BUDOWA,

WŁAŚCIWOŚCI I

ZASTOSOWANIE

CELULOZY I JEJ

POCHODNYCH,

POLIGLIKOLI

ETYLENOWYCH

Julia Szczerbińska

Celuloza

 nierozgałęziony biopolimer, polisacharyd o cząsteczkach złożonych z kilkunastu do

kilkuset tysięcy jednostek glukozy połączonych β-1,4-wiązaniami glikozydowymi

 stanowi ok. połowę materiału budulcowego roślin
 w zależności od pochodzenia i obróbki surowca masa cząsteczkowa wynosi od

kilkuset do kilku milionów

 budowa włóknista  duża wytrzymałość mechaniczna ze względu na obszary z

uporządkowanymi włóknami

 dzięki wiązaniom wodorowym i dużemu stopniowi
polimeryzacji nie rozpuszcza się w cieczach organicznych
 pęcznieje w wodzie i rozcieńczonych roztworach alkaliów
 właściwości estrów celulozy zależą przede wszystkim
od jej gatunku  czystości, masy cząsteczkowej,
rodzaju podstawników, stopnia podstawienia

CELULOZA I

NITROCELULOZA

NITROCELULOZA

 produkty estryfikacji celuloza z kwasem azotowym
 stopień podstawienia gr OH określa się zawartością azotu
 produkty handlowe są mieszaniną związków o różnym stopniu

podstawienia, wyróżniamy 2 zasadnicze gatunki:

• Nitrocelulozę niskoazotową (11-12%azotanu) diazotan
rozpuszcza się w ketonach, estrach, kwasie octowym, metanolu
• Nitrocelulozę wysokoazotową (13-14%) triazotan
rozpuszcza się w acetonie i cykloheksanonie
 rozpuszczalność zależy od:
• stopnia estryfikacji
• średniej masy cząsteczkowej
• równomierności rozłożenia gr. Azotanowych

• Diazotan celulozy (piroksylina, bawełna kolodionowa)-

pierwsze tworzywo sztuczne znane pod nazwą celuloid
(plastyfikowany kamforą) służył m.in. do wyrobu błon
filmowych, nietłukących się szyb samochodowych,
zabawek, drobnej galanterii; obecnie nie ma zastosowania,
ponieważ jest łatwopalny słabo odporny na światło

• Triazotan celulozy – stosowany jako materiał wybuchowy

(tzw. Bawełna strzelnicza)

Zastosowanie

 wyrób lakierów i klejów  dodaje się plastyfikatorów (np.

ftalanu dibutylowego, fosforanu trikrezylowego) lub żywic
syntetycznych(np. poli[octanu winylu]) aby zwiększyć
elastyczność błon, poprawić połysk i przyczepność powłoki

 w konserwacji  lakiery nitrocelulozowe stosowane były

do zabezpieczania przedmiotów metalowych
magazynowanych i eksponowanych w muzeach

 lakierowania drewna i kartonów
 konserwacji wyrobów ceramicznych
jednak obecnie, ze względu na małą odporność na

starzenie się, stosowane są coraz rzadziej

Acetyloceluloza

 produkt estryfikacji celulozy bezwodnikiem kwasu octowego o

właściwościach zbliżonych do trioctanu celulozy  rozp. jedynie w
kwasie octowym

 w porównaniu do nitrocelulozy jest mniej palna i bardziej

odporna na działanie światła, lecz jest bardziej higroskopijna

 wady: posiada wysoką temperaturę mięknięcia i zła mieszalność z

plastyfikatorami i żywicami syntetycznymi

 wprowadzając gr. octanowe oraz reszty kw. masłowego lub

propionowego możemy obniżyć temperaturę mięknięcia oraz

zwiększyć odporność na działanie światła
 rozpuszcza się w acetonie

Zastosowanie:

 produkcja jedwabiu, klejów, lakierów
 błony klejów i lakierów są kruche dlatego dodaje się

plastyfikatorów

 folie z acetylocelulozy stosuje się do:
• laminowania papieru  kruchego, zniszczonego działaniem

mikroorganizmów i czynników atmosferycznych)

• oddzielania delikatnych tkanin
 roztwory acetylocelulozy stosuje się do klejenia papieru,

kartonu, starych fotografii

 mieszane estry celulozy stosuje się do wyrobu lakierów,

klajów, kitów i szpachlówek

Metyloceluloza

 eter metylowy celulozy
 w zależności od stopnia zeteryfikowania grup wodorotlenowych rozróżniamy:
- metylocelulozę nieskozmetylowaną  rozp. tylko w roztworach silnych

zasad

- metylocelulozę średniozmetylowaną  rozp. w wodzie, kwasie

mrówkowym i octowym, mieszaninach metanolu z chlorkiem metylenu i w
pirydynie

- metylocelulozę wysokozmetylowaną  rozp. w wodzie i niektórych

cieczach organicznych

 od stopnia zmetylowania zależy także
higroskopijność  najbardziej
higroskopijna niskozmetylowana
 rozpuszcza się powoli tworząc b. lepkie
roztwory (już przy stężeniu 2-3%)
 powierzchniowo czynna  obniża napięcie
powierzchniowe wody (roztwory silnie się pienią)

 do plastyfikacji używa się glikolu etylenowego lub propylenowego,

gliceryny oraz poliglikoli etylenowych o niedużym stopniu
polimeryzacji

 duża chłonność wody z powietrza  wilgotność względna

powietrza:50,75,100%

przyrost masy: 5,10, 40% ( jeszcze więcej gdy plastyfikatorem

jest poliglikol etylenowy lub gliceryna)

 bardziej odporna na starzenie niż gumy, skrobia, żelatyna i inne

prod. naturalne, lecz mniej niż polimery syntetyczne

 degradacja zachodzi pod wpływem światła i mikroorganizmów 

nieszczelnie zamknięte roztwory pokrywają się pleśnią

 dodawana do wyrobów emulsyjnych pogarsza ich właściwości

(błon powstających z dyspersji wodnych polimerów) mniej
odporne na światło i mikroorganizmy

Zastosowanie

 w konserwacji stosowana jest metyloceluloza średniozmetylowana 

rozpuszczalna jw., podczas ogrzewania nie mięknie i nie
uplastycznia się,

 metylocelulozę rozpuszczalną w wodzie stosuje się jako klej lub do

zagęszczania farb emulsyjnych

 klej do papieru  sklejanie, przeklejanie, uzupełnianie ubytków
 środek zagęszczający pasty do odrdzewiania, usuwania przemalowań

olejnych i nawarstwień gipsowych na wapieniach i marmurach

 klej do tzw. Połączeń czasowych  przyklejanie bibułek izolujących

warstwy malarskie od rozpuszczalników i czynników mechanicznych

UWAGA! Jeśli przewidujemy dłuższy kontakt

metylocelulozy z obiektem, musimy użyć
mikrobiocydów!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Karboksymetyloceluloza

 pod tą nazwa w handlu kryją się sole sodowe kwasu celulozoglikolowego:
[ (C

6

H

7

O

2

)OCH

2

COONa]

n

 z roztworów otrzymuje się błony mało elastyczne
i higroskopijne
 chłonność wilgoci z powietrza jest większa
niż w przypadku metylocelulozy (gdy 50% to 18%)
 rozpuszczają się w ciepłej i zimnej wodzie, mieszają
z glikolami i gliceryną

Zastosowanie:

 tak jak metyloceluloza  klejenie papieru, stabilizacja farb emulsyjnych,

środek zagęszczający

Hydroksypropyloceluloza

 termoplastyczna, rozpuszczalna w wodzie i organicznych cieczach

polarnych

 higroskopijna
 nieodporna na działanie mikroorganizmów
 zastosowanie  zagęszczanie bezwodnych past oczyszczających (np. do

usuwania przemalowań olejnych)

Etyloceluloza

 rozp. w acetonie, chlorku metylu, benzenie, toluenie
 odporna na działanie benzyn, kwasów i zasad
 bardziej odporna na działanie mikroorganizmów (w porównaniu do eterów

rozp. w wodzie)

 zastosowanie  wyrób farb i lakierów( zabezpieczanie przedmiotów

stykających się ze środowiskiem alkalicznym lub woda morską) ,
klejów(sklejanie kartonów) i folii

Poliglikole etylenowe

 produkty polimeryzacji addycyjnej tlenku etylenu mające średnią masę cz. nie

większą niż 30-35 tys.

HO-[-CH

2

CH

2

O-]

n

-H

 budowa eterowa ( wiązanie typu C-O-C ), która odpowiada za dużą odporność na

działanie kwasów, zasad i soli (oprócz mocnych), dobrą rozp. w wodzie

 ,łańcuch obustronnie zakończony gr. OH – warunkuje dobrą rozp. w wodzie oraz

kiepską trwałość poliglikoli w roztworach wodnych

 otrzymywanie z tlenku etylenu:
 pierwszy etap

CH

2

\ CH

2

OH

|

O + H – OH  |

CH

2

/

CH

2

OH

 Drugi etap
CH

2

– OH CH

2

\

CH

2

OCH

2

CH

2

OH

|

+ | O  |

CH

2

– OH

CH

2

/

CH

2

OH

Średnia

masa

cząsteczko

wa

Liczba

hydroksylowa mg

KOH/g

Temperatura

topnienia,

o

C

Lepkość 50%

roztw.

Wodnego,

mPas

200

560

-50

-

300

375

-12

-

400

280

5

-

1 000

112

38

21

4 000

28

56

105

10 000

11

58

600

20 000

6

60

2 500

Orientacyjne właściwości poliglikoli etylenowych

 liczba hydroksylowa- podawana w celu scharakteryzowania średniej masy
cząsteczkowej prod. handlowych
„ liczba miligramów KOH równoważna ilości bezwodnika octowego
reagującego z grupami wodorotlenowymi, zawartymi w 1g polimeru”

 wraz ze zmniejszaniem liczby hydroksylowej wzrasta temp. Topnienia i
lepkość roztworów, a maleje higroskopijność

Zastosowanie

 nasycanie drewna, skóry, łupków i innych materiałów porowatych
 najczęściej stosowane do konsolidacji drewna wydobywanego ze

zbiorników wodnych, bagien, torfowisk ( kąpiel w coraz bardziej stężonych
roztworach)  liczba hydroksylowa od 20-30 mg KOH/g

 także do konserwacji suchego drewna  roztwory w cieczach organicznych

(najczęściej w mieszaninach chlorowanych węglowodorów alofatycznych)

 konserwacja skóry archeologicznej (twarda , krucha, porowata) 

mieszaniny poliglikoli etylenowych o m

cząsteczkowej

ok. 500-500 T

topnienia

40-50

o

C ( niska temp. nie wymaga użycia rozpuszczalnika

 w praktyce stosuje się często mieszaniny różnych gatunków poliglikoli

etylenowych, np. niskospolimeryzowanych i średniospolimeryzowanych  w
mieszaninach tych składnik o dużej masie cząsteczkowej jest rozpuszczany
przez składnik o małej masie cząsteczkowej