Целлюлоза: что такое, формула, получение, химические свойства / справочник

ПОРИСТОСТЬ И ВОДОСОДЕРЖАНИЕ

Волокнистая структура БЦ обладает высокой пористостью , что, наряду с сетчатым строением, определяет ее чрезвычайно большую водоудерживающую
способность. В нативном состоянии БЦ представляет собой гидрогель – содержание целлюлозы
в исходных пленках не превышает 1% . Пленки способны удерживать воду в течение длительного времени []. Водоудерживающая способность БЦ гораздо выше, чем у целлофана и фильтровальной
бумаги (содержание воды в этих материалах не превышает 70%).

Содержание воды в целлюлозе обычно характеризуют двумя величинами – водоудерживающей
способностью (water holding capacity, WHC) и абсорбционной емкостью (water absorption
capacity, WAC). Они определяются соответственно как

WW₁W₂

Рассчитываемые величины зависят как от способа определения веса нативной целлюлозы,
так и от метода осушки. Среди различных способов определения W (встряхивание пленки, дренирование горизонтально или вертикально ориентированного
образца, удаление воды с поверхности фильтровальной бумагой, вакуумный метод) в работе
[] предпочтение отдается последнему, состоящему в отсасывании жидкости на фильтре Millipore
при давлении 98 Па в течение 4 ч. Разумеется, величина WHC при этом оказывается меньше
(примерно в 2 раза), чем при использовании других методов, но величина стандартного
отклонения уменьшается до 5.5% (по сравнению с 10–15% для других методов).

Бактериальную целлюлозу сушат, выдерживая ее на воздухе при комнатной температуре,
в термостате или вакуумном шкафу (при этом пленки зачастую становятся морщинистыми
из-за сильной усадки); в некоторых случаях осушку сочетают с прессованием (в этом
случае получают плоские пленки, имеющие толщину около 1% от исходной). Используют
также метод последовательной замены растворителя, например, в ряду этанол–ацетон–гексан.
Для предотвращения необратимого коллапса супрамолекулярной структуры и потери высокой
пористости, присущей исходным образцам, чаще всего применяют метод лиофильной сушки
(freeze-drying) или сверхкритическую флюидную экстракцию (critical point drying) .

Сравнение морфологии мембран БЦ, осушенных различными методами, проводилось с использованием
инфракрасной спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии []. При осушке на воздухе структура БЦ нарушается из-за агрегации целлюлозных фибрилл,
и пористость оказывается значительно сниженной []. При лиофильной сушке связи между макромолекулами оказываются значительно слабее,
что приводит к снижению прочности образующихся мембран []. Методом диэлектрической релаксации были найдены различия в релаксационном поведении
при осушке БЦ разными способами (пошаговой сушке, осушении при постепенном увеличении
температуры или при заданной высокой температуре) []. Автор связывает это с различными механизмами удаления воды, сорбированной элементами
надмолекулярной структуры разного уровня.

Как правило, значения WHC при сушке в печи превышают соответствующие величины, полученные
при лиофильной сушке []. В то же время величина WAC в последнем случае оказывалась значительно (в несколько
раз) выше абсорбционной способности высушенных в печи образцов, что объясняется образованием
пористой слоистой структуры, способствующей действию капиллярных сил [].

Рентгеновская дифрактометрия показывает различную степень кристалличности у образцов
БЦ, высушенных различными методами: так, при лиофильной сушке степень кристалличности
составила 68%, а при сушке при температуре 60°C – 96.5% []. Термогравиметрический анализ показал, что в интервале температур от комнатной до
200°C вес БЦ уменьшается медленно, волокна теряют физически адсорбированную воду,
связанную в аморфных областях, в то время как кристаллические области практически
не поглощают воду. При дальнейшем увеличении температуры скорость потери воды увеличивается,
максимальная потеря веса (до 95%) наблюдается при 303°C.

Исходное количество свободной воды обычно бывает относительно мало: по данным [], если нативный образец содержит 98% воды, на свободную воду приходится всего 0.3%.

Процесс сушки БЦ и сопутствующие ему изменения механических свойств полимера весьма
подробно проанализированы в работе []. Кинетика высыхания рассматривается как трехстадийный процесс, включающий обратимый
переход воды из связанного в свободное состояние и необратимое испарение свободной
воды (предполагается, что конденсации воды на БЦ из атмосферы не происходит). Все
три кинетические константы, описывающие эти процессы, зависят от внешних условий и
от толщины образца.

