Биологическая роль целлюлозы и области применения

Продукты с высоким содержанием клетчатки

Выбирайте бурый рис

Ее регулярный прием быстро восполняет дефицит балластных веществ, однако диетологи рекомендуют прибегать к этому способу в крайнем случае и ограничиться правильно построенным меню.

Табличные данные основываются на «идеальных показателях», не могут восприниматься как источник стопроцентно правдивой информации. Количество пищевых волокон зависит от применяемого способа выращивания и дальнейшего приготовления. Варка размягчает клетчатку, что позволяет организму легче переваривать и усваивать этот углевод.

Не все таблицы достоверны. Во многих грейпфрут ставится во главе списка источников клетчатки. В сто граммах плода содержится максимум 1,5 г. Лучше ориентироваться на то, в каких продуктах больше клетчатки, нежели только по цифрам.

Продукты, 100 г в сухом виде	Клетчатка
Отруби	40-45 г
Льняное семя	25-30 г
Грибы сушеные	20-25 г
Сухофрукты	12-15 г
Бобовые (чечевица, фасоль, нут и тп)	9-13 г
Цельнозерновой хлеб	8-9 г
Различные ягоды (черника, брусника и тп)	5-8 г
Авокадо	7 г
Сладкие фрукты (персики, апельсины, клубника и тп)	2-4 г

Суточная потребность в клетчатке

Взрослым и детям, как утверждают диетологи, ежедневно требуется порядка 20-30 г пищевых волокон. Рацион среднестатистического человека, как правило, не включает продуктов, которые способны покрыть эту норму. Обычно люди в любом возрасте потребляют в сутки максимум 15 г клетчатки.

Физические нагрузки увеличивают потребность в пищевых волокнах. Для атлетов, занимающихся силовыми тренировками, суточный показатель повышается до 38-40 г. Это обусловлено возрастанием объема и калорийности питания.

Диетологи подсчитали, что взрослый человек нуждается в поступлении с пищей не менее 30 г/сут. Однако среднестатистический рацион содержит не более 20 г, что явно недостаточно.

Обязательно почитайте:

Продукты богатые жирами: списки с высоким и низким содержанием, виды жиров и их особенности

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 n.

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. Целлюлозаявляется 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.).

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.

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.

Физические, химические свойства целлюлозы

Представляют собой желеподобные вещества, выполняют ряд функций, в т.ч. защитную (слизь), структурную, являются основой межклеточного вещества.

В организме гетерополисахариды не встречаются в свободном состоянии, а всегда связаны с белками (гликопротеины и протеогликаны) или липидами (гликолипиды).

По строению и свойствам делятся на кислые и нейтральные.

КИСЛЫЕ ГЕТЕРОПОЛИСАХАРИДЫ:

В своём составе имеют гексуроновую или серную кислоты. Представители:

Гиалуроновая кислотаявляется основным структурным компонентом межклеточного вещества, способным связывать воду («биологический цемент»). Растворы гиалуроновой кислоты обладают высокой вязкостью, поэтому служат барьером для проникновения микроорганизмов, участвует в регуляции водного обмена, является основной частью межклеточного вещества).

Хондроитинсульфаты.являются структурными компонентами хрящей, связок, сухожилий, костей, клапанов сердца.

Гепарин – антикоагулянт (препятствует свёртыванию крови), обладает противовоспалительным действием, активатор ряда ферментов.

НЕЙТРАЛЬНЫЕ ГЕТЕРОПОЛИСАХАРИДЫ: входят в состав гликопротеинов сыворотки крови, муцинов слюны, мочи и др, построенны из аминосахаров и сиаловых к-т. Нейтральные ГП входят в состав мн. ферментов и гормонов.

СИАЛОВЫЕ КИСЛОТЫ – соединение нейраминовой кислоты с уксусной или с аминокислотой – глицином, входят в состав клеточных оболочек, биологических жидкостей. Сиаловые кислоты определяют для диагностики системных заболеваний (ревматизм, системная красная волчанка).

