POLIMERY POCHODZENIA NATURALNEGO.
Polimery to związki o budowie łańcuchowej, których cząsteczki zbudowane
są z połączonych ze sobą, powtarzających się elementów. Najmniejszy,
powtarzający się element budowy łańcucha polimeru nazywamy merem.
Łańcuchy polimerów mogą być zbudowane z identycznych lub też różnych
merów.
Polimery otrzymuje się w reakcjach łączenia się ze sobą pojedynczych
cząsteczek prostych związków, nazywanych monomerami, w długie łańcuchy.
Reakcje te
dzielą się na dwie podstawowe grupy: reakcje polimeryzacji i reakcje
polikondensacji. Polimeryzacją nazywamy proces łączenia się cząsteczek
monomerów w łańcuch, któremu nie towarzyszy powstawanie żadnych
produktów ubocznych. Polikondensacja charakteryzuje się powstawaniem w
niej prostych produktów ubocznych-najczęściej wody.
Właściwości chemiczne polimerów zależą od budowy chemicznej merów
wchodzących w ich skład i rodzaju łączących je wiązań. Cechą wspólną
wszystkich polimerów o budowie łańcuchowej jest zdolność do rozpadu na
prostsze fragmenty aż do cząsteczek monomerów włącznie i nosi nazwę
depolimeryzacji. Depolimeryzacja zachodzi pod wpływem wysokiej
temperatury, światła, promieniowania jonizującego lub substancji
chemicznych inicjujących rozkład łańcucha.
Jednym z najważniejszych polimerów naturalnych stosowanych przez
człowieka od kilkuset lat jest kauczuk.
Kauczuk naturalny (C
5
H
8
)n otrzymuje się głównie z soku mlecznego, czyli
mleczka drzew tropikalnych ( przede wszystkim Hevea brasiliensis )
rosnących dziko lub na plantacjach w Brazylii. W miarę wzrastającego
zapotrzebowania na kauczuk ogromne plantacje roślin kauczukodajnych
założono również w Indiach, na Cejlonie i na Archipelagu Malajskim.
Mleczko, zwane ogólnie lateksem, spływa z nacięć na korze Hevei do
specjalnych płaskich naczyń.
Lateks , koloidowy roztwór kauczuku , poddaje się koagulacji za pomocą
dymu płonącego drewna albo lepiej za pomocą kwasu octowego .
Skoagulowany kauczuk oddziela się od wodnistej cieczy i poddaje
odpowiedniej obróbce. Kauczuk surowy stanowi bezpostaciową stałą masę.
Nie rozpuszcza się w wodzie i jest względem niej nieprzesiąkliwy.
Dwusiarczek węgla CS
2
i rozpuszczalniki organiczne takie jak benzyna,
benzen, rozpuszczają go, powodując początkowo silne jego
spęcznienie. Cząsteczki kauczuku są olbrzymie i dlatego jego roztwory są
koloidowe. Rozciągliwość i elastyczność kauczuku naturalnego są ograniczone
i zależne od temperatury. Podczas ogrzewania kauczuk staje się lepki, a
oziębiony do niskich temperatur kruszeje. Z czasem kruszeje także wskutek
powolnego utleniania powietrzem. Wobec takich właściwości zastosowanie
surowego kauczuku było niewielkie.
Okazało się jednak, że kauczuk łatwo wiąże się z siarką, co znakomicie
polepsza jego właściwości techniczne i odporność chemiczną. Proces wiązania
siarki nazywamy wulkanizacją . Kauczuk zwulkanizowany nazywa się gumą .
Wulkanizację przeprowadza się zazwyczaj na gorąco w temperaturze
135-180
°
C z dodatkiem 2-3% siarki. Możliwa jest również wulkanizacja na
zimno, zwłaszcza przy produkcji drobnych wyrobów gumowych np. rurek,
oraz przy gumowaniu tkanin. Wtedy
do wulkanizacji zamiast siarki stosuje się jej rozcieńczone roztwory w
dwusiarczku węgla.
Guma jest twardsza od kauczuku, wykazuje większą elastyczność i
sprężystość, zachowując te właściwości w szerszym przedziale temperatur niż
kauczuk. Lepiej
niż kauczuk wytrzymuje działanie powietrza i rozpuszczalników, nie
przepuszcza wody ani powietrza i odznacza się dużą odpornością na ścieranie.
Na specjalną uwagę zasługują doskonałe właściwości gumy, dzięki czemu
może być wykorzystywana jako izolator ciepła i elektryczności.
Przebieg wulkanizacji oraz właściwości gumy zależą w znacznym stopniu od
procentowej zawartości w niej siarki i innych domieszek np. przeciwutleniaczy
i przyspieszaczy skracających czas wulkanizacji. Duża zawartość siarki
(32-40%) nadaje kauczukowi dużą twardość, a jednocześnie kruchość. Na
przykład ebonit, zawierający około 40% siarki, jako materiał dostatecznie
twardy, stosuje się do wyrobu skrzynek akumulatorowych, aparatów
medycznych itp.; w elektrotechnice
służy on jako dobry materiał izolacyjny. Guma czarna używana do wyrobu
opon samochodowych, rowerowych itp. zawiera do 50% sadzy. Do barwienia
gumy na kolor czerwony służy pięciosiarczek antymonu Sb5S5.
Roztwór kauczuku w mieszaninie toluenu i ksylenów stosuje się jako klej do
gumy i skóry.
Kauczuk naturalny jest poliizoprenem. Warto zwrócić uwagę, że wszystkie
wiązania podwójne w łańcuchu mają konfigurację cis. Stereoizomer kauczuku
naturalnego, w którym wiązania podwójne mają konfigurację trans jest także
znany i nosi nazwę gutaperki.