Физические и химические свойства целлюлозы

Физические свойства целлюлозы:

целлюлоза представляет собой стойкое твердое вещество белой окраски;
соединение не разрушается в процессе нагрева до 200 °C;
вещество является горючим, температура воспламенения составляет 275 °C;
температура самовоспламенения 420 °C (в случае хлопковой целлюлозы);
высокая механическая прочность;
плохая растворимость в воде;
целлюлоза не обладает вкусом и запахом;
молярная масса мономерного звена 162,1406 г/моль.

Целлюлоза не является пищей для человека, что отличает ее от крахмала. Это связано с отсутствием способности расщепляться в организме при воздействии ферментов. Соединение не растворяется в воде, слабых кислотах и большинстве растворителей органического происхождения. По причине большого количества гидроксильных групп вещество является гидрофильным с краевым углом смачивания от 20 до 30 градусов.

Целлюлоза зарегистрирована в качестве пищевой добавки Е460. Соединение подвержено биодеградации, которая протекает при участии многих микроорганизмов. Вещество характеризуется хорошей растворимостью в аммиачном растворе гидроксида меди (II) (реактив Швейцера). Из данного раствора происходит осаждение целлюлозы в виде волокон (гидратцеллюлоза).

Гидролиз целлюлозы по-другому называют осахариванием. Рассматриваемая химическая реакция является важным свойством целлюлозы, благодаря ей из древесных опилок и стружек получают глюкозу. Путем сбраживания конечного продукта этой химической реакции получают этиловый спирт. Этиловый спирт, синтезированный из древесины, носит название гидролизного.

Полностью этерифицированная целлюлоза называется тринитратом целлюлозы (пироксилином). Данное соединение представляет собой взрывчатое вещество, которое служит основой для изготовления бездымного пороха. Изменяя условия нитрования, получают динитрат целлюлозы, называемый в технике коллоксилином. Динитрат целлюлозы необходим для производства пороха и твердого ракетного топлива. Коллоксилин является основой для изготовления целлулоида.

На основе триацетата целлюлозы производят лаки, кинопленку и ацетатное волокно.

Горение — полное окисление целлюлозы до углекислого газа и воды:

Термическое разложение целлюлозы в условиях отсутствия воздуха:

Производные целлюлозы (нитроцеллюлоза, ацетат целлюлозы)

Наиболее ценными производными целлюлозы являются искусственные полимеры:

Метилцеллюлоза (простые метиловые эфиры целлюлозы) с общей формулой
Ацетилцеллюлоза (триацетат целлюлозы) в виде сложного эфира целлюлозы и уксусной кислоты:
Нитроцеллюлоза (нитраты целлюлозы) имеет формулу сложного азотнокислого эфира целлюлозы:

Вискозное волокно, целлофан является полимерным материалом, состоящим из почти чистой целлюлозы. Данные соединения получают из исходного целлюлозного сырья с помощью химической модификации. На первом этапе целлюлозе придают растворимую форму. Далее ее в процессе формования осаждают из раствора, что приводит к образованию целлюлозы.

Химические свойства целлюлозы

1. Гидролиз

Так же, как и крахмал, целлюлоза подвергается гидролизу. Конечным продуктом гидролиза целлюлозы является глюкоза:

2. Образование ацетатов целлюлозы

Макромолекулы целлюлозы содержат гидроксильные группы, поэтому целлюлоза проявляет свойства, характерные для спиртов. Например, целлюлоза образует сложные эфиры при взаимодействии с уксусной кислотой (уравнение реакции приведено для одного структурного звена макромолекулы целлюлозы):

Эфиры целлюлозы с уксусной кислотой называются ацетатами целлюлозы. Если в реакцию вступают все гидроксильные группы молекулы целлюлозы, образуется триацетат целлюлозы. Из схемы видно, что в макромолекулах триацетата целлюлозы отсутствуют гидроксильные группы. Следовательно, между этими молекулами нет водородных связей, поэтому макромолекулы триацетата целлюлозы не так прочно связаны друг с другом, как молекулы целлюлозы. Это приводит к тому, что, в отличие от целлюлозы, её ацетаты растворяются в некоторых органических растворителях. Это используется при получении искусственных волокон.

