Лучшие писатели

Химические свойства

Целлюлоза — натуральное вещество, которое имеет большое значение в биологии. В результате фотосинтеза растения могут самостоятельно вырабатывать (C6H10O5)N. В составе этого органического вещества содержатся кислород, водород и углерод.

Под воздействием прямых солнечных лучей растения вырабатывают природный полимер, который в итоге перерабатывается клетками и даёт возможность волокнам справиться с воздействием неблагоприятных факторов окружающей среды. Целлюлоза является важным участником процесса фотосинтеза. Если попробовать брызнуть сладкую воду на свежий срез дерева, то вся жидкость практически мгновенно впитается. В лабораторных условиях было доказано, что (C6H10O5)n обладает следующими химическими свойствами:

1. Гидролиз. Как и крахмал, целлюлоза под воздействием высокой температуры в результате взаимодействия с разбавленными кислотами подвергается гидролизу. Конечным продуктом химической реакции является глюкоза, например, (C6H10O5)n + H2O → nC6H12O6. При условии длительного нагревания с минеральными кислотами происходит специфический ступенчатый гидролиз целлюлозы. Эту химическую реакцию можно изобразить так: (C6H10O5)n → y (C6H10O5)x → (n/2)C12H22O11 → nC6H12O6. Процесс гидролиза (C6H10O5)n является очень важным в промышленности, так как из древесных опилок и стружек можно получить глюкозу, при сбраживании которой образуется этиловый (гидролизный) спирт.
2. Нитрование. В составе целлюлозы отсутствует альдегидная группа, из-за чего при использовании этого органического вещества нельзя получить реакцию «серебряного зеркала». Для природного полимера свойственно образование сложных эфиров. В стандартных условиях (C6H10O5)n взаимодействует только с концентрированными кислотами. При использовании HNO3 и H2SO4 образуется тринитрат целлюлозы, который является водоотнимающим элементом. Эту химическую реакцию можно изобразить так: (C6H7O2 (OH)3)n + 3nHNO3 → (C6 H7O2 (ONO2)3)n + 3nH2O. Пироксилин является этерифицированной клетчаткой, которая относится к категории взрывчатых веществ (на основе этого элемента изготавливают бездымный порох).

Целлюлоза взаимодействует с C4H6O3. При условии использования H2SO4 и C2H4O2 можно получить триацетилцеллюлозу: (C6H7O2 (OH)3)n + 3nCH3COOH → (C6H7O2 (OCOCH3)3)n + 3nH2O.

Commercial products

Cellulose is the major constituent of paper and textiles made from cotton, linen, and other plant fibers. Cellulose can be converted into cellophane, clear rolling papers made from Viscose film, rayon, and more recently cellulose has been used to make Modal, a bio-based textile derived from beechwood cellulose. Cellulose is used in the laboratory as the stationary phase for thin layer chromatography and cotton linters. It is the raw material in the manufacture of nitrocellulose, historically used in smokeless gunpowder and as the base material for photographic and movie films until the mid 1930s.

Rayon is an important fiber made out of cellulose and has been used for textiles since the beginning of the 20th century. Cellulose is used to make hydrophilic and highly absorbent sponges and water-soluble adhesives and binders such as methyl cellulose and carboxymethyl cellulose which are used in wallpaper paste.

Cellulose source and energy crops

Main article: Energy crop

The major combustible component of non-food energy crops is cellulose, with lignin second. Non-food energy crops are preferred to edible energy crops (which have a large starch component) because they do not cause inflation of food prices.

Typical non-food energy crops include Switchgrass, Miscanthus, Salix (Willow) and Populus (Poplar) species.

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).

Химическая формула целлюлозы (C₆H₁₀O₅)n либо [С₆Н₇О₂(ОН)₃]n.

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 оС.

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.

Сложные и простые эфиры целлюлозы

В гидроксильные группы (-ОН) целлюлозы может быть частично или полностью реагирует с различными реагентами с получением производных полезные свойства , такие как в основном из целлюлозы эфиры и целлюлозы , простые эфиры (-OR). В принципе, хотя и не всегда в современной промышленной практике, целлюлозные полимеры являются возобновляемыми ресурсами.

