|
Рождение целлюлозы – история в лицах
Summary:
Более 170 лет целлюлозу называют целлюлозой. Материалы, созданные на её основе, сопровождают человека всю жизнь. Х/б ткани, бумага и картон, вискозные и ацетатные волокна, лаки, пластмасса, бездымный порох… Появление названия «целлюлоза» связано с работой талантливого, но почти забытого сейчас учёного – Ансельма Пейна.
Более 170 лет целлюлозу называют целлюлозой. Между тем материалы, созданные на ее основе, сопровождают человека всю жизнь. Хлопчатобумажные ткани, бумага и картон, вискозные и ацетатные волокна, бездымный порох, целлофан, пластмасса и лаки... Появление названия «целлюлоза» связано с работой талантливого, но почти забытого сейчас ученого — Ансельма Пейна.
Целлюлоза — самый распространенный на Земле биополимер. В древесине его масса составляет 40-50%, в камышах, злаках и подсолнечнике — 30-40%, в стеблях льна и джута — 75-90%, а в волокнах хлопка — 95%. Это линейный полисахарид, образованный не менее чем 500 остатками глюкозы (в целлюлозе древесины их 2-3 тыс., а льна — до 30 тыс.). Но в 1838 году, когда в Comptes Rendus №7 была опубликована статья Пейна «Исследование состава природной ткани древесины и лигнина», об этом еще никто не знал. Ансельм Пейн стал открывателем нового химического соединения. «Я рассмотрел только появляющееся клеточное вещество у растущих растений с целью определения его состава, исследовал его на разных стадиях роста, на разных концентрических кольцах древесного волокна. Это привело меня к заключению, что лигнин не единственное соединение, составляющее древесную ткань. Она состоит из двух химически разных веществ, физиологическая природа которых пока не ясна». Аналитические данные этого «элементарного» вещества, полученного Пейном, следующие: 43.85% — carbon; 5.86% — hydrogen; 50.28% — oxygen.
В дальнейшем ученый показал, что «элементарное» вещество из растений и древесины, являясь их структурным изомером, имеет тот же процентный состав, что и крахмалы. Во время своих исследований он выделил вещество, которому дал название «инкрустирующий материал». Через 20 лет, в 1857 году, исходя из его работ, Шульц определил это вещество как лигнин. Однако термин «целлюлоза» присутствует уже в статье Пейна. Новое открытие не только ознаменовалось созданием целого направления науки — химии целлюлозы,
но и большим скандалом во Французской академии наук, который навсегда поссорил его автора с академиками. Состав лигнина тогда не вызывал сомнений. А по анализу дуба и бука, проведенному Гей-Люссаком и Тенардом, древесина состояла из 53% углерода и 45% воды. Исследования А.Пейна доказали их ошибочность и показали, что лигнин не относится к классу Сахаров или крахмалов. Ученому удалось получить в чистом виде два важнейших вещества, составляющих древесину. Пейн утверждал, что основными ее компонентами являются изомер крахмала, который впоследствии будет назван целлюлозой (que nous appelerons cellulose) и лигнин.
Открытие Пейна стимулировало активные поиски способов и принципов переработки целлюлозы. До открытия лигнина в 1846 году в Германии впервые удалось перевести целлюлозу в нитроцеллюлозу действием азотной кислоты. В отличие от первоначального материала, нитроцеллюлоза легко растворялась в смеси эфира и спирта. Молекулы сохраняли свою длину, нитевидную форму, и при этом новое вещество было растворимо. Уже в 1855 году был получен патент на производство нитроцеллюлозных волокон, но, несмотря на достаточно высокие качественные характеристики, из-за высокой огнеопасности они не могли быть использованы в обычном производстве.
В 1883 году Дж. Свои, работая над проблемой получения нити накала для электрического освещения, в качестве побочной линии своих исследований запатентовал метод продавливания нитроцеллюлозного раствора через фильтр с последующим переводом полученного волокна химическим способом обратно в обычную целлюлозу.
Объединил все эти исследования француз К. X. Шардоне, получивший волокно, названное им искусственным шелком. Его методика почти не отличалась от английского метода.
В 1889 году на выставке в Париже был представлен первый образец нового текстильного материала. Первое в мире коммерческое крупнотоннажное производство целлюлозных волокон было начато в 1891 году. Хотя метод Шардоне был достаточно прост, его потенциальная опасность (из-за применения нитроцеллюлозы), низкая скорость и дороговизна стали причиной того, что уже в 1890 году был получен патент на растворение целлюлозы в смеси солей меди и аммиака, с последующей экструзией полученного волокна в коагуляционную ванну. Заменив собой метод Шардоне, этот способ также вышел из употребления из-за своей высокой стоимости. В 1892 году его заменил метод, основанный на получении из целлюлозы вискозы, с последующей регенерацией ее в кислотной ванне.
Промышленное производство было начато в 1905 году и продолжается до настоящего времени. Второе по размеру производство целлюлозных материалов началось после Первой Мировой войны. Два шведа Генри и Камиль Дрейфусы в 1921 году стали изготавливать волокна на основе раствора ацетата целлюлозы под коммерческим названием Celanese. Процесс состоял из перевода целлюлозы в ацетат и его растворения в ацетоне; полученный раствор затем использовался для производства волокна методом экструзии.
Сегодня в мировой химико-промышленной структуре самые крупные производства— целлюлозные. В них продолжается судьба небольшой статьи, давшей жизнь сотням ярких открытий, бурному росту новых отраслей промышленного производства.
Елена Новикова
2000 #4
|