Дата добавления: 2016-05-25; просмотров: 924;

Шелк и шерсть

Формула природного полимера шелка сложна, ведь его химический состав выражается следующими компонентами:

• фиброин;
• серицин;
• воски;
• жиры.

Сам главный белок – фиброин, насчитывает в своем составе несколько разновидностей аминокислот. Если представить его полипептидную цепочку, то она будет выглядеть примерно так: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)-CO-NH-CH₂-CO-)_n. И это лишь ее часть. Если представить, что к данной структуре при помощи сил Ван-Дер-Ваальса присоединяется не менее сложная молекула белка серицина, вместе они смешиваются в единую конформацию с воском и жирами, то понятно, почему сложно изобразить формулу натурального шелка.

На сегодняшний день большую часть данного продукта поставляет Китай, ведь на его просторах существует естественная среда обитания основного производителя – тутового шелкопряда. Раньше, начиная с самых древних времен, натуральный шелк очень ценился. Позволить себе одежду из него могли лишь знатные, богатые люди. Сегодня многие характеристики этой ткани оставляют желать лучшего. Например, он сильно намагничивается и мнется, кроме того, от пребывания на солнце теряет блеск и тускнеет. Поэтому больше в обиходе искусственные производные на его основе.

Шерсть – это тоже природный полимер, так как является продуктом жизнедеятельности кожи и сальных желез животных. На основе этого белкового продукта изготавливают трикотаж, который, как и шелк, является ценным материалом.

Химические свойства.

Как показано на рис. 1, целлюлоза представляет собой высокополимерный углевод, состоящий из глюкозидных остатков C₆H₁₀O₅, соединенных эфирными мостиками в положении 1,4. Три гидроксильные группы в каждом глюкопиранозном звене могут быть этерифицированы такими органическими агентами, как смесь кислот и ангидридов кислот с соответствующим катализатором, например серной кислотой. Простые эфиры могут образовываться в результате действия концентрированного гидроксида натрия, приводящего к образованию натронной целлюлозы, и последующей реакции с алкилгалогенидом:

Реакция с оксидом этилена или пропилена дает гидроксилированные простые эфиры:

Наличием этих гидроксильных групп и геометрией макромолекулы обусловлено сильное полярное взаимное притяжение соседних звеньев. Силы притяжения столь велики, что обычные растворители не в состоянии разорвать цепь и растворить целлюлозу. Эти свободные гидроксильные группы ответственны также за большую гигроскопичность целлюлозы (рис. 3). Этерификация и эфиризация понижают гигроскопичность и повышают растворимость в обычных растворителях.

Под действием водного раствора кислоты разрываются кислородные мостики в положении 1,4-. Полный разрыв цепи дает глюкозу – моносахарид. Первоначальная длина цепи зависит от происхождения целлюлозы. Она максимальна в природном состоянии и уменьшается в процессе выделения, очистки и преобразования в производные соединения (см. таблицу).

СТЕПЕНЬ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Материал	Число глюкозидных остатков
Необработанный хлопок	2500–3000
Очищенный хлопковый линт	900–1000
Очищенная древесная масса	800–1000
Регенерированная целлюлоза	200–400
Промышленный ацетат целлюлозы	150–270

Даже механический сдвиг, например при абразивном размельчении, приводит к уменьшению длины цепей. При уменьшении длины полимерной цепи ниже определенного минимального значения изменяются макроскопические физические свойства целлюлозы.

Окислительные агенты оказывают на целлюлозу воздействие, не вызывая расщепления глюкопиранозного кольца (рис. 4). Последующее действие (в присутствии влаги, например, при климатических испытаниях), как правило, приводит к разрыву цепи и увеличению числа альдегидоподобных концевых групп. Поскольку альдегидные группы легко окисляются до карбоксильных, содержание карбоксила, практически отсутствующего в природной целлюлозе, резко возрастает в условиях атмосферных воздействий и окисления.

