Massa molar selulosa. Selulosa didistribusikan di alam. Struktur kimia selulosa

Selulosa alami, atau serat, adalah bahan utama pembuatan dinding sel tumbuhan, dan karena itu bahan baku tanaman jenis yang berbeda berfungsi sebagai satu-satunya sumber produksi selulosa. Selulosa adalah polisakarida alami, makromolekul seperti rantai linier yang dibangun dari unit dasar α-D-anhidro-glukopiranosa, yang 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]. Pada salah satu ujung makromolekul selulosa terdapat ikatan yang mempunyai hidrolisis alkohol sekunder tambahan pada atom karbon ke-4, pada ujung yang lain terdapat ikatan 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 6000–14.000. DP mencirikan panjang makromolekul selulosa linier dan, oleh karena itu, menentukan sifat-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 jumlah besar(kira-kira 100-200) rantai selulosa terletak di sepanjang sumbu mikrofibril. Mikrofibril, tersusun dalam spiral, membentuk kumpulan beberapa mikrofibril - fibril, atau untaian, dengan diameter sekitar 150 nm, dari mana lapisan dibangun. dinding sel.

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 dihasilkan dengan berat bahan baku nabati asli (% ). 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 terhubung 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 semburan 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, TsVV, selulosa hasil normal yang tidak dikelantang, selulosa yang dikelantang, semi-dikelantang dan dimurnikan adalah produk setengah jadi berserat yang banyak digunakan. aplikasi praktis untuk produksi berbagai macam 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, sehingga 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 massa benar-benar kering. 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 pembentuk kertas adalah seperangkat sifat yang menentukan pencapaian kualitas kertas yang diproduksi dan dicirikan oleh sejumlah indikator yang berbeda, 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 oleh 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 wadah, dll. Untuk mendapatkan kertas tulis dan cetak dengan kualitas terbaik, yang memerlukan peningkatan warna putih, digunakan selulosa sedang-keras dan lunak, yang diputihkan reagen kimia, seperti 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 dan ditemukan di mana-mana di dalam tubuh kita kehidupan sehari-hari, mustahil membayangkan 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. Kertas dari berbagai tingkatan, karton, bagian yang terbuat dari plastik dan viscose buatan, tembaga-amoniak), film polimer, enamel dan pernis, deterjen, bahan tambahan makanan (E460) dan bahkan bubuk tanpa asap merupakan produk produksi dan pengolahan selulosa.

DI DALAM bentuk murni selulosa merupakan padatan berwarna putih dengan sifat yang cukup menarik, menunjukkan ketahanan yang tinggi terhadap berbagai bahan kimia dan pengaruh fisik.

Alam telah memilih selulosa (serat) sebagai bahan bangunan utamanya. Di dunia tumbuhan, ia menjadi dasar bagi pepohonan dan lainnya tumbuhan tingkat tinggi. 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 keunikannya sifat kimia menahan pengaruh lingkungan yang agresif. Selulosa juga sangat tahan terhadap panas; bahkan pada suhu 200 derajat Celcius, strukturnya tetap dipertahankan dan tidak rusak. 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 pengolahan analitik himpunan percobaan kimia dan penelitiannya adalah pembuatan 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 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. Rumus unik selulosa, dikoreksi melalui proses kimia dan fisik, menjadi dasar untuk memperoleh bahan yang tidak memiliki analog di alam, yang memungkinkannya digunakan secara luas dalam industri kimia, kedokteran dan cabang aktivitas manusia lainnya.

Sifat kimia selulosa.

1. Dari kehidupan sehari-hari diketahui bahwa selulosa dapat terbakar dengan baik.

2. Ketika kayu dipanaskan tanpa akses udara, terjadi dekomposisi termal selulosa. Ini menghasilkan senyawa organik yang mudah menguap, air dan arang.

3. Produk organik penguraian kayu antara lain metil alkohol, asam asetat, dan aseton.

4. Makromolekul selulosa terdiri dari unit-unit yang serupa dengan unit-unit pembentuk pati; ia mengalami hidrolisis, dan produk hidrolisisnya, seperti pati, adalah glukosa.

5. Jika Anda menggiling potongan kertas saring (selulosa) yang direndam dalam asam sulfat pekat dalam mortar porselen dan mengencerkan bubur yang dihasilkan dengan air, dan juga menetralkan asam dengan alkali dan, seperti halnya pati, uji larutan untuk mengetahui reaksinya. dengan tembaga (II) hidroksida, maka akan terlihat penampakan tembaga (I) oksida. Artinya, hidrolisis selulosa terjadi pada percobaan tersebut. Proses hidrolisis, seperti halnya pati, terjadi secara bertahap hingga terbentuk glukosa.

6. Hidrolisis selulosa secara total dapat dinyatakan dengan persamaan yang sama dengan hidrolisis pati: (C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O = nC 6 H 12 O 6.