К сложноэфирным производным относятся:

Ацетат целлюлозы и триацетат целлюлозы представляют собой пленкообразующие и волокнообразующие материалы, которые находят множество применений. Первоначально нитроцеллюлоза использовалась как взрывчатое вещество и была одним из первых пленкообразующих материалов. С камфорой нитроцеллюлоза дает целлулоид .

К эфирным производным относятся:

Карбоксиметилцеллюлозу натрия может быть поперечно-сшитый с получением кроскармеллозу натрия (E468) для использования в качестве разрыхлителя в фармацевтических препаратах.

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 %),

– для производства пластмасс, оргстекла, кино и фото пленок и пр.,

– для производства лаков,

– для производства порохов,

– для изготовления нитей, канатов,

– получение глюкозы, этилового спирта.

Примечание:  Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

Найти что-нибудь еще?

карта сайта

Коэффициент востребованности
19 303

References

1. ^ Crawford, R. L. (1981). Lignin biodegradation and transformation. New York: John Wiley and Sons. ISBN 0-471-05743-6.
2. Updegraff DM (1969). «Semimicro determination of cellulose in biological materials». Analytical Biochemistry 32: 420 – 424.
3. ^ Klemm, Dieter; Brigitte Heublein, Hans-Peter Fink, Andreas Bohn (2005). «Cellulose: Fascinating Biopolymer and Sustainable Raw Material». ChemInform 36 (36). Retrieved on 2007-12-31.
4. Young, Raymond (1986). Cellulose structure modification and hydrolysis. New York: Wiley. ISBN 0471827614.
5. Cooking cellulose in hot and compressed water Shigeru Deguchi, Kaoru Tsujii and Koki Horikoshi Chem. Commun., 2006, 3293 — 3295, doi:10.1039/b605812d
6. Kimura, Laosinchai, Itoh, Cui, Linder, Brown, Plant Cell, 1999, 11, 2075-2085
7. Taylor, Howells, Huttly, Vickers, Turner, PNAS, 2003, 100, 1450-1455
8. Peng, Kawagoe, Hogan, Delmer, Science, 2002, 295, 147-150.

Processing of Cellulose

Processing of Cellulose can be achieved using various methods; where some of them are listed below.

Breakdown — Cellulolysis

It is defined as the process of breaking down the Cellulose molecules into further smaller polysaccharides, known as cellodextrins or completely into the glucose units. This is known as a hydrolysis reaction. Because the cellulose molecules strongly bind each other, the process of cellulolysis is relatively difficult to that of the breakdown of other polysaccharides. However, this process can be intensified significantly in the proper solvent. For example, in an ionic liquid.

Most mammals contain a limited ability to digest dietary fiber like Cellulose. A few ruminants such as sheep and cows contain certain symbiotic anaerobic bacteria (such as Ruminococcus and Cellulomonas) in the flora of the rumen, and these bacteria produce enzymes called cellulases, which hydrolyze Cellulose. Then, the breakdown products are used by the bacteria for proliferation. 

Later, the bacterial mass is digested by the ruminant in its digestive system (small intestine and stomach). Horses also use this Cellulose in their diet by fermentation in their hindgut. Some termites contain in the hindguts of certain flagellate protozoa cellulose producing such enzymes, whereas the others can produce cellulase or contain bacteria.

The enzymes that are used to cleave the glycosidic linkage in Cellulose are the glycoside hydrolases, including exo-acting glucosidases and endo-acting cellulases. Usually, such enzymes are secreted as a part of multienzyme complexes that may include carbohydrate-binding doctrines and modules.

Breakdown — Thermolysis

At temperatures falling above 350 °C, the Cellulose undergoes thermolysis (otherwise called ‘pyrolysis’), decomposing into a vapor, solid char, aerosols, and also gases such as carbon dioxide. The maximum yield of vapors that condense to a liquid known as bio-oil obtains at 500 °C.

The semi-crystalline cellulose polymers react at pyrolysis temperatures (350 — 600°C) in some seconds; this transformation has been shown to occur through a solid-to-liquid-to-vapor transition, including the liquid (known as molten Cellulose or intermediate liquid Cellulose) existing for only one fraction of a second. The glycosidic bond cleavage produces a short cellulose chains that ranges from two-to-seven monomers comprising the melt. The vapor bubbling of intermediate liquid cellulose forms aerosols, consist of the short chain anhydro-oligomers that are derived from the melt.

