Estryfikacja drewna

1. Estryfikacja drewna Charakterystyczną cechą jest zachowanie wyglądu wyjściowego drewna,przy jednoczesnym zwiększeniu wodoodporności (podstawienie hydrofilowych grup -OH)drewna przy użyciu różnych czynników acylujących. PRZYKŁAD.Estryfikacja rozdrobnionego drewna sosnowego i bukowego bezwodnikiem kwasu ftalowego. Celem badań było porównanie reaktywnościbezwodnika kwasu ftalowegz rozdrobnionym drewnemiglastym Pinus sylvestris L. i liściastym Fagus sylvatica L. Poprzez wydłużanie czasu prowadzenia reakcji(2 – 8 godz.) otrzymano produkty o różnymstopniumodyfikacji.Stwierdzono,że bezwodnik kwasuftalowego wykazuje większą reaktywność zdrewnem bukowym niż z drewnem sosnowym. O coraz większej liczbie podstawianych gruphydroksylowychw drewnie świadczy zwiększająca się wraz z wydłużaniem czasu prowadzenia modyfikacjiintensywność pasma absorpcji w zakresie 1740-1710 cm-1. Drewno obu gatunkówcharakteryzuje się mniejszą termostabilnością w porównaniu z drewnem naturalnym.

2. Chemiczna budowa celulozy Celuloza jest głównym składnikiem drewna i włókien roślinnych. Z produktów naturalnych najwięcej celulozy zawiera bawełna ok. 92%, drewno ok. 45%, słoma ok. 40%. Celuloza(C6H10O5 ) n ma budowę wielkocząsteczkową ,jest polimerem reszt -D-glukopiranozy połączonych między sobą wiązaniami 1,4- -glikozydowymi

3.  Chemiczna budowa celulozy Podstawową jednostką chemiczną z której zbudowana jest celuloza jest celobioza. Produktem jej hydrolizy jest -D-glukopiranoza

4. Siły oddziaływań międzycząsteczkowych dla związków o budowie kowalencyjnej Oddziaływanie typu dipol-dipol.Cząsteczki polarne oddziałują na siebie znacznie silniej niż niepolarne Wiązanie wodorowe. Forma asocjacji pomiędzy atomem silnie elektroujemnym i atomem wodoru związanym kowalencyjnie z innym atomem elektroujemnym. Atomy elektroujemne gł. F, O, N. Siły van der Waalsa. Wskutek ruchu elektronów w obszarze jąder atomowych nawet wówczas, gdy =0 symetria rozkładu ładunku może być zakłócona przez tworzenie tzw. chwilowych dipoli. Taki dipol chwilowy może indukować dipol w przeciwnej orientacji w cząsteczce sąsiedniej.

5. Wiązanie wodorowe cząsteczek celulozy W celulozie występują wiązania międzycząsteczkowe,zwane wiązaniami wodorowymi, związane to jest z obecnością grup hydroksylowych w cząsteczce.. Wiązania wodorowe maja dla celulozy duże znaczenie,wpływają na jej właściwości. takie jak:pęcznienie,rozpuszczalność,higroskopijność,zdolność do reakcji chemicznej. Rozpuszczenie celulozy wymaga oddziaływania cząsteczek rozpuszczalnika z grupami hydroksylowymi celulozy, w wyniku których następuje zerwanie wiązań wodorowych. Szczególnie istotne jest pękanie wiązań międzycząsteczkowych (intermolekularnych), łączących łańcuchy celulozy.

6. Wiązanie wodorowe cząsteczek celulozy Pod wpływem różnych rozpuszczalników następuje pęcznienie celulozy,spowodowane to jest wniknięciem cząsteczek rozpuszczalnika między makrocząsteczki celulozy.

