Физические и химические свойства целлюлозы

Физические свойства целлюлозы сильно зависят от большого коли­чества факторов: молекулярной массы, полидисперсионности, степени кри­сталличности, принадлежности к той или иной кристаллической модифи­кации, метода выделения образца и способов его очистки и т. д. Такие фи­зические константы, как температуры плавления и кипения для целлюло­зы, как и большинства полимеров отсутствуют, растворимость в обычных растворителях равна нулю, плотность сильно зависит от содержания кри­сталлической фазы и для монокристаллов целлюлозы находится в интерва­ле 1520 - 1540 кг/м', целлюлоза является плохим проводником тепла и ди­электриком, прочностные показатели целлюлозы, кроме факторов перечис­ленных выше, сильно зависят от длины волокон.

Очень важной характеристикой целлюлозных волокон, влияющей на скорость диффузии реагентов внутрь волокна а, следовательно, и на реак­ционную способность целлюлозы, является величина площади внутренней поверхности, определяемая размерами капилляров и их распределением в волокне. Она определяется методом сорбции инертных газов или паров. Результаты при этом сильно зависят от полярности, а также величины молекул сорбируемых веществ. При этом целесообразным является определение сорбции паров тех реагентов, которые будут использованы для по­следующей обработки целлюлозы.

Гидратцеллюлозные волокна значительно отличаются от природных, по количеству сорбируемых паров. При этом сорбционная способность для паров воды у гидратцеллюлозных волокон выше, чем у природных а для сорбции азота и паров спиртов и уксусной кислоты наблюдается обратная зависимость. Механизм процессов, определяющих такое изменение внутренней поверхности целлюлозы по отношению к сорбции органических реагентов недостаточно изучен.

Суммарная внутренняя поверхность, определяемая одним и тем же

методом, значительно изменяется в зависимости от температуры сушки чем выше температура сушки, тем меньше суммарная поверхность капилляров.

Уменьшение суммарной внутренней поверхности происходит также, при выдерживании активированного целлюлозного материала на воздухе При этом она может снизится в 10 -15 раз в течение нескольких часов

Необходимо отметить, что соотношение между величиной внешней поверхности гидратцеллюлозы и природной целлюлозы найденное по сорбции паров органических растворителей, может изменяться при различных обработках. Так, если природную и мерсеризованную целлюлозу обработать концентрированной уксусной кислотой, то внутренняя поверхность мерсеризованной целлюлозы в несколько раз превысит величину внутренней поверхности природной целлюлозы. Внутренняя поверхность целлюлозного материала значительно повышается при получении низкозамещенных эфиров целлюлозы, однако при дальнейшем повышении степени замещения она снова уменьшается. Этот факт можно объяснить уменьшением интенсивности межмолекулярного взаимодействия при низких степенях замещения и образованием но­вых надмолекулярных структур при высоких.

Значительное увеличение внутренней поверхности (в 10-20 раз) происходит и в результате инклюдирования целлюлозы.

Для целлюлозы, как и для всех полимеров химические свойства в большинстве случаев определяются двумя типами реакций - реакциями элементарных звеньев (полимераналогичные превращения) и макромолекулярными реакциями (реакции деструкции, реакции сшивания цепей). Особое место занимают процессы блок- и привитых сополимеров целлю­лозы. Реакционная способность целлюлозы определяется активностью ее функциональных групп, принимающих участие в тех или иных реакциях. К ним относятся три алифатические гидроксильные (одна первичная и две вторичные) в каждом элементарном звене (кроме концевых) и простая эфирная, образующая глюкозидную связь между звеньями. Гидроксильные группы целлюлозы обладают примерно такими же свойствами, как гидроксилы первичных и вторичных алифатических спиртов.

Ход реакции в большой степени зависит от доступности функцио­нальных групп целлюлозы к действию реагента. Если реагент не может проникнуть вглубь волокна, реакция проходит на его поверхности с дос­тупными функциональными группами и носит топохимический характер. В случае проникновения реагента внутрь волокна в межфибриллярные про­странства реакции носят зональный или пермутойдный характер. Причем, если доступность функциональных групп будет наблюдаться только в аморфных участках фибрилл, продукт будет иметь гетерогенный характер, если с помощью методов активации или растворения станут доступными функциональные группы и внутри кристаллитов, продукт будет гомоген­ным.