Журнал о Медицине
rss новости rss статьи rss все архив
Словарь научных терминов

Целлюлоза

ЦЕЛЛЮЛОЗА (франц. cellulose, от лат. cellula, букв. комнатка, здесь - клетка), полисахарид - линейныйhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/1/5/4/17154.jpeg-глюкан [полиhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/1/5/5/17155.jpegглюкопиранозил-D-глюкопираноза] общей ф-лы [С6Н7О2(ОН)3]n. Один из наиб. распространенных биополимеров, входящий в состав клеточных (отсюда назв.) стенок растений и микроорганизмов (нек-рые из них, а также отд. виды беспозвоночных - черви, древоточцы благодаря ферменту целлюлазе, расщепляющему Ц., могут ее усваивать). Мировой объем ежегодного прироста 104-105 т. Содержание Ц. (% по массе) в волокнах семян хлопчатника 95-98, лубяных 60-85, тканях древесины 40-44, низших

растениях 10-25.

Строение. Элементарное звено макромолекулы Ц. находится в конформации кресла с экваториально расположенными группами ОН и СН2ОН:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/1/5/6/17156.jpeg

Теоретически рассчитанная конформация макромолекулы Ц- жесткая спираль (шаг равен 2-3 элементарным звеньям), стабилизированная внутримол. водородными связями.
Ц. имеет ряд структурных модификаций, из к-рых наиб. важны модификации I-IV и X (ЦI-ЦIV и ЦХ). Структура ЦI - модификация природной Ц. Структура ЦII - т. наз. гидратцеллюлоза (см. Гидратцеллюлозные волокна), образующаяся при регенерации Ц. из ее производных (напр., сложных эфиров, щелочной Ц.), растворении и послед. осаждении Ц. из р-ра; ЦIII образуется при обработке ЦI или ЦII жидким NH3 либо безводным этиламином; ЦIV получают обработкой ЦI или ЦII при повышенной т-ре глицерином, водой либо водными р-рами щелочей; ЦХ - обработкой ЦI 38 - 40,3%-ной НС1 при 20 °С, нейтрализацией массы с одновременным повышением т-ры до 95 °С, промывкой, вытеснением воды ацетоном и сушкой.
Основа надмол. структуры Ц.- элементарные высокоупорядоченные фибриллы. Последние ассоциированы в агрегаты (микрофибриллы - содержат неск. сотен макромолекул; размеры в поперечном направлении от 4 до 10-20 нм), образующие матрицу, мол. структура к-рой значительно менее упорядочена, чем структура фибрилл.
Ц. - типичное аморфно-кристаллич. в-во (см. Кристаллическое состояние полимеров). Поэтому в Ц. в продольном направлении наряду со структурами с трехмерным дальним порядком (кристаллитами) сохраняются аморфные области. По данным электронной микроскопии, длина кристаллитов от 20-85 (гидратцеллюлозные волокна) до 65-220 нм (волокна природной Ц.). Распределение по длине и ММР - мультимодальное (см. Молекулярно-массовое распределение)и зависит от вида Ц. и условий ее получения. Объемное содержание в образце кристаллич. областей, или степень кристалличности, составляет соотв. в хлопковом волокне, древесной Ц. и Ц. искусств. волокон 70-83, 64-74 и 35-40%. Аморфные области Ц. неоднородны, что подтверждается множественностью изофазных температурных переходов. Развитая капиллярно-пористая структура Ц. включает: внутрифибриллярные нерегулярности упаковки (размер 1,5 нм); межфибриллярные поры (1,5-10 нм); поры, возникающие как результат внутр. напряжений (неск. десятков нм); каналы и поры диаметром неск. мкм (волокна природной Ц.).