7. Satuan struktur selulosa (C 6 H 10 O 5) n mengandung gugus hidroksil.

8. Karena golongan tersebut, selulosa dapat menghasilkan eter dan ester.

9. Selulosa nitrat sangat penting.

Fitur selulosa nitrat eter.

1. Mereka diperoleh dengan bekerja pada selulosa asam nitrat dengan adanya asam sulfat.

2. Tergantung pada konsentrasi asam nitrat dan kondisi lainnya, satu, dua atau ketiga gugus hidroksil dari setiap unit molekul selulosa masuk ke dalam reaksi esterifikasi, contoh: n + 3nHNO 3 → n + 3n H 2 O.

Sifat umum selulosa nitrat adalah sifatnya yang sangat mudah terbakar.

Selulosa trinitrat, yang disebut piroksilin, adalah zat yang sangat mudah meledak. Ini digunakan untuk menghasilkan bubuk tanpa asap.

Ester selulosa asetat – selulosa diasetat dan triasetat – juga sangat penting. Selulosa diasetat dan triasetat memiliki kemiripan dengan selulosa.

Penerapan selulosa.

1. Karena kekuatan mekaniknya, kayu digunakan dalam konstruksi.

2. Terbuat dari berbagai macam bengkel tukang kayu.

3. Berupa bahan berserat (katun, rami) digunakan untuk pembuatan benang, kain, tali.

4. Selulosa yang diisolasi dari kayu (dibebaskan dari bahan penyertanya) digunakan untuk membuat kertas.

70. Memperoleh serat asetat

Ciri ciri serat asetat.

1. Sejak zaman dahulu, masyarakat banyak memanfaatkan bahan berserat alami untuk membuat pakaian dan berbagai produk rumah tangga.

2. Beberapa bahan tersebut berasal dari tumbuhan dan terdiri dari selulosa, misalnya rami, kapas, ada pula yang berasal dari hewan dan terdiri dari protein - wol, sutra.

3. Seiring dengan meningkatnya kebutuhan penduduk dan perkembangan teknologi akan kain, mulai timbul kekurangan bahan berserat. Ada kebutuhan untuk memperoleh serat secara artifisial.

Karena mereka dicirikan oleh susunan makromolekul rantai yang teratur yang berorientasi sepanjang sumbu serat, muncul ide untuk mengubah polimer alami dengan struktur yang tidak teratur melalui satu atau lain perlakuan menjadi bahan dengan susunan molekul yang teratur.

4. Polimer alami awal untuk memproduksi serat buatan adalah selulosa yang diekstraksi dari kayu, atau sisa bulu kapas pada biji kapas setelah seratnya dihilangkan.

5. Untuk menempatkan molekul polimer linier di sepanjang sumbu serat yang sedang dibentuk, perlu untuk memisahkannya satu sama lain dan membuatnya bergerak dan mampu bergerak.

Hal ini dapat dicapai dengan melelehkan polimer atau melarutkannya.

Selulosa tidak dapat dicairkan: jika dipanaskan, selulosa akan hancur.

6. Selulosa harus diolah dengan asetat anhidrida dengan adanya asam sulfat (asetat anhidrida adalah zat esterifikasi yang lebih kuat daripada asam asetat).

7. Produk esterifikasi - selulosa triasetat - dilarutkan dalam campuran diklorometana CH 2 Cl 2 dan etil alkohol.

8. Larutan kental terbentuk di mana molekul polimer sudah dapat bergerak dan mengambil satu atau lain urutan yang diinginkan.

9. Untuk mendapatkan serat, larutan polimer dipaksa melalui cetakan - tutup logam dengan banyak lubang.

Semburan tipis larutan diturunkan ke dalam poros vertikal setinggi kira-kira 3 m, yang dilalui udara panas.

10. Di bawah pengaruh panas, pelarut menguap, dan selulosa triasetat membentuk serat tipis panjang, yang kemudian dipelintir menjadi benang dan diproses lebih lanjut.

11. Saat melewati lubang pemintal, makromolekul, seperti batang kayu saat mengarungi sungai sempit, mulai berbaris di sepanjang aliran larutan.

12. Pada proses pengolahan lebih lanjut, susunan makromolekul di dalamnya menjadi lebih teratur.

Hal ini menyebabkan kekuatan serat dan benang yang dibentuknya menjadi lebih besar.

