Природная целлюлоза что это

Натуральные целлюлозные волокна: узнаем их подробнее

Целлюлоза представляет собой волокнистый материал растительного происхождения и является основой всех натуральных и искусственных целлюлозных волокон. Натуральные целлюлозные волокна включают хлопок, лен, пеньку, джут и рами. Целлюлоза представляет собой полимерный сахарный полисахарид, состоящий из повторяющихся 1,4-8-гидроглюкозных единиц, связанных друг с другом 8-эфирными связями. Сильные межмолекулярные силы между цепями в сочетании с высокой линейностью молекулы целлюлозы объясняют кристаллическую природу целлюлозных волокон.

Целлюлозные волокна

Естественные волокна являются растительными, животными или минеральными по происхождению. Растительные волокна, как следует из названия, происходят от растений. Основным химическим компонентом в растениях является целлюлоза, и поэтому их также называют целлюлозными волокнами. Волокна обычно связаны природным фенольным полимером, лигнином, который также часто присутствует в клеточной стенке волокна; поэтому растительные волокна также часто называют лигноцеллюлозными волокнами, за исключением хлопка, который не содержит лигнин.

Целлюлоза представляет собой волокнистый материал растительного происхождения и является основой всех натуральных и искусственных целлюлозных волокон. Натуральные целлюлозные волокна включают хлопок, лен, пеньку, джут и рами. Основным искусственным целлюлозным волокном является вискоза, волокно, полученное путем регенерации растворенных форм целлюлозы.

Целлюлоза представляет собой полимерный сахар (полисахарид), состоящий из повторяющихся 1,4-8-гидроглюкозных единиц, соединенных друг с другом 8-эфирными связями.

Длинные линейные цепи целлюлозы позволяют гидроксильным функциональным группам на каждом звене ангидроглюкозы взаимодействовать с гидроксильными группами на соседних цепях посредством водородной связи и силы Ван-дер-Ваальса. Эти сильные межмолекулярные силы между цепями в сочетании с высокой линейностью молекулы целлюлозы объясняют кристаллическую природу целлюлозных волокон.

Семенные волокна

Хлопок является наиболее часто используемым натуральным целлюлозным волокном. Хлопчатобумажные волокна растут из семян в коробочке (стручке). Каждая коробочка содержит семь или восемь семян, и каждое семя может иметь до 20 000 волокон, растущих из него. Кокосовое волокно получают из волокнистой массы между внешней оболочкой и шелухой кокосовых орехов. Это жесткое волокно. Оно обычно используется для изготовления прочных внутренних и наружных ковриков, подстилок и плиток. Капокское волокно получают из семени дерева индийского капока. Волокно мягкое, легкое и пустое. Оно легко ломается, и его трудно прясть. Оно используется как волокнистый наполнитель и как набивка для подушек. Раньше волокно использовалось как наполнение для спасательных жилетов и матрасов на круизных судах, потому что оно очень плавучее. Растительный шелк обладает свойствами, подобными свойствам капока.

Лубяные волокна

Листовые волокна

Волокна «пайна» получают из листьев растения ананаса. Они используются для изготовления легких, чистых, жестких тканей для одежды, сумок и столового белья. Пайна также используется для изготовления матов. Абака является членом семьи банановых деревьев. Волокна грубые и очень длинные (до полметра). Это прочное, долговечное и гибкое волокно, используемое для веревок, напольных ковриков, столового белья, одежды и плетеной мебели.

Классификация растительных волокон

Растительные волокна классифицируются в соответствии с их источником на растениях следующим образом:

(1) лубяные или стеблевые волокна, которые образуют волокнистые пучки во внутренней коре (флоэме или лубе) стеблей растений, часто упоминаются как мягкие волокна для текстильного использования;

(2) листовые волокна, которые проходят вдоль листьев однодольных растений, также называются твердыми волокнами и;

Волокна находятся в нитях, проходящих по длине стержня или между суставами. Чтобы отделить пряди, необходимо удалить естественную резинку, связывающую их. Эта операция называется вымачивание (контролируемое гниение). Для большинства применений, особенно для текстильных изделий, это длинное волокно композитного типа используется напрямую; однако, когда такие волокнистые нити измельчаются химическими средствами, прядь разбивается на гораздо более короткие и тонкие волокна.

