Відношення до кислот

У процесах облагородження бавовняних матеріалів широко використовуються кислоти, особливо сірчана, і відношення до них целюлози необхідно обов'язково враховувати.

Глюкозидні зв'язки макромолекул целюлози нестійкі навіть до дії води, при високій температурі вони гідролізуються, тобто розриваються з приєднанням води — відбувається руйнування макромолекул.

Ця реакція йде повільно, але різко каталізується (прискорюється) в розчинах кислот (дія Н⁺ іонів).

Розчин кислоти на різних ділянках волокна діє з різною швидкістю, і тому на практиці гідроліз до кінця не проходить. У результаті утворюється суміш продуктів неповного розкладу різного ступеня полімеризації, яка називається гідроцелюлозою. Таким чином, гідроцелюлоза — це не індивідуальна хімічна сполука, а суміш проміжних продуктів гідролізу, склад якої залежить від умов гідролізу.

Гідроцелюлоза характеризується частковою розчинністю в розведених розчинах лугів і підвищеною відновлювальною здатністю. При перетворенні целюлози в гідроцелюлозу спостерігається падіння міцності волокна, воно стає крихким і може легко перетворитись у порошок.

Кінцевим продуктом гідролізу целюлози є α-глюкоза.

Схематично загальне рівняння гідролізу має вигляд:

(С₆Н₁₀О₅)_n + nН₂O → nС₆Н₁₂О₆

Гідролізуюча дія кислот (швидкість гідролізу) залежить від їх природи, концентрації і температури. Досить інтенсивно деструктують целюлозу азотна, соляна, сірчана кислоти, слабкіша дія фосфорної, мурашиної, оцтової, борної кислот.

Швидкість гідролізу зростає при підвищенні температури і концентрації кислоти. Збільшення тривалості дії кислоти на волокно підвищує ступінь його гідролізу. Для попередження деструкції целюлозних волокон при фарбуванні та інших технологічних операціях текстильних матеріалів концентрація сірчаної кислоти, яка частіше ніж інші використовується при проведенні цих процесів, не повинна перевищувати 3 -5 г/л. Обробку слід проводити при 40 - 50°С протягом 15 - 20 хв.

Однак навіть такими розведеними розчинами кислот необхідно користуватись обережно, так як при висиханні пряжі або тканини концентрація розчину зростає, а це призводить до пошкодження волокна.

Відношення до лугів

Луги — це реагенти, які досить широко використовуються на різних стадіях обробки целюлозних матеріалів в опоряджувальному виробництві. Практичну цінність складає значна стійкість глюкозидних зв'язків целюлози до дії лугів.

На відміну від кислот луги не викликають деструкцію целюлози. Але при цьому відбувається ряд хімічних і фізико-хімічних змін структури целюлози. Розведені розчини гідроксиду натрію (10 - 15 г/л) при звичайній температурі не діють на целюлозу. При дії на бавовняне волокно концентрованих розчинів лугу (вище 100 г/л) спостерігаються глибокі зміни целюлози і самого волокна: волокно набрякає, покращується здатність до фарбування.

Якщо обробку лугом провести під натягом, то текстильний матеріал набуває шовковистого блиску, підвищується міцність. Це явище вперше в 1844 році спостерігав англійський дослідник Мерсер, воно покладено в основу виробничого процесу, який отримав назву мерсеризація і ось вже більше 150-ти років широко використовується в опоряджувальному виробництві.

При дії концентрованих розчинів гідроксиду натрію відбуваються хімічні і фізико-хімічні процеси. Луг взаємодіє з целюлозою, утворюючи нову хімічну сполуку — лужну целюлозу.

Щодо будови лужної целюлози немає єдиної думки. Теоретично можливе протікання реакції за такими схемами:

• утворення алкоголяту

[С₆Н₇O₂(ОН)₃]_n + nNаОН ↔ [С₆Н₇O₂(ОН)₂ONа]_n + nН₂O,

або утворення молекулярної сполуки:

[С₆Н₇O₂(ОН)₃]_n + nNаОН ↔ [С₆Н₇O₂(ОН)₂ОН NаОН]_n

Залишається не повністю вирішеним питання про кількісний склад лужної целюлози.

Лужна целюлоза утворюється при дії на целюлозу не тільки розчинів гідроксиду натрію, але й гідроксидів інших лужних металів (К, Rb, Сs, Li).

Лужна целюлоза — сполука нестійка, вона легко гідролізується з утворенням нової структурної модифікації целюлози, яка називається гідратцелюлоза. Остання більш активна, ніж целюлоза, має більшу адсорбційну здатність і кращу гігроскопічність, що, очевидно, пов'язано з тим, що в гідратцелюлозі кількість зв'язаних гідроксильних груп менша, ніж у природній целюлозі. Текстильні матеріали, оброблені лугами (мерсеризація), краще забарвлюються, при менших витратах барвників (на 15-20 %) на них утворюється яскраве і чисте забарвлення, однакове за інтенсивністю з забарвленням немерсеризованих матеріалів.