В связи с этим наряду с показателями альфа-, бета- и гамма-целлюлозы в практике вискозного производства используется характеристика целлюлозы по ее растворимости в растворах гидроксида натрия различной концентрации, что позволяет более точно определить массовую долю низкомолекулярных фракций, переходящих в вискозное волокно.

Наиболее часто для определения растворимости целлюлозы в щелочах используют 10 и 18%-ные растворы NaOH. При обработке целлюлозы 10%-ным раствором NaOH в раствор переходят низкомолекулярные фракции, соответствующие примерно бета- и гамма-целлюлозам. Растворимость целлюлозы в 18%-ном растворе NaOH определяет потери при мерсеризации, соответствующие примерно фракции гамма-целлюлозы, которая, по существу, отражает возможный выход вискозного волокна. Разность между растворимостью в 10 и 18%-ном растворе щелочи, как уже отмечалось, позволяет довольно точно определить массу низкомолекулярной фракции, остающейся в целлюлозном материале после мерсеризации и прессования, которая, попадая в искусственное вискозное волокно, значительно снижает его прочностные и эластические свойства. По ГОСТ 16762—82 на целлюлозу сульфатную предгидролизную кордную растворимость ее в 10%-ном растворе NaOH должна быть не более 6,1, а в 18%-ном — не более 3,6%. Чем выше разность, тем больше будет содержание низкомолекулярных фракций в волокне и ниже его качество. Кроме того, фракции, перешедшие при мерсеризации в раствор, загрязняют щелочь, что влечет за собой необходимость ее очистки и усложнение технологического процесса.

1. Методы определения степени набухания и растворимости технических целлюлоз в растворах гидроксида натрия

Набухание целлюлозы в растворах щелочей — сложный физико-химический процесс и еще окончательно не выясненный. Важнейшими факторами, оказывающими влияние на степень набухания целлюлозы, являются структура волокна, природа и концентрация реагента и температура.

Степень набухания древесных технических целлюлоз значительно выше, чем хлопковых, но ниже регенерированных. Гетерогенность надмолекулярной структуры целлюлозы, наличие в ней кристаллических и аморфных участков приводят к набуханию двух типов: межкристаллитному и внутрикристаллитному.

Важную роль при набухании играет концентрация растворов гидроксида натрия. В очень концентрированных растворах степень набухания целлюлозы уменьшается. Концентрация раствора щелочи, при которой происходит максимальное набухание, зависит от характера целлюлозного материала и от температуры обработки. С понижением температуры степень набухания целлюлозы в растворах увеличивается, поскольку набухание целлюлозы в щелочи — процесс экзотермический.

Для характеристики степени набухания технической целлюлозы определяют набухание по массе, объемное набухание, линейное расширение и капиллярную впитываемость целлюлозы. На эти показатели, кроме вышеуказанных факторов, в значительной степени оказывает влияние структура испытуемого целлюлозного листа,. Поэтому в дополнение к перечисленным показателям иногда определяют плотность технической целлюлозы, которая, в отличие от постоянной плотности целлюлозного вещества, изменяется в широких пределах. Для определения степени набухания целлюлозы обычно в практике контроля используют 17,5%-ный раствор. Однако более полная характеристика способности целлюлозы к набуханию может быть получена при определении набухания в растворах щелочи с различной массовой долей NaOH, включая и набухание в воде.

Растворимость целлюлозы в растворах гидроксидов щелочных металлов, по существу, зависит от тех же факторов, что и ограниченное набухание, т. е. от природы исходного целлюлозного материала и от условий щелочной обработки. С уменьшением степени полимеризации растворимость целлюлозы в растворах щелочи повышается. В случае гидроксида натрия максимальная растворимость хлопковой целлюлозы при обычной температуре наблюдается в растворах с массовой долей NaOH около 12%, древесной целлюлозы — 10% и ниже. С понижением температуры растворимость целлюлозы в растворе щелочи одной и той же концентрации увеличивается. Следует отметить, что растворимость целлюлозы в щелочах и влияние этого показателя на свойства волокна еще недостаточно изучены. Для характеристики целлюлозы предлагалось множество методов определения ее растворимости в растворах гидроксидов различных щелочных металлов. Однако в настоящее время для определения устойчивости целлюлозы к действию "щелочей используют только растворы гидроксида натрия. Для определения содержания альфа-, бета- и гамма-целлюлозы— 17,5%-ный раствор NaOH при 20°С, для определения растворимости — 10 и 18%-ные растворы NaOH при 20°С.

Гравиметрический метод определения альфа-целлюлозы является условным и требует строгого соблюдения условий проведения анализа. К источникам ошибок, кроме несоблюдения концентрации раствора гидроксида натрия и температуры обработки, можно отнести операции разбавления и промывки остатка альфа-целлюлозы от щелочи. До настоящего времени эти процессы не унифицированы в методах анализа, применяемых в разных странах. В одних методах образец целлюлозы после обработки 17,5%-ным раствором NaOH промывают водой, уксусной кислотой и снова водой. В других— первая промывка водой исключается, остаток на фильтре сначала обрабатывают уксусной кислотой, а затем водой. В СССР согласно стандартной методике предусматривается после обработки целлюлозы 17,5%-ным раствором NaOH промывка остатка 9,5%-ным раствором NaOH и водой, в США — 8,3%-ным раствором щелочи и уксусной кислотой. Значения массовой доли альфа-целлюлозы, определенные по методикам, включающим ее промывку раствором гидроксида натрия с меньшей концентрацией, всегда будут ниже этого показателя, полученного для одного и того же образца по методикам без дополнительной щелочной промывки.

На результатах определения массовой доли альфа-целлюлозы также сказываются перемешивание щелочной целлюлозы, скорость и продолжительность промывки. Чтобы избежать деструкции целлюлозы и повышения растворимости в растворах щелочей, необходимо перемешивание набухшей целлюлозы проводить очень медленно и осторожно. Скорость и продолжительность промывки очень трудно проконтролировать, но по возможности следует строго соблюдать постоянство их проведения.

При определении альфа-целлюлозы в небеленых целлюлозах рекомендуется определять в отдельной пробе альф а-целлюлозы остаточный лигнин и вносить поправку в расчет массовой доли альфа-целлюлозы. По другим методикам перед определением предусматривают предварительную делигнификацию небеленой целлюлозы.

Точность определения растворимости целлюлозы в растворах щелочи подобно определению массовой доли альфа-целлюлозы зависит от соблюдения условий проведения анализа, предусматриваемых методиками.

Однако воспроизводимость результатов этого метода значительно выше, чем при определении содержания альфа-, бета- и гамма-целлюлозы, так как операции разбавления и промывки в данном методе отсутствуют и массовую долю растворенной целлюлозы в растворах гидроксида натрия определяют титриметрическим методом. Титриметрический метод определения растворенной целлюлозы основан на реакции ее полного окисления до CO2 и H2O дихроматом калия в сильнокислой среде.