Also, continuing decomposition of molten Cellulose produces volatile compounds, including furans, light oxygenates, levoglucosan, pyrans, and gases through the primary reactions. Within the thick cellulose samples, the volatile compounds like levoglucosan undergo into the ‘secondary reactions’ to the volatile products, including the light oxygenates — glycolaldehyde and the pyrans.

Breakdown (cellulolysis)

Cellulolysis is the process relating to or causing the hydrolysis of cellulose (i.e. cellulolytic bacteria, fungi or enzymes).

Mammals do not have the ability to break down cellulose directly. Typically, this ability is possessed only by certain bacteria (which have specific enzymes) like Cellulomonas etc., and which are often the flora on the gut walls of ruminants like cows and sheep, or by fungi, which in nature are responsible for cycling of nutrients. The enzymes utilized to cleave the glycosidic linkage in cellulose are glycoside hydrolases including endo-acting cellulases and exo-acting glucosidases. Such enzymes are usually secreted as part of multienzyme complexes that may include dockerins and cellulose binding modules, referred to in some cases as cellulosomes.

Many cellulolytic bacteria, fungi or enzymes break down cellulose into shorter linked chains known as cellodextrins.

Материалы и методы

Производственный опыт проводили на селекционно-семеноводческом участке овощебахчевых культур ФГБНУ «ФНЦ риса» на летнем посеве дыни раннеспелого сорта Стрельчанка, с периодом вегетации 55-58 дней от всходов до уборки. Учетная площадь делянки составляла 10 м2, повторность в опыте 3-х кратная. Расположение вариантов рендомизированное. Площадь питания одного растения – 2 м2 (2,0 х 1,0). Посев осуществлен семенами категории ОС, вручную 15 июля, на участке после уборки чеснока. На делянку высевалось 5 г семян. Густота посева из расчета 5 тыс. штук растений на гектар. Минеральное удобрение нитроаммофоску (N₁₆P₁₆K₁₆) вносили до посева перед фрезерованием почвы.  Норма внесения минеральных удобрений N₆₀Р₆₀К₆₀ кг д. в./га (по 375 кг/га физических туков). Для обеспечения всходов при летнем посеве укладывали капельную ленту с расстоянием между эмиттерами 35 см. Для мульчирования почвы использовали вторичную целлюлозу, которая состоит на 70 % из измельченной целлюлозы серо-белого цвета и 30 % кальция с рН – 7,6. Насыпная плотность материала 450-540 кг/м3. Период полного разложения вторичной целлюлозы 11-15 месяцев. Через 5 дней после посева, когда появились всходы, мульчирующий материал наносили на почву по центру посевного ряда. Ширина мульчирующей полосы 0,5 м и толщина слоя до 5 см, которая обеспечивала полное покрытие почвы. Растения в момент нанесения мульчи закрывали полиэтиленовыми стаканами.

При закладке опытов и проведении исследований использовали методику полевого опыта в овощеводстве . Агротехнику выращивания бахчевых культур на опытных участках выполняли в соответствии с рекомендациями, разработанными в отделе овощекартофелеводства ФГБНУ «ФНЦ риса» . Статистическая обработка полученных данных проведена согласно методическим рекомендациям А.Х. Шеуджена .

Приложения

Композитные материалы

Композиционные материалы — это класс материалов, которые чаще всего изготавливаются путем комбинации волокна со связующим материалом (матрицей). Эта комбинация смешивает свойства волокна с матрицей, чтобы создать новый материал, который может быть прочнее, чем одно волокно. В сочетании с полимерами целлюлозные волокна используются для создания некоторых армированных волокном материалов, таких как биокомпозиты и армированные волокном пластмассы . В таблице представлены различные полимерные матрицы и целлюлозные волокна, с которыми они часто смешиваются.

Поскольку макроскопические характеристики волокон влияют на поведение получаемого композита, особый интерес представляют следующие физико-механические свойства:

• Размеры: соотношение между длиной и диаметром волокон является определяющим фактором в передаче усилий на матрицу. Кроме того, неправильное поперечное сечение и фибриллированный вид растительных волокон помогает закрепить их в хрупкой матрице.
• Объем пустот и водопоглощение: волокна довольно пористые с большим объемом внутренних пустот. В результате, когда волокна погружены в связующий материал, они впитывают большое количество матрицы. Высокая абсорбция может вызвать усадку волокна и набухание матрицы. Однако большой объем пустот способствует уменьшению веса, увеличению звукопоглощения и низкой теплопроводности конечного композитного материала.
• Прочность на разрыв : в среднем аналогична волокнам полипропилена.
• Модуль упругости : целлюлозные волокна имеют низкий модуль упругости. Это определяет его использование в строительных компонентах, работающих в стадии пост-трещин, с высоким поглощением энергии и сопротивлением динамическим силам.

