4. Классификация растительного волокна. Техническая целлюлоза: целлюлоза и гемицеллюлоза.

Растительные волокна для производства бумаги подразделяются: волокна древесины в виде древесной массы, целлюлозы и полуцеллюлозы; волокна тростника, льна, хлопка, пеньки и соломы в виде соответствующей целлюлозы, волокна тряпья, волокна макулатуры. Для придания бумаги некоторых специальных свойств применяют животные (шерстяные), минеральные (асбестовые) и синтетические (лавсан, нитрон, капрон, полиолефиновые) волокна.

Техническая целлюлоза в химическом отношении представляет собой композиционный материал состоящий из целлюлозы, гемицеллюлоз, лигнина, и экстрактивных веществ. В зависимости от источника происхождения волокна целлюлозы имеют длину от 1 - 5 мм ( древесная целлюлоза,) до 30 мм и выше (хлопковая и льняная целлюлоза).

Целлюлоза - природный линейный полимер регулярного строения, построенный из элементарных звеньев, представляющих собой остатки глюкозы, которые соединены между собой глюкозидными связями.

Целлюлоза не растворима в воде, щелочах и слабых кислотах. При концентрации серной кислоты более 65% и 40% для соляной кислоты целлюлоза способна растворяться в неорганических кислотах.

Каждое элементарное звено целлюлозы, за исключением концевых звеньев, содержит три гидроксильные группы, которые во многом определяют химические и физические свойства целлюлозы.

Большое количество гидроксильных групп придает целлюлозе способность набухать в воде и поглощать влагу из воздуха (гидрофильность и гигроскопичность). Кроме того, используя способность гидроксильных групп целлюлозы вступать в различные реакции, из целлюлозы получают ряд ее производных, которые нашли широкое применение в полиграфиии. Сложный эфир целлюлозы - нитроцеллюлоза используется в качестве одного из компонентов лака. Простой эфир целлюлозы - натриевая соль карбоксиметил целлюлозы (натрий КМЦ) в качестве клея.

Количество элементарных звеньев в молекуле природной древесной целлюлозы ( степень полимеризации) находится в пределах 6-14 тысяч. Содержание целлюлозы определяется видом растительного сырья. Так в древесине содержится около 40-50% целлюлозы, в хлопке и льне 70-85%. Меньше всего целлюлозы содержится в мхах и коре деревьев -20-30%.

Гемицеллюлозы - представляют собой разветленные полимеры, построенный из остатков различных углеводов (глюкозы, ксилозы, маннозы, галактозы, арабинозы, глюкуроновой кислоты и т.д.). В отличии от целлюлозы они имеют значительно меньшую степень полимеризации (до300), хорошо набухают в воде и растворимы в щелочах. Аналогично целлюлозе гемицеллюлозы растворяются в концентрированных неорганических кислотах. Наличие определенного количества гемицеллюлоз в технической целлюлозы способствует повышению механической прочности, изготовленной бумаги, улучшает проклейку бумаги и способность ее к размолу. Количество гемицеллюлоз в технической целлюлозе колеблется в зависимости от ее вида и обычно для древесных целлюлоз составляет 5-10%.

5. Лигнин. Строение волокна. Экстрактивные вещества.

Лигнин - природный полимер нерегулярного строения, построенный из различного рода фенилпропановых единиц. Содержание лигнина в древесине составляет 20-28%.Природный лигнин, который находится в древесине практически полностью не растворим в известных растворителях, не растворим в минеральных кислотах и очень плохо растворим в органических кислотах при обычных температурах. В первом приближении можно представить что лигнин скрепляет волокна древесины, препятствуя их распаду на отдельные волокна. Таким образом наличие лигнина в технической целлюлозе отрицательно сказывается на бумагообразующих свойствах технической целлюлозы, так как грубые (скрепленные) волокна плохо размалываются в процессе производства бумаги. Целлюлозный полуфабрикат, содержащий 15-20% лигнина называют полуцеллюлозой. Однако и даже небольшое присутствие лигнина в технической целлюлозе нежелательно. Лигнин обладает свойством желтеть со временем. Поэтому в беленых видах целлюлозы содержание лигнина исчисляется десятыми долями процента.

Понятие экстрактивных веществ охватывает большое число разных соединений, которые можно извлекать из технической целлюлозы органическими растворителями и водой. Экстрактивные вещества включают в себя почти все классы органических соединений. Несмотря на незначительное содержание (0,2-1,5%), экстрактивные вещества играют отрицательную роль при получении бумаги. Появление пятен и пожелтение целлюлозы связывают с ними. В тоже время некоторые из экстрактивных веществ способны подавлять действие бактерий, которые в свою очередь вызывают деструкцию бумаги в процессе ее длительного хранения.