveida viela. Nešķist ūdenī, organiskajos šķīdinātājos, uzbriest sārmu šķīdumos. Šķīst dažu metālu (Cu, Co, Fe, Cd) komplekso savienojumu ūdensšķīdumos.
Ir vairākas struktūrmodifikācijas, piemēram, dabiskā celuloze un no tās iegūtā hidrātceluloze, kam labāka šķīdība, reaģētspēja, atšķirīgs makromolekulas lielums.
Ķīmiskās īpašības. Celuloze ir daudzvērtīgs spirts. Notiek hidroksilgrupu reakcijas - alkilēšana, ēsterificēšana. Ar alkilsulfātiem un alkilhalogenīdiem veidojas ēteri. Ar neorganiskām un organiskām skābēm rodas ēsteri.
Destrukcijas reakcijās - hidrolīzē, oksidēšanā, alkoholīzē, samazinac celulozes polimerizācijas pakāpe.
Dabā celulozes sadalīšanās notiek fermenta celulāzes ietekmē.
Celulozi hidrolizē neorganiskās skābes. Daļējas hidrolīzes produkts ir hidroceluloze, pilnīgas - glikoze.
Specifiskas īpašības - jonapmaiņspēju, nedegamību, noturību pret mikroorganismiem, fizioloģisko aktivitāti, dod tās ķīmiska modificēšana.
Iegūšana. Rūpniecībā celulozi iegūst divējādi: ar sulfātmetodi - sasmalcinātu koksni 165-180oC temperatūrā apstrādā ar nātrija hidroksīda un nātrija sulfīda šķīdumu; ar sulfītmetodi - ar kalcija, nātrija, magnija, amonija hidrogēnsulfīta ūdensšķīdumu SO2 klātbūtnē 135-150oC temperatūrā.
Izmantošana tautsaimniecībā. Celulozi ļoti plaši lieto tehnikā - papīra, mākslīgo šķiedru, plastmasu (celofāna), laku, sprāgstvielu izgatavošanā, tekstilrūpniecībā. Latvijā celulozi ar sulfītmetodi ražoja Slokas celulozes un papīra rūpnīcā.
Daļējas hidrolīzes produkts ir hidroceluloze, pilnīgas - glikoze, un šī metode ir pamatā rūpnieciskai etilspirta un lopbarības rauga ieguvei.
No celulozes acetāta iegūst acetātšķiedras.
Celulozes acetāti. Celulozes un etiķskābes ēsteri - [C6H7O2(OH)3-x (OCOCH3)x]n. Tās ir baltas, amorfas šķiedrveida vielas. termoplastiski, gaismizturīgi, ugunsdroši, maz higroskopiski, nav termostabili (230oC temperatūrā notiek destrukcija). Pēc hidroksilgrupu aizvietošanas pakāpes x izšķir e celulozes acetātu veidus.
Celulozes triacetātu (pirmējo celulozes acetātu x=3) iegūst katalizatoru klātbūtnē ar etiķskābes andidrīdu, acetilhlorīdu vai ketēnu pilnīgi acetilejot aktivētu kokvilnas vai koksnes celulozi. Šis celulozes acetāts šķīst etiķskābē, hloroformā.
Celulozes diacetātu (otrējo celulozes acetātu x=2,2-2,9) iegūst, ar atšķaidītu skābi nepilnīgi hidrolizējot triacetātu. Šis acetāts šķīst daudzos organiskajos šķīdinātājos (aceton', etilacetātā).
Celulozes acetātus izmanto acetātšķiedru, fotofilmu, plastmasu, plēvju (tās laiž cauri ultravioletos starus), celulozes laku ražošanai.
Celulozes ēteri un ēsteri. [C6H7O2(OH)3-x(OR)x]n. Celulozes atvasinājumi, kuros celulozes hidroksilgrupu H atomi aizvietoti ar alkilgrupām vai acilgrupām. To īpašības atkarīgas no aizvietotājgrupas R veida, aizvietošanas pakāpes x un polimerizācijas pakāpes n.
Celulozes ēteri ar nelielu x šķist ūdenī, sārmu ūdensšķīdumos, tāpēc tos lieto par emulsiju un suspensiju sabiezinātājiem un stabilizātoriem tehnikā, pārtikas, farmaceitiskajā, naftas, papīra rūpniecībā.
Celulozes ēteri un ēsteri ar lielu x labi šķīst organiskajos šķīdinātājos, tos izmanto galvenokārt laku (celulozes lakas) un plastmasu (etroli) ražošanai.
Uz celulozi, kas apstrādāta ar sārmu, iedarbojoties ar alkilhalogenīdiem, alkilsulfātiem un diazoalkāniem, iegūst celulozes ēsterus. No celulozes ēsteriem plašāk izmanto celulozes acetātus (acetātšķiedru, plastmasu ražošanā), celulozes nitrātus (nitrolaku, celuloīda, nitrolimju ražošanai), celulozes ksantogenātu (viskozes, celofāna ražošanai).
Celulozes lakas. Celulozes ēteru un ēsteru šķīdumi organiskajos šķīdinātājos. Lielāko daļu (95%) celulozes laku kopā ar piedevām gatavo no celulozes nitrātiem (nitrolakas). Šīs lakas viegli uzliesmo. Tās izmanto koka, metāla, ādas, polimēru pārklāšanai. Celulozes acetātu lakas nedeg, labi iztur gaismu un siltumu. Sliktās adhēzijas dēļ tās izmanto mazāk.
Etilcelulozes lakas ir siltumizturīgas, elastīgas. Tās izmanto elektroizolācijas materiālu, gumijas pārklāšanai.
Papīra apdarē lieto celulozes acetobutirāta lakas.
Celulozes nitrāti. [C6H7O2(OH)3-x(ONO2)x]n, nitroceluloze. Celulozes un slapekļskābes ēsteri. Celulozes nitrātu īpašības nosaka slāpekļa daudzums molekulā. Svarīgākie celulozes nitrāti ir piroksilīns-1 (13-13,5% N), piroksilīns-2 (12,2-12,5% N) un koloksilīni (10,7-12,2% N).
Celulozes nitrāti ir baltas vielas ar šķiedrveida struktūru. Nešķīst ūdenī, šķīst organiskajos šķīdinātājos (acetonā, etilacetātā). Tiem ir neliela atmosfēras un termiskā izturība, paaugstinātā temperatūrā tie spontāni sadalās, gaisā viegli uzliesmo (180-190oC). Neizturīgi pret sārmu iedarbību, atšķaidītās neorganiskajās skābēs hidrolizējas.
Rūpnieciski celulozes nitrātus iegūst, uz celulozi iedarbojoties ar slāpekļskābi H2SO4 klātbūtnē.
Koloksilīnus izmanto nitrolaku, nitroemalju un nitrolīmju, celuloīda un plastmasu (etroli), kā arī bezdūmu pulvera u.c. sprāgstvielu ražošanā. Arī piroksilīnus izmanto bezdūmu pulvera gatavošanai. Degamības dēļ celulozes nitrātu mākslīgo šķiedru un fotofilmu ražošanā aizstāja ar celulozes acetātiem.
Raksti.
Vai nākotnē plastmasas maisiņus veikalos aizstās iepakojums no hitīna un celulozes?
Saites.
Polisaharīdi.
Polimēri.