Длинные листовые волокна дают силу листьям некоторых недревесных однодольных растений. Они простираются в продольном направлении по всей длине листа и зарываются в ткани паренхиматозной природы. Волокна, найденные ближе всего к поверхности листа, являются самыми сильными. Волокна отделяются от целлюлозы путем соскоба, поскольку между волокнами и пульпой малое связывание; эта операция называется декортикацией. Листовые волокнистые нити также многослойны по структуре.

Древние люди использовали веревку для рыболовства, ловушек и транспортировки, а также в тканях для одежды. Производство веревок и шнуров началось в палеолитические времена, как видно на рисунках пещер. Веревки, шнуры и ткани изготавливались из тростника и трав в Древнем Египте (400 г. до н.э.). Веревки, лодки, паруса и коврики изготавливались из волокон пальмового листа и стеблей папируса, а письменные поверхности, называемых папирусом, из сердцевины. Джут, лен, рами, осока, камыш и тростник уже давно используются для тканей и корзин. В древности джут выращивался в Индии и использовался для прядения и ткачества. Считается, что первая настоящая бумага была сделана в юго-восточном Китае во втором веке нашей эры из старых тряпок (лубяных волокон) из пеньки и рами, а затем из лубяного волокна тутового дерева.

В последние годы мировые рынки растительных волокон неуклонно снижаются, главным образом в результате замены синтетическими материалами. Джут традиционно является одним из основных лубяных волокон (тоннажная основа), продаваемых на мировом рынке; однако резкое снижение экспорта джута в Индию свидетельствует о снижении рыночного спроса на это волокно, которое жизненно важно для экономики Индии (Западная Бенгалия), Бангладеша и Пакистана.

Природные характеристики целлюлозного волокна

Рами является одним из самых старых волокнистых культур, которая использовалась как минимум шесть тысяч лет назад. Он также известен как фарфоровая трава.

Рами требует химической обработки для удаления смолы. Это тонкое абсорбирующее, быстросохнущее волокно, немного жесткое, и обладает высоким естественным блеском. Высота растения составляет 2,5 м, а его сила в восемь раз больше, чем у хлопка.

Конопля

Это желтовато-коричневое волокно. Волокна конопли могут иметь длину от 10 см до 0,5 м, по всей высоте растения Характеристики волокна конопли — его превосходная прочность и долговечность, устойчивость к ультрафиолетовому излучению и плесени, комфорт и хорошая поглощаемость

Джут является одним из самых дешевых натуральных волокон и уступает только хлопку в произведенном количестве и разнообразном использовании. Волокна джута состоят в основном из растительных материалов целлюлозы и лигнина.

Джут — это длинное, мягкое, блестящее растительное волокно, которое можно развернуть в грубые, сильные нити. Таким образом, это лигноцеллюлозное волокно, которое частично является текстильным волокном и частично древесиной. Растение вырастает до 2,5 м, а длина его волокна составляет около 2 м. Он обычно используется в геотекстиле. Он обладает хорошей устойчивостью к микроорганизмам и насекомым. Он имеет низкую прочность во влажном состоянии, низкое удлинение и недорогой в производстве

Кокосовое волокно

Волокно механически извлекается из сухой зрелой кокосовой шелухи после вымачивания.

Это длинное, твердое и прочное волокно, но с более низкой мягкостью, меньшей водопоглощающей способностью и более короткой продолжительностью жизни, чем длинные вымоченные волокна.

Капок

Капоковое волокно — это шелковисто-хлопчатобумажное вещество, которое окружает семена в стручках дерева сейба.

Оно может выдерживать воду в 30 раз больше собственного веса и теряет только 10 процентов плавучести в течение 30-дневного периода. Оно в восемь раз легче хлопка Оно используется в качестве теплоизолятора. Оно также легкое, неаллергическое, нетоксичное, устойчивое к гниению и запаху. Так как оно неупругое и слишком хрупкое, его нельзя прясть. Оно обладает выдающимися характеристиками легкости, герметичности, теплоизоляции и экологичности.