Как мы уже говорили, в древесине макромолекулы целлюлозы расположены менее упорядоченно, чем в волокнах хлопка и льна (рис. 44.2). Следовательно, для получения волокон из целлюлозы, выделенной из древесины, необходимо расположить макромолекулы целлюлозы вдоль одного направления — вдоль оси волокна. Для этого следует придать молекулам целлюлозы подвижность, например, путём перевода их в раствор. Поскольку сама целлюлоза не растворяется ни в воде, ни в органических растворителях, для перевода её в растворимое состояние из целлюлозы получают ацетаты целлюлозы. Ацетаты целлюлозы растворяют в органических растворителях. При этом образуется вязкий раствор. Затем этот раствор продавливают через узкие отверстия. При этом макромолекулы выстраиваются вдоль одного направления (рис. 44.3).

Ацетатное волокно состоит из модифицированных молекул природного полимера — целлюлозы. Такие волокна называются искусственными волокнами. Их следует отличать от синтетических волокон, макромолекулы которых получены синтетическим путём по реакции поликонденсации. Примером синтетических волокон является полиэфирное волокно лавсан (§ 38).

СТРОЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Целлюлоза представляет собой линейную цепь гликозидных колец (C₆H₁₀O₅)_n, связанных между собой 1–4-гликозидной связью, а также водородной связью между гидроксильной
группой и кислородом соседней молекулы (). Степень полимеризации БЦ по разным данным колеблется в широких пределах и составляет
от 1000 до 10 000–14 000 в зависимости от того, в каком режиме (статическом или динамическом)
пленки были получены [].

Рис. 2.

Молекулярная структура целлюлозы [].

Полимерные молекулы, синтезированные внутри бактериальной клетки, проходят через ее
поры () и формируют уже вне клетки протофибриллы диаметром 2–4 нм []. По-видимому, процесс сборки регулируется размерами и формой пор . Протофибриллы затем группируются в микрофибриллы в виде лент, имеющих толщину и
ширину 2–6 и 70–140 нм соответственно .

Возникающие в процессе биосинтеза ван-дер-ваальсовы взаимодействия и межмолекулярные
водородные связи обеспечивают параллельную ориентацию целлюлозных цепей, формирующих
микрофибриллы. Наличие сетки водородных связей (как внутри-, так и межмолекулярных)
придает фибриллам БЦ достаточно высокую осевую жесткость. Ленты образуют плотную трехмерную
сетку в форме желатинообразной пленки []. Механизм возникновения трехмерной сетки зацепления фибрилл связан с процессом деления
клеток, происходящим в одно время с биосинтезом []. Сканирующая электронная микроскопия [] выявила наличие пачек тонких слоев длиной 10–100 мкм, состоящих из переплетенных
фибрилл []. Отсутствие ориентации фибрилл в слоях подтверждается методом малоуглового рентгеновского
рассеяния [].

В целом фибриллы БЦ в 100–200 раз тоньше фибрилл растительной целлюлозы (), что в значительной мере обусловливает большую удельную поверхность БЦ. В свою очередь,
сильно развитая поверхность БЦ с большим количеством гидроксильных групп обеспечивает,
наряду с высокой гидрофильностью, возможность химического модифицирования полимера
[].

Рис. 3.

Электронные микрофотографии фибрилл растительной (а) и бактериальной (б) целлюлозы
[].

Микрофибриллы БЦ содержат высокоорганизованные (кристаллические) области, обеспечивающие
их жесткость, и аморфные участки, делающие микрофибриллы гибкими и податливыми [] (). В модели, предложенной в работе [], предполагается также наличие мономолекулярных паракристаллических слоев на поверхности
кристаллитов. Модель позволяет, исходя из степени кристалличности целлюлозы, рассчитать,
например, изотермы сорбции и десорбции паров воды в широком диапазоне давлений пара,
теплоту смачивания, а также предсказать механические характеристики материала.

Рис. 4.

Схематическое расположение кристаллических и аморфных участков в микрофибрилле [].

