Целлюлозные волокна: Природа, история и применение
Целлюлозные волокна — это уникальные материалы, которые получают из растительных источников, таких как древесина, кора и листья. Эти волокна представляют собой сложные структуры, состоящие в основном из целлюлозы, но также могут содержать гемицеллюлозу и лигнин. Состав этих компонентов влияет на механические свойства волокон, что делает их важными для различных промышленных применений.
Основные области применения
Целлюлозные волокна находят широкое применение в текстильной промышленности, производстве химических фильтров и армирующих композитов. Их свойства схожи с характеристиками конструкционных волокон, что делает их отличным выбором для создания биокомпозитов и полимерных композитов. Эти волокна обладают высокой прочностью и устойчивостью, что позволяет использовать их в самых различных отраслях.
История целлюлозных волокон
Целлюлоза была впервые выделена в 1838 году французским химиком Ансельмом Пайеном. Он определил ее химическую формулу и открыл новые горизонты для использования этого материала. В 1870 году компания Hyatt Manufacturing Company произвела первый термопластичный полимер — целлулоид, который стал основой для многих последующих разработок. В 1890-х годах началось производство вискозы, известной как «искусственный шелк», а в 1912 году был изобретен целлофан. В 1893 году Артур Д. Литтл из Бостона разработал ацетат целлюлозы, который позже стал использоваться в текстильной промышленности. В 1920 году Герман Штаудингер определил полимерную структуру целлюлозы, что открыло новые возможности для ее синтеза.
Структура целлюлозы
Целлюлоза представляет собой полимер, состоящий из повторяющихся молекул глюкозы, соединенных между собой. Длина молекулы целлюлозы может варьироваться от нескольких сотен до более 10 000 единиц глюкозы. В отличие от других углеводов, таких как крахмал, целлюлоза имеет прямую цепную структуру, что делает ее более устойчивой к расщеплению. Это свойство делает целлюлозу уникальным материалом, который не может быть расщеплен на глюкозу с помощью ферментов, вырабатываемых животными.
Типы целлюлозных волокон
Целлюлозные волокна делятся на два основных типа: натуральные и искусственные.
Натуральные целлюлозные волокна
Натуральные волокна сохраняют свою идентичность как часть исходного растения. Они обрабатываются минимально, чтобы очистить волокна для использования. Например, хлопковые волокна выглядят как мягкие пушистые шарики, а льняные волокна представляют собой прочные нити. Эти волокна обладают высокой прочностью и устойчивостью к воздействию воды, что делает их идеальными для текстильной промышленности.
Искусственные целлюлозные волокна
Искусственные волокна получают из растительных материалов, которые перерабатываются в пульпу и затем экструдируются. Вискоза, известная как искусственный шелк, является одним из самых распространенных искусственных целлюлозных волокон. Она производится из древесной пульпы и используется в текстильной промышленности.
Структура и свойства целлюлозных волокон
Натуральные целлюлозные волокна состоят из микрофибрилл целлюлозы, окруженных матрицей гемицеллюлозы и лигнина. Эта структура определяет механические свойства волокон. Благодаря образованию водородных связей между длинными цепями целлюлозы, волокна обладают необходимой жесткостью и прочностью.
Химический состав
Основные компоненты натуральных волокон включают целлюлозу, гемицеллюлозу, лигнин, пектин и золу. Процентное содержание этих компонентов варьируется в зависимости от типа волокна. Обычно в натуральных волокнах содержится около 60-80% целлюлозы, 5-20% лигнина и 20% влаги. Химический состав влияет на свойства волокна, включая его устойчивость к влаге и термическую стабильность.