Polisacharydy, glikany, wielocukry, polimery liniowe lub rozgałęzione,
zbudowane z reszt monosacharydów i ich pochodnych, połączonych
wiązaniem glikozydowym, na ogół o bardzo dużych ciężarach
cząsteczkowych. W odróżnieniu od monosacharydów tworzą z wodą układy
koloidalne lub są w niej nierozpuszczalne, nie mają słodkiego smaku, nie
wykazują charakteru aldechydów. Polisacharydy syntetyzowane są za
pośrednictwem enzymów z klasy transferaz, a rozkładane przez hydrolazy
glikozydowe; są szeroko rozpowszechnione w organizmach żywych pełnią w
nich rozliczne funkcje. Ich typowymi przedstawicielami są celuloza i skrobia.
Celuloza, błonnik, polisacharyd (C
6
H
10
O
5
)n występujący powszechnie w
świecie roślinnym tworząc podstawowy zrąb ściany komórkowej , nadaje
tkankom roślinnym wytrzymałość mechaniczną i elastyczność. W komórce
występuje z innymi substancjami podporowymi, np. ligniną, pektyną,
hemicelulozą. Najwięcej celulozy zawierają włókna bawełny ok. 92-95%.
Drewno drzew iglastych zawiera ok. 50% celulozy, natomiast drewno drzew
liściastych zawiera jej znacznie mniej. Na skalę przemysłową otrzymuje się ją
z drewna; ma duże znaczenie jako surowiec w przemysłach: włókienniczym
(włókna bawełniane, lniane, konopne), papierniczym oraz w produkcji
lakierów, materiałów wybuchowych, nitrocelulozy, jedwabiu sztucznego,
tworzyw sztucznych (celuloidu).
Celulozę mogą trawić zwierzęta przerzuwające, ponieważ w ich przewodzie
pokarmowym znajdują się bakterie i pierwotniaki mające zdolność rozkładania
celulozy. Zwierzęta mięsożerne i człowiek nie trawią celulozy ponieważ nie
posiadają enzymów hydrolizujących wiązania
β−
glikozydowe.
Czysta celuloza jest białą substancją nierozpuszczalną w wodzie, w eterze, ani
w alkoholu, jest bardzo odporna wobec rozcieńczonych kwasów, ługów oraz
wobec słabych środków utleniających; zhydrolizować ją można wodnym
roztworem kwasu siarkowego VI (biorąc na jedną objętość wody 5 objętości
stężonego kwasu siarkowego).
Celulozę w przemyśle otrzymuje się rozmaitymi sposobami. Najbardziej
rozpowszechniony z nich jest proces siarczynowy. Podczas otrzymywania
celulozy tą metodą, drobne zrębki drzewne głównie jodłowe lub świerkowe
gotuje się pod ciśnieniem w olbrzymich kotłach czyli autoklawach z
roztworem wodoro-siarczynu wapniowego-Ca(HSO
3
)
2
. Drewno rozkłada się
częściowo przechodzi do roztworu a celuloza pozostaje w stanie stałym.
Po skończonym gotowaniu otwiera się zawór rury odlotowej, zawartość kotła
pod ciśnieniem przetłacza się do olbrzymiego betonowego zbiornika, którego
dno zrobione jest z cegieł dziurkowanych. W tym betonowym zbiorniku
celuloza oddziela się od cieczy i jest przemywana wodą. Następnie odciska się
ją w prasasach, suszy i kieruje do dalszej przeróbki przemysłowej, np. do
papierni lub fabryki sztucznych włókien.
Pozostały roztwór tzw. ług siarczynowy, zawiera znaczne ilości substancji
węglowodanowych, które można wyzyskać do produkcji spirytusu na drodze
fermentacyjnej.
Hydroliza celulozy. Celuloza pod wpływem roztworów kwasów ulega
hydrolizie, przy czym ostatecznym produktem tego procesu jest D-glikoza.
(C
6
H
10
O
5
)n + nH
2
O -------> nC
6
H
12
O
6
H
+
Powyższy wzór wyraża tylko ostateczny wynik hydrolizy celulozy, należy
jednak pamiętać, że proces ten zachodzi stopniowo dając w wyniku substancje
coraz prostsze, a ostatecznie glikozę. Podczas krótkotrwałego działania na
celulozę stężonego kwasu siarkowego celuloza przekształca się w
tzw.amyloid, który błękitnieje pod wpływem jodu. Reakcja ta służy często do
wykrywania celulozy.
Powstawanie amyloidu wyzyskuje się w technice do fabrykacji papieru
pergaminowego: papier nie klejony zanurza się na kilka sekund do 80% kwasu
siarkowego, a następnie płucze się wodą i roztworem amoniaku; na
powierzchni papieru powstaje warstwa amyloidu, dzięki czemu papier staje się
nie przepuszczalny względem wody i przypomina pergamin.
Hydroliza celulozy za pomocą bezwodnika octowego w obecności stężonego
H
2
SO
4
prowadzi do dwusacharydu celobiozy. Na tej podstawie przyjmujemy,
że
celuloza zbudowana jest z cegiełek celobiozowych.
Celobioza, C
12
H
22
O
11
, dwucukier zbudowany z 2 reszt glukozy powiązanych
wiązaniem
β
-1,4; jednostka strukturalna celulozy i produkt jej hydrolizy.
Przy dłuższym działaniu na celulozę kwasami mineralnymi (solnym,
siarkowym) przekształca się ona w hydrocelulozę. Ta ostatnia substancja jest
krucha, łatwo rozcieralna na proszek, redukuje odczynnik Fehlinga, częściowo
http://notatek.pl/polimery-pochodzenia-naturalnego?notatka