Физико-химические и механические свойства целлюлозы и ее поведение в различных средах
определяются ее структурой, прежде всего степенью кристалличности, кристаллической
модификацией и распределением кристаллитов по размеру. Для БЦ характерны малые размеры
кристаллитов и высокая степень кристалличности []. Согласно данным рентгеновской дифрактометрии, степень кристалличности БЦ, полученной
в статических условиях, составляет от 70 [] до 85–100% []. Среди шести полиморфных модификаций целлюлозы, известных к настоящему времени,
в природных материалах обнаруживается форма целлюлозы I , которая, в свою очередь, имеет две полиморфных модификации: триклинную Iα и моноклинную
Iβ. Рентгеновская дифрактометрия показала, что форма Iα превалирует в целлюлозе, продуцированной
бактериями или водорослями, в то время как форма Iβ – в древесной целлюлозе . Так, было обнаружено, что формы Iα и Iβ в образцах, полученных с помощью продуцента
A. xylinum, содержатся в отношении, близком к 70 : 30 . Данные ЯМР также говорят о высокой степени кристалличности БЦ с высоким содержанием
формы Iα . Между размерами кристаллитов и относительным содержанием формы Iα наблюдается строгая
корреляция .

Альтернативы древесной пульпе

Целлюлоза, изготовленная из недревесных растительных источников или переработанных текстильных материалов, сегодня производится в основном как специализированный продукт для мелкой печати и художественные цели. Современная художественная бумага машинного и ручного производства, сделанная из хлопка, льна, конопли, абака, кодо и других волокон, часто ценится за их более длинные и прочные волокна и их меньшую часть.>содержание лигнина. Лигнин, присутствующий практически во всех растительных материалах, способствует подкислению и, в конечном итоге, разрушению бумажных изделий, что часто характеризуется потемнением и охрупчиванием бумаги с высоким содержанием лигнина, такой как газетная бумага. 100% хлопок или комбинация хлопковой и льняной целлюлозы широко используются для производства документов, предназначенных для долгосрочного использования, таких как сертификаты, валюта и паспорта.

Сегодня некоторые группы выступают за использование волокна полевых культур или сельскохозяйственных культур. отходы вместо древесного волокна как более экологически безопасное средство производства.

Достаточно соломы, чтобы удовлетворить большую часть потребностей Северной Америки в книгах, журналах, каталогах и копировальной бумаге. Бумага сельскохозяйственного происхождения не поступает из лесных хозяйств. Для варки некоторых остатков сельскохозяйственных культур требуется меньше времени, чем для приготовления целлюлозы. Это означает, что при использовании сельскохозяйственной бумаги используется меньше энергии, воды и химикатов. Целлюлоза из пшеничной и льняной соломы имеет вдвое меньший экологический след, чем целлюлоза из лесов.

Конопляная бумага является возможной заменой, но технологическая инфраструктура, затраты на хранение и низкий процент использования завода означают, что это не готовый заменитель.

Однако древесина также является возобновляемым ресурсом, около 90 процентов целлюлозы поступает с плантаций или лесовозобновляемых территорий. Источники недревесного волокна составляют около 5–10 процентов мирового производства целлюлозы по ряду причин, включая сезонную доступность, проблемы с химическим восстановлением, белизну целлюлозы и т. Д. В Китае по состоянию на 2009 год более высокая доля недревесной массы -переработка древесной массы увеличивает использование воды и энергии.

Нетканые материалы в некоторых приложениях являются альтернативой бумаге, изготовленной из древесной массы, например, фильтровальная бумага или чайные пакетики.

типичное сырье, используемое при варке целлюлозы
Компонент	Древесина	Недревесные
Углеводы	65–80%	50–80%
Целлюлоза	40–45%	30–45%
Гемицеллюлоза	23–35%	20–35%
Лигнин	20 –30%	10–25%
Экстрактивные вещества	2–5%	5–15%
Белки		5–10%
Неорганические вещества	0,1–1%	0,5–10%
SiO 2		0,5–7%

Химическая структура и свойства

Целлюлоза образуется через β (1 → 4) -гликозидные связи между звеньями D-глюкозы. Напротив, крахмал и гликоген образуются за счет α (1 → 4) -гликозидных связей между молекулами глюкозы. Связи в целлюлозе делают ее полимером с прямой цепью. Гидроксильные группы в молекулах глюкозы образуют водородные связи с атомами кислорода, удерживая цепи на месте и придавая волокнам высокую прочность на разрыв. В стенках растительных клеток множество цепей связываются вместе, образуя микрофибриллы.

