Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Апреля 2013 в 22:30, курсовая работа
Техническая древесная целлюлоза может использоваться для производства бумаги и картона и для химической переработки. Целлюлоза для бумаги должна иметь высокие показатели механической прочности, а для писчей и печатной бумаги - и высокую белизну. Целлюлоза, предназначенная для химической переработки, должна иметь высокую степень чистоты (содержать мало примесей), степень полимеризации в оптимальном интервале, обеспечивающем хорошую растворимость получаемых производных, и высокую степень однородности по степени полимеризации и по реакционной способности. Так же техническую целлюлозу для химической переработки используют для производства вискозного волокна.
Оглавление 2
1. Введение 3
2. Литературный обзор 4
2.1. Производство целлюлозы для химической переработки. 4
2.2. Сульфатная варка с предгидролизом. 4
2. 3. Отбелка сульфатной целлюлозы. 8
2.4. Превращения компонентов древесины в условиях сульфатной 10
варки. 10
2.4.1. Реакции лигнина при сульфатной варке. 10
2.4.2. Реакции полисахаридов при сульфатной варке. 11
Рис.2. Превращение углеводов при сульфатной варке 15
Рис.3. Щелочной гидролиз полисахаридов при сульфатной варке 17
2.4.3. Превращения экстрактивных веществ. 18
2.5. Нормативные документы (ГОСТы). 19
3. Методическая часть. 22
3.1. Исследование морфологической структуры целлюлозы. 22
3.1.1. Идентификация целлюлозных волокон из различных растительных тканей[3]. 22
3.1.2. Определение равномерности отбелки целлюлозы[3]. 23
3.1.3. Идентификация целлюлозных волокон, полученных разными методами варки (по ГОСТ 7500-65)[3]. 23
3.2. Химический и физико-химический анализы. 24
3.2.1. Определение влажности[3]. 24
3.2.2. Определение степени набухания. 25
3.2.3. Определение массовой доли альфа-целлюлозы [3]. 25
3.2.4. Определение карбоксильных групп с гидрокарбонатом натрия по Вильсон [3]. 26
3.2.5. Определение средней степени полимеризации целлюлозы по вязкости ее медно-аммиачного раствора. 28
3.2.6. Определение редуцирующей способности по медному числу. 30
4. Экспериментальная часть 32
4.1. Анализ морфологической структуры целлюлозных волокон 32
4.1.1. Определение породного состава древесины. 32
4.1.2. Определение равномерности отбелки исследуемой целлюлозы. 32
4.1.3 Определение метода варки. 32
4.2. Анализ химических и физико-химических свойств исследуемой 33
целлюлозы. 33
4.2.1. Определение влажности (коэффициента сухости). 33
4.2.2. Определение степени набухания. 33
4.2.3. Определение массовой доли альфа-целлюлозы в % к абсолютно сухой целлюлозе. 33
4.2.4. Определение средней степени полимеризации. 34
4.2.5. Определение редуцирующей способности целлюлозы по медному 34
числу. 34
4.2.6. Определение карбоксильных групп по Вильсон. 34
5.Выводы 36
6. Список литературы. 37
C=O
|
HO—C—H
|
H—C—OR
|
H—C—OH
|
CH2OH
II
CH2OH
|
H—C—OH
|
C=O
|
H—C—OR
- CHO
CH2OR
|
|
H—C—OH CH2OH
|
CH2OH
VIII
Б) CH2OH
CH2OH
|
C=O
|
C—OH
CHOH
║
CH
|
H—C—OH
H—C—OH
H—C—OH
H—C—OH
| | | | ║ |
CH2OH
CH2OH
III
Стабилизировать полисахариды по отношению к пилингу можно окислением концевого редуцирующего звена, например, добавкой антрахинона, либо его восстановлением борогидридом натрия или другими восстановителями. Окисление редуцирующего звена происходит в случае полисульфидной и кислородно-щелочной варок. На скорость пилинга оказывают влияние состав и доступность полисахаридов для щёлочи, концентрация щёлочи и температура. Ксилопропановые звенья отщепляются легче глюкопиранозных, а маннопиранозные – труднее. Процесс пилинга становится заметным уже при температуре 80…100 0С.
При температурах выше 1500С может происходить и статистическая деструкция (деградация) полисахаридных цепей в результате щелочного гидролиза. Предлагаемый механизм, включающий ионизацию наиболее кислого гидроксила у С(2) и образование промежуточного 1,2-ангидросахара, приведён на схеме (Рис. 3). Кроме того, возможен щелочной гидролиз по механизму нуклеофильного замещения SN1. На скорость этого процесса влияют температура, концентрация щёлочи и химический состав полисахаридов. В отличие от кислотно-катализируемого гидролиза в данном случае наименее устойчива a-гликозидная связь между звеном глюкоуроновой кислоты и цепью ксилана и сравнительно устойчива a-гликозидная связь между галактопиранозным звеном и цепью глюкоманнана. В главных цепях b-гликозидные связи между маннопиранозными звеньями более устойчивы, чем связи между глюкопиранозными звеньями. Последние в свою очередь более устойчивы, чем связи между ксилопиранозными звеньями. Скорость щелочного гидролиза целлюлозы при температуре 150…190 0С очень мала (в 107 раз меньше скорости пилинга), на при этом образуются новые концевые редуцирующие звенья, что способствует пилингу.
