pati dekstrinmaltoseglukosa

Eksperimen video “Hidrolisis asam selulosa”

Reaksi esterifikasi

Selulosa adalah alkohol polihidrat; ada tiga gugus hidroksil per unit sel polimer. Dalam hal ini, selulosa dicirikan oleh reaksi esterifikasi (pembentukan ester). Reaksi dengan asam nitrat dan asetat anhidrida merupakan reaksi yang paling penting secara praktis. Selulosa tidak menghasilkan reaksi “cermin perak”.

1. Nitrasi:

(C 6 H 7 O 2 (OH ) 3) n + 3 nHNO 3 H 2 JADI4(konsentrasi)→(C 6 H 7 O 2 (ONO 2 ) 3) n + 3 nH 2 O

piroksilin

Eksperimen video “Persiapan dan sifat nitroselulosa”

Serat yang teresterifikasi sepenuhnya dikenal sebagai bubuk mesiu, yang setelah diproses dengan benar, berubah menjadi bubuk mesiu tanpa asap. Tergantung pada kondisi nitrasi, selulosa dinitrat dapat diperoleh, yang dalam teknologi disebut coloxylin. Ia juga digunakan dalam pembuatan bubuk mesiu dan propelan roket padat. Selain itu, seluloid terbuat dari coloxylin.

2. Interaksi dengan asam asetat:

(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3nCH 3 COOH H2SO4( kesimpulan .)→ (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3nH 2 O

Ketika selulosa bereaksi dengan asetat anhidrida dengan adanya asam asetat dan asam sulfat, triasetilselulosa terbentuk.

Triasetil selulosa (atau selulosa asetat) adalah produk berharga untuk pembuatan film tahan api dansutra asetat. Untuk melakukan hal ini, selulosa asetat dilarutkan dalam campuran diklorometana dan etanol, dan larutan ini dipaksa melalui cetakan ke dalam aliran udara hangat.

Dan dadu itu sendiri secara skematis terlihat seperti ini:

1 - solusi pemintalan,
2 - mati,
3 - serat.

Pelarut menguap dan aliran larutan berubah menjadi benang sutra asetat terbaik.

Berbicara tentang penggunaan selulosa, tidak dapat dipungkiri bahwa sejumlah besar selulosa dikonsumsi untuk produksi berbagai kertas. Kertas- Ini adalah lapisan tipis serat serat, direkatkan dan ditekan pada mesin pembuat kertas khusus.

Selulosa alami, atau serat, adalah bahan utama pembentuk dinding sel tumbuhan, oleh karena itu berbagai jenis bahan baku tumbuhan berfungsi sebagai satu-satunya sumber produksi selulosa. Selulosa adalah polisakarida alami, makromolekul seperti rantai linier yang dibangun dari unit dasar β-D-anhidro-glukopiranosa, dihubungkan oleh 1-4 ikatan glukosidik. Rumus empiris selulosa adalah (C6H10O5)i, dimana n adalah derajat polimerisasi.

Setiap unit dasar selulosa, kecuali unit terminal, mengandung tiga gugus alkohol hidroksil. Oleh karena itu, rumus selulosa sering direpresentasikan sebagai [C6H7O2(OH)3]. Di salah satu ujung makromolekul selulosa terdapat unit yang memiliki tambahan hidrolisis alkohol sekunder pada atom karbon ke-4, di ujung lainnya terdapat unit yang memiliki hidroksil glukosidik (hemiasetal) bebas pada atom karbon ke-1. Tautan ini memberikan sifat restoratif (pereduksi) selulosa.

Derajat polimerisasi (DP) selulosa kayu alami berada pada kisaran 6000–14000. DP mencirikan panjang makromolekul selulosa linier dan, oleh karena itu, menentukan sifat selulosa yang bergantung pada panjang rantai selulosa. Setiap sampel selulosa terdiri dari makromolekul dengan panjang yang bervariasi, yaitu polidispersi. Oleh karena itu, SP biasanya mewakili derajat rata-rata polimerisasi. DP selulosa berhubungan dengan berat molekul dengan rasio DP = M/162, dimana 162 adalah berat molekul unit dasar selulosa. Dalam serat alami (membran sel), makromolekul selulosa seperti rantai linier digabungkan oleh kekuatan ikatan hidrogen dan antarmolekul menjadi mikrofibril dengan panjang tidak terbatas, dengan diameter sekitar 3,5 nm. Setiap mikrofibril mengandung sejumlah besar (kira-kira 100-200) rantai selulosa yang terletak di sepanjang sumbu mikrofibril. Mikrofibril, tersusun dalam spiral, membentuk kumpulan beberapa mikrofibril - fibril, atau untaian, dengan diameter sekitar 150 nm, dari mana lapisan dinding sel dibangun.