Свойства. Ц.- белое волокнистое в-во с длиной волокон более 20 мм (текстильные волокна) и 3 мм (волокна для произ-ва бумаги и картона, хим. переработки). Плота. 1,52-1,54 г/см3; т. разл. 210 °С: степень полимеризации п от неск. сотен до 10-14 тыс. Раств. в сравнительно ограниченном числе р-рителей - водных смесях комплексных соед. гидроксидов переходных металлов (Сu, Cd, Ni) с NH3 и аминами, нек-рых минер. (H2SO4, Н3РО4) и орг. (трифторуксусная) к-тах, аминоксидах, нек-рых системах (напр., натрийжелезовинный комплекс - аммиак - щелочь, ДМФА - N2O4). Медноаммиачные р-ры Ц. используют для формования гидратцеллюлозных волокон и пленок.
Хим. св-ва Ц. определяются наличием гликозидных связей между элементарными звеньями и групп ОН. Гликозидная связь в Ц. неустойчива в условиях кислотного гидролиза и сольволиза. Исчерпывающий гидролиз (до глюкозы) с послед. сбраживанием лежит в основе пром. получения этанола. При гетерог. гидролизе параметр п снижается до нек-рого постоянного значения (предельное значение степени полимеризации после гидролиза), что обусловлено завершением гидролиза аморфной фазы. При гидролизе хлопковой Ц. до предельного значения получают легкосыпучий белоснежный порошок - микрокристаллическую Ц. (степенькристалличности 70-85%; средняя длина кристаллитов 7 - 10 нм), при диспергировании к-рой в воде образуется тиксотропный гель. При ацетолизе Ц. превращается в восстанавливающий дисахарид целлобиозу (ф-ла I) и ее олигомергомологи.

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/1/5/7/17157.jpeg

Термич. деструкция Ц. начинается при 150 °С и приводит к выделению низкомол. соед. (Н2, СН4, СО, спирты, карбоновые к-ты, карбонильные производные и др.) и продуктов более сложного строения. Направление и степень разложения определяются типом структурной модификации, степенями кристалличности и полимеризации. Выход одного из осн. продуктов деструкции - левоглюкозана изменяется от 60-63 (хлопковая Ц.) до 4-5% по массе (вискозные волокна). При т-ре св. 300 °С происходит пиролиз с образованием продуктов карбонизации. Карбонизация и графитация ЦII (вискозные волокна) используются при получении углеродных волокон. При облучении образца светом с длиной волны < 200 нм протекает фотохим. деструкция Ц., в результате к-рой снижается степень полимеризации, увеличиваются полидисперсность, содержание карбонильных и карбоксильных групп.
Действие на Ц. окислителей приводит гл. обр. к неизбирательному окислению спиртовых и карбонильных групп до карбоксильных, сопровождающемуся деструкцией Ц. Окисление О2 воздуха в щелочной среде, при к-ром скорость разрушения нецеллюлозных компонентов выше скорости окисления Ц., является одним из эффективных способов отбеливания техн. Ц. На использовании окислительной деструкции в щелочной среде основана одна из стадий произ-ва вискозных волокон и простых эфиров Ц. (предсозревание щелочной Ц.); как побочная эта р-ция протекает при отбеливании Ц. и ее облагораживании (см. ниже). Нек-рые окислители (периодат Na, тетраацетат Pb, N2O4) отличаются высокой избирательностью по отношению к гидроксильным группам у атомов С-2 и С-3; при их действии идет одновременное окисление этих групп ОН с разрывом кольца и образованием диальдегида.
При взаимод. Ц. с водными р-рами щелочей образуется щелочная Ц.- кристаллич. комплекс Ц., щелочи и воды; стехиометрич. состав и параметры кристаллич. решетки комплекса зависят от концентрации р-ра щелочи и т-ры. Обработка Ц. 18-20%-ными водными р-рами NaOH - одна из осн. стадий (мерсеризация) при произ-ве вискозных волокон.
По активности в р-циях, протекающих в щелочной среде, группы ОН располагаются в ряд: ОНС-2 > ОНС-6 > ОНС-3. В кислой среде, где гл. фактором является стерич. доступность, наиб. реакционноспособна группа ОН у атома С-6.
К наиб. важным р-циям Ц. относятся р-ции получения ее простых (карбоксиметилцеллюлоза, метилцеллюлоза, оксиэтилцеллюлоза, цианэтилцеллюлоза, этилцеллюлоза и др.) и сложных (целлюлозы ацетаты, целлюлозы нитраты, а также ксантогенаты, сульфаты и др.) эфиров. При этом осн. способами перевода Ц. в растворимое или термопластичное состояние являются О-алкилирование и этерификация (см. также Целлюлозы эфиры). Для направленного изменения эластич. св-в материалов на основе Ц. ее обрабатывают р-рами или эмульсиями меламина, эпоксисоединений, гидроксиметильных производных карбамида, что обеспечивает придание тканям эффекта малосминаемости.