Источник

Целлюлоза, свойства, получение и применение

Целлюлоза, свойства, получение и применение.

Целлюлоза – природное высокомолекулярное органическое соединение, углевод, полисахарид с формулой (C₆H₁₀O₅)n.

Целлюлоза, формула, строение, вещество, характеристика:

Целлюлоза, клетчатка (фр. cellulose от лат. cellula – «клетка») – природное высокомолекулярное органическое соединение, углевод, полисахарид с формулой (C₆H₁₀O₅)n.

Молекулы целлюлозы представляют собой неразветвлённые цепочки из остатков β-D-глюкозы, соединённых гликозидными (водородными) связями β-(1→4).

Строение молекулы целлюлозы, структурная формула целлюлозы:

Молекула целлюлозы образована из множества (от нескольких сотен до десятков тысяч) остатков β-D-глюкозы, связанных между собой гликозидными ( водородными ) связями.

Молекула целлюлозы имеет линейное строение и склонна принимать вытянутую стержневую конформацию.

Так как макромолекула целлюлозы представляет собой смесь молекул (мономерных звеньев) с различной степенью полимеризации (т.е. числом мономерных звеньев в молекуле полимера ), то она неоднородна по молекулярной массе. Целлюлоза из древесины имеет типичную длину цепи от 300 до 1700 единиц мономерных звеньев C₆H₁₀O₅, хлопок и другие растительные волокна, а также бактериальная целлюлоза имеют длину цепи от 800 до 10 000 единиц звеньев C₆H₁₀O₅.

Молярная масса мономерного звена целлюлозы С₆Н₁₀О₅ составляет 162,1406 г/моль

Целлюлоза – это растительный полисахарид, являющийся самым распространенным органическим веществом. Целлюлоза является главной составляющей частью и структурным материалом оболочки растительной клетки. Кроме целлюлозы в состав клеточных оболочек входят еще несколько других углеводов, известных под общим названием гемицеллюлозы (ксилан, маннан, галактан, арабан и др.).

Внешне целлюлоза в чистом виде представляет собой белое твердое волокнистое вещество, без вкуса и запаха.

Волокна целлюлозы обладают высокой механической прочностью.

Хорошо впитывает воду из-за наличия гидроксильных групп в своем составе.

Подвергается разложению при участии микроорганизмов и при действии ультрафиолетовых лучей.

Не разрушается при нагревании до 200 о С.

Нахождение целлюлозы в природе:

В чистом виде в природе не содержится.

В большом количестве целлюлоза содержится в волокнах хлопка – 95-98 %, льна – 60-85 %, в тканях древесины – 40-55 %, в растительных остатках, попадающих в почву (листьях, стеблях и пр.), – 40-90 %, в соломе – до 30 %.

Физические свойства целлюлозы:

Химические свойства целлюлозы. Химические реакции целлюлозы:

Из-за наличия трёх гидроксильных групп в каждом звене целлюлоза проявляет свойства многоатомных спиртов, поэтому для нее характерны все химические реакции, свойственные спиртам: образование простых и сложных эфиров органических и неорганических кислот, получение щелочной целлюлозы и др.

Основные химические реакции целлюлозы следующие:

1. гидролиз целлюлозы:

2. реакция нитрования целлюлозы (т.е. реакция целлюлозы с азотной кислотой).

3. реакция этерификации целлюлозы с уксусной кислотой.

4. реакция пиролиза целлюлозы:

5. реакция горения целлюлозы:

В результате реакции происходит полное окисление целлюлозы до углекислого газа и воды.

Производство и получение целлюлозы:

Содержание целлюлозы в древесине составляет порядка 40-55 %. Остальное – гемицеллюлоза (ксилан, маннан, галактан, арабан и др.) и лигнин. Лигнин (от лат. lignum – дерево, древесина) – это вещество, характеризующее одеревеневшие стенки растительных клеток, и представляющее собой смесь ароматических полимеров родственного строения. На лигнин приходится от 18 до 24 % массы древесины лиственных пород и 23-50 % массы хвойных пород. Причем (лигнин) последний выполняет функцию связующего вещества между волокнами целлюлозы.