7. Model budowy celulozy Według Meyera i Marka,(teoria micelarna)-łańcuchy celulozy są ułożone równolegle do siebie,tworząc obszary krystaliczne tzw.micele, silnie związane wzdłuż osi włókna. a – siły wiązań chemicznych, b – siły asocjacji, c – siły międzymicelarne Teoria micelarna posiadała wady np: nie tłumaczyła zjawiska pęcznienia celulozy.

8. Model budowy celulozy Stąd próby modyfikacji.obecnie przypisuje się celulozie budowę krystaliczno-bezpostaciową,według tej teorii włókno jest układem dwufazowym,składającym się z obszarów krystalicznych i bezpostaciowych. Obszary zorientowane – krystaliczne: zgrupowania celulozy, w których panuje doskonały porządek w trzech przestrzennych kierunkach. Obszary bezpostaciowe odznaczają się mniej doskonałym porządkiem w ułożeniu cząsteczek, przebiegają w większych odległościach od siebie, nie występują tutaj w z takim natężeniem siły van der Waalsa oraz wiązania wodorowe.

9. Odmiany krystaliczne celulozy Badania, rentgenograficzne wykazały;że celuloza ma budowę mikrokrystaliczną(ok.65%)a elementy cząsteczki celulozy są we włóknie ułożone w sposób uporządkowany.Znanych jest kilka odmian krystalograficznych celulozy.Są one numerowane cyframi rzymskimi,a różnią się głównie rodzajem sieci krystalicznej,układem wiązań wodorowych oraz orientacją łańcuchów celulozy w sieci.Wyróżnia się dwa rodzaje orientacji łańcucha w sieci krystalicznej:orientację równoległą i antyrównoległą. Celuloza I-jest najczęściej spotykaną odmianą celulozy.W strukturze tej odmiany łańcuchy celulozy ułożone są w równoległych warstwach.Łańcuchy z każdych warstw są utrzymywane układem silnych wiązań wodorowych a za spójność sąsiednich warstw odpowiadają oddziaływania van der Waalsa.Budowa taka powoduje dużą wytrzymałość celulozy. Celuloza II-jest najstabilniejszą termodynamicznie odmianą celulozy.Różni się ona od celulozy I tym, że w strukturze sąsiednie łańcuchy celulozy mają przeciwną orientację.Celuloza II ma o wiele mniejszą wytrzymałość niż Celuloza I. Forma ta dominuje w większości włókien sztucznych np:włókien wiskozowych.Celulozę II otrzymuje się głównie z Celulozy I w procesie merceryzacji.

10. Odmiany krystaliczne celulozy Celuloza III-odmiana poliformiczna celulozyII uzyskana przez modyfikację celulozy amoniakiem. Celuloza IV-odmiana poliformiczna celulozy I uzyskana przez tzw.obróbkę hydrotermiczną tj.ogrzewanie w środowisku alkalicznym do260° lub w atmosferze inertnej helu w 280° Znajomość stopnia krystaliczności,a tym samym stosunków między układem krystalicznym a amorficznym ma wpływ na właściwości włókna. Większy stopień krystaliczny powoduje mniejszą higroskopijność stąd mniejsza zdolność do pęcznienia, mniejsza rozciągliwość. Większa gęstość,twardość, wytrzymałość.

11. Struktura włókna celulozy elementarna komórka krystaliczna celulozy I

12. 58° 90° 84° 62° 10,3 10,3 10,3 10,3 7,74 8,11 9,9 8,35 7,9 8,1 7,9 9,1 Celuloza III Celuloza IV Celuloza I Celuloza II Wymiary komórek krystalicznych celulozy

13. Wiskozymetr z automatycznym pomiarem czasu punkty pomiarowe

14. Oznaczanie stopnia polimeryzacji warunki analizy: temperatura 25°C wiskozymetr Ubelohde’a – Ic rozpuszczalnik CuEN (0,5M) stężenie celulozy w roztworze ~5g/dm3 obliczenie granicznej liczby lepkościowej:(równanie Martina) obliczenie stopnia polimeryzacji:(równanie Immerguta)