Исследование морфологической структуры, физико-химических и химических характеристик беленой, сульфатной целлюлозы из древесины хвойной породы (стр. 6 из 8)
Н={(V*0,00254)/ M*Kсух }*100,
М- навеска целлюлозы, г
2.2.6 Определение карбоксильных групп
1 грамм абсолютно сухой целлюлозы помещают в колбу на 30 минут в 50 см3 0,1 моль/дм3 раствор соляной кислоты. Затем оксицеллюлозу вновь промывают для удаления кислоты дистиллированной водой, отжимают и взвешивают. В полученной оксицеллюлозе определяют содержание карбоксильных групп. Для определения карбоксильных групп оксицеллюлозу помещают в колбу и заливают 50 см3 раствора солей (0,02 моль/дм3NaHCO3 + 0,2 моль/дм3NaCl ). Колбу закрывают пробкой и встряхивают до получения однородной суспензии. Через час жидкость отфильтровывают на сухом стеклянном фильтре; 25 см3 фильтрата титруют 0,1 моль/дм3 HCl с индикатором метиловым красным до достижения переходной окраски (переход из желтого в малиновый). Раствор кипятят несколько минут для удаления СО2. быстро охлаждают и затем титруют до нового изменения окраски. Параллельно титруют таким же образом 25см3 раствора бикарбоната (смеси солей).
Содержание карбоксильных групп рассчитывают по формуле в ммоль/100 а.с.ц.
Х=(В-а-
)* 
а- расход 0,1 моль/дм3 HCl на титрование 25см3 фильтрата, см3
В- тоже на титрование 25 см3 бикарбоната,см3
У- содержание воды в навеске целлюлозы после обработки кислотой, г
д- навеска абсолютно сухой целлюлозы, г
3. Экспериментальная часть
Идентификация целлюлозных волокон из различных растительных тканей.
При микроскопическом анализе волокон используют гистохимический метод (см. 3.1), основанный на получении специфических окрасок древесных волокон. Используемый для этого реактив (хлор-цинк-иод) относится к такому типу, которые образуют с основным компонентом волокна (целлюлозой) окрашенные соединения, цвет которых зависит не от цвета реактива, а от свойства волокна.
В результате анализа было обнаружено, что волокна исследуемого образца целлюлозы окрасились в фиолетовый цвет, что является характерным признаком для определения технических целлюлоз. А отсюда следует, что исследуемый образец представлен технической целлюлозой.
Определение породного состава волокна.
При определении породного состава (см. 3.1) было обнаружено, что исследуемый образец относится к хвойной породе.
Определение равномерности отбелки целлюлозы.
Метод (см.3.1.1) основан на микроскопическом исследовании препаратов волокон беленой целлюлозы окрашенных 2% водным раствором малахитового зеленого, подкисленного несколькими каплями концентрированной уксусной кислоты, 1% водным раствором основного фуксина.
В ходе работы волокна целлюлозы окрасились в слабо-розовый цвет, что свидетельствует о равномерной отбелке.
Определение способа варки.
Гистохимические реакции (см. 3.1.2.) позволяют также идентифицировать волокнистые полуфабрикаты, изготовленные из древесины хвойных и лиственных пород различными методами варки (сульфатными или сульфитными). Это обусловлено тем, что в различных процессах варки химический состав волокон в результате частичной их делигнификации, а также некоторого удаление гемицеллюлоз и экстрактивных веществ, изменяется не одинаково. И в зависимости от подобранного реактива, окрашивается тот или другой компонент волокна. Становится возможным различать волокна по внешнему виду.
При анализе было определено, что целлюлоза была получена сульфатным способом варки, так как волокна образца окрасились в сине – сиреневый цвет.
Определение степени набухания.
Степень набухания – это показатель качества целлюлозы, характеризующий способность ее к набуханию, условно определяемый по приращению массы образцов целлюлозы в 17,5% растворе гидроксида натрия в %.
Набухание целлюлозных волокон имеет важное значение для повышения доступности макромолекул целлюлозы. Набухание – увеличение объема под действием растворителя.
Набухание целлюлозы бывает двух типов:
- межкристаллитное (в разбавленных растворах щелочей)
- внутрикристаллитное (в концентрированных с концентрацией выше 0%-12%)
Важную роль при набухании играет концентрация раствора гидроксида натрия. В очень концентрированных растворах степень набухания уменьшается. Концентрация раствора щелочи, при которой происходит максимальное набухание, зависит от характера целлюлозного материала и от температуры обработки.
Проводя методику (см. 3.2.1.) был определен ряд значений, исходя из этого определим степень набухания по формуле. Отношение массы набухшей целлюлозы к ее первоначальной массе дает массовую степень набухания, которая выражается в процентах.