Если образно сравнить древесину с железобетоном, то получается, что волокна целлюлозы, обладающие высокой прочностью на растяжение, подобны арматуре в железобетоне, а лигнин, обладающий высокой прочностью на сжатие, – бетону.

Гемицеллюлоза в древесине выполняет функцию укрепления волокон целлюлозе. Она представляет собой растительные гомо- и гетерополисахариды с меньшей, чем у целлюлозы, молекулярной массой (10 000-40 000 г/моль), состоящие из остатков разных пентоз и гексоз.

Целлюлоза получается (выделяется) из древесины двумя методами: механическим и химическим. При любом методе получения целлюлозы древесина предварительно измельчается в щепу.

Механический метод получения целлюлозы:

При механическом методе получения целлюлозы древесную щепу, как правило, истирают или размалывают в водной среде в присутствии специальных реагентов. Под действием воды, тепла и специальных реагентов лигнин размягчается, и древесина распадается на отдельные волокна. Затем волокна очищаются. Однако полностью лигнин из полученных волокон не удаляется, а остается на поверхности и внутри них, что сказывается на качестве полученной целлюлозы и в будущем – на получаемых бумажных листах.

Выход «механической» древесной массы получается достаточно высоким.

Бумажные листы из «механической» древесной массы имеют низкую плотность, высокую твердость и жесткость, а также цвет исходной древесины.

Химический метод получения целлюлозы:

Химический метод получения целлюлозы заключается в том, что древесную щепу помещают в кипящий раствор, где варят в течении длительного времени.

По типу применяемых реагентов различают несколько способов варки древесной щепы:

– сульфитный. Варочный раствор содержит сернистую кислоту и её соль, например, гидросульфит натрия. Варка происходит при повышенной температуре и давлении. Этот способ варки применяется для получения целлюлозы из малосмолистых пород древесины: ели, пихты;

– сульфатный. Наиболее распространённый способ на сегодняшний день. В качестве реагента используют раствор, содержащий гидроксид и сульфид натрия. Данный способ пригоден для получения целлюлозы из любого вида растительного сырья.

В процессе варки получают техническую целлюлозу, которая выпадает в осадок, а лигнин взаимодействует с варочным раствором, в результате чего получаются различные химические вещества (кормовые дрожжи, сульфатный лигнин, сульфатное мыло, фитостерин, талловое масло, канифоль, сернистые соединения, метанол, скипидар и пр.).

Техническая целлюлоза для удаления гемицеллюлозы и облагораживания обрабатывается холодным или горячим раствором щелочи, а для удаления остаточного лигнина – хлором, озоном, кислородом, пероксидом водорода, после чего – щелочью. Процесс удаления лигнина также называется отбелкой целлюлозы и имеет цель придание ей белизны.

В отличие от целлюлозы, полученной механическим способом, целлюлоза, полученная химическим способом, имеет белый цвет, большую длину волокон, становится более гибкой.

Применение целлюлозы:

– для производства бумаги и картона,

– в качестве наполнителя в таблетках в фармацевтике,

– для получения искусственных волокон (вискозного, ацетатного, медно-аммиачного шёлка, искусственного меха),

– для изготовления тканей (хлопок, который большей частью состоит из целлюлозы – 95-98 %),

Источник

Целлюлоза, свойства, получение и применение

Целлюлоза – природное высокомолекулярное органическое соединение, углевод, полисахарид с формулой (C₆H₁₀O₅)n.

Целлюлоза, формула, строение, вещество, характеристика:

Целлюлоза, клетчатка (фр. cellulose от лат. cellula – «клетка») – природное высокомолекулярное органическое соединение, углевод, полисахарид с формулой (C₆H₁₀O₅)n.

Молекулы целлюлозы представляют собой неразветвлённые цепочки из остатков β-D-глюкозы, соединённых гликозидными (водородными) связями β-(1→4).

Строение молекулы целлюлозы, структурная формула целлюлозы:

Молекула целлюлозы образована из множества (от нескольких сотен до десятков тысяч) остатков β-D-глюкозы, связанных между собой гликозидными (водородными) связями.