Tergantung pada cara pengolahan bahan baku nabati selama proses memasak, dimungkinkan untuk memperoleh produk dengan hasil yang berbeda, ditentukan oleh rasio massa produk setengah jadi yang diperoleh dengan massa bahan baku nabati awal (% ). Produk dengan rendemen -80 hingga 60% berat bahan baku disebut semi selulosa, yang ditandai dengan kandungan lignin yang tinggi (15-20%). Lignin zat antar sel dalam hemiselulosa tidak larut sempurna selama proses pemasakan (sebagian tetap berada di hemiselulosa); serat-seratnya masih terikat erat satu sama lain sehingga penggilingan mekanis harus digunakan untuk memisahkannya dan mengubahnya menjadi massa berserat. Produk dengan rendemen 60 hingga 50% disebut pulp hasil tinggi (HYP). TsVV dipisahkan menjadi serat tanpa penggilingan mekanis dengan mencuci dengan aliran air, tetapi masih mengandung sejumlah besar sisa lignin di dinding sel. Produk dengan hasil 50 hingga 40% disebut selulosa hasil normal, yang menurut tingkat delignifikasi, yang mencirikan persentase sisa lignin di dinding serat, dibagi menjadi selulosa keras (3-8% lignin ), selulosa sedang-keras (1,3-3% lignin ) dan lunak (kurang dari 1,5% lignin).

Dari hasil pemasakan bahan baku nabati diperoleh selulosa yang tidak dikelantang, yaitu produk dengan tingkat putih yang relatif rendah, mengandung lebih banyak komponen kayu yang menyertai selulosa. Menghilangkannya dengan melanjutkan proses memasak dikaitkan dengan kerusakan selulosa yang signifikan dan, sebagai akibatnya, penurunan hasil dan penurunan sifat-sifatnya. Untuk mendapatkan selulosa dengan tingkat keputihan yang tinggi - selulosa yang diputihkan, yang paling bebas dari lignin dan ekstraktif, selulosa teknis diputihkan dengan bahan pemutih kimia. Untuk menghilangkan hemiselulosa secara lebih menyeluruh, selulosa mengalami perlakuan basa tambahan (penghalusan), sehingga menghasilkan selulosa yang dimurnikan. Pemurnian biasanya dikombinasikan dengan proses pemutihan. Sebagian besar pulp lunak dan pulp keras sedang yang ditujukan untuk produksi kertas dan pemrosesan kimia harus melalui proses pemutihan dan pemurnian.)

Semi-selulosa, CVB, hasil normal selulosa tidak dikelantang, selulosa dikelantang, semi-dikelantang dan dimurnikan adalah produk setengah jadi berserat yang banyak digunakan dalam praktik untuk produksi berbagai jenis kertas dan karton. Sekitar 93% dari seluruh selulosa yang diproduksi di dunia diproses untuk tujuan ini. Sisa selulosa berfungsi sebagai bahan baku pengolahan kimia.

Untuk mengkarakterisasi sifat dan kualitas selulosa teknis, yang menentukan nilai konsumennya, sejumlah indikator berbeda digunakan. Mari kita lihat yang paling penting.

Kandungan pentosan pada selulosa sulfit berkisar antara 4 hingga 7%, dan pada selulosa sulfat dengan derajat delignifikasi yang sama adalah 10-11%. Kehadiran pentosan dalam selulosa membantu meningkatkan kekuatan mekaniknya, meningkatkan ukuran dan kemampuan penggilingan, oleh karena itu, pengawetannya yang lebih lengkap dalam selulosa untuk produksi kertas dan karton memiliki efek menguntungkan pada kualitas produk. Pentosan adalah pengotor yang tidak diinginkan dalam selulosa untuk pemrosesan kimia.

Kandungan resin pada pulp kayu lunak sulfit tinggi dan mencapai 1-1,5%, karena asam pemasak sulfit tidak melarutkan zat resin kayu. Larutan pemasakan basa melarutkan resin, sehingga kandungannya dalam pulp larutan pemasakan basa kecil yaitu sebesar 0,2-0,3%. Kandungan tar selulosa yang tinggi, terutama yang disebut "tar berbahaya", menimbulkan masalah dalam produksi kertas karena endapan tar yang lengket pada peralatan.

