CELULOZA

Celuloza jest naturalnym polimerem zbudowanym z cząsteczek D-glukozy połączonych

wiązaniem ß-glikozydowym. Sposób połączenia jednostek przedstawiono na rysunku:

Masa cząsteczkowa materiałów celulozowych ma istotny wpływ na właściwości fizyczne

celulozy oraz produktów pochodnych i zależy od źródła pochodzenia i sposobów

przetwarzania materiału.

Przedstawione dane wskazują, że tak w procesach wydzielania, jak i na etapie produkcji

pochodnych następuje degradacja polimeru. Dlatego test lepkości, pozwalający na określenie

średniej masy cząsteczkowej, jest jednym z najważniejszych sposobów oceny surowca. Inny

sposób określania masy cząsteczkowej w przedziale 15 000 do 1 500 000 opiera się na

osmometrii.

Tabela 1. Przykładowe wartości mas cząsteczkowych celulozy i pochodnych celulozy

Materiał

Masa cząsteczkowa

Liczba jednostek cukru

Natywna celuloza

Ponad 600 000

Ponad 3 500

Bawełna

80 000 – 500 000

500 – 3 000

Drewno (pulpa)

80 000 – 210 000

600 – 1 300

Handlowa celuloza

30 000 – 80 000

200 – 600

Nitroceluloza

25 000 – 875 000

100 – 3 500

Octan celulozy

45 000

175 – 360

Jak już wspomniano, w trakcie operowania celulozą ulega ona degradacji (rozerwaniu wiązań

glikozydowych). Do najczęściej spotykanych czynników powodujących degradację należy

działanie kwasów, utleniaczy, ogrzewanie, działanie światła i tlenu z powietrza. Celuloza jako

produkt naturalny ulega degradacji pod wpływem niektórych mikroorganizmów. W wyniku

degradacji rośnie zawartość grup aldehydowych i tym samym zdolność do redukcji soli srebra

lub miedzi(II). Jak większość węglowodanów celuloza ma zdolność adsorpcji i desorpcji

wody. Zawartość wody w stanie równowagi zależy od wilgotności powietrza i temperatury.

Zawartość wody w celulozie ma znaczący wpływ na niektóre jej właściwości. I tak chemiczna

reaktywność grup wodorotlenowych w procesie estryfikacji jest znacznie niższa, gdy

całkowicie usunie się wodę. Właściwości mechaniczne włókien są znacznie lepsze, gdy

celuloza zawiera wodę.

Oznaczanie celulozy

Cukry, w tym i celulozę oznacza się przez utlenienie dwuchromianem w wodnym roztworze

kwasu siarkowego. Nadmiar dwuchromianu miareczkuje się siarczanem amonowo-

żelazawym.

Odczynniki

-

Dwuchromian potasu,

-

Kwas stężony siarkowy,

-

Fe(NH

4

)

2

(SO

4

)

2

x6H

2

O,

-

Kolba stożkowa 400 cm

3

,

-

Mieszadło magnetyczne,

-

Szkiełko zegarkowe,

-

Pipeta 25 cm

3

,

-

Cylinder miarowy,

-

Biureta

Roztwory do analizy

Dwuchromian potasu (0,5 N): - Dwuchromian potasu, cz.d.a. suszyć przez 8 h w temperaturze

100-105 °C. Odważyć 24,515 g dwuchromianu, rozpuścić w wodzie (500 cm

3

), przenieść

ilościowo do kolby miarowej i dopełnić wodą do 1 dm

3

. Roztwór w razie potrzeby przesączyć

i przechowywać w butelce z ciemnego szkła.

Siarczan amonowo-żelazawy (0,1 N): - Umieścić 300 ml wody destylowanej w 1-litrowej

kolbie miarowej. Rozpuścić w niej 39.20 g siarczanu amonowo-żelazawego. Dodaj ostrożnie

25 ml 7N kwasu siarkowego, dopełnij wodą do 1 litra. Roztwór przechowywać w butelce z

ciemnego szkła.

Sposób postępowania

Do kolby stożkowej o obj. 300 ml wprowadzić próbkę (0,25 g) i zawieś ją w 25 ml wody

destylowanej. Dodaj 50 ml roztworu 0.5N dwuchromianu potasu i intensywnie zamieszaj.