Получение. Выделение технической Ц. из растит. сырья, гл. обр. древесины, осуществляется ее варкой с разл. хим. реагентами. Под их воздействием происходит удаление из прир. материала лигнина, гемицеллюлоз и др. нецеллюлозных компонентов. Получаемые Ц. в зависимости от выхода (% от массы исходного сырья) делятся на полуцеллюлозу (60-80), Ц. высокого выхода (50-60), Ц. нормального выхода (40-50). Технол. схема произ-ва Ц. из древесины включает: распиловку сырья, удаление коры, рубку в щепу и ее сортировку, варку Ц. в щелоке, удаление отработанного щелока, очистку, сушку и резку готового продукта. Осн. методы варки Ц.: сульфатный (преим.), сульфитный, натронный, азотнокислый; кроме того, используют комбинир. методы (содово-сульфитный и содово-сульфитно-сульфатный), а также кислородно-щелочную делигнификацию древесины (см. также Гидролизные производства, Лесохимия).
Сульфатный метод позволяет перерабатывать древесину любых пород путем ее варки в щелоке (см. Сульфатный щелок), содержащем 9-10% NaOH, в течение 5-7 ч при 165-170 °С и давлении 0,6-0,8 МПа; в случае использования Ц. для хим. переработки древесину подвергают предварит. гидролизу водой в течение 0,3-3 ч при 140-180 °С или 0,5-0,75%-ной H2SO4 в течение 2 ч при 120 оС. Сульфитный метод применим гл. обр. к хвойной древесине, варку к-рой осуществляют в щелоке (см. Сульфитный щелок), содержащем 5-10% общего SO2 и 0,8-1,3% SO2 в соед. [связан в виде гидросульфитов Na, Ca, Mg, NH4 или смесей гидросульфитов Na и Ca, NH4 и Са в соотношении (3 :7)-(7:3)] в течение 5-12 ч при 130-155 °С и давлении 0,5-0,8 МПа.
Натронный метод используют для получения Ц. хлопковой либо Ц. из лиственной древесины; варку проводят в щелоке, содержащем 3-10% NaOH в течение 1-6 ч при 140-170 °С и давлении 0,6-0,8 МПа. Азотнокислый метод состоит в обработке хлопковой Ц. 5-8%-ной HNO3 в течение 1-3 ч при т-ре ок. 100 °С и атм. давлении с послед. промывкой и экстракцией разб. р-ром NaOH. Варку Ц. описанными методами осуществляют в периодически или непрерывно действующих аппаратах объемом 60-170 м3, снабженных системами подогрева и принудит. циркуляции щелоков и др. реагентов.
После варки из Ц. удаляют мех. примеси и подвергают дополнительно хим. очистке - отбеливанию и облагораживанию. Отбеливание производят окислителями (С12, СlO2, NaClO, O2 воздуха в щелочной среде и др.). Облагораживание осуществляют обработкой варочной Ц. 0,5-2%-ными или 4 - 10%-ными водными р-рами NaOH в течение неск. часов при т-рах от 15-25 до 95-135 °С. Мировое произ-во Ц. св. 190 млн. т в год (1990).
Ц.- горючее в-во. Т. воспл. 275 °С, т. самовоспл. 420 °С (хлопковая Ц.).

Применение. Ц. используют для изготовления разл. сортов бумаги (в т.ч. бумаги фотографической)и картона, хим. переработки на искусств, волокна (ацетатные волокна, вискозные волокна, медноаммиачные волокна), пластмассы (эт-ролы), пленки полимерные, кино- и фотопленки, лаки и эмали, бездымный порох, моющие ср-ва и др.

Лит.: Роговин З. А., Химия целлюлозы, М., 1972; Целлюлоза и ее производные, под ред. Н. Байклза, Л. Сегала, пер. с англ., т. 1-2, М., 1974; Энциклопедия полимеров, т. 3, М., 1977, с. 853-60; Жбанков Р. Г., Козлов П. В., Физика целлюлозы и ее производных, Минск, 1983; Гордон Л.В., Скворцов С. О., Лисов В.И., Технология и оборудование лесохимических производств, 5 изд., М., 1988; Непенин Н. Н., Непенин Ю. Н., Технология целлюлозы, 2 изд., т. 1-2, М., 1976-90.

Л. С. Галъбрайх.