Angka tembaga mencirikan tingkat kerusakan selulosa dalam proses pemasakan, pemutihan, dan pemurnian. Pada ujung setiap molekul selulosa terdapat gugus aldehida yang mampu mereduksi garam oksida tembaga menjadi oksida tembaga, dan semakin banyak selulosa yang terdegradasi, semakin banyak tembaga yang dapat direduksi oleh 100 g selulosa dalam hal berat kering mutlak. Tembaga oksida diubah menjadi logam tembaga dan dinyatakan dalam gram. Untuk selulosa lunak, bilangan tembaganya lebih tinggi dibandingkan selulosa keras. Selulosa dari pulp alkali memiliki bilangan tembaga yang rendah, sekitar 1,0, sulfit - 1,5-2,5. Pemutihan dan pemurnian secara signifikan mengurangi jumlah tembaga.

Derajat polimerisasi (DP) ditentukan dengan mengukur viskositas larutan selulosa menggunakan metode viskometri. Selulosa teknis bersifat heterogen dan merupakan campuran fraksi dengan berat molekul tinggi dengan DP berbeda. SP yang ditentukan menyatakan rata-rata panjang rantai selulosa dan untuk selulosa teknis berada pada kisaran 4000-5500.

Sifat kekuatan mekanik selulosa diuji setelah digiling hingga tingkat penggilingan 60? SR. Ketahanan terhadap robekan, patah, tusukan, dan robekan paling sering ditentukan. Tergantung pada jenis bahan baku, metode produksi, cara pemrosesan, dan faktor lainnya, indikator yang tercantum dapat bervariasi dalam batas yang sangat luas. Sifat-sifat pembentuk kertas adalah seperangkat sifat yang menentukan pencapaian kualitas kertas yang diproduksi dan dicirikan oleh sejumlah indikator yang berbeda-beda, misalnya perilaku bahan berserat dalam proses teknologi pembuatan kertas darinya, sifat-sifatnya. pengaruhnya terhadap sifat-sifat bubur kertas yang dihasilkan dan kertas jadi.

Kontaminasi selulosa ditentukan dengan menghitung serpihan pada kedua sisi sampel folder selulosa yang dibasahi ketika disinari oleh sumber cahaya dengan kekuatan tertentu dan dinyatakan dengan jumlah serpihan yang ditempatkan pada 1 dan 1 permukaan. Misalnya, kandungan bintik pada berbagai pulp yang diputihkan, yang diperbolehkan menurut standar, dapat bervariasi dari 160 hingga 450 lembar per 1 m2, dan untuk pulp yang tidak dikelantang - dari 2000 hingga 4000 lembar.

Selulosa teknis yang tidak dikelantang cocok untuk pembuatan berbagai jenis produk - kertas koran dan kertas karung, papan kontainer, dll. Untuk mendapatkan kertas tulis dan cetak dengan kualitas terbaik, yang memerlukan peningkatan tingkat putih, digunakan selulosa sedang-keras dan lunak, yang mana diputihkan dengan bahan kimia, misalnya klorin, klorin dioksida, kalsium atau natrium hipoklorit, hidrogen peroksida.

Selulosa yang dimurnikan secara khusus (dimuliakan) yang mengandung 92-97% alfa selulosa (yaitu, sebagian kecil selulosa yang tidak larut dalam larutan soda kaustik 17,5%) digunakan untuk pembuatan serat kimia, termasuk sutra viscose dan serat tali viscose berkekuatan tinggi untuk produksi ban mobil.

Benda-benda sehari-hari yang sudah tidak asing lagi bagi kita, yang ditemukan dimana-mana dalam kehidupan kita sehari-hari, mustahil dibayangkan tanpa penggunaan produk kimia organik. Jauh sebelum Anselm Pay, sebagai hasilnya ia dapat menemukan dan mendeskripsikan polisakarida pada tahun 1838, yang menerima “selulosa” (turunan dari selulosa Perancis dan selula Latin, yang berarti “sel, sel”), properti zat ini secara aktif digunakan dalam produksi barang-barang yang paling tak tergantikan.

Berkembangnya pengetahuan tentang selulosa telah menyebabkan munculnya berbagai macam bahan yang terbuat dari selulosa. Berbagai jenis kertas, karton, bagian yang terbuat dari plastik dan viscose buatan, tembaga-amonia), film polimer, enamel dan pernis, deterjen, bahan tambahan makanan (E460) dan bahkan bubuk mesiu tanpa asap merupakan produk produksi dan pengolahan selulosa.

Dalam bentuknya yang murni, selulosa merupakan padatan berwarna putih dengan sifat yang cukup menarik dan sangat tahan terhadap berbagai pengaruh kimia dan fisik.

Alam telah memilih selulosa (serat) sebagai bahan bangunan utamanya. Di dunia tumbuhan, ia menjadi dasar bagi pohon dan tumbuhan tingkat tinggi lainnya. Di alam, selulosa ditemukan dalam bentuk paling murni di bulu biji kapas.