Następnie dodaj ostrożnie 100 ml stężonego kwasu siarkowego, przykryj małym lejkiem i

podgrzewaj do zagotowania na płytce azbestowej nad palnikiem. Odstaw z palnika, pozostaw

na 15 minut w temperaturze pokojowej, schłodź pod wodą wodociągową i przenieś ilościowo

do kolbki miarowej o obj. 250 ml. Dopełnij wodą destylowaną do kreski. Pobierz 50 ml,

dodaj kilka kryształków żelazicyjanku potasu jako wskaźnika i miareczkuj 0.1N roztworem

siarczanu amonowo-żelazowego do niebieskiej niezanikającej barwy. Jednocześnie wykonaj

próbę ślepą bez próbki z celulozą. Procentową zawartość celulozy określ ze wzoru:

% celulozy =

%

25

20

)

(

85

,

6

W

N

V

V

s

⋅

⋅

⋅

−

⋅

Gdzie: V – objętość siarczanu zużyta na miareczkowanie próby właściwej,

V

r

– objętość siarczanu zużyta na miareczkowanie próby ślepej,

N – normalność roztworu siarczanu amonowo-żelazowego (0,1 N)

W – masa próbki w g.

Oznaczanie zawartości alfa-celulozy

Celuloza, która jest poli-(1,4)-ß-D-glukopiranozą, zwykle zawiera pewne ilości

monosacharydów, ligninę, sole metali. Nawet po starannym oczyszczeniu nie jest ona

indywiduum chemicznym, lecz mieszaniną homopolimerów różniących się stopniem

polimeryzacji (DP). Zależy on od wielu czynników, takich jak pochodzenie materiału, sposób

wydzielania, sposób oczyszczania. Ponieważ nie można precyzyjnie określić rozkładu mas

cząsteczkowych składników celulozy, przyjęto podział cukru na frakcje uwzględniając

rozpuszczalność w roztworach wodnych zasad. I tak materiał, który po traktowaniu 17,5%

roztworem wodorotlenku sodu pozostaje nierozpuszczalny, nosi nazwę alfa-celulozy.

Materiał, który jest rozpuszczalny w alkaliach, lecz wytrąca się po zakwaszeniu, nosi nazwę

beta-celulozy. Jest to zwykle mieszanina polimerów mających DP około 200, tworzących się

w wyniku degradacji celulozy w czasie operacji izolacji i oczyszczania.

Odczynniki i aparatura

 celuloza

 17,5% r-r wodorotlenku sodu

 10% r-r kwasu octowego

 alkohol metylowy



kolba ssawkowa 300 cm

3

 lejek ze spiekiem

 naczyńko wagowe

 łopatka



cylinder miarowy 50 cm

3

Wykonanie oznaczenia:

W kolbie stożkowej umieścić celulozę (3 g), dodać r-r wodorotlenku sodu (35 cm

3

) i

pozostawić na 10 min., delikatnie mieszając zawartość kolby do uzyskania zawiesiny.

Następnie dodać porcjami wodorotlenek sodu (4 x 10 cm

3

) mieszając zawartość kolby

mieszadłem magnetycznym w ciągu 30 minut. Następnie dodać wodę (75 cm

3

) i uzyskaną

zawiesinę przesączyć na lejku szklanym ze spiekiem lub na lejku Buchnera. Osad przemyć

750 cm

3

wody. Następnie osad na lejku zadać 40 cm

3

roztworu kwasu octowego, pozostawić

na 10 minut, po czym odfiltrować kwas pod próżnią i przemyć osad 200 cm3 wody.

Uzyskany osad przemyć trzema porcjami metanolu (3 x 30 cm3), odfiltrowując każdorazowo

alkohol po 5 min. Na koniec przenieść osad ilościowo do naczyńka wagowego i suszyć do

stałej wagi (około 1 h) w suszarce w temperaturze 100-105°C. Określić masę osadu.

Zawartość alfa-celulozy wyliczyć ze wzoru:

100

m

m

(%)

celuloza

alfa

p

o

=

−

gdzie: m

o

- masa osadu,

m

p

- masa próbki do analizy.