Как и все полимеры, целлюлоза разрушается под воздействием атмосферных факторов в результате совместного действия кислорода, влаги, кислотных компонентов воздуха и солнечного света

Важное значение имеет ультрафиолетовая составляющая солнечного света, и многие хорошо защищающие от УФ-излучения агенты увеличивают срок службы изделий из производных целлюлозы. Кислотные компоненты воздуха, такие, как оксиды азота и серы (а они всегда присутствуют в атмосферном воздухе промышленных районов), ускоряют разложение, зачастую оказывая более сильное воздействие, чем солнечный свет

Так, в Англии было отмечено, что образцы хлопка, испытывавшиеся на воздействие атмосферных условий, зимой, когда практически не было яркого солнечного света, деградировали быстрее, чем летом. Дело в том, что сжигание зимой больших количеств угля и газа приводило к повышению в воздухе концентрации оксидов азота и серы. Кислотные поглотители, антиоксиданты и агенты, поглощающие УФ-излучение, снижают чувствительность целлюлозы к атмосферным воздействиям. Замещение свободных гидроксильных групп приводит к изменению такой чувствительности: нитрат целлюлозы деградирует быстрее, а ацетат и пропионат – медленнее.

Полимеры: общая характеристика

С точки зрения химии, полимером принято считать молекулу, имеющую огромную молекулярную массу: от нескольких тысяч до миллионов единиц. Однако, помимо этого признака, существует и еще несколько, по которым вещества можно классифицировать именно как природные и синтетические полимеры. Это:

• постоянно повторяющиеся мономерные звенья, которые соединяются при помощи разных взаимодействий;
• степень полимеразии (то есть число мономеров) должна быть очень высокой, иначе соединение будет считаться олигомером;
• определенная пространственная ориентация макромолекулы;
• набор важных физико-химических свойств, характерных только для данной группы.

В целом вещество полимерной природы отличить от других достаточно легко. Стоит лишь взглянуть на его формулу, чтобы понять это. Типичным примером может служить всем известный полиэтилен, широко применяемый в быту и промышленности. Он является продуктом реакции полимеризации, в которую вступает непредельный углеводород этен или этилен. Реакция в общем виде записывается следующим образом:

nCH₂=CH₂→(-СН-СН-)_n, где n — это степень полимеризации молекул, показывающая, сколько мономерных звеньев входит в ее состав.

Также в качестве примера можно привести природный полимер, который всем хорошо известен, это крахмал. Кроме того, к данной группе соединений принадлежат амилопектин, целлюлоза, куриный белок и многие другие вещества.

Реакции, в результате которых могут образоваться макромолекулы, бывают двух типов:

• полимеризации;
• поликонденсации.

Разница в том, что во втором случае продукты взаимодействия являются низкомолекулярными. Строение полимера может быть различным, это зависит от тех атомов, что его образуют. Часто встречаются линейные формы, но есть и трехмерные сетчатые, очень сложные.

Если же говорить о силах и взаимодействиях, которые удерживают мономерные звенья вместе, то можно обозначить несколько основных:

• Ван-Дер-Ваальсовы силы;
• химические связи (ковалентные, ионные);
• электроностатическое взаимодействие.

Все полимеры нельзя объединять в одну категорию, так как они имеют совершенно различную природу, способ образования и выполняют неодинаковые функции. Свойства их также разнятся. Поэтому существует классификация, которая позволяет делить всех представителей этой группы веществ на разные категории. В ее основе может лежать несколько признаков.

Влияние на обесцвечивание и долговечность полимеров и композитов

Чем выше количество целлюлозного волокна в композиции, тем выше обесцвечивание при прочих равных условиях, однако и рисовая шелуха, и древесная мука увеличивают стойкость композитных материалов к окислительной деструкции.

Можно видеть, что увеличение содержания целлюлозного наполнителя, с одной стороны, повышает обесцвечивание, с другой стороны, увеличивает стойкость материала к окислению. Очевидно, повышение общей стабильности материала может сопровождаться повышением его обесцвечивания.

