Д.т.н.
Каримкулов К.М., акад. АН РУз
Аскаров М.А.
Государственное унитарное предприятия «Фан ва тараккиёт» ТашГТУ
Высший военный таможенный институт ГТК Республики
Узбекистан
Состав и физико-химические
свойства хлопковой целлюлозы
Целлюлоза является основным важным и ежегодно
возобновляемым химическим ресурсом для всех видов растительного мира, в том числе и для хлопка, кенафа, рами,
ученые многих стран заслуженно и в течение длительного периода изучают процесс
биосинтеза целлюлозы и установления ее физико-химических свойств в зависимости от места произрастания. Отметим, что исследования
комплекса химических, физических, механических и других свойств целлюлозы
продолжаются с возрастающим интересом
и в настоящее время.
Участки
макромолекул целлюлозы могут быть изображены схемами:
Если
говорить о химических превращениях
целлюлозы, то, рассматривая комплекс вопросов, связанных с наличием в макромолекуле целлюлозы трех гидроксильных
групп в элементарном звене (одна
первичная, две–вторичные), легко можно объяснить как химические, так и
физико-механические свойства получаемых производных целлюлозы [1-2].
Целлюлозные волокна в природе крепко защищены другим
природным полимером - лигнином, а также жировосковыми веществами, которые и
способствуют устойчивости целлюлозных волокон многим химическим воздействиям. Для повышения реакционной активности как
целлюлозы, так и волокон на ее основе, обычно требуется предварительная обработка. Так, хлопковая целлюлоза в процессе мерсеризации
подвергается обработке 17,5% -ным раствором едкого натрия. С другой стороны,
нужно указать, что имеющиеся в целлюлозе три гидроксильные группы,
расположенные вдоль макромолекулы, образуют интенсивные водородные связи с соседними макромолекулами
за счет остаточной валентности кислорода гидроксильной группы. Они возникают,
за счет физического взаимодействия и обуславливают высокую механическую прочность, химическую стойкость, низкую
теплопроводность и другие весьма важные эксплуатационные показатели целлюлозных
волокон.
На процесс биосинтеза и качество получаемой целлюлозы
хлопка решающее влияние оказывают климатические условия и режим светопогоды
хлопкового поля. В конечном итоге это
отражается на микро- и макроструктуре хлопкового волокна, в том числе простых,
сложных, смешанных целлюлозных волокон. В связи с этим их товарные показатели будут иными.
Исходя из таких соображений, считаем немаловажным возвращаться время от времени
к определению кодовых показателей таких ежегодно возобновляемых товаров, как хлопковые волокна [3-4].
Рассмотрим
результаты действия указанных
факторов на свойства и физико-механические показатели хлопковых волокон. Так,
например, хлопок-сырец после сбора
довольно длительное время подсушивается
на открытом воздухе, подвергаясь
воздействию деструктивных факторов солнечной энергии, ультрафиолетовых лучей, а
в бунтах хранения - разрушительному влиянию микроорганизмов. В результате
установленные ранее их товарные показатели существенно изменяются. Это относится ко всей продукции: вате, линту,
делинту и другим целлюлозосодержащим материалам. Другой важный блок разрушающих факторов имеет место при
первичных химических операциях, таких, как удаление лигнина и жировосковых
веществ с помощью слабых растворов
щелочи, так и при мерсеризации 17,5% едким натрием с целью повышения реакционной способности целлюлозы.
Таким способом достигается повышение содержания альфа- целлюлозы [5].
В результате вышеуказанных и других операций, наряду с
достижением положительных качественных изменений, необходимых для химической
переработки, непременно происходит уменьшение
степени полимеризации (СП) целлюлозы, её молекулярной массы, длины хлопкового
волокна, а также выхода технологической целлюлозы. Известно, что такие
показатели, как молекулярная масса,
длина и крепость волокна имеют
определяющее значение для определения товарных кодов.
При установлении товарных кодов для производных
целлюлозы, необходимо учитывать имевшие место глубокие химические, физические и
структурные изменения, происходящие в
них. Как известно, при характеристике свойств простых и сложных эфиров до
настоящего времени в качестве
основного показателя использовалась
степень замещения эфирных групп. При этом указывают количество гидроксильных групп, замещенных в 100 элементарных звеньях
целлюлозы. Однако не учитывалось
количественное соотношение
первичных и вторичных гидроксильных групп. Между тем, от природы замещающих звеньев
зависят товарные свойства производных целлюлозы. Так, например, этил-, бензил-, нитро- целлюлоза, в
зависимости от степени замещения, достаточно хорошо растворяются в таких обычных растворителях, как спирт, ацетон и другие. Натриевая же соль карбоксиметилцеллюлозы
растворима в воде.