Чистая целлюлоза не имеет запаха, вкуса, гидрофильна, нерастворима в воде и биоразлагаема. Он имеет температуру плавления 467 градусов Цельсия и может разлагаться до глюкозы при кислотной обработке при высокой температуре.

Функции целлюлозы

Целлюлоза – это структурный белок растений и водорослей. Волокна целлюлозы опутаны полисахаридной матрицей для поддержки стенок растительных клеток. Стебли растений и древесина поддерживаются целлюлозными волокнами, распределенными в лигниновой матрице, где целлюлоза действует как арматурный стержень, а лигнин действует как бетон. Самая чистая натуральная форма целлюлозы – это хлопок, который на 90% состоит из целлюлозы. Напротив, древесина состоит на 40-50% из целлюлозы.

Некоторые виды бактерий выделяют целлюлозу для образования биопленок. Биопленки обеспечивают поверхность прикрепления для микроорганизмов и позволяют им организовываться в колонии.

Хотя животные не могут производить целлюлозу, это важно для их выживания. Некоторые насекомые используют целлюлозу в качестве строительного материала и пищи

Жвачные животные используют симбиотические микроорганизмы для переваривания целлюлозы. Люди не могут переваривать целлюлозу, но это основной источник нерастворимых пищевых волокон, которые влияют на усвоение питательных веществ и способствуют дефекации..

Химические свойства

Рассуждая над тем, целлюлоза что такое, необходимо провести детальный анализ химических свойств данного органического соединения.

Техническую целлюлозу можно применять в производстве картона и бумаги, так как он без особых проблем подвергается химической переработке.

Любая технологическая цепочка, касающаяся переработки природной целлюлозы, направлена на сохранение в ней ценных свойств. Современная переработка целлюлозы дает возможность осуществлять процесс растворения этого вещества, изготавливать из целлюлозы абсолютно новые химические вещества.

Какими свойствами обладает целлюлоза? Что такое процесс деструкции? Эти вопросы включены в школьный курс органической химии.

Среди характерных химических свойств целлюлозы можно отметить:

деструкцию;
сшивание;
реакции с участием функциональных групп.

При деструкции наблюдается разрыв в цепи макромолекулы гликозидных связей, сопровождающийся понижением степени полимеризации. В некоторых случаях возможен и полный разрыв молекулы.

История

китайскомгравюре на дереве

до широко известного изобретения производства бумаги от Цай Лун в Китае ar В 105 году нашей эры письменные принадлежности в виде бумаги, такие как папирус и амат, были произведены древними цивилизациями с использованием растительных материалов, которые в значительной степени не подвергались обработке. Полоски коры или луба сплетались вместе, разбивались на грубые листы, сушились и шлифовались вручную. Целлюлоза, используемая в современном и традиционном производстве бумаги, отличается процессом мацерации, в результате которого получают более тонкую и регулярную суспензию целлюлозных волокон, которые вытягиваются из раствора с помощью сита и сушатся с образованием листов или рулонов. Самая ранняя бумага, производимая в Китае, состояла из лубяных волокон растения шелковицы бумаги (кодо), а также тряпки конопли и обрезков сети. К VI веку тутовое дерево было одомашнено фермерами в Китае специально для производства целлюлозы, которая использовалась в процессе изготовления бумаги. Помимо шелковицы, целлюлозу также делали из бамбука, коры гибискуса, голубого сандалового дерева, соломы и хлопка. Производство бумаги с использованием целлюлозы из конопли и льняных волокон из рваной одежды, рыболовных сетей и тканевых сумок распространилось в Европе в XIII веке, при этом все более широкое использование тряпок занимало центральное место в производстве и доступности тряпичной бумаги, фактор развития полиграфии. К 1800-м годам производственный спрос со стороны новых индустриальных предприятий по производству бумаги и полиграфии привел к сдвигу в сырье, особенно к использованию балансовой древесины и других древесных продуктов, которые сегодня составляют более 95% мирового производства целлюлозы.