Древесная мука обеспечивает лучшие антиокислительные свойства по сравнению с рисовой шелухой.

Спектр применения целлюлозного волокна

1. В дорожном строительстве, основной компонент для производства стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичного асфальтобетонного покрытия;
2. В производстве сухих строительных смесей. Целлюлозное волокно ценный компонент в составе сухих смесей. Он выступает дисперсноармирующей добавкой.
3. Целлюлозное волокно для производства фрикционных материалов. Добавка в производство фрикционных накладок для мотоциклов, автомобилей, грузовых машин. Используется, как основное сырьё для замены волокон асбеста.
4. Натуральная добавка для производства эксклюзивных сортов бумаги и картона, тары и упаковки, бугорчатых прокладок для яиц, туалетной бумаги, выпуск одноразовых горшков для рассады, бумажной посуды, прокладок для упаковки продуктов питания.

Так же из вторичных целлюлозных волокон получают и готовые продукты:

1. Целлюлозный утеплитель — эковата. Самый известный и распространенный готовый товар из макулатурного волокна.
2. Сорбент нефтепродуктов, получаемый из вторичных волокон. За счет своего волокнистого состояния сорбент поглощает 8-10 единиц нефти и масла, что в 2-3 раза превышает возможности большинства других сорбентов. Поскольку сорбент изготовлен из органического сырья, он является безвредным для окружающей среды.
3. Целлюлозная мульча для гидропосева – это органический, экологически чистый укрывной продукт для покрытия верхнего слоя почвы. Целлюлозную мульчу используют для озеленения территорий, армирования насыпей дорожных, железнодорожных откосов и русел рек, в облагораживании зон концентрации бытовых отходов. Так же применяют после проведения восстановительных работ в местах разлива нефти, пожаров, и для восстановления техногенных зон (гравийных или песчаных карьерах, рудников после выработки).

В России подобные целлюлозные волокна начали получать в промышленном масштабе в 2012 году. Хотя переработкой макулатуры и получением готовых продуктов из него начали заниматься в конце XIX века в Европе. В 1928 году в Германии открылось первое производство целлюлозного утеплителя. А ещё до этого в 1878 году одна немецкая фирма начала проводить исследовательские работы в области измельчения, в том числе и макулатуры. Получаемое ими волокно в последующем и нашло своё применение в промышленном производстве и дорожном строительстве.
В 1992 году профессором ботаники и почвоведения из Вермонтского университета Норманом Пеллеттом было замечено что на участке, покрытом в начале лета 15-сантиметровым слоем мульчи из измельченной газетной бумаги, выросло за сезон не более восьми сорняков на квадратный метр. Хотя за долго до этого в 1953 году, компания Bowie Industries (США) уже разработала первую установку для озеленения территорий, где применялась целлюлозная мульча.

Вискозное волокно и целлофан.

И вискозное волокно, и целлофан – это регенерированная (из раствора) целлюлоза. Очищенная природная целлюлоза обрабатывается избытком концентрированного гидроксида натрия; после удаления избытка ее комки растирают и полученную массу выдерживают в тщательно контролируемых условиях. При таком «старении» уменьшается длина полимерных цепей, что способствует последующему растворению. Затем измельченную целлюлозу смешивают с дисульфидом углерода и образовавшийся ксантогенат растворяют в растворе едкого натра для получения «вискозы» – вязкого раствора. Когда вискоза попадает в водный раствор кислоты, из нее регенерируется целлюлоза. Упрощенные суммарные реакции таковы:

Вискозное волокно, получаемое выдавливанием вискозы через малые отверстия фильеры в раствор кислоты, широко применяется для изготовления одежды, драпировочных и обивочных тканей, а также в технике. Значительные количества вискозного волокна идут на технические ремни, ленты, фильтры и шинный корд.

Пищевая ценность

Крахмал и целлюлоза имеют схожую структуру. В результате экспериментов удалось получить из несъедобных волокон жизненно важный продукт. Он требуется человеку постоянно. Употребляемая пища состоит более чем из 20% крахмала.

