Взаимодействие целлюлозы со щелочами

При взаимодействии целлюлозы со щелочами происходят следующие физико-химические процессы:

  • 1) набухание и частичное растворение низкомолекулярных фракций целлюлозы;
  • 2) образование по крайней мере аддитивного соединения целлюлозы со щелочью, сопровождающееся изменением плотности упаковки полимерных цепей;
  • 3) частичная окислительная деструкция полимерных цепей, если реакция проводится в присутствии кислорода.

Соотношение скоростей и глубины завершенности этих процессов определяется химическим строением щелочи, ее концентрацией

306

Рис. 6.4. Зависимость количества щелочи и воды, связанных целлюлозой (Q), от концентрации щелочи в растворе С:
Рис. 6.4. Зависимость количества щелочи и воды, связанных целлюлозой (Q), от концентрации щелочи в растворе С:

1 - щелочь, сорбированная целлюлозой; 2 - вода, поглощенная целлюлозой; 3 - общее количество щелочи и воды

в воде, температурой, а также плотностью упаковки структурных элементов в препаратах целлюлозы.

Существенное теоретическое и практическое значение имеет реакция взаимодействия целлюлозы с растворами NaOH (мерсеризация), приводящая к образованию так называемой алкалицеллюлозы, или щелочной целлюлозы. Эта реакция экзотермична. Поглощение NaOH целлюлозой сопровождается одновременной сорбцией воды, как видно из рис. 6.4.

При обработке целлюлозы при 20°С 18-20%-м раствором NaOH получается продукт состава [С6Н10О5 · NaOH]n, что соответствует γ = 100. Взаимодействие целлюлозы с концентрированными водными растворами щелочей приводит преимущественно к образованию молекулярного соединения со щелочью. Возможно также и образование некоторого количества алкоголятов целлюлозы.

Процесс получения алкалицеллюлозы может быть описан следующей схемой:

6Н10O5]n + mnNaOH ↔ [С6Н7О2(ОН)3 · mNaOH]n [C6H7O2(OH)3-m(ONa)m]n + mnН2O.

Образование алкалицеллюлозы происходит при действии щелочи любой концентрации. Однако при обработке целлюлозы разбавленной щелочью реакция смещается влево. Понижение концентрации щелочи при заданной температуре мерсеризации приводит вначале к увеличению степени набухания целлюлозы, а затем к снижению ее. Понижение температуры, замедляя процесс образования алкалицеллюлозы, обусловливает вместе с тем увеличение степени набухания.

Аналогичная зависимость наблюдается при использовании других щелочей. По способности образовывать алкалицеллюлозу щелочи могут быть расположены в следующий ряд:

LiOH > NaOH > КОН > Rb(OH) > Cs(OH).

307

Изменение любого из параметров - температуры, концентрации щелочи, типа целлюлозного препарата и т.д. - приводит к изменению состава алкалицеллюлозы.

При мерсеризации наиболее низкомолекулярные фракции целлюлозы переходят в раствор, что используется при производстве вискозных волокон и пленок.

Вопрос. Для мерсеризации хлопковой целлюлозы был применен 20%(мас.) раствор NaOH при 15°С. Реакция продолжалась 3 ч. Какие условия обработки целлюлозного препарата необходимо изменить, чтобы сократить продолжительность процесса?

Ответ. Продолжительность процесса мерсеризации целлюлозы может быть сокращена повышением концентрации щелочи.

308



Купить BlueTooth гарнитуру

Яндекс цитирования Rambler's Top100
Tikva.Ru © 2006. All Rights Reserved