Действие растворов щелочей на целлюлозу

Щелочная целлюлоза

Обработка целлюлозных волокон концентрированными растворами щелочей – один из старейших промышленных процессов. В настоящее время обработка водными растворами гидроксида натрия применяется в текстильной промышленности, при облагораживании целлюлозы для химической переработки в целлюлозном производстве, а также как промежуточная стадия активации целлюлозы в производстве вискозных волокон и пленок и при получении простых эфиров целлюлозы.

Впервые обработку целлюлозы 16–18%-ми растворами NаОН изучал Мерсер в 1844 г. Волокна хлопковой целлюлозы при такой обработке при комнатной температуре укорачиваются на 15–25% и сильно набухают в поперечном направлении. Диаметр волокна увеличивается на 60–70%. После обработки при растяжении, отмывки щелочи, сушки в растянутом состоянии хлопчатобумажная ткань приобретает лучший блеск, повышенную прочность на разрыв и способность лучше окрашиваться красителями. В честь Мерсера процесс обработки хлопчатобумажных тканей и других целлюлозных материалов концентрированными растворами щелочей (12–18%-ми растворами NаОН) стали называть мерсеризацией. Целлюлозу, обработанную щелочью, называют щелочной целлюлозой (алкалицеллюлозой). Целлюлоза после отмывки щелочи водой называется мерсеризованной целлюлозой.

Исследования показали, что при действии концентрированных растворов щелочи на целлюлозу с ней происходит ряд изменений, которые можно разделить на три типа:

1) структурные;

2) физико-химические;

3) химические.

Структурные изменения приводят к изменению кристаллической решетки целлюлозы. После отмывки щелочи водой наблюдается образование кристаллической решетки гидратцеллюлозы (целлюлоза с кристаллической решеткой I переходит в целлюлозу с кристаллической решеткой II). Кроме того, изменяется степень кристалличности целлюлозы, а также возможны конформационные превращения глюкопиранозных звеньев.

Физико-химические процессы приводят к интенсивному набуханию волокна с частичным разрушением межмолекулярных водородных связей, а также частичному растворению низкомолекулярных фракций целлюлозы и примесей гемицеллюлоз.

Химические реакции приводят к образованию нового химического соединения – щелочной целлюлозы. Частично происходит деструкция целлюлозы, которой способствует окисление за счет кислорода воздуха, т.е. происходит окислительно-гидролитическая деструкция целлюлозы.

Щелочной целлюлозой называют продукт взаимодействия целлюлозы с растворами щелочей, в котором произошло изменение кристаллической структуры целлюлозы.

Теоретически взаимодействие щелочи с целлюлозой может протекать по двум схемам:

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + nNaOH → [C₆H₇O₂(OH)₂ONa]_n + nH₂O, (1)

щелочная целлюлоза

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + nNaOH → [C₆H₇O₂(OH)₂OH × NaOH]_n , (2)

щелочная целлюлоза

т.е. целлюлоза может образовывать соединение типа алкоголята (целлюлозата) (1) или соединение молекулярного типа (2).