Учёным удалось получить из целлюлозы вещество амилозу, положительно влияющую на состояние организма человека. Одновременно с этим в процессе реакции выделяется глюкоза. Получается безотходное производство — последнее вещество направляется для изготовления этанола. Амилоза же служит как средство профилактики ожирения.

В результате реакции целлюлоза остаётся в твердом состоянии, оседая на дно сосуда. Остальные составляющие удаляются при помощи магнитных наночастиц либо растворяются и отводятся с жидкостью.

Классификация по химическому характеру

По химическому характеру и составу полимеры и химические волокна бывают: полиэфирные, полиамидные, элементоорганические (например, кремнийорганические полимеры).

Полиэфирные полимеры	Полиамидные полимеры	Элементоорганические
Содержат группу -СОО- Лавсан (полиэтилентерефталат)	Содержат группу -СО-NH2— Найлон, капрон	Содержат атомы других хим. элементов (кремний и др.). Кремнийорганические полимеры

Полиэфирные полимеры — содержат группу сложных эфиров -СОО-.

Полиамидные полимеры — содержат пептидную связь -СО-NH₂-.

Элементоорганические полимеры — содержат атомы других химических элементов (помимо С, Н, О, N).

Плотность (удельный вес)

Удельный вес лигнифицированного целлюлозного волокна (древесная мука, древесные опилки и рисовая шелуха) в ДПК обычно от 1,3 до 1,5 г/см3. Лигноцеллюлозная матрица рисовой шелухи в материалах ДПК имеет примерно ту же плотность, что и древесная мука, и равна около 1,35 г/см3 и 1,30–1,35 г/см3 соответственно. Однако, поскольку рисовая шелуха содержит 19% силикатов (удельный вес около 2,8 г/см3), конечный удельный вес рисовой шелухи как наполнителя около 1,50 г/см3.

Длинные целлюлозные волокна типа льна, пакли, джута, рами, кокосового волокна, сизали и хлопка, в материалах ДПК также имеют плотность в интервале 1,3–1,5 г/см3.

Плотность (удельный вес) ДПК не зависит от размера частиц древесной муки.

Вероятно, что при компаундировании и экструзии целлюлозное волокно сжимается до максимальной плотности 1,3–1,5 г/см3.

Простая формула для расчета удельного веса композиционного материала следующая. Если мы возьмем 100 г композиционного материала, содержащего, скажем, 50 %масс. ПЭВП (d = 0,96 г/см3), 30% древесной муки (d = 1,30 г/см3) и 20% талька (d = 2,8 г/см3), каждый из этих компонентов займет следующий объем:

ПЭВП 50 г/0,96 г/см3 = 52,083 см3;

древесная мука 30 г/1,30 г/см3 = 23,077 см3;

тальк 20 г/2,8 г/см3 = 7,143 см3.

Следовательно, общий объем 100 г композиции будет 82,303 см3. Поэтому плотность композиции составит 100 г/82,303 см3 = 1,215 г/см3.

Для наполненного на 85% древесной мукой полипропилена расчеты плотности (удельного веса) были бы следующими:

ПП 15 г/0,91 г/см3 = 16,484 см3;

древесная мука 85 г/1,30 г/см3 = 65,385 см3.

Общий объем композиции будет 81,869 см3. Следовательно, плотность композиции — 100 г/81,869 см3 = 1,22 г/см3.

Если плотность древесной муки 1,35 г/см3, два приведенных выше значения становятся равными 1,23 г/см3 (композит на основе ПЭВП) и 1,26 г/см3 (композит на основе ПП). Опубликованное значение для плотности наполненного 85% древесной муки полипропилена — 1,26 г/см3, то есть равно последнему значению.

Вредное воздействие гемицеллюлозы: паровой взрыв

Как и лигнин, гемицеллюлозы легко горят в процессе переработки, хотя они выделяют в основном ЛОС, приводя к более низкой плотности ДПК продукта. Однако это не единственная проблема, связанная с влиянием на гемицеллюлозу высокого давления и температуры. При переработке расплава в экструдере при высоком давлении влага в частицах древесины не кипит даже при высоких температурах.