SELULOSA
serat, utama bahan bangunan tumbuhan, membentuk dinding sel pohon dan tumbuhan tingkat tinggi lainnya. Yang terbersih bentuk alami selulosa - rambut biji kapas.
Pemurnian dan isolasi. Saat ini, hanya dua sumber selulosa yang penting bagi industri - kapas dan pulp kayu. Kapas hampir merupakan selulosa murni dan tidak memerlukan pemrosesan yang rumit untuk menjadi bahan awal serat buatan dan plastik non-serat. Setelah serat panjang yang digunakan untuk membuat kain katun dipisahkan dari biji kapas, masih tersisa bulu-bulu pendek, atau “serat” (bulu kapas), sepanjang 10-15 mm. Serat dipisahkan dari bijinya, dipanaskan di bawah tekanan dengan larutan natrium hidroksida 2,5-3% selama 2-6 jam, kemudian dicuci, diputihkan dengan klorin, dicuci kembali dan dikeringkan. Produk yang dihasilkan adalah 99% selulosa murni. Hasil yang diperoleh adalah 80% (berat) serat, sisanya adalah lignin, lemak, lilin, pektat, dan sekam biji. Bubur kayu biasanya dibuat dari kayu pohon jenis konifera. Mengandung 50-60% selulosa, 25-35% lignin dan 10-15% hemiselulosa dan hidrokarbon non-selulosa. Dalam proses sulfit, serpihan kayu direbus di bawah tekanan (sekitar 0,5 MPa) pada suhu 140° C dengan sulfur dioksida dan kalsium bisulfit. Dalam hal ini, lignin dan hidrokarbon masuk ke dalam larutan dan selulosa tetap ada. Setelah dicuci dan diputihkan, massa yang telah dimurnikan dituangkan ke dalam kertas lepas, mirip dengan kertas isap, dan dikeringkan. Massa ini terdiri dari 88-97% selulosa dan cukup cocok untuk pengolahan kimia menjadi serat viscose dan selofan, serta turunan selulosa - ester dan eter. Proses regenerasi selulosa dari larutan dengan menambahkan asam ke dalam larutan berair tembaga-amonium pekat (yaitu mengandung tembaga sulfat dan amonium hidroksida) dijelaskan oleh orang Inggris J. Mercer sekitar tahun 1844. Namun penerapan industri pertama dari metode ini, yang menandai awal mula industri serat tembaga-amonium dikaitkan dengan E. Schweitzer (1857), dan pengembangan selanjutnya berkat M. Kramer dan I. Schlossberger (1858). Dan baru pada tahun 1892 Cross, Bevin dan Beadle di Inggris menemukan proses untuk memproduksi serat viscose: larutan selulosa berair kental (karena itu namanya viscose) diperoleh setelah selulosa diolah terlebih dahulu dengan larutan soda kaustik yang kuat, yang menghasilkan “soda selulosa”, dan kemudian dengan karbon disulfida (CS2 ), menghasilkan selulosa xantat yang larut. Saat memeras aliran larutan “berputar” ini melalui pemintal dengan alat kecil lubang bundar Dalam penangas asam, selulosa diregenerasi dalam bentuk serat viscose. Ketika larutan diperas ke dalam bak yang sama melalui cetakan dengan celah sempit, diperoleh lapisan film yang disebut plastik. J. Brandenberger, yang mengerjakan teknologi ini di Perancis dari tahun 1908 hingga 1912, adalah orang pertama yang mematenkan proses berkelanjutan untuk pembuatan plastik.
Struktur kimia. Meskipun penggunaan selulosa dan turunannya dalam industri tersebar luas, bahan kimia tersebut masih diterima secara luas rumus struktural selulosa baru diusulkan (oleh W. Howworth) pada tahun 1934. Namun, sejak tahun 1913 rumus empirisnya C6H10O5, ditentukan dari data, telah diketahui analisis kuantitatif sampel yang dicuci dan dikeringkan dengan baik: 44,4% C, 6,2% H, dan 49,4% O. Berkat karya G. Staudinger dan K. Freudenberg, diketahui juga bahwa ini adalah molekul polimer rantai panjang yang terdiri dari yang ditunjukkan pada Gambar . 1 mengulangi residu glukosidik. Setiap unit memiliki tiga gugus hidroksil - satu primer (-CH2CHOH) dan dua sekunder (>CHCHOH). Pada tahun 1920, E. Fisher telah menetapkan struktur gula sederhana, dan pada tahun yang sama, penelitian sinar-X terhadap selulosa untuk pertama kalinya menunjukkan gambaran yang jelas. pola difraksi seratnya. Pola difraksi sinar-X serat kapas menunjukkan orientasi kristal yang jelas, namun serat rami bahkan lebih teratur. Ketika selulosa diregenerasi menjadi bentuk serat, sebagian besar kristalinitasnya hilang. Betapa mudahnya untuk melihat pencapaiannya ilmu pengetahuan modern, kimia struktural selulosa praktis terhenti dari tahun 1860 hingga 1920 karena selama ini bahan pembantu disiplin ilmu diperlukan untuk memecahkan masalah tersebut.

