Натуральные целлюлозные волокна: узнаем их подробнее

Белковые искусственные волокна

Эту группу представляют казеиновые и зеиновые волокна.

Казеин – сложный белок, который образуется в результате расщепления пептидных связей в процессе свертывания молока.

Зеин – белок растительного происхождения. Содержится в зернах кукурузы.

Белковые волокна обладают мягкостью, низкой теплопроводностью. По показателям гигроскопичности и растяжимости приближаются к шерстяным. Однако их прочность невелика, особенно во влажном состоянии. Кроме того, они обладают низкой термостойкостью. Потому боятся горячей воды. В целом производство белковых волокон широко не распространено в силу их низких механический свойств, а также потому, что сырьем служат ценные пищевые продукты.

Получите мои бесплатные рекомендации по стилю по электронной почте:

Волокнистые культуры

• Лубяные волокна

  Рами , волокнистые растения растут вдоль реки Чанг Цзян, съедобные с антибактериальной функцией.

(Стеблевые волокна кожи)

• • Эспарто , волокно из травы
  • Джут широко используется, это самое дешевое волокно после хлопка.
  • Лен , производство льна
  • Индийская конопля , собачья гибель, используемая коренными американцами
  • Конопля , мягкое, прочное волокно, съедобные семена
  • Hoopvine , также используется для изготовления обручей и корзин для бочек, съедобных листьев, лекарств.
  • Кенаф , внутренняя часть стебля растения используется для его волокна. Съедобные листья.
  • Фасоль — съедобное семя, обычно имеющее форму почки, растущее длинными стручками на некоторых бобовых растениях.
  • Липовый луб
  • Лотос , используемый для производства шелка лотоса.
  • Крапива
  • Рами , крапива , прочнее хлопка или льна, делает « китайскую ткань травы ».
  • Папирус , сердцевинное волокно, похожее на лубяное волокно.
• Листовые волокна
  • Абака , банан, производящий «манильскую» веревку из листьев.
  • Пинья из листьев ананаса
  • Сизаль , агава
  • Конопля тетива , обычное комнатное растение, также Sansevieria roxburghiana , Sansevieria hyacinthoides
  • Хенекен , агава. Полезное волокно, но не такого высокого качества, как сизаль.
  • Phormium , «Новозеландский лен»
  • Юкка , родственница агавы
• Семенные волокна и фруктовые волокна
  • Койра , волокно из кокосовой шелухи
  • Хлопок
  • Капок
  • Молочай , выращиваемый для получения нитевидного хохолка в семенных стручках.
  • Люффа , тыква, которая при созревании образует губчатую массу ксилемы, из которой делают губку для мочалки.
  • Валиссима — это натуральное растительное волокно, полученное из Sida rhombifolia семейства Malvaceae . Его производили в основном на островах Филиппин .
• Другие волокна (листья, фрукты и другие волокна)

Сферы применения

Медицинская вата является лучшим наглядным примером использования целлюлозы. Её получают из хлопка, который прошёл несколько этапов тщательной очистки. Вторым не менее востребованным товаром из (C6H10O5)n является бумага. Для её серийного производства используется тонкий слой волокон целлюлозы, которые тщательно спрессованы и склеены между собой.

Из целлюлозы на серийном уровне производят вискозное полотно, которое благодаря современным технологиям превращают в стильную и прочную одежду, различные драпировки, качественную мебельную обивку. Вискоза пользуется спросом в сфере изготовления автомобильных шин, технических ремней, фильтров.

(C6H10O5)n применяют для производства целлофана, который пользуется спросом в различных отраслях. Тщательно очищенная целлюлоза входит в состав таблеток, действие которых направлено на борьбу с лишним весом. После попадания в желудок этот препарат создаёт ощущение ложной сытости. За счёт этого общее количество потребляемой за день пищи существенно сокращается. Целлюлоза получила большой спрос в следующих отраслях:

1. Производство ацетатного шёлка, оргстекла, искусственного волокна, негорючей плёнки из ацетилцеллюлозы.
2. Изготовление высококачественных канатов, нитей, картона.
3. Получение коллодия (например, плотной плёнки для медицинских нужд), целлулоида (изготовление различных игрушек, киноленты), диацетилцеллюлозы.
4. Серийное производство глюкозы, этилового спирта.