Например, при 1000 psi в экструдере вода кипит только при 286 °C. При 2000 psi вода кипит при 336 °C. Другими словами, при нормальных температурах экструзии при высоком давлении вода является жидкостью и не кипит. Однако когда материал проходит зоны, где давление резко падает, вода внезапно и бурно закипает, образуя пар.

Этот эффект моментальной декомпрессии и крутого кипения по всему объему влажных частиц древесины вызывает так называемый паровой взрыв, в результате чего многие связи лигнин–гемицеллюлоза разрываются; фрагменты гемицеллюлозы распадаются в воде, захваченные матрицей, и немедленно разлагаются, образуя с большинством их ацетилированных остатков уксусную кислоту. При высокой температуре в экструдере даже небольшие количества уксусной кислоты очень реакционноспособны и приводят к постепенной коррозии оборудования.

Классификация полимеров

Если брать за основу качественный состав молекул, то все рассматриваемые вещества можно определить в три группы.

1. Органические – это те, в состав которых входят атомы углерода, водорода, серы, кислорода, фосфора, азота. То есть те элементы, которые являются биогенными. Примеров можно привести массу: полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, вискоза, нейлон, природный полимер – белок, нуклеиновые кислоты и так далее.
2. Элементорганические – такие, в состав которых входит какой-то посторонний неорганический и не биогенный элемент. Чаще всего это кремний, алюминий или титан. Примеры подобных макромолекул: органическое стекло, стеклополимеры, композиционные материалы.
3. Неорганические – в основе цепи лежат атомы кремния, а не углерода. Радикалы же могут быть частью боковых ответвлений. Они открыты совсем недавно, в середине XX века. Используются в медицине, строительстве, технике и прочих отраслях. Примеры: силикон, киноварь.

Если разделять полимеры по происхождению, то можно выделить три их группы.

1. Природные полимеры, применение которых широко осуществлялось с самой древности. Это такие макромолекулы, для создания которых человек не прилагал никаких усилий. Они являются продуктами реакций самой природы. Примеры: шелк, шерсть, белок, нуклеиновые кислоты, крахмал, целлюлоза, кожа, хлопок и прочие.
2. Искусственные. Это такие макромолекулы, которые создаются человеком, но на основе природных аналогов. То есть просто улучшаются и изменяются свойства уже имеющегося природного полимера. Примеры: искусственный каучук, резина.
3. Синтетические – это такие полимеры, в создании которых участвует только человек. Природных аналогов для них нет. Ученые разрабатывают методы синтеза новых материалов, которые отличались бы улучшенными техническими характеристиками. Так рождаются синтетические полимерные соединения разного рода. Примеры: полиэтилен, полипропилен, вискоза, ацетатное волокно и прочее.

Есть и еще один признак, который лежит в основе разделения рассматриваемых веществ на группы. Это реакционная способность и термоустойчивость. Выделяют две категории по этому параметру:

• термопластичные;
• термореактивные.

Самым древним, важным и особенно ценным является все же природный полимер. Его свойства уникальны. Поэтому дальше рассмотрим именно эту категорию макромолекул.

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.

Степень — полимеризация — полимер

Степень полимеризации полимера, образовавшегося в стационарных условиях, не изменяется значительно во времени, так как полимеризация проводится лишь до небольших глубин превращения; тем не менее прямой пропорциональности между измеренной удельной вязкости t ] sp полимера и его концентрацией, как правило, не наблюдается; известно, что при графическом изображении rtsp / c как функции с обычно получается прямая с конечным наклоном. Чтобы применить уравнение (2.4), необходимо экстраполировать наблюдаемые значения удельной вязкости к нулевой концентрации.
 