1. www.pravda.ru: Байкальский ЦБК больше не производит бумагу
25.12.2013
... декабря производство на Байкальском целлюлозно-бумажном комбинате официально прекращено. С сегодняшнего дня официально остановлено все производство и работает персонал, занятый в основном на обслуживании ТЭЦ. ...
2. www.missus.ru: Как выбрать кофеварку?
16.07.2013
... из элементов капельной кофеварки требует регулярной замены. Это фильтр — они бывают бумажными, нейлоновыми и титановыми. Самые дешевые и непрактичные — одноразовые пластины из целлюлозы. Нейлона хватает на пару сотен порций кофе, но и он нуждается в смене. Титановое "ситечко" куда более долговечно: перед новым использованием нужно просто промыть его под струей теплой воды с моющим ...
3. www.pravda.ru: Эксперт: реабилитация Байкала дорогого стоит
28.02.2013
... российские СМИ процитировали громкое заявление правительства РФ о постепенном закрытии Байкальского целлюлозного комбината до 2015 года и об окончательной ликвидации последствий его деятельности до 2020 года. Радостная весть поступила от вице-премьера Аркадия Дворковича, который также уточнил, что это совсем ...
4. www.pravda.ru: Правительство: Байкальский ЦБК будет закрыт постепенно
27.02.2013
... РФ приняло решение о постепенном закрытии Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, производство которого перенесут на другие заводы. Об этом в среду журналистам сообщил вице-премьер Аркадий Дворкович. ...
5. www.pravda.ru: На Байкальском ЦБК произошел пожар, ущерб уточняется
07.02.2013
... ночь на 7 февраля в Иркутской области на территории Байкальского целлюлозно-бумажного комбината произошел пожар. ...
6. www.pravda.ru: Байкальский тупик: судоверфь вместо ЦБК
16.01.2013
... 0 -->Близка к осуществлению полувековая мечта экологов: власти РФ заявили о решении прекратить работу Байкальского целлюлозно-бумажного комбината. По словам иркутского губернатора Сергея Ерощенко, это должно произойти в течение 1,5-2,5 лет. Но активисты вновь бьют тревогу: на освобождающихся промышленных площадях может возникнуть ...
8. www.pravda.ru: Поганки оставили людей без угля
06.07.2012
... другой стороны, ученые уже знали о том, что тогда существовали грибы, которые могли добывать энергию из целлюлозы. Поэтому они предположили, что, видимо, в конце карбона часть из них обрела в процессе эволюции способность разлагать этот малосъедобный лигнин. В результате кризис молодых экосистем был успешно ...
9. www.pravda.ru: Российский олигарх покупает английский футбольный клуб
21.01.2012
... компании Ener1, занимающейся разработкой батарей для гибридных автомобилей и электрокаров. Владельцем холдинга значится его отец Борис Зингаревич, который также руководит крупнейшим в России целлюлозно-бумажным комбинатом "Илим Палп". В 2004 году сын-бизнесмен был близок к покупке клуба английской премьер-лиги "Эвертона". ...
10. www.pravda.ru: Грузовик ушел под лед в Иркутской области, 2 жертвы
30.12.2010
... target="_blank">KM.RU, машина принадлежала компании "Илим", которая занимается лесозаготовкой и производством целлюлозы. На месте работают спасатели и представители компании. ...
11. www.missus.ru: 25 ловушек для лишнего веса
21.03.2010
... ешь целлюлозу и запиваешь ее мочегонным чаем в надежде избавиться от лишних килограммов? Или завтракаешь сжигателями жира и падаешь в голодный обморок после трехчасового фитнес-марафона? Скажи себе ...
13. www.ecosever.ru: Учёные не определили степень загрязнения Байкала
01.09.2008
... не определили степень загрязнения уникального озера Байкал от сброса производственных сточных вод Байкальского целлюлозно-бумажного комбината. ...
14. www.yoki.ru: В США взорвался целлюлозно-бумажный комбинат
30.07.2008
... результате взрыва, прогремевшего на американском целлюлозно-бумажном комбинате компании «Пэкеджинг» в Томахоке, штат Висконсин, пострадали работники предприятия. Есть погибшие.ЧП произошло в минувший вторник. По информации главы службы ...
15. www.yoki.ru: Создана бумага, прочная как сталь
09.07.2008
... из шведского королевского института технологий разработали новый вид нанобумаги. Изобретение состоит преимущественно из природных волокон целлюлозы. Но главное особенность разработки заключается в том, что по прочности нанобумага сравнима с конструкционной сталью.Механическое тестирование показало, что прочность нанобумаги составляет 214 ...
1 2 >




Здоровье и профилактика Акушерство и гинекология Стоматология Красота Зрение Энциклопеди Адреса Реклама
Видео