Целлюлоза (фр. cellulose от лат. cellula — «клетка») — углевод, полимер с формулой (C₆H₁₀O₅)_n, белое твёрдое вещество, нерастворимое в воде, молекула имеет линейное (полимерное) строение, структурная единица — остаток β-глюкозы [С₆Н₇О₂(OH)₃]n. Полисахарид, главная составная часть клеточных оболочек всех высших растений.

История

Целлюлоза была обнаружена и описана французским химиком Ансельмом Пайеном в 1838 году.

Физические свойства

Целлюлоза — белое твердое, стойкое вещество, не разрушается при нагревании (до 200 °C). Является горючим веществом, температура воспламенения 275 °С, температура самовоспламенения 420 °С (хлопковая целлюлоза). Не растворима в воде и слабых кислотах.

Целлюлоза представляет собой длинные нити, содержащие 300—10 000 остатков глюкозы, без боковых ответвлений. Эти нити соединены между собой множеством водородных связей, что придает целлюлозе большую механическую прочность, при сохранении эластичности.

Зарегистрирована в качестве пищевой добавки E460.

Получение

Промышленным методом целлюлозу получают методом варки щепы на целлюлозных заводах, входящих в промышленные комплексы (комбинаты). По типу применяемых реагентов различают следующие способы варки целлюлозы:

Кислые:

Сульфитный. Варочный раствор содержит сернистую кислоту и её соль, например гидросульфит натрия. Этот метод применяется для получения целлюлозы из малосмолистых пород древесины: ели, пихты.

Щелочные:

Натронный. Используется раствор гидроксида натрия. Натронным способом можно получать целлюлозу из лиственных пород древесины и однолетних растений. Преимущество данного метода — отсутствие неприятного запаха соединений серы, недостатки — высокая стоимость получаемой целлюлозы. Метод практически не используется.[источник не указан 2030 дней]

Сульфатный. Наиболее распространенный метод на сегодняшний день. В качестве реагента используют раствор, содержащий гидроксид и сульфид натрия, и называемый белым щёлоком. Своё название метод получил от сульфата натрия, из которого на целлюлозных комбинатах получают сульфид для белого щёлока. Метод пригоден для получения целлюлозы из любого вида растительного сырья. Недостатком его является выделения большого количества дурно пахнущих сернистых соединений: метилмеркаптана, диметилсульфида и др. в результате побочных реакций.

Получаемая после варки техническая целлюлоза содержит различные примеси: лигнин, гемицеллюлозы. Если целлюлоза предназначена для химической переработки (например, для получения искусственных волокон), то она подвергается облагораживанию — обработке холодным или горячим раствором щелочи для удаления гемицеллюлоз.

Для удаления остаточного лигнина и придания целлюлозе белизны проводится её отбелка.

Традиционная для XX века хлорная отбелка включала в себя две ступени:

• обработка хлором — для разрушения макромолекул лигнина;
• обработка щелочью — для экстракции образовавшихся продуктов разрушения лигнина.

С 1970-х годов в практику вошла также отбелка озоном. В начале 1980-х годов появились сведения об образовании в процессе хлорной отбелки чрезвычайно опасных веществ — диоксинов. Это привело к необходимости замены хлора на другие реагенты.

В настоящее время технологии отбелки подразделяются на:

• ECF (Elemental chlorine free) — без использования элементарного хлора, с заменой его на диоксид хлора.
• TCF (Total chlorine free) — полностью бесхлорная отбелка. Используются кислород, озон, пероксид водорода и другое.

Применение

Целлюлозу и её эфиры используют для получения искусственного волокна (вискозного, ацетатного, медно-аммиачного шёлка, искусственного меха). Хлопок, состоящий большей частью из целлюлозы (до 99,5 %), идёт на изготовление тканей.

Древесная целлюлоза используется для производства бумаги, пластмасс, кино- и фотоплёнок, лаков, бездымного пороха и т.д.

Целлюлоза для химической переработки — растворимая целлюлоза — динамично развивающийся и широко используемый товарный продукт с высокой добавленной стоимостью.

Наиболее важными задачами для данного производства являются повышение конкурентоспособности выпускаемой продукции, снижение капитальных и эксплуатационных затрат и обеспечение экологической безопасности технологии.

С развитием технологии и оборудования, а также глубоким изучением свойств и структуры природного сырья появляется возможность получения новых и альтернативных продуктов, а также реагирования на изменяющиеся запросы. Так, в Китае в 2009 году из-за повышения цен на хлопок возник большой спрос на растворимую целлюлозу для текстильной промышленности.

К растворимой целлюлозе предъявляются достаточно жесткие требования. Целлюлоза для химической переработки должна быть максимально химически чистой, с высокой реакционной способностью, однородной по молекулярной массе и регулируемой вязкостью.

Вискозное волокно из природной целлюлозы обладает требуемыми потребительскими характеристиками и широко применяется в качестве альтернативы хлопку. Кроме того, растворимая целлюлоза пригодна для получения кордных нитей, штапельного волокна, бездымного пороха, эфиров целлюлозы, лаков, красок, пластиков и т.д. В связи с этим целлюлоза для химической переработки увеличивает свою долю на рынке и находит применение в различных областях.

К сожалению, в России в настоящее время отсутствует производство растворимой целлюлозы. Однако, российская наука и отечественные целлюлозно-бумажные комбинаты имеют богатый опыт в производстве целлюлозы для химической переработки. Так, в 1985-1987 гг. в СССР (Россия) произведено около 900 т.т. растворимой целлюлозы, что составляло в тот период времени 80-85% от производства растворимой целлюлозы в США - наиболее крупного производителя этой продукции, и более 20% мирового производства растворимой целлюлозы.

По сульфатному процессу с предгидролизом целлюлоза для химической переработки производилась на Братском ЛПК, Байкальском ЦБК, по сульфитному процессу растворимая целлюлоза производилась на Приозерском ЦЗ, Светогорском ЦБК, Котласском ЦБК, Амурском ЦКК.

Качество производимой целлюлозы было достаточно высоким. Так, на Светогорском ЦБК выпускали целлюлозу для производства ацетатов со степенью полимеризации более 1400, массовой долей альфа-целлюлозы 95,5% и белизной 91-92%.

Следует отметить, что на всех вышеперечисленных предприятиях растворимая целлюлоза производилась из хвойных пород древесины. В настоящее время для производства, в частности, вискозной целлюлозы наиболее приемлемой является лиственная древесина из-за меньшего содержания лигнина и его химическому составу и расположению в клеточной стенке. Основным способом производства целлюлозы для химической переработки в настоящее время является сульфатная варка с предгидролизом.

В 90-ые и нулевые годы действующие производства растворимой целлюлозы требовали серьезного технического перевооружения для решения сложных технологических и экологических задач, с целью вывода предприятий на современный конкурентоспособный уровень. Из-за известных кризисных явлений этого осуществить не удалось.

Возобновление производства в России растворимой целлюлозы — весьма актуальная задача, и все предпосылки для этого существуют.

Автор: Николай Скрипников, генеральный директор Инжиниринговой корпорации «Институт промышленного строительства»
Прим. SBO-PAPER.RU. В статье, очевидно, использованы материалы из Википедии.

21.02.2017