Степень полимеризации полимера прямо пропорциональна скорости роста и обратно пропорциональна скорости обрыва и передачи цепи. Поэтому в присутствии добавок веществ, имеющих подвижные атомы, происходит снижение среднего молекулярного веса образующегося полимера. Изменяя температуру, количество и свойства вещества, которому передается кинетическая цепь, можно регулировать средний молекулярный вес полимеров. Вещества, легко вступающие в реакции передачи цепи и заметно не изменяющие скорость полимеризации, носят название регуляторов процесса полимеризации.
 

Поскольку степень полимеризации полимеров рассматриваемого типа имеет величину порядка десятков тысяч и более, ошибка, связанная с допущением о бесконечно большой длине, незначительна.
 

Величина степени полимеризации полимеров может варьировать в широких пределах: от п, равного нескольким единицам, до п, равного 5000 — 10000 и более. Полимеры с высокой степенью полимеризации называются высокополимерами, полимеры с низкой степенью полимеризации — олигомерами. Поэтому высокополимерные вещества являются и высокомолекулярными.
 

С увеличением степени полимеризации полимера расширяется температурный интервал высокоэластического состояния.
 

Как правило, степень полимеризации полимеров, используемых при получении волокна, должна быть ниже, чем пластических масс, и выше, чем у высокомолекулярных соединений, применяемых в производстве лаков. Необходимо учитывать также, что в процессе получения волокон из природных полимеров ( целлюлозы, белков) всегда происходит частичная деструкция макромолекул и, как следствие, понижение степени полимеризации, У синтетических полимеров, как правило, это не имеет места.
 

Схема процесса производства эмульсионного поливинилхлорида.

Решающее влияние на степень полимеризации полимера, характеризуемую обычно константой Фикентчера, имеет температура процесса полимеризации.
 

У химических волокон влияние степени полимеризации полимера на механические свойства волокна выражено менее отчетливо, чем у природных волокон.
 

У химических волокон влияние степени полимеризации полимера на механические свойства волокна выражено менее отчетливо.
 

Величина ип является функцией только степени полимеризации полимера. Отсюда следует, что чем больше моле лярная масса полимера, тем хуже он растворяется.
 

Зависимость деформации.

Зависимость величины интервала высокоэластичности от степени полимеризации полимера объясняется зависимостью T s от степени полимеризации, в то время как Тс ( после достижения определенной величины) уже не зависит от длины молекулы.
 

Количество инициатора и температура определяют степень полимеризации полимера и кинетику процесса.
 

Зависимость механических свойств волокон от степени полимеризации полимера наиболее отчетливо выявляется у природных волокон, для которых возможность изменений конфигурации макромолекул и их взаимного расположения, а также и надмолекулярной структуры путем вытягивания ограничена. При одной и той же структуре полимера степень полимеризации оказывает существенное влияние на основные показатели волокна — прочность при разрыве ( см. разд.
 

Разрушение в природе

У млекопитающих (как и большинства других животных) нет ферментов, способных расщеплять целлюлозу. Однако многие травоядные животные (например, жвачные) имеют в пищеварительном тракте бактерии-симбионты, которые расщепляют и помогают хозяевам усваивать этот полисахарид. Расщепление целлюлозы связано с действием в расщепляющих организмах фермента целлюлазы. Бактерии, расщепляющие целлюлозу, называемые целлюлозоразрушающими (англ. cellulolytic bacteria), это часто актинобактерии рода Cellulomonas, являющиеся факультативными анаэробами, аэробные бактерии рода Cellvibrio. Однако, например, для бумажных книг они представляют опасность только при их намокании, когда кожа и клей начинают разрушаться гнилостными бактериями, а бумага и ткани — целлюлозоразрушающими. Очень опасны для бумажных книг плесневые грибы, разрушающие целлюлозу. За три месяца они могут разрушить 10—60 % волокон бумаги, благоприятные условия для их развития — влага и воздух повышенной влажности, наиболее благоприятная температура — от 22 до 27 градусов Цельсия, они могут распространяться от поражённых ими книг на другие. Активно расщепляющие целлюлозу плесневые грибы — это, например, Chaetomium globosum, Stachybotrys echinata.