Текстиль

В текстильной промышленности регенерированная целлюлоза используется в качестве волокон, таких как вискоза (включая модал и недавно разработанный лиоцелл ). Волокна целлюлозы производятся из растворяющейся целлюлозы . Волокна на основе целлюлозы бывают двух типов: регенерированная или чистая целлюлоза, полученная в результате медно-аммониевого процесса, и модифицированная целлюлоза, такая как ацетаты целлюлозы .

Первое искусственное волокно, известное как искусственный шелк , стало известно как вискоза примерно в 1894 году, и, наконец, вискоза в 1924 году. Аналогичный продукт, известный как ацетат целлюлозы, был открыт в 1865 году. Вискоза и ацетат являются искусственными волокнами, но не полностью синтетическими. из дерева . Хотя эти искусственные волокна были открыты в середине девятнадцатого века, успешное современное производство началось намного позже.

Фильтрация

Пропитка целлюлозных волокон / вспомогательные фильтрующие средства могут обеспечить защитный слой фильтрующим элементам в виде порошковой целлюлозы, помимо повышения пропускной способности и прозрачности. Как беззольная и неабразивная фильтрация, делает очистку легкой после процесса фильтрации без повреждения насосов или клапанов. Они эффективно фильтруют металлические примеси и поглощают до 100% эмульгированного масла и котельного конденсата. В целом, целлюлозные волокна в системах фильтрации могут значительно улучшить фильтрующие характеристики при использовании в качестве первичного или восстановительного предварительного покрытия следующими способами:

• Устранение зазоров в перегородке фильтра и небольших механических утечек в прокладках и седлах створок
• Повышение стабильности фильтрационной корки, чтобы сделать ее более устойчивой к ударам давления и прерываниям
• Создание более однородного предварительного покрытия без трещин для более эффективной фильтрации поверхности.
• Улучшение отделения кека и снижение требований к очистке
• Предотвращение просачивания мелких частиц
• Легкое и быстрое предварительное нанесение покрытия и уменьшение растворимых загрязнений

Лубяные волокна

• Лен является одним из самых старых текстильных волокон, но его использование уменьшилось с момента изобретения вращающегося механизма для получения хлопка.
• Волокна рами имеют длину от 10 до 15 см. Волокна белее и мягче льна. Рами плохо принимает красители, если только он не подвергается сухой чистке. Хотя натуральное волокно рами сильное, однако оно не обладает устойчивостью, эластичностью и потенциалом удлинения. Волокна рами устойчивы к плесени, насекомым и усадке. Они используются для одежды, оконных драпировок, веревок, бумаги и столового и постельного белья.
• Пеньковая конопля похожа на лен. Волокна имеют длину от 10 до 40 см. Конопля оказывает малое воздействие на окружающую среду: она не требует пестицидов. Она вырабатывает на 250% больше волокна, чем хлопок, и на 600% больше волокна, чем лен, на одном и том же участке земли. Растения конопли можно использовать для извлечения цинка и ртутных загрязнителей из почвы. Конопля используется для веревок, одежды и бумаги. Наркоманы готовы платить чрезмерную цену за одежду из конопли, потому что она связана с марихуаной.
• Джут является одним из самых дешевых и одним из самых слабых целлюлозных волокон. У джута низкая эластичность, удлинение, устойчивость к солнечному свету, устойчивость к плесени и стойкость к цвету. Он используется для производства сахарных и кофейных мешков, коврового покрытия, веревок и настенных покрытий. Мешковина делается из джута.

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.

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.

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.

Похожие записи:

Классификация очков от солнца по степени защиты Как рассчитать кбжу для похудения — формулы, программы и калькуляторы онлайн Сальмонеллез Е 141 пищевая добавка опасна или нет Как сделать смузи из банана и яблока. банановые смузи Меню выживальщика: галеты