Sifat unik zat ini ditentukan oleh struktur aslinya. Rumus selulosa memiliki notasi umum (C6 H10 O5)n, yang darinya kita melihat struktur polimer yang jelas. Residu β-glukosa, yang berulang berkali-kali dan memiliki bentuk yang lebih mengembang sebagai -[C6 H7 O2 (OH)3]-, digabungkan menjadi molekul linier yang panjang.

Rumus molekul selulosa menentukan sifat kimia uniknya untuk menahan pengaruh lingkungan agresif. Selulosa juga sangat tahan terhadap panas, bahkan pada suhu 200 derajat Celcius, strukturnya tetap dipertahankan dan tidak hancur. Penyalaan sendiri terjadi pada suhu 420°C.

Selulosa tidak kalah menariknya karena sifat fisiknya. selulosa dalam bentuk benang panjang yang mengandung 300 hingga 10.000 residu glukosa tanpa cabang samping sangat menentukan tingginya stabilitas zat ini. Rumus glukosa menunjukkan berapa banyak serat selulosa yang memberikan tidak hanya kekuatan mekanik yang besar, tetapi juga elastisitas yang tinggi. Hasil pemrosesan analitis dari banyak eksperimen dan penelitian kimia adalah terciptanya model makromolekul selulosa. Ini adalah heliks kaku dengan nada 2-3 unit dasar, yang distabilkan oleh ikatan hidrogen intramolekul.

Bukan rumus selulosa, tetapi derajat polimerisasinya yang merupakan ciri utama banyak zat. Jadi pada kapas yang belum diolah, jumlah residu glukosida mencapai 2500-3000, pada kapas yang dimurnikan - dari 900 menjadi 1000, pulp kayu yang dimurnikan memiliki indikator 800-1000, pada selulosa regeneratif jumlahnya berkurang menjadi 200-400, dan pada selulosa industri. asetat itu berkisar antara 150 hingga 270 "tautan" dalam sebuah molekul.

Produk yang digunakan untuk memperoleh selulosa sebagian besar adalah kayu. Proses teknologi utama produksinya meliputi pemasakan serpihan kayu dengan berbagai bahan kimia, dilanjutkan dengan pembersihan, pengeringan dan pemotongan produk jadi.

Pemrosesan selulosa selanjutnya memungkinkan diperolehnya berbagai bahan dengan sifat fisik dan kimia tertentu, memungkinkan produksi berbagai macam produk, yang tanpanya kehidupan manusia modern sulit dibayangkan. Formula unik selulosa, yang disesuaikan dengan pengolahan kimia dan fisik, menjadi dasar produksi bahan yang tidak memiliki analog di alam, sehingga memungkinkan untuk digunakan secara luas dalam industri kimia, kedokteran, dan cabang aktivitas manusia lainnya.

Struktur kimia selulosa

O.A. Noskova, M.S. Fedoseev

Kimia kayu

Dan polimer sintetik

BAGIAN 2

Disetujui

Dewan Editorial dan Penerbitan Universitas

sebagai catatan kuliah

Penerbitan

Universitas Teknik Negeri Perm

Peninjau:

Ph.D. teknologi. ilmu pengetahuan D.R. Nagimov

(CJSC "Karbokam");

Ph.D. teknologi. sains, prof. F.H. Khakimova

(Universitas Teknik Negeri Perm)

Noskova, O.A.

N84 Kimia kayu dan polimer sintetik: catatan kuliah: dalam 2 jam / O.A. Noskova, M.S. Fedoseev. – Perm: Rumah Penerbitan Perm. negara teknologi. Universitas, 2007. – Bagian 2. – 53 hal.

ISBN 978-5-88151-795-3

Informasi diberikan mengenai struktur kimia dan sifat komponen utama kayu (selulosa, hemiselulosa, lignin dan ekstraktif). Reaksi kimia dari komponen-komponen ini yang terjadi selama pemrosesan kimia kayu atau selama modifikasi kimia selulosa dipertimbangkan. Informasi umum tentang proses memasak juga disediakan.

Dirancang untuk siswa spesialisasi 240406 “Teknologi pengolahan kayu kimia”.

UDC 630*813.+541.6+547.458.8

ISBN 978-5-88151-795-3 © Institusi Pendidikan Tinggi Negeri Negeri

"Negara Perm

Universitas Teknik", 2007

Perkenalan

Kimia kayu adalah cabang kimia teknis yang mempelajari komposisi kimia kayu; kimia pembentukan, struktur dan sifat kimia zat penyusun jaringan kayu mati; metode untuk mengisolasi dan menganalisis zat-zat ini, serta esensi kimia dari proses alami dan teknologi untuk pengolahan kayu dan komponen individualnya.