Определение влажности древесины.
Древесина и выделенные из нее компоненты гигроскопочны и в воздушно сухом состоянии содержат определенное количество гигроскопической воды в равновесии с влажностью воздуха. В анализе древесины определяют влажность (относительную влажность) образца в отдельных параллельных пробах и рассчитываю по ней коэффициент сухости, показывающий относительное содержание в пробе древесины абсолютно сухого материала.
Метод высушивания наиболее простой, но при высушивании могут удаляться летучие вещества, что приводит к завышению значения влажности. Сушка может сопровождаться окислением компонентов древесины, в результате чего увеличивается ее масса в следствии присоединения кислорода.
По методике (см. 3.2.2.) определяем необходимые данные и значения коэффициента сухости и влагосодержание находим по формулам:
W=
М1- масса бюкса с навеской до высушивания, г
М2-масса бюкса с навеской после высушивания, г
М-масса пустого бюкса, г
Коэффициент сухости
Ксух=
W= 
W=
26.59-26.47/26.59-24.56*100= 5.91%Ксух=100-5,91/100=0,94
Отсюда можно сделать вывод, что в пробе массой 3 грамма абсолютно сухого материала 0,94 грамм.
Определение содержания альфа- целлюлозы.
Альфа- целлюлоза представляет собой фракцию высокомолекулярной целлюлозы со степенью полимеризации выше 200. однако она не является индивидуальным химическим соединением. В ее составе содержатся молекулы маннана и ксилана, и некоторая часть остаточного лигнина.
Метод (см.3.2.3.) основан на обработке целлюлозы 17,5% раствором гидроксида натрия и определении не растворившегося остатка после промывки 9,5 % раствором щелочи и высушивания.
По формуле находим значение альфа – целлюлозы по формуле:
Xa=
*100,д= М*Ксух,
д= 3*0,94=2,82г
Хa= 2,47/2,82*100= 87.59%
Определение средней степени полимеризации целлюлозы
Степень полимеризации- это число мономерных звеньев в макромолекуле полимера.
Все методы определения степени полимеризации можно разделить на химические и физико-химические. Наиболее простым методом определения является вискозиметрия. Вискозиметрический метод используется как для качественной характеристики технической целлюлозы (определение динамической вязкости растворов целлюлозы в определенных восстановителях), так и с целью определения средней степени полимеризации целлюлозы. Определяем среднюю СП, так как целлюлоза, подобно другим полимерам, полидисперсна, т.е. состоит из молекул различной длины, поэтому значение СП является средней величиной. В качестве растворителя используется медно-аммиачный реактив. Целлюлоза в медно-аммиачном растворе очень чувствительна к окислению кислородом воздуха и определяемые значения вязкости и СП является заниженным. Для предотвращения деструкции целлюлозы необходимо максимально сокращать время контакта раствора целлюлозы с воздухом и вводить в раствор восстановители.
Среднюю степень полимеризации рассчитываем по формуле:
СП=2000*hy/[ С*(1+0,29*hy)],
hy=3,2/2,4-1=0,333
СП=2000*0,333/1*(1+0,29*0,333)=600
Следовательно, в исследуемой целлюлозе 600 звеньев в одной макромолекуле.
Определение медного числа целлюлозы
Медное число – это масса меди в граммах, восстанавливаемая из двухвалентного состояния в одновалентное ста грамм абсолютно сухой технической целлюлозы в определенных стандартных условиях. Этот метод используется не только для определения числа альдегидных групп, но и для качественной характеристики длины цепей и ее изменения в результате окислительной и гидралитической деструкции.
Для определения медного числа пользуются щелочным раствором гидроксида меди и сегнетевой соли, с которым нагревают образец целлюлозы. Сегнетова соль не участвует в реакции окисления, она лишь поддерживает гидроксид меди, получаемый в результате взаимодействия сульфата меди со щелочью, в растворе, препятствуя его выпадению в осадок.
При получении технической целлюлозы из растительного сырья в процессах варки и отбелки увеличивается число концевых альдегидных групп и появляются неконцевые альдегидные, а также кетонные и карбоксильные группы. Это обусловлено гидролитической и окислительной деструкцией макромолекул целлюлозы и окислением спиртовых групп.
В технических и окислительных целлюлозах карбоксильные группы, вследствие их высокой катионообменной способности, находятся в виде солей, поэтому необходимым условием для проведения реакций катионного обмена является перевод их в свободную кислотную группу, так называемым обеззоливанием, обработкой целлюлозы разбавленной минеральной кислотой.