Другой важный момент: сложные эфиры типа диацетата или
триацетата целлюлозы, а также ксантогенат целлюлозы в достаточной степени
сохраняют волокнообразующие свойства и являются весьма важным исходным сырьевым
ресурсом для получения волокон с уникальными свойствами. Известно, что при этерификации целлюлозы с уксусным
ангидридом, а также с сероуглеродом происходят изменения свойств хлопкового
волокна и значительные потери массы. Отсюда можно сказать, что применяемые в
настоящее время товарные коды для ацетатного и вискозного волокна не будут
соответствовать истинному положению вещей. Для них необходима разработка новых товарных кодов.
Вышеуказанные соображения, естественно, относятся
именно к сегодняшнему
периоду для импорта-экспорта всех типов волокнистых материалов. Но наука
неуклонно идет вперед, создавая все новые возможности прогресса в технике. К
примеру, можно отметить создание электропроводящих хлопковых волокон и тканей,
производимых, в частности, на основе нового направления химии целлюлозы, а
именно, ее привитых сополимеров. То же можно сказать о ионообменных сорбентах,
применяемых для обессоливания сложных и солоноватых почвенных и морских вод.
Появились даже образцы тканей и специальная одежда с лечебными и
антимикробными свойствами, а также негорючие материалы на основе
хлопковых волокон, модифицированных разными способами. Наконец, химически
привитые сополимеры целлюлозы в комбинации с полиакрилонитрилами могут служить основой для
создания неметаллических материалов с
намагничивающими свойствами.
Реакционная
способность исследуемых образцов определялась
в процессе деструкции и гидролиза. Устанавливались степень полимеризации (СП), йодное число, медное число, окисляемость
целлюлозы. Для ее производных определяли карбоксильные группы, эфиры, сложные и
органические эфиры целлюлозы. Полученные данные представлены в табл.
Нами также
была исследована реакция комплексообразования целлюлозы с двухлористой медью:
[C6H7O2(OH)3]n +
CuCl2 →
[C6H7O2(OH)3]n ∙∙∙CuCl2
∙∙∙ [C6H7O2(OH)3]n
Комплексные соединения были синтезированы смешиванием
целлюлозы и ряда известных акцепторов с помощью медно-аммиачного растворителя. Было установлено, что варьирование
концентрации растворителя [Сu-(NH3)4(OH)2] существенно не влияет на состав и на выход комплексов.
Строения полученных комплексов подтверждались данными
Таблица
Химические
составы из хлопкового волокна 5
сортов
|
Сорт |
Химический состав, мас. в % |
||||||
|
|
|
геми целлюлоза |
лигнин |
пентозан |
зольность, |
Коэффи-циента зрелости |
|
|
I. |
95 |
1,7 |
2,0 |
0,05 |
0,5 |
0,25 |
2,0 |
|
II. |
94,8 |
1,6 |
2,0 |
0,6 |
0,6 |
0,20 |
1,8 |
|
III. |
93,8 |
1,5 |
1,5 |
1,4 |
1,4 |
0,20 |
1,6 |
|
IY. |
92,9 |
1,4 |
1,2 |
2,2 |
2,1 |
0,20 |
1,4 |
|
Y. |
90,9 |
1,2 |
1,0 |
3,2 |
3,5 |
0,20 |
1,2 |
- целлюлоза
-целлю-лоза
ИК-спектроскопии.
Содержание меди в комплексных соединениях целлюлозы определялось методом
атомно-адсорбционного анализа.
Полученные комплексные соединения могут в перспективе применяться в медицинских целях, особенно, в
фармакологии. В этой связи они
в настоящее время
подвергаются более глубокому
исследованию.
Литература
1. Chornation Stage
mixing practices / Pryke Douglas C. //
Toppi journal. - 1989. 72. - № 6. - C. 143 - 149.
2.
Cellulose Morphologies, Structure, Zugonglichket und Reactivate /. Location
WCO Headquarters- Brussels, Belgium. 26-27 Sept. 2006.
3.
Усманов Х.У., Никонович
Г.В. Надмолекулярная структура гидратцеллюлозных волокон. – Ташкент:
Фан, 1974. - 306 с.
4.
Усманов Х.У., Рахмонбердиев Г.,
Петропавловский Г.А. Новое
водорастворимое волокно на основе ацетилцеллюлозы // Препринты Межд:
симпозиума по химическим волокнам. -
Калинин, 1974. - С. 147.
5.
Назаров
Н.Н. Наука и хлопок. – Ташкент:
Узбекистан, 1977. - 276 с.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРОВ
Ф.И.О. докладчиков и участников:
Аскаров Мирходжи
Аскарович, акад.АН РУз;
Каримкулов Курбонкул Мавланкулович, д.т.н.
Тема доклада:
1. Состав
и физико-химические свойства хлопковой
целлюлозы
Форма доклада: стендовой
Контактный телефон –(99871)
- 227-56-26 раб. 286-09-89 дом.
Адрес: 100071, Республика Узбекистан, г.Ташкент, ул.
2-проезд Казырабат, 118. Высший военный таможенный институт