SELULOSA YANG DI REGENERASI
Serat viscose dan plastik. Baik serat viscose maupun selofan merupakan selulosa yang diregenerasi (dari larutan). Selulosa alami yang dimurnikan diolah dengan natrium hidroksida pekat berlebih; Setelah kelebihannya dihilangkan, gumpalan digiling dan massa yang dihasilkan disimpan dalam kondisi yang dikontrol dengan cermat. Dengan “penuaan” ini, panjang rantai polimer berkurang, yang selanjutnya mendorong pembubaran. Kemudian selulosa yang dihancurkan dicampur dengan karbon disulfida dan xantat yang dihasilkan dilarutkan dalam larutan natrium hidroksida untuk mendapatkan “viscose” - larutan kental. Ketika viscose memasuki larutan asam berair, selulosa dibuat ulang darinya. Reaksi total yang disederhanakan adalah:


Serat viscose, diperoleh dengan memeras viscose melalui lubang kecil pemintal ke dalam larutan asam, banyak digunakan untuk pembuatan pakaian, gorden dan kain pelapis, serta dalam teknologi. Serat viscose dalam jumlah besar digunakan untuk sabuk teknis, pita perekat, filter, dan tali ban.
Kertas kaca. Plastik, diperoleh dengan memeras viscose ke dalam penangas asam melalui pemintal dengan celah sempit, kemudian melewati penangas pencucian, pemutihan dan plastisisasi, dilewatkan melalui drum pengering dan digulung menjadi gulungan. Permukaan film plastik hampir selalu dilapisi dengan nitroselulosa, resin, sejenis lilin atau pernis untuk mengurangi transmisi uap air dan memberikan kemungkinan penyegelan termal, karena plastik yang tidak dilapisi tidak memiliki sifat termoplastisitas. Dalam produksi modern, lapisan polimer dari jenis polivinilidena klorida digunakan untuk ini, karena lapisan tersebut kurang permeabel terhadap kelembapan dan memberikan sambungan yang lebih tahan lama selama penyegelan panas. Cellophane banyak digunakan terutama dalam industri pengemasan sebagai bahan pembungkus barang kering, produk makanan, produk tembakau, dan juga sebagai dasar pita pengemas berperekat.
Spons viscose. Selain membentuk serat atau film, viscose dapat dicampur dengan bahan berserat dan kristal halus yang sesuai; Setelah perlakuan asam dan pencucian air, campuran ini diubah menjadi bahan spons viscose (Gbr. 2), yang digunakan untuk pengemasan dan insulasi termal.



Serat tembaga-amonia. Serat selulosa yang diregenerasi diproduksi di skala industri juga dengan melarutkan selulosa dalam larutan tembaga-amonia pekat (CuSO4 dalam NH4OH) dan memutar larutan yang dihasilkan menjadi serat dalam bak pengendapan asam. Serat ini disebut serat tembaga-amonia.
SIFAT-SIFAT SELULOSA
Sifat kimia. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1, selulosa adalah karbohidrat sangat polimer yang terdiri dari residu glukosidik C6H10O5 yang dihubungkan oleh jembatan eter pada posisi 1,4. Ketiga gugus hidroksil pada setiap unit glukopiranosa dapat diesterifikasi dengan bahan organik seperti campuran asam dan asam anhidrida dengan katalis yang sesuai, seperti asam sulfat. Eter dapat terbentuk sebagai hasil aksi natrium hidroksida pekat, yang mengarah pada pembentukan soda selulosa, dan reaksi selanjutnya dengan alkil halida:


Reaksi dengan etilen atau propilena oksida menghasilkan eter terhidroksilasi:


Kehadiran gugus hidroksil dan geometri makromolekul menentukan kuatnya tarik-menarik polar dari unit-unit tetangganya. Gaya tarik menariknya begitu kuat sehingga pelarut biasa tidak mampu memutus rantai dan melarutkan selulosa. Gugus hidroksil bebas ini juga bertanggung jawab atas higroskopisitas selulosa yang lebih besar (Gbr. 3). Esterifikasi dan eterisasi mengurangi higroskopisitas dan meningkatkan kelarutan dalam pelarut umum.



Di bawah pengaruh larutan asam berair, jembatan oksigen pada posisi 1,4- terputus. Pemutusan total rantai menghasilkan glukosa, suatu monosakarida. Panjang rantai awal tergantung pada asal selulosa. Ini maksimum dalam keadaan alaminya dan menurun selama proses isolasi, pemurnian dan konversi menjadi senyawa turunan (lihat tabel).

TINGKAT POLIMERISASI SELULOSA
Bahan Jumlah residu glukosida
Kapas mentah 2500-3000
Serat kapas murni 900-1000
Pulp kayu olahan 800-1000
Selulosa yang diregenerasi 200-400
Selulosa asetat industri 150-270


Bahkan geseran mekanis, misalnya selama penggilingan abrasif, menyebabkan penurunan panjang rantai. Ketika panjang rantai polimer berkurang di bawah nilai minimum tertentu, sifat fisik makroskopis selulosa berubah. Agen pengoksidasi mempengaruhi selulosa tanpa menyebabkan pembelahan cincin glukopiranosa (Gbr. 4). Tindakan selanjutnya (dengan adanya kelembapan, seperti pada pengujian iklim) biasanya mengakibatkan pemotongan rantai dan peningkatan jumlah gugus akhir mirip aldehida. Karena gugus aldehida mudah teroksidasi menjadi gugus karboksil, kandungan karboksil, yang praktis tidak ada dalam selulosa alami, meningkat tajam di bawah pengaruh atmosfer dan oksidasi.