Молекула целлюлозы имеет линейное строение и склонна принимать вытянутую стержневую конформацию.

Так как макромолекула целлюлозы представляет собой смесь молекул (мономерных звеньев) с различной степенью полимеризации (т.е. числом мономерных звеньев в молекуле полимера), то она неоднородна по молекулярной массе. Целлюлоза из древесины имеет типичную длину цепи от 300 до 1700 единиц мономерных звеньев C₆H₁₀O₅, хлопок и другие растительные волокна, а также бактериальная целлюлоза имеют длину цепи от 800 до 10 000 единиц звеньев C₆H₁₀O₅.

Молярная масса мономерного звена целлюлозы С₆Н₁₀О₅ составляет 162,1406 г/моль

Целлюлоза – это растительный полисахарид, являющийся самым распространенным органическим веществом. Целлюлоза является главной составляющей частью и структурным материалом оболочки растительной клетки. Кроме целлюлозы в состав клеточных оболочек входят еще несколько других углеводов, известных под общим названием гемицеллюлозы (ксилан, маннан, галактан, арабан и др.).

Внешне целлюлоза в чистом виде представляет собой белое твердое волокнистое вещество, без вкуса и запаха.

Волокна целлюлозы обладают высокой механической прочностью.

Целлюлоза не растворяется в воде, слабых кислотах и большинстве органических растворителей. Растворяется в некоторых растворителях, например, в водных смесях комплексных соединений гидроксидов переходных металлов (Сu, Cd, Ni) с NH₃ и аминами, в серной и ортофосфорной кислотах, а также в аммиачном растворе гидроксида меди (II) – реактиве Швейцера.

Хорошо впитывает воду из-за наличия гидроксильных групп в своем составе.

Подвергается разложению при участии микроорганизмов и при действии ультрафиолетовых лучей.

Не разрушается при нагревании до 200 о С.

Различные виды целлюлозы (из различных растительных материалов) структурно неоднородны, т.к. расстояние между молекулами или звеньями молекул целлюлозы, а также взаимное расположение этих молекул могут быть различны. Соответственно изменяются прочностные связи между молекулами, а также физические и химические свойства различных видов целлюлозы. Свойства также зависят от количества звеньев в молекуле целлюлозы (т.е. от степени полимеризации). Например, чем больше расстояние между молекулами или звеньями молекул и чем меньше прочность связи между ними, тем больше гигроскопичность целлюлозы, ее окрашиваемость, более реакционноспособна в процессах этерификации, протекающих в кислой среде, и т.д. Целлюлоза со степенью полимеризации менее 1000 растворима в концентрированной ортофосфорной кислоте, а целлюлоза со степенью полимеризации ниже 200 – также и в 10-12 % растворе гидроксида натрия.

Нахождение целлюлозы в природе:

В чистом виде в природе не содержится.

Целлюлоза образуется в растениях (в т.ч. водорослях) в результате сложных биохимических реакций в процессе фотосинтеза из простейших углеводов. Она представляет собой составную часть оболочки клеток растений, обеспечивая механическую прочность и эластичность растительной ткани.

В большом количестве целлюлоза содержится в волокнах хлопка – 95-98 %, льна – 60-85 %, в тканях древесины – 40-55 %, в растительных остатках, попадающих в почву (листьях, стеблях и пр.), – 40-90 %, в соломе – до 30 %.

Целлюлоза также встречается у грибов и животных: у некоторых простейших и у оболочников (Tunicata). У последних она выделяется клетками наружных покровов и образует наружную оболочку, или тунику, животного.

Целлюлоза вырабатывается также некоторыми бактериями, например, бактериями рода Acetobacter.

Физические свойства целлюлозы:

Химические свойства целлюлозы. Химические реакции целлюлозы:

Из-за наличия трёх гидроксильных групп в каждом звене целлюлоза проявляет свойства многоатомных спиртов, поэтому для нее характерны все химические реакции, свойственные спиртам: образование простых и сложных эфиров органических и неорганических кислот, получение щелочной целлюлозы и др.