Использование древесной массы и изобретение автоматических бумагоделательных машин в конце 18 — начале 19 века способствовало тому, что бумага стала недорогим товаром в наше время. В то время как некоторые из самых ранних примеров бумаги, изготовленной из древесной массы, включают работы, опубликованные Якобом Кристианом Шеффером в 1765 году и Маттиасом Купсом в 1800 году, крупномасштабное производство древесной бумаги началось в 1840-х годах с уникальные, одновременные разработки в области механической варки целлюлозы, сделанные Фридрихом Готтлобом Келлером в Германии и Чарльзом Фенерти в Новой Шотландии. Вскоре последовали химические процессы, сначала с использованием сернистой кислоты для обработки древесины, а затем с использованием Бенджамина Тилгмана США. патент на использование бисульфита кальция, Ca (HSO 3)2, в древесной целлюлозе в 1867 году. Почти десятилетие спустя был построен первый промышленный завод сульфитной целлюлозы, в Швеции. Он использовал магний в качестве противоиона и был основан на работе Карла Дэниэла Экмана. К 1900 году сульфитная варка целлюлозы стала доминирующим средством производства древесная масса, превосходящая методы механической варки. Конкурирующий процесс химической варки, сульфатный, или крафт, процесс был разработан в 1879 году; первая крафт-фабрика была запущена в Швеции в 1890 году. котел-утилизатор, созданный в начале 1930-х годов, позволил крафт-фабрикам перерабатывать почти все свои химикаты для варки целлюлозы. Это, наряду с возможностью крафт-процесса принимать более широкий спектр пород древесины и производить более прочные волокна, что сделало крафт-процесс доминирующим процессом варки целлюлозы, начиная с 1940-х годов.

Мировое производство древесной массы в 2006 году составило 175 миллионов тонн (160 миллионов тонн). в предыдущем году было продано 63 миллиона тонн (57 миллионов тонн) товарной целлюлозы (не превращенной в бумагу на том же предприятии), причем Канада была крупнейшим поставщиком (21 процент от общего объема), за ней следовали Соединенные Штаты с 16 процентами. Источниками древесного волокна, необходимыми для варки целлюлозы, являются «45% остатков лесопиления, 21% бревен и щепы и 34% переработанной бумаги» (Канада, 2014). На долю химической целлюлозы приходилось 93 процента товарной целлюлозы.

Применение целлюлозы

Волокна льна и хлопка, в основном состоящие из целлюлозы, используют для изготовления нитей и тканей.

Сложные эфиры целлюлозы с уксусной кислотой используют для получения искусственного ацетатного волокна (ацетатного шёлка).

Целлюлоза, выделенная из древесины, используется для изготовления бумаги. Для получения бумаги измельченную древесину варят в присутствии кислотных или щелочных реагентов. Получаемую после варки техническую целлюлозу очищают и отбеливают. До начала XIX века листы бумаги изготавливали вручную путём вычерпывания бумажной массы формой с сетчатым дном и сушкой отдельных листов, но в конце XVIII — начале XIX века появились бумагоделательные машины, которые формировали бумагу на непрерывно движущейся конвейерной сетке и наматывали её в огромные рулоны.

Бумага из чистой целлюлозы слишком пористая, чернила и краски на ней расплываются. Таким материалом является фильтровальная бумага, имеющаяся в кабинете химии. При получении высококачественной бумаги для письма и копировальной техники в бумажную массу вводят специальные добавки (мел и другие наполнители, отбеливатели, клей). Поверхность бумаги для копировальной техники подвергают специальной обработке во избежание накапливания на ней статического электричества. Поэтому неудивительно, что некоторые сорта бумаги стоят довольно дорого.

В организме человека нет ферментов, способных расщеплять связи между остатками β-глюкозы. Поэтому, в отличие от крахмала, целлюлоза не может быть питательным веществом для человека. Однако жвачные животные содержат в желудке микроорганизмы, способные расщеплять молекулы целлюлозы, поэтому для жвачных животных целлюлоза является источником энергии.

Краткое описание

Целлюлоза (общая формула — (C6H10O5)n) является полисахаридом растительного происхождения, который получил большой спрос в различных сферах промышленности. Его основная биологическая роль состоит в том, что это неотъемлемый компонент и структурный материал оболочки растительной клетчатки, содержащей и другие углеводы, например, маннан, ксилан, арабан, галактан. По своим характеристикам (C6H10O5)n представляет твёрдое вещество волокнистого типа без вкуса и запаха.

