Спутники целлюлозы
Показателем чистоты целлюлозного материала, предназначенного для химической переработки, является содержание - целлюлозы. При взаимодействии целлюлозного материала с достаточно концентрированным раствором едкого натра происходит растворение низкомолекулярных фракций Ц и не целлюлозных примесей, а высокомолекулярные фракции целлюлозы остаются в осадке. На этом основано выделение содержащейся в целлюлозном материале
-целлюлозы.
-Целлюлоза это та часть целлюлозного материала, которая не растворяется в 17.5% -ном водном растворе NaOH при 20 0С.
В Ц присутствуют нецеллюлозные примеси, которые принято называть спутниками.
К спутникам Ц относятся:
-гемицеллюлозы (гексозы, пентозы, полиурониды)
-пектины,
-лигнин,
-воск, жиры, смолы.
Гемицеллюлозы представляют собой смешанные полисахариды, макромолекулы которых построены из остатков различных моносахаридов.
Макромолекулы гемицеллюлоз включают остатки гексоз, пентоз и уроновых кислот связанных между собой глюкозидным типом связи.
Элементарными звеньями гемицеллюлозы являются :
гексозы - D-глюкопиранозы, D - маннопиранозы, D- галактопиранозы
пентозы - D - ксилопираноза, L - арабофураноза
уроновые кислоты - D-галактуроновая, D- глюкуроновая, 4-О-метил- D-глюкуроновая кислоты.
Гемицеллюлозы способны извлекаться водными растворами щелочей и гидролизоваться разбавленными кислотами при кипячении. Они оказывают различное влияние на свойства продуктов, получаемых из Ц. Так, присутствие гемицеллюлоз увеличивает скорость набухания и фибриллирования волокон Ц, что снижает время ее размола и уменьшает количество затраченной энергии. В тоже время при воздействии на них минеральных кислот гемицеллюлозы распадаются на низкомолекулярные вещества (фурфурол и его производные), а при нитрации целлюлозных материалов гемицеллюлозы гидролизуются и продукты гидролиза дают нестойкие примеси.
Лигнин - представляет собой аморфные полифункциональные высокомолекулярные соединения ароматической природы, построенные из фенилпропановых структурных единиц. Для макромолекул лигнинов характерны нерегулярность строения и поливариантность связей.
Лигнин легко взаимодействует с азотной кислотой, при этом имеет место в основном нитрование лигнина (I), однако наряду с этим протекает окисление(II), деструкция полимера и образование сложных эфиров. При нитровании в безводных средах нитрогруппа вступает в ароматическое ядро лигнина. В результате электрофильного замещения происходит также вступление нитро группы на место боковой цепи, если у первого углеродного атома цепи стоит ОН или ОR- группы. Это приводит к деструкции молекул лигнина до кислоты.
Нитрование лигнина протекает по схеме:
где R : -С = СН - СН2ОН,
- СН -СН - СН3
ОR1 R2O
R1-арил, R2-алкил или арил
Нитрование лигнина концентрированной азотной кислотой или нитрующей смесью (HNO3+H2SO4+H2O) протекает очень бурно, с выделением окислов азота.
Таким образом, при нитровании Ц в присутствие лигнина приводит к образованию нестойких примесей, снижающих выход, химическую стойкость целлюлозного продукта - нитроцеллюлозы, к увеличению расхода азотной кислоты на побочные процессы, а выделяющиеся окислы азота способствуют интенсификации различных окислительных реакций. Исходя из этого, содержание лигнина в целлюлозе предназначенной для нитрации не должно превышать 0.4%.
Пектины - сложные смеси органических веществ, которые присутствуют в виде солей К,Са,Мg. Они являются носителями золы. Пектины хорошо растворяются в горячей воде и слабых кислотах, что используется для их выделения . В процессе нитрации Ц и стабилизации НЦ пектины дают легко разрушающиеся и растворимые продукты.
Воск, жиры и смолы гидрофобизуют целлюлозное волокно, уменьшают смачиваемость его кислотами, затрудняют проникновение кислот в волокно, снижают реакционную способность целлюлозного материала. Они, как правило, остаются в продукте этерификации целлюлозы - в нитроцеллюлозе, где небольшое содержание воскообразных веществ полезно, так как уменьшает коэффициент внешнего трения и облегчает формование изделий из композиций на основе НЦ. Содержание жиров, восков и смол в целлюлозе направляемой на этерификацию должно быть не более 0.5%.
Целлюлозное волокно, предназначенное для химической переработки, проходит дополнительную очистку, после чего из хлопкового волокна получают линт,а из древесного - древесную целлюлозу. В таблице 3 представлен состав линта и древесной целлюлозы, поступающих на этерификацию.
Таблица 3