Seperti semua polimer, selulosa terdegradasi jika terkena faktor atmosfer sebagai hasil dari aksi gabungan oksigen, kelembaban, komponen asam dari udara dan sinar matahari. Penting memiliki komponen ultraviolet dari sinar matahari, dan banyak bahan perlindungan UV yang baik meningkatkan umur produk turunan selulosa. Komponen udara yang bersifat asam, seperti nitrogen dan sulfur oksida (dan selalu ada di dalamnya udara atmosfer kawasan industri), mempercepat dekomposisi, seringkali dengan efek yang lebih besar dibandingkan sinar matahari. Misalnya, di Inggris tercatat bahwa sampel kapas diuji paparannya kondisi atmosfer, di musim dingin, ketika praktis tidak ada sinar matahari yang cerah, mereka terdegradasi lebih cepat dibandingkan di musim panas. Faktanya adalah terbakar di musim dingin dalam jumlah besar batubara dan gas menyebabkan peningkatan konsentrasi nitrogen dan sulfur oksida di udara. Pemulung asam, antioksidan, dan peredam UV mengurangi sensitivitas selulosa terhadap pelapukan. Substitusi gugus hidroksil bebas menyebabkan perubahan sensitivitas ini: selulosa nitrat terdegradasi lebih cepat, dan asetat serta propionat - lebih lambat.
Sifat fisik. Rantai polimer selulosa dikemas dalam bundel panjang, atau serat, di mana, bersama dengan bagian kristalin yang teratur, terdapat juga bagian amorf yang kurang teratur (Gbr. 5). Persentase kristalinitas yang diukur tergantung pada jenis selulosa serta metode pengukurannya. Menurut data rontgen, berkisar antara 70% (kapas) hingga 38-40% (serat viscose). Analisis struktur sinar-X memberikan informasi tidak hanya tentang hubungan kuantitatif antara bahan kristal dan amorf dalam polimer, tetapi juga tentang derajat orientasi serat yang disebabkan oleh proses peregangan atau pertumbuhan normal. Ketajaman cincin difraksi mencirikan derajat kristalinitas, dan titik difraksi serta ketajamannya mencirikan keberadaan dan derajat orientasi kristalit yang disukai. Dalam sampel selulosa asetat daur ulang yang dihasilkan melalui proses pemintalan kering, tingkat kristalinitas dan orientasinya sangat kecil. Pada sampel triasetat, derajat kristalinitasnya lebih tinggi, namun tidak ada orientasi yang disukai. Perlakuan panas triasetat pada suhu 180-240 ° C secara signifikan meningkatkan derajat kristalinitas, dan orientasi (dengan peregangan) dalam kombinasi dengan perlakuan panas menghasilkan bahan yang paling teratur. Len menemukan derajat tinggi kristalinitas dan orientasi.
Lihat juga
KIMIA ORGANIK;
KERTAS DAN BAHAN TULISAN LAINNYA;
PLASTIK.


Beras. 5. STRUKTUR MOLEKULER selulosa. Rantai molekul melewati beberapa misel (daerah kristal) dengan panjang L. Di sini A, A" dan B" adalah ujung rantai yang terletak di daerah mengkristal; B adalah ujung rantai di luar wilayah yang mengkristal.


LITERATUR
Bushmelev V.A., Volman N.S. Proses dan peralatan untuk produksi pulp dan kertas. M., 1974 Selulosa dan Turunannya. M., 1974 Akim E.L. dan lain-lain.Teknologi pengolahan dan pengolahan selulosa, kertas dan karton. L., 1977

Ensiklopedia Collier. - Masyarakat Terbuka. 2000 .

Selulosa Tianshi, selulosa
Selulosa(Selulosa Perancis dari bahasa Latin cellula - “sel, sel”) - karbohidrat, polimer dengan rumus (C6H10O5)n, putih padat, tidak larut dalam air, molekulnya memiliki struktur linier (polimer), satuan struktural- Residu β-glukosa n. Polisakarida, komponen utama dinding sel semua tumbuhan tingkat tinggi.

  • 1 Sejarah
  • 2 Sifat fisik
  • 3 Sifat kimia
  • 4 Tanda terima
  • 5 Aplikasi
  • 6 Berada di alam
    • 6.1 Organisasi dan fungsi dinding sel
    • 6.2 Biosintesis
  • 7 Fakta menarik
  • 8 Catatan
  • 9 Lihat juga
  • 10 Tautan

Cerita

Selulosa ditemukan dan dijelaskan kimiawan Perancis Anselmus Payen pada tahun 1838.

Sifat fisik

Selulosa adalah zat putih, padat, stabil yang tidak hancur ketika dipanaskan (hingga 200 °C). Ini adalah bahan yang mudah terbakar, suhu penyalaan 275 °C, suhu penyalaan otomatis 420 °C (selulosa kapas). Larut dalam jumlah pelarut yang relatif terbatas - campuran berair senyawa kompleks hidroksida logam transisi (Cu, Cd, Ni) dengan NH3 dan amina, beberapa mineral (H2SO4, H3PO4) dan asam organik (trifluoroasetat), oksida amina, beberapa sistem ( misalnya kompleks natrium besi - amonia - alkali, DMF - N2O4)..