Для целлюлозы свойственна высокая механическая прочность. (C6H10O5)n невозможно растворить в большинстве жидкостей органического происхождения, слабых кислотах, воде. Из-за наличия в составе гидроксильной группы целлюлоза отлично впитывает Н2О. Под воздействием солнечных лучей и микроорганизмов природный полимер подвергается постепенному разложению. При температуре +200 °C элемент не распадается. Чтобы разобраться в том, к какой группе органических соединений относится целлюлоза, нужно учесть, что это самый распространённый на Земле растительный полисахарид.

https://cf.ppt-online.org/files/slide/e/EgvXlWe25USLF9MwK86xHpsdh7CmYRbk4yT3D1/slide-23.jpg

Свойства (C6H10O5)n напрямую зависят от количества звеньев в молекуле органического вещества (учитывается степень полимеризации). Переменчивые характеристики целлюлозы специалисты научились применять в промышленности. Например, чем больше будет расстояние между молекулами, тем выше показатель гигроскопичности (C6H10O5)n и качество окрашиваемости.

В серной кислоте хорошо растворяется целлюлоза, степень полимеризации которой находится в пределах 1000. Если этот показатель ниже 200, тогда (C6H10O5)n можно будет растворить в растворе NaOH 10—12%.

Товарная целлюлоза

Товарная целлюлоза — это любая разновидность целлюлоза, которая производится в одном месте, сушится и отправляется в другое место для дальнейшей обработки г. Важными параметрами качества целлюлозы, не имеющими прямого отношения к волокнам, являются яркость, уровень загрязнения, вязкость и зольность. В 2004 году на его долю приходилось около 55 миллионов метрических тонн товарной целлюлозы.

Воздушная сухая целлюлоза является наиболее распространенной формой продажи целлюлозы. Это целлюлоза, высушенная до содержания влаги около 10 процентов. Обычно он поставляется в виде рулонов по 250 кг. Причина, по которой в пульпе должно оставаться 10 процентов влаги, заключается в том, что это сводит к минимуму связывание волокна с волокном и упрощает диспергирование пульпы в воде для дальнейшей обработки до бумаги.

Рулонная пульпа или рулонная пульпа являются наиболее распространенной доставкой. форма целлюлозы для нетрадиционных рынков целлюлозы. Пушистая масса обычно отправляется в рулонах (бобинах). Мякоть сушат до содержания влаги 5–6%. У заказчика это будет процесс измельчения для подготовки к дальнейшей переработке.

Некоторые пульпы подвергаются быстрой сушке. Это делается путем прессования пульпы до содержания влаги около 50 процентов, а затем пропускания ее через силосы высотой 15–17 м. Горячий воздух, работающий на газе, является обычным источником тепла. Температура намного выше точки обугливания целлюлозы, но большое количество влаги в стенке волокна и просвете препятствует тому, чтобы волокна сжигаются. Часто его не сушат до 10% влажности (на воздухе). Тюки не так плотно упакованы, как воздушно-сухая целлюлоза.

Получение и применение целлюлозы

В промышленности целлюлозу получают в процессе варки щепы на специальном оборудовании, установленном на целлюлозных заводах. Предприятия входят в промышленные комплексы, называемые комбинатами. В зависимости от вида используемых реагентов, различают такие способы варки целлюлозы, как:

кислые;
щелочные.

Среди перечисленных методик выделяют следующие технологии производства целлюлозы:

Сульфитный способ, относится к кислому. В варочном растворе содержатся сернистая кислота с такими солями, как гидросульфит натрия. Данный метод используют, когда требуется получить целлюлозу из древесного сырья малосмолистых пород, к примеру, ели, пихты.
Натронный способ, относится к щелочному. В процессе используют раствор гидроксида натрия. Натронным способом получают целлюлозу из лиственных пород древесины и однолетних растений. Достоинством рассматриваемого способа является отсутствие неприятного запаха соединений серы, а к недостаткам можно отнести высокую стоимость конечного продукта производства. Технология почти не применяется в современной промышленности.
Сульфатный способ, относится к щелочному. Данная технология в наши дни получила широкое распространение в промышленной сфере. Роль реагента в химической реакции играет раствор, который содержит гидроксид и сульфид натрия. Смесь называют белым щелоком. Название технологии произошло от сульфата натрия, из которого на целлюлозных комбинатах синтезируют сульфид для белого щелока. Данный способ целесообразно применять, чтобы синтезировать целлюлозу из любого вида растительного сырья. Минусом технологии является высвобождение в процессе реакции большого объема сернистых соединений с неприятным запахом в виде метилмеркаптана, диметилсульфида и других.