Целлюлоза необходима для производства различных искусственных волокон, пластмасс, лакокрасочных материалов и взрывчатки. (C6H10O5)n используется в сфере получения больших объёмов спирта и твёрдого ракетного топлива. Этот растительный полимер при правильном применении абсолютно безопасен для человека и окружающей среды.

Что же все-таки лучше?

Однозначного ответа на этот вопрос не существует. Вы можете занять радикальную позицию — купить средства с наклейками «100% натуральный продукт», перед сном наносить на лицо смесь эфирных масел из аптеки и пропагандировать идею природного ухода. Но большинство специалистов сходятся на том, что такой подход нельзя назвать однозначно правильным. Существует масса опасных экстрактов растений — и при этом полезной для кожи синтетики.

Репутация брендов складывается не только из компонентов — многое зависит от производства, тестирования и упаковки, которые могут оказаться неэтичными. Всегда есть риск купить натуральную косметику, ингредиент для которой был добыт из растения, находящегося на данный момент под угрозой исчезновения. Или спонсировать бренд, тестирующий свои сыворотки с ретинолом на кроликах. Подводных камней очень много, и обходить их нужно очень тщательно, не зацикливаясь при этом на одном только происхождении состава.

Индустрия Без жестокости: как проверяют косметику бренды, отказавшиеся от тестов на животных

Самый лучший совет, который можно дать в этом случае — попытайтесь совмещать. Экспериментируйте, тестируйте, и в конечном счете вы сможете найти те средства, которые будут полностью отвечать вашим предпочтениям.

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.

Гидратцеллюлозные искусственные волокна

Сюда относятся вискоза, лиоцелл, а также медно-аммиачные волокна.

Вискозные ткани изготавливаются исходя из их назначения. Им можно придать внешний вид хлопка, льна, шерсти или шелка. Кроме того, вискоза применяется для прядения вискозных неволокнистых изделий (целлюлозной пленки, целлофана), а также для производства искусственной кожи (кирзы). Вискоза обладает некоторыми достоинствами по сравнению с традиционными натуральными тканями. Так, вискоза лучше впитывает влагу, чем хлопок. Изделия из вискозы обладают приятным шелковистым блеском, при этом легко окрашиваются и обладают высокой светостойкостью (в отличие от шелка). Из недостатков необходимо назвать сильную сминаемость, высокую степень усадки и невысокую прочность (особенно во влажном состоянии). Поэтому стирать вискозу необходимо в щадящем режиме. Отжимать лучше вручную и не сильно, либо вообще не отжимать, а сразу вешать сушиться. Гладить ее рекомендуется в таком же режиме, как и шелк.

Лиоцелл также изготавливается из целлюлозных волокон. Лиоцелл выпускается под различными коммерческими названиями: Tencel, Орцел. Ткани из лиоцелла обладают следующими преимуществами: они приятные на ощупь, прочные, гигиеничные и экологически чистые. Кроме того, они эластичнее и гигроскопичнее хлопка.

Медно-аммиачное волокно вырабатывается из хлопковой целлюлозы. Имеет ограниченное применение в силу больших производственных затрат. Применяется в основном при производстве трикотажа, а в смеси с шерстью – при изготовлении тканей и ковров. В целом свойства медно-аммиачных волокон близки к вискозным. Но их прочность, упругость и эластичность немного выше.

Способы получения

В сфере производства бумажной продукции целлюлоза пользуется большим спросом. Принцип получения натурального полимера основан на поэтапной механической переработке древесины. В течение 10—13 часов опилки кипятят в специальном растворе, который содержит SO2 и NaHSO4. В используемом оборудовании поддерживается постоянное давление, составляющее 0,5 МПа.

В результате химической реакции чистая целлюлоза выпадает в осадок. Дополнительно образуется лигнин. Этот элемент представляет собой сложный ароматический полимер природного происхождения. При взаимодействии лигнина с сернистым