Однако молекулярно-массовые характеристики технических целлюлоз, получаемых при щелочной делигнификации, свидетельствует о существенном развитии процессов статистической деструкции (деградации) полисахаридов, сопровождающейся значительным снижением СП, что не может быть объяснено только щелочным гидролизом их макромолекул. Значительную роль при этом отводят окислительной деструкции. Как известно, капиллярно-пористый материал древесины содержит определённое количество кислорода воздуха, который, взаимодействуя в щелочной среде с компонентами древесины, образует такие активные формы, как супероксид-анион-радикал О2 и гидроксид-радикал ОН. Кислород и, в особенности, его активные формы окисляют полисахариды. Окисление спиртовых групп полисахаридов до карбонильных в щелочной среде приводит к статистической деструкции гликозидных связей по механизму реакции b-элиминирования (Рис.4). Следовательно, одной из причин повышения выхода целлюлозы при использовании антрахинона и его аналогов в щелочных варках может так же являться подавление их восстановленными формами окислительной деструкции полисахаридов.
Рис.4. Деструкция гликозидных связей
Массовая доля экстрактивных веществ в древесине обычно невелика. Однако, концентрируясь в отдельных тканях древесины и являясь чрезвычайно разнообразными по химическому составу, они влияют не только на свойства древесины, но и на процессы её переработки, а в ряде случаев определяют и качество получаемых продуктов (Например, целлюлозы для химической переработки). Экстрактивные вещества – ценные химические продукты, состав которых при обработке древесины различными реагентами при повышенных температурах существенно изменяется. Утилизация таких продуктов повышает рентабельность производства и снижает вредное воздействие на окружающую среду, оказываемое некоторыми из этих веществ при их попадании в промышленные выбросы.
У ряда древесных пород часть экстрактивных веществ имеет окраску, что затрудняет отбелку целлюлозы. Некоторые компоненты экстрактивных веществ легко окисляются, что приводит к нестабильности белизны. Наличие липофильных экстрактивных веществ сильно влияет на смачиваемость и может привести к «самопроклейке» бумаги.
Химические реакции
и глубина превращений
Монотерпены сравнительно устойчивы при сульфатной варке. При конденсации сдувочных паров получают сульфатный скипидар, по составу близкий к живичному, но загрязнённый дурнопахнющими сернистыми соединениями и требующий очистки.
При сульфатной варке в результате взаимодействия смоляных и жирных кислот, жиров и восков с гидроксидом натрия образуется сульфатное мыло. Жиры и воски в щелочной среде омыляются с образованием натриевых солей жирных кислот. Поверхностно-активные свойства мыла способствуют эмульгированию части неомыляемых липофильных компонентов экстрактивных веществ.
В настоящее время сульфатная варка превалирует над другими методами химической переработки древесины, и следует отметить, что производство талловых продуктов на основе экстрактивных веществ вносит существенный вклад в прибыль предприятий. Кроме того, в связи с ростом доли древесины лиственных пород повысился интерес и к выделению из чёрных щелоков нейтральных веществ (стерины, тритерпеноиды, полипренолы и др.).
ЦЕЛЛЮЛОЗА СУЛЬФАТНАЯ БЕЛЁНАЯ ИЗ ЛИСТВЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ (ОСИНОВАЯ)
ГОСТ 14940-75
Наименование показателей |
Нормы для марок |
Методы испытаний | |
ОБ-0 |
ОБ-1 | ||
Разрывная длина м. Сопротивление раздиранию, сН (гс) |
5900
29(30) |
6800
39(40) |
По ГОСТ 13525.1-79
По ГОСТ 13525.3-78
|
2. Белизна, %, не менее |
86 |
84 |
По ГОСТ 7690-76 |
3. Массовая доля альфа-целлюлозы, %, не менее |
82 |
− |
По ГОСТ 6841-78 |
4. Массовая доля смол и жиров по дихлорэтану, %, не более |
0,4 |
− |
По ГОСТ 6841-77 |
5. Массовая доля золы, %, не более |
0,35 |
− |
По ГОСТ 18461-73 |
6. Число вкраплений меди и железа, не более |
36 |
− |
По ГОСТ 18634-73 |
7. рН водной вытяжки |
5,5-7,0 |
5,5-7,0 |
По ГОСТ 12523-77 |
8. Сорность- число соринок на 1м2: площадью свыше 0,1 до 1,00мм2 включительно, не более площадью свыше1,00-2,00мм2, не более |
20
Не допускается |
40
3 |
По ГОСТ 14363-70 |
9. Влажность при поставке, %, не более Влажность расчетная |
25
12 |
25
12 |
По ГОСТ 16932-71 |