Техническая целлюлоза, которая произведена путем варки, включает в состав разнообразные примеси. К примеру, под данное описание попадают следующие вещества:

лигнин;
гемицеллюлозы.

В том случае, когда целлюлозу планируется использовать в процессе химической переработки, в том числе, для производства искусственных волокон, полученный материал подвергают облагораживанию. Целлюлозу обрабатывают с помощью холодного или нагретого раствора щелочи с целью удаления гемицеллюлоз.

Устранить остаточный лигнин и придать целлюлозе особенность в виде белой окраски можно путем отбеливания полученного материала. Традиционная для ХХ столетия технология хлорной отбелки состояла из нескольких этапов:

обработка хлором, чтобы разрушить макромолекулы лигнина;
обработка щелочью с целью экстракции полученных продуктов разрушения лигнина.

Целлюлозу используют для изготовления следующих видов продукции:

бумага;
картон;
искусственные волокна;
лакокрасочные материалы;
бездымный порох;
взрывчатые вещества;
твердое ракетное топливо;
гидролизный спирт.

Из целлюлозы изготавливают нити и канаты. Применение целлюлозы также связано с получением глюкозы и этилового спирта, используемого в области производства каучука. Ацетилцеллюлозу применяют в процессе получения ацетатного шелка (в виде искусственных волокон), оргстекла, негорючей пленки. Из динитроцеллюлозы производят коллодий (плотную пленку для медицинской отрасли) и целлулоид (изготовление киноленты, игрушек).

Экологические проблемы

Основное воздействие на окружающую среду при производстве древесной целлюлозы происходит из-за ее воздействия на лесные источники и из отходов.

Лесные ресурсы

Влияние лесозаготовок на производство древесной массы является предметом интенсивных дискуссий. Современные лесозаготовительные методы с использованием управления лесами стремятся обеспечить надежный возобновляемый источник сырья для целлюлозных заводов. Практика сплошной рубки является особенно чувствительным вопросом, поскольку это очень заметный эффект ведения журнала. Лесовосстановление, посадка саженцев деревьев на вырубленных площадях, также подвергалось критике за уменьшение биоразнообразия, поскольку лесовозобновляемые территории являются монокультурой. Вырубка старовозрастных лесов составляет менее 10 процентов древесной массы, но это одна из самых спорных проблем.

Стоки целлюлозных заводов

Технологические стоки обрабатываются на установке биологической очистки сточных вод, что гарантирует, что стоки нетоксичны для реципиента.

Механическая пульпа не является серьезной причиной для беспокойства об окружающей среде, поскольку большая часть органического материала остается в пульпе, а используемые химические вещества (перекись водорода и дитионит натрия ) производят доброкачественные побочные продукты (воду и сульфат натрия (наконец), соответственно).

Целлюлозно-бумажные комбинаты, особенно крафт-целлюлозные заводы, являются энергетически самодостаточными и имеют почти замкнутый цикл по отношению к неорганическим химическим веществам.

Отбеливание хлором дает большие количества хлорорганических соединений, включая полихлорированные дибензо-п-диоксины, полихлорированные дибензофураны (ПХДД / Ф).

Проблемы с запахом

Реакция варки крафт-целлюлозы, в частности, выделяет соединения с неприятным запахом. Реагент сероводорода, который разрушает структуру лигнина, также вызывает некоторое деметилирование с образованием метантиола, диметилсульфида и диметилдисульфида. Эти же соединения высвобождаются во время многих форм микробного разложения, включая внутреннее микробное действие в сыре камамбер, хотя крафт-процесс является химическим и не предполагает какого-либо микробного разложения. Эти соединения имеют чрезвычайно низкий порог запаха и неприятные запахи.