Bagian pertama dari catatan kuliah “Kimia Kayu dan Polimer Sintetis,” yang diterbitkan pada tahun 2002, membahas isu-isu yang berkaitan dengan anatomi kayu, struktur membran sel, komposisi kimia kayu, dan sifat fisik dan fisikokimia kayu. .

Catatan kuliah bagian kedua “Kimia Kayu dan Polimer Sintetis” membahas permasalahan yang berkaitan dengan struktur kimia dan sifat komponen utama kayu (selulosa, hemiselulosa, lignin).

Catatan kuliah memberikan informasi umum tentang proses memasak, yaitu. pada produksi selulosa teknis, yang digunakan dalam produksi kertas dan karton. Sebagai hasil dari transformasi kimia selulosa teknis, turunannya diperoleh - eter dan ester, dari mana serat buatan (viskosa, asetat), film (film, foto, film kemasan), plastik, pernis, dan perekat diproduksi. Bagian ringkasan ini juga membahas secara singkat pembuatan dan sifat selulosa eter, yang banyak digunakan dalam industri.

Kimia selulosa

Struktur kimia selulosa

Selulosa adalah salah satu polimer alami yang paling penting. Ini adalah komponen utama jaringan tanaman. Selulosa alami ditemukan dalam jumlah besar pada kapas, rami dan tanaman berserat lainnya, dari mana serat selulosa tekstil alami diperoleh. Serat kapas hampir merupakan selulosa murni (95–99%). Sumber produksi industri selulosa (selulosa teknis) yang lebih penting adalah tanaman berkayu. Pada kayu berbagai jenis pohon, fraksi massa selulosa rata-rata 40–50%.

Selulosa adalah polisakarida, makromolekulnya dibangun dari residu D-glukosa (unit β -D-anhydroglucopyranose), dihubungkan oleh ikatan β-glikosidik 1–4:

Selulosa adalah homopolimer linier (homopolisakarida) yang termasuk dalam polimer heterochain (poliasetal). Ini adalah polimer stereoregular di mana residu selobiosa berfungsi sebagai unit pengulangan stereo. Rumus umum selulosa dapat direpresentasikan sebagai (C 6 H 10 O 5) P atau [C 6 H 7 O 2 (OH) 3 ] P. Setiap unit monomer mengandung tiga gugus hidroksil alkohol, yang satu adalah –CH 2 OH primer dan dua (pada C 2 dan C 3) adalah –CHOH– sekunder.

Tautan akhir berbeda dari tautan rantai lainnya. Satu tautan terminal (kanan bersyarat - non-pereduksi) memiliki tambahan alkohol hidroksil sekunder bebas (pada C 4). Tautan terminal lainnya (kondisional kiri - pereduksi) mengandung hidroksil glikosidik (hemiasetal) bebas (pada C 1 ) dan, oleh karena itu, dapat ada dalam dua bentuk tautomer - siklik (koluasetal) dan terbuka (aldehida):

Gugus aldehida terminal memberi selulosa kemampuan reduksi (reduksi). Misalnya, selulosa dapat mereduksi tembaga dari Cu 2+ menjadi Cu +:

Jumlah tembaga yang diperoleh ( nomor tembaga) berfungsi sebagai karakteristik kualitatif panjang rantai selulosa dan menunjukkan tingkat penghancuran oksidatif dan hidrolitiknya.

Selulosa alami memiliki tingkat polimerisasi (DP) yang tinggi: kayu - 5000-10000 ke atas, kapas - 14000-20000. Ketika diisolasi dari jaringan tanaman, selulosa agak hancur. Pulp kayu teknis memiliki DP sekitar 1000–2000. DP selulosa ditentukan terutama dengan metode viskometri, menggunakan beberapa basa kompleks sebagai pelarut: reagen tembaga-amonia (OH) 2, cupriethylenediamine (OH) 2, cadmium ethylenediamine (cadoxene) (OH) 2, dll.

Selulosa yang diisolasi dari tumbuhan selalu bersifat polidispersi, yaitu. mengandung makromolekul dengan panjang bervariasi. Derajat polidispersitas selulosa (heterogenitas molekul) ditentukan dengan metode fraksinasi, yaitu dengan metode fraksinasi. memisahkan sampel selulosa menjadi pecahan-pecahan dengan berat molekul tertentu. Sifat sampel selulosa (kekuatan mekanik, kelarutan) bergantung pada rata-rata DP dan derajat polidispersitas.