Основные химические реакции целлюлозы следующие:

1. гидролиз целлюлозы:

В результате реакции образуется глюкоза.

2. реакция нитрования целлюлозы (т.е. реакция целлюлозы с азотной кислотой).

3. реакция этерификации целлюлозы с уксусной кислотой.

4. реакция пиролиза целлюлозы:

При температуре выше 350 °C в отсутствии кислорода целлюлоза подвергается пиролизу (также называемому “термолизом”), разлагаясь на твердый уголь, пары, аэрозоли и газы, такие как углекислый газ и пр. продукты сложного строения.

5. реакция горения целлюлозы:

В результате реакции происходит полное окисление целлюлозы до углекислого газа и воды.

Производство и получение целлюлозы:

Поскольку в природе в чистом виде целлюлоза не содержится, а, как правило, образуется в растениях, то ее в основном получают из древесины. Производство (получение) целлюлозы является одним из этапов производства бумаги.

Содержание целлюлозы в древесине составляет порядка 40-55 %. Остальное – гемицеллюлоза (ксилан, маннан, галактан, арабан и др.) и лигнин. Лигнин (от лат. lignum – дерево, древесина) – это вещество, характеризующее одеревеневшие стенки растительных клеток, и представляющее собой смесь ароматических полимеров родственного строения. На лигнин приходится от 18 до 24 % массы древесины лиственных пород и 23-50 % массы хвойных пород. Причем (лигнин) последний выполняет функцию связующего вещества между волокнами целлюлозы.

Если образно сравнить древесину с железобетоном, то получается, что волокна целлюлозы, обладающие высокой прочностью на растяжение, подобны арматуре в железобетоне, а лигнин, обладающий высокой прочностью на сжатие, – бетону.

Гемицеллюлоза в древесине выполняет функцию укрепления волокон целлюлозе. Она представляет собой растительные гомо- и гетерополисахариды с меньшей, чем у целлюлозы, молекулярной массой (10 000-40 000 г/моль), состоящие из остатков разных пентоз и гексоз.

Целлюлоза получается (выделяется) из древесины двумя методами: механическим и химическим. При любом методе получения целлюлозы древесина предварительно измельчается в щепу.

Механический метод получения целлюлозы:

При механическом методе получения целлюлозы древесную щепу, как правило, истирают или размалывают в водной среде в присутствии специальных реагентов. Под действием воды, тепла и специальных реагентов лигнин размягчается, и древесина распадается на отдельные волокна. Затем волокна очищаются. Однако полностью лигнин из полученных волокон не удаляется, а остается на поверхности и внутри них, что сказывается на качестве полученной целлюлозы и в будущем – на получаемых бумажных листах.

Выход «механической» древесной массы получается достаточно высоким.

Бумажные листы из «механической» древесной массы имеют низкую плотность, высокую твердость и жесткость, а также цвет исходной древесины.

Химический метод получения целлюлозы:

Химический метод получения целлюлозы заключается в том, что древесную щепу помещают в кипящий раствор, где варят в течении длительного времени.

По типу применяемых реагентов различают несколько способов варки древесной щепы:

В процессе варки получают техническую целлюлозу, которая выпадает в осадок, а лигнин взаимодействует с варочным раствором, в результате чего получаются различные химические вещества (кормовые дрожжи, сульфатный лигнин, сульфатное мыло, фитостерин, талловое масло, канифоль, сернистые соединения, метанол, скипидар и пр.).

Техническая целлюлоза для удаления гемицеллюлозы и облагораживания обрабатывается холодным или горячим раствором щелочи, а для удаления остаточного лигнина – хлором, озоном, кислородом, пероксидом водорода, после чего – щелочью. Процесс удаления лигнина также называется отбелкой целлюлозы и имеет цель придание ей белизны.

В итоге получается чистая целлюлоза. Общий объем получаемой химическим способом целлюлозы зависит от способа варки, а так же от вида древесины. Выход составляет от 40 до 65 %.

В отличие от целлюлозы, полученной механическим способом, целлюлоза, полученная химическим способом, имеет белый цвет, большую длину волокон, становится более гибкой.

Источник