Selulosa merupakan benang panjang yang mengandung 300-10.000 unit glukosa, tanpa cabang samping. Benang-benang ini dihubungkan oleh banyak ikatan hidrogen, yang memberikan selulosa kekuatan mekanik yang lebih besar dengan tetap menjaga elastisitas.

Terdaftar sebagai bahan tambahan makanan E460.

Sifat kimia

Selulosa terdiri dari residu molekul glukosa yang terbentuk selama hidrolisis selulosa:

(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6

Asam sulfat dengan yodium, karena hidrolisis, mewarnai selulosa biru. Satu yodium - hanya berwarna coklat.

Ketika direaksikan dengan asam nitrat, nitroselulosa (selulosa trinitrat) terbentuk:

Selama proses esterifikasi selulosa asam asetat Selulosa triasetat diperoleh:

Selulosa sangat sulit untuk larut dan mengalami transformasi kimia lebih lanjut, namun dalam lingkungan pelarut yang sesuai, seperti cairan ionik, proses ini dapat dilakukan secara efisien.

Selama hidrolisis heterogen, parameter n menurun ke nilai konstan tertentu (nilai batas derajat polimerisasi setelah hidrolisis), yang disebabkan oleh selesainya hidrolisis fase amorf. Ketika selulosa kapas dihidrolisis hingga batasnya, bubuk putih salju yang mengalir bebas diperoleh - selulosa mikrokristalin (derajat kristalinitas 70-85%; panjang kristal rata-rata 7-10 nm), ketika didispersikan dalam air, gel tiksotropik terbentuk. Selama asetolisis, selulosa diubah menjadi selobiosa disakarida pereduksi (bentuk I) dan homolog oligomernya.

Penghancuran selulosa secara termal dimulai pada 150 °C dan menyebabkan pelepasan senyawa dengan berat molekul rendah (H2, CH4, CO, alkohol, senyawa karbonil, turunan karbonil, dll.) dan produk lainnya. struktur yang kompleks. Arah dan derajat dekomposisi ditentukan oleh jenis modifikasi struktur, derajat kristalinitas dan polimerisasi. Hasil salah satu produk degradasi utama, levoglucosan, bervariasi dari 60-63 (selulosa kapas) hingga 4-5% berat (serat viscose).

Proses pirolisis selulosa pandangan umum, menurut analisis termal, berlangsung sebagai berikut. Awalnya, penguapan fisik terjadi pada kisaran suhu yang luas dari 90 hingga 150 °C. air terikat. Dekomposisi aktif selulosa dengan penurunan berat dimulai pada 280 °C dan berakhir pada sekitar 370 °C. Laju kehilangan massa maksimum terjadi pada 330-335 °C (kurva D7T). Selama periode dekomposisi aktif, sekitar 60-65% massa sampel hilang. Penurunan berat lebih lanjut terjadi pada tingkat yang lebih rendah; sisanya pada suhu 500 °C adalah 15-20% dari sampel selulosa (kurva 7T). Dekomposisi aktif terjadi dengan penyerapan panas (kurva DHL). Proses endotermik menjadi eksotermik dengan pelepasan panas maksimum pada 365 °C, yaitu setelah hilangnya massa utama. Eksotermik dengan maksimum pada 365 °C berhubungan dengan reaksi sekunder - dengan penguraian produk primer. Jika analisis termal dilakukan dalam ruang hampa, yaitu evakuasi produk primer dipastikan, maka puncak eksotermik pada kurva DTA menghilang.

Menariknya, ketika selulosa dipanaskan dalam jangka waktu yang berbeda, proses kimia yang berbeda akan terjadi.

Ketika sampel disinari dengan cahaya dengan panjang gelombang< 200 нм протекает фотохимическая деструкция целлюлозы, в результате которой снижается степень полимеризации, увеличиваются полидисперсность, содержание карбонильных и карбоксильных групп.

Kuitansi

Secara industri, selulosa diperoleh dengan cara merebus serpihan kayu di pabrik pulp yang merupakan bagian dari kompleks industri (mills). Berdasarkan jenis reagen yang digunakan, metode pemasakan pulp berikut dibedakan:

  • Kecut:
    • Sulfit. Solusi memasaknya mengandung asam sulfat dan garamnya, misalnya natrium hidrosulfit. Metode ini digunakan untuk memperoleh selulosa dari jenis kayu dengan kadar resin rendah: cemara, cemara.
    • nitrat. Metodenya terdiri dari perlakuan selulosa kapas dengan HNO3 5-8% selama 1-3 jam pada suhu sekitar 100 °C dan tekanan atmosfer, dilanjutkan dengan pencucian dan ekstraksi pengenceran dengan larutan NaOH.
  • basa:
    • Natronny. Larutan natrium hidroksida digunakan. Metode soda dapat digunakan untuk memperoleh selulosa dari kayu keras dan tanaman tahunan. Keuntungan metode ini- tidak adanya bau tidak sedap dari senyawa belerang, kerugian - biaya tinggi selulosa yang dihasilkan. Metode ini praktis tidak digunakan.
    • sulfat. Metode yang paling umum saat ini. Larutan yang mengandung natrium hidroksida dan natrium sulfida, yang disebut cairan putih, digunakan sebagai reagen. Metode ini mendapatkan namanya dari natrium sulfat, yang merupakan bahan baku sulfida untuk cairan putih yang diperoleh di pabrik pulp. Metode ini cocok untuk memproduksi selulosa dari semua jenis bahan tanaman. Kerugiannya adalah seleksi jumlah besar senyawa belerang berbau busuk: metil merkaptan, dimetil sulfida, dll. sebagai akibat dari reaksi yang merugikan.

Selulosa teknis yang diperoleh setelah pemasakan mengandung berbagai pengotor: lignin, hemiselulosa. Jika selulosa dimaksudkan untuk pemrosesan kimia (misalnya, untuk menghasilkan serat buatan), maka selulosa tersebut harus dimurnikan - diolah dengan larutan alkali dingin atau panas untuk menghilangkan hemiselulosa.

Untuk menghilangkan sisa lignin dan membuat pulp menjadi putih, pulp diputihkan. Pemutihan klorin tradisional pada abad ke-20 mencakup dua langkah:

  • pengobatan klorin - untuk menghancurkan makromolekul lignin;
  • perawatan alkali - untuk mengekstrak produk penghancuran lignin yang dihasilkan.

Sejak tahun 1970an, pemutihan ozon juga mulai dilakukan. Pada awal 1980-an, muncul informasi tentang pembentukan zat yang sangat berbahaya - dioksin - selama pemutihan klorin. Hal ini menyebabkan perlunya mengganti klorin dengan reagen lain. Saat ini, teknologi pemutihan dibagi menjadi:

  • ECF (Bebas unsur klorin)- tanpa menggunakan unsur klorin, menggantinya dengan klorin dioksida.
  • TCF (Total bebas klorin)- Pemutihan sepenuhnya bebas klorin. Oksigen, ozon, hidrogen peroksida, dll digunakan.

Aplikasi

Selulosa dan esternya digunakan untuk menghasilkan serat buatan (viscose, asetat, sutra tembaga-amoniak, bulu tiruan). Terdiri dari kapas sebagian besar dari selulosa (hingga 99,5%) digunakan untuk pembuatan kain.

Pulp kayu digunakan untuk memproduksi kertas, plastik, film dan film fotografi, pernis, bubuk tanpa asap, dll.

Berada di alam

Selulosa merupakan salah satu komponen utama dinding sel tumbuhan, meskipun kandungan polimer ini pada sel tumbuhan yang berbeda atau bahkan bagian dinding sel tunggal sangat bervariasi. Misalnya, dinding sel sel endosperma sereal hanya mengandung sekitar 2% selulosa, sedangkan serat kapas yang mengelilingi biji kapas mengandung lebih dari 90% selulosa. Dinding sel di daerah ujung sel memanjang yang ditandai dengan pertumbuhan polar (tabung serbuk sari, rambut akar) hampir tidak mengandung selulosa dan sebagian besar terdiri dari pektin, sedangkan bagian dasar sel ini mengandung selulosa dalam jumlah besar. Selain itu, kandungan selulosa di dinding sel berubah selama entogenesis; biasanya dinding sel sekunder mengandung lebih banyak selulosa daripada sel primer.

Organisasi dan fungsi pada dinding sel

Makromolekul selulosa individu akan mencakup 2 hingga 25 ribu residu D-glukosa. Selulosa di dinding sel disusun menjadi mikrofibril, yang merupakan kumpulan parakristalin dari beberapa makromolekul individu (sekitar 36) yang saling berhubungan oleh ikatan hidrogen dan gaya van der Waals. Makromolekul yang terletak pada bidang yang sama dan dihubungkan oleh ikatan hidrogen membentuk lembaran di dalam mikrofibril. Lembaran makromolekul juga dihubungkan satu sama lain melalui sejumlah besar ikatan hidrogen. Meskipun sendirian ikatan hidrogen cukup lemah, karena banyak terdapat mikrofibril selulosa yang memiliki kekuatan mekanik dan ketahanan yang tinggi terhadap kerja berbagai enzim. Makromolekul individu dalam mikrofibril dimulai dan diakhiri di tempat yang berbeda, sehingga panjang mikrofibril melebihi panjang makromolekul selulosa individu. Perlu dicatat bahwa makromolekul dalam mikrofibril berorientasi dengan cara yang sama, yaitu ujung pereduksi (berakhir dengan gugus OH anomer bebas pada atom C1) terletak di satu sisi. Model masa kini pengorganisasian mikrofibril selulosa menunjukkan bahwa dalam wilayah tengah ia memiliki struktur yang sangat terorganisir, dan ke arah pinggiran, susunan makromolekul menjadi lebih kacau.

Mikrofibril dihubungkan satu sama lain melalui ikatan silang glikan (hemiselulosa) dan, pada tingkat lebih rendah, oleh pektin. Mikrofibril selulosa, dihubungkan oleh glikan yang berikatan silang, membentuk jaringan tiga dimensi yang tertanam dalam matriks pektin seperti gel dan memberikan kekuatan dinding sel yang tinggi.

Pada dinding sel sekunder, mikrofibril dapat dihubungkan menjadi kumpulan yang disebut makrofibril. Organisasi ini semakin meningkatkan kekuatan dinding sel.

Biosintesis

Pembentukan makromolekul selulosa pada dinding sel tumbuhan tingkat tinggi dikatalisis oleh kompleks selulosa sintase membran multisubunit yang terletak di ujung mikrofibril yang memanjang. Kompleks penuh selulosa sintase terdiri dari subunit katalitik, pori dan kristalisasi. Subunit katalitik selulosa sintase dikodekan oleh keluarga multigen CesA (selulosa sintase A), yang merupakan bagian dari superfamili Csl (seperti selulosa sintase), yang juga mencakup gen CslA, CslF, CslH, dan CslC yang bertanggung jawab untuk sintesis selulosa sintase. polisakarida lainnya.

Saat mempelajari permukaan membran plasma sel tumbuhan menggunakan metode pembelahan beku, apa yang disebut mawar atau kompleks terminal dengan ukuran sekitar 30 nm dan terdiri dari 6 subunit dapat diamati pada dasar mikrofibril selulosa. Setiap subunit roset tersebut, pada gilirannya, merupakan superkompleks yang terbentuk dari 6 sintase selulosa. Jadi, sebagai hasil kerja roset tersebut, mikrofibril terbentuk, mengandung sekitar 36 makromolekul selulosa dalam satu penampang. Di beberapa alga, superkompleks sintesis selulosa disusun secara linier.

Menariknya, sitosterol glikosilasi berperan sebagai primer untuk inisiasi sintesis selulosa. Substrat langsung untuk sintesis selulosa adalah UDP-glukosa. Sukrosa sintase, terkait dengan selulosa sintase dan melaksanakan reaksi, bertanggung jawab untuk pembentukan UDP-glukosa:

Sukrosa + UDP UDP-glukosa + D-fruktosa

Selain itu, UDP-glukosa dapat dibentuk dari kumpulan heksosa fosfat sebagai hasil kerja UDP-glukosa pirofosforilase:

Glukosa-1-fosfat + UTP UDP-glukosa + PPi

Arah sintesis mikrofibril selulosa dipastikan karena pergerakan kompleks selulosa sintase sepanjang mikrotubulus yang berdekatan dengan di dalam ke plasmalemma. Di pabrik model, rimpang Tal, protein CSI1 ditemukan, yang bertanggung jawab untuk fiksasi dan pergerakan kompleks selulosa sintase di sepanjang mikrotubulus kortikal.

Mamalia (seperti kebanyakan hewan lainnya) tidak memiliki enzim yang dapat memecah selulosa. Namun, banyak herbivora (misalnya ruminansia) yang memilikinya saluran pencernaan bakteri simbion yang memecah dan membantu inang menyerap polisakarida ini.

Catatan

  1. 1 2 Glinka N.L. Kimia umum. - Edisi ke-22, Pdt. - Leningrad: Kimia, 1977. - 719 hal.
  2. Ignatyev, Igor; Charlie Van Doorslaer, Pascal G.N. Mertens, Koen Binnemans, Dirk. E.de Vos (2011). "Sintesis ester glukosa dari selulosa dalam cairan ionik". Holzforschung 66 (4): 417-425. DOI:10.1515/hf.2011.161.
  3. 1 2 SELULOSA.
  4. 1 2 Pirolisis selulosa.

Lihat juga

Wiktionary memiliki artikel "selulosa"
  • Daftar negara penghasil pulp
  • Proses sulfat
  • Selulosa asetat
  • Anselmus Paya
  • Airlaid (kain bukan tenunan yang terbuat dari selulosa)

Tautan

  • artikel “Selulosa” (Ensiklopedia Kimia)
  • (Bahasa Inggris) Halaman selulosa LSBU
  • (Bahasa Indonesia) Deskripsi yang jelas tentang metode pengujian selulosa di unit Cotton Fiber Biosciences USDA.
  • (Bahasa Inggris) Produksi Etanol Selulosa - Pabrik komersial pertama

Selulosa mikrokristalin dalam teknologi obat

selulosa, selulosa dalam produk, Wikipedia selulosa, bahan selulosa, selulosa ru, selulosa Tianshi, formula selulosa, selulosa kapas, selulosa kayu putih, selulosa itu

Informasi Pulp Tentang