3.5. Определение степени полимеризации (молекулярной массы) целлюлозы

Молекулярная масса (М) целлюлозы является одной из важнейших ее характеристик и в значительной степени определяет как области практического использования различных препаратов целлюлозы, так и физико-механические свойства получаемых из нее волокон и пленок. Целлюлоза — линейный гомополимер с одинаковыми звеньями и связями, поэтому размер ее цепной молекулы обычно характеризуют степенью полимеризации (СП), т. е. числом звеньев в макромолеку- ле. Однако целлюлоза, подобно другим полимерам, полидиспер- сна, т. е. состоит из молекул различной длины, поэтому значения М или СП, определенные с помощью того или иного метода, являются средними величинами ( или =M/162). Различают среднечисленную (среднечисловую) и среднемас- совую молекулярные массы.

Среднечисленная молекулярная масса пред- ставляет собой среднеарифметическую величину, определяемую числовыми долями макромолекул каждого размера

где n_i(n₁, n₂, n₃…) — число молекул с молекулярной массой M_i (M₁, M₂, M₃…).

Среднемассовая молекулярная масса — среднестатистическая величина, определяемая массовыми долями макромолекул каждого размера,

где w_i (w₁,w₂,w₃…) —массы фракций макромолекул с молеку- лярной массой M_i (M₁,M₂,M₃...); масса каждой фракции рав- няется числу макромолекул в ней, умноженному на соответ- ствующую молекулярную массу w_i = n_iM_i.

В практике чаще всего определяют средневязкостную моле- кулярную массу

где  — эмпирическая постоянная, характеризующая форму макромолекул для данной системы целлюлоза — растворитель при определенной температуре. Ее значение обычно больше 0,5 и меньше или равно 1,0.

Для полидисперсных полимеров (целлюлозы) причем ближе к , чем к . Отношение / служит характеристикой полидисперсности. Чем больше это отношение, тем больше неоднородность образца целлюлозы по молеку- лярной массе.

Значения СП целлюлозы изменяются в широких пределах в зависимости от происхождения образца и для природных дре- весных целлюлоз лежат в интервале 5000...10000. Химическая обработка древесины — варка, отбелка — сильно снижает сте- пень полимеризации целлюлозы. Например, СП беленой суль- фитной целлюлозы находится в пределах 1200...1800, а у соответ- ствующей сульфатной целлюлозы 1000...1400 [24]. Таким образом, определение средней степени полимеризации целлюлозы позволяет достаточно точно охарактеризовать ее степень деструкции при различных химических, физических и биологиче- ских воздействиях.

Влияние степени полимеризации на отдельные стадии тех- нологического процесса получения искусственных волокон и пленок и их качество неоднозначно. Установлено, что уве- личение степени полимеризации целлюлозы благоприятно сказы- вается на механических свойствах искусственных вискозных волокон, в частности на усталостной прочности. Однако при этом резко возрастает вязкость вискозы и затрудняется ее переработка (понижается фильтруемость). С увеличением степени полимеризации также понижается растворимость целлюлозы и ее производных. Поэтому при производстве целлюлозы для химической переработки степень полимеризации регулируется до оптимального значения, определяемого параметрами техно- логического процесса. В зависимости от области применения целлюлозы ее СП изменяется в пределах от 600 до 1500. В литературе [8] также отмечается, что целлюлоза с СП свыше 1500 устойчива к укорочению волокон в процессе раз- мола, а волокна целлюлозы с СП, составляющей около половины этого значения, легко укорачиваются.