3.4.6. Определение средней степени полимеризации целлюлозы

Степень полимеризации (Молекулярная масса) целлюлозы является одной из важнейших ее характеристик и в значительной степени определяет, как область практического использования препаратов целлюлозы, так и физико-химические свойства получаемых из нее волокон и пленок. Степень полимеризации (СП) – это число звеньев в макромолекуле. Однако целлюлоза полидисперсна (имеет разные длины молекул) поэтому величина степени полимеризации является средней величиной. Наиболее простым и доступным методом определения СП является визкозиметрия. Однако он не совсем точен. Этот метод используют также для определения динамической вязкости. Основными растворителями служат комплексные соединения металлов:

- медно-аммиачный реактив [Cu(NH₃)₄](OH)₂

- куприэтилендиамин [Cu(NH₂CH₂CH₂NH₂)₂] (OH)₂

- кадмийэтилендиамин [Cd(NH₂CH₂CH₂NH₂)₃] (OH)₂

- железовиннонатриевый комплекс Fe(C₄H₃O₆)₃Na₆

Однако наиболее распространенным растворителем является медно-аммиачный, т.к. является более доступным, дешевым и достаточно быстро и полно растворяет целлюлозу при комнатной температуре. Целлюлоза в медно-аммиачном растворе способна к окислению кислородом воздуха и определяемые значения вязкости и СП является заниженным. Для предотвращения деструкции целлюлозы необходимо сокращать время контакта раствора целлюлозы с воздухом и вводить в раствор восстановитель (кусочек меди).

Рассчитаем абсолютно-сухую целлюлозу (G) в граммах, необходимую для приготовления медно-аммиачного раствора целлюлозы, по формуле из п.2.2.4:

G = =0.031 г

Из полученных данных рассчитывают величину (η_у), характеризующую повышение вязкости раствора по отношению к вязкости растворителя:

_у = (3,5/2.2) -1 = 0.59

Рассчитаем среднюю степень полимеризации образца целлюлозы № 20:

CП = = 1000 число мономерных звеньев

4. Обсуждение результатов

4.1. Сводная таблица показателей образца технической целлюлозы № 20

№	Наименование показателя	Единицы измерения	Результаты	Примечание
1.	Породный состав технической целлюлозы	-	Сосна Лиственница Ель Сосна	Найдены диагностические признаки
2.	Метод варки	-	СФА	Волокна окрасились в сине-фиолетовый цвет
3.	Равномерность отбелки	-	Равномерно	Волокна бесцветны
4.	Влажность	%	5,830	Относительная влажность в отапливаемом помещении 7-8%
5.	Содержание карбоксильных групп	млмоль/100г а.с.ц.	1,44	1-3 для беленой технической целлюлозы. Результат в норме.
6.	Медное число	г Cu/100г а.с.ц.	2,3944	Для технической целлюлозы от 1,5 до 5-соответсвует. Чем <медное число, тем >α-целлюлоза
7.	Средняя степень полимеризации	-	1000	По литературным данным для сульфатной целлюлозы показатель сп составляет 700-1500, чем <α, тем <сп, чем меньше медное число, тем >набухание
8.	Содержание -целлюлозы	%	85,56	Так как α-целлюлоза <90%, то он используется для производства бумаги
9.	Степень набухания - в воде - в щелоче	%	283,16 952,81	Для сульфатной целлюлозы составляет в воде 200-300%, а в щелочи 800-900%.

Данный образец целлюлозы исследовался методом оптической микроскопии с помощью обработки раствором Cl₂-Zn₂-I₂.

Анализ показал что данная целлюлоза состоит из волокон хвойной древесины, а именно сосна, береза и ель.

Влажность целлюлозы составляет 5,83%, что характерно для целлюлоз хранимых в отопляемых помещениях. Приблизительно соответствует ГОСТ 9571 – 84.

Содержание карбоксильных групп указывает на степень окислености целлюлозы после обработки варочного раствора и отбеливающих реагентов. Высокое содержание их в целлюлозе ухудшают механические показатели целлюлозы. Содержание карбоксильных групп в данном образце целлюлозы составляет 1,44 млмоль/100 г а.с.ц., что допускается для данных технических целлюлоз.

Медное число указывает на степень деструкции целлюлозы и составляет 2,39 г Cu/100 г а.с.ц., что характерно для беленых древесных целлюлоз (2,0-3,0 г Cu/100 г а.с.ц.).

Степень полимеризации у целлюлозных волокон 1000, что соответствует показателю данного медного числа, следовательно, опыт по определению медного числа и степени полимеризации были проведены достаточно аккуратно. Содержание -целлюлозы составляет 85,56%, что не соответствует показателям ГОСТа 9571 – 84 для целлюлозы сульфатной беленой из хвойных пород. Содержание -целлюлозы указывает на количество высокомолекулярной фракции целлюлозы и на не целлюлозные примеси.

Степень набухания в воде 283%, а в щелочи 952%.Степень набухания щелочи не попадает в промежуток 800-900% ,т.к метод неточеный. В воде целлюлоза набухает межкристаллитно, поэтому степень набухания в воде меньше, чем в щелочи. В щелочи набухает внутрикристаллитно. Высокая степень набухания в щелочи данного образца объясняется тем, что данная целлюлоза получена из древесины лиственных пород и содержит достаточное количество гемицеллюлоз, что и показано содержанием -целлюлозы. Также на показатели степени набухания влияет структура целлюлозного листа, то есть его толщина и пористость.

Мой образец приблизительно соответствует целлюлозе ГОСТ 9571 – 84.

Марки и размеры

В зависимости от назначения и показателей качества целлюлоза должна изготавливаться следующих марок:

• ХБ-0 – для долговечной, высших марок бумаги для печати

• ХБ-1 – для бумаг типа основы диазобумаги и для аппаратов множительной техники

• ХБ-2 – для пергамента, массовых видов бумаги для печати, письма, черчения, рисования

• ХБ-3 – для бумаг типа основы для фотополупроводниковой бумаги, основы для электрографической бумаги

• ХБ-4 – для бумаги санитарно-бытового назначения, основы для синтетического шпона

• ХБ-5 – для тонких прочных видов бумаги различного назначения типа чертежной бумаги, кальки бумажной натуральной

• ХБ-6 – для основы парафинированной бумаги

• ХБ-7 – для различных видов упаковочной бумаги, обоев и коробочного картона.

Настоящий стандарт распространяется на сульфатную беленую целлюлозу из хвойных пород древесины, предназначенную для производства различных видов бумаги и картона, изготовляемых для нужд народного хозяйства и экспорта.

Технические условия ГОСТ 9571 – 84.

Наименование показателя	Норма для марки																Метод испытания
	ХБ-0	ХБ-1			ХБ-2		ХБ-3		ХБ-4		ХБ-5		ХБ-6		ХБ-7
	Высшая категория качества			Первая категория качества
1.Мех-я прочность при разломе в мельнице ЦРА (60 ± 2) ШР Разрывная длина не менее Излом-число двойных перегибов не менее	8700		7200	7200		6800		6800		7800		8000		6800		По ГОСТ 13525.1-79
	2400		2000	1400		1800		1200		1800		2400		1400		По ГОСТ 13525.2-80
2.Белизна не менее %	88		88	86		86		85		82		80		80		По ГОСТ 7690-76
3.Массовая доля альфа-целлюлозы %, не менее	88		-	87		-		-		-		-		-		По ГОСТ 6840-78
4.рН водной вытяжки	6-7		6-7	6-7		6-7		6-7		6-7		6-7		6-7		По ГОСТ 12523-77
5.Сорность – число соринок на 1 м2 площадью:																	По ГОСТ 14363.3-84
св. 0.1 до 1,00 мм2 включ., не более	50		70	70		90		70		90		150		120
св. 1,0 до 2,00 мм2 включ., не более	Не допускается			2		10		2		5		15		10
св. 2,0 до 3,0 мм2 включ., не более	Не допускается												10		5
св. 3,0 мм2	Не допускается
6.Влажность %, не более	20		20	20		20		20		20		20		20

Выводы

1) Микроскопические исследования показали, что образец технической целлюлозы №20 получен сульфатным методом варки; равномерно отбелен; имеет в своем составе древесину хвойных пород: сосны, ели и лиственницы

2) Химические и физико-химические методы исследования показали, что образец №20 имеет влажность равную 5,83%, содержание карбоксильных групп 1,44 млмоль/100г а.с.ц., медное число 2,39 г Cu/100г а.с.ц., средняя степень полимеризации 1000, степень набухания в воде 283% и в щелочи 952%, содержание альфа целлюлозы 85,56%

3) Образец технической целлюлозы примерно соответствует целлюлозе ГОСТ 5982 – 84 " целлюлоза сульфатная беленая из хвойной древесины и может быть использована для ,для печати, рисовальной бумаги, чертежной бумаги, упаковочной бумаги, покровных слоев картона, бумаги-основы для санитарно-бытового и гигиенического назначения, покровных слоев печатной бумаги, писчей цветной.

4) В процессе выполнения курсовой работы подробно изучена литература по теме " Технические целлюлозы: методы получения, сравнительная характеристика методов и свойств получаемых целлюлоз

". Так же изучены методы микроскопического исследования, химические и физико-химические методы.

5) Получены навыки анализа экспериментальных данных, работы с нормативными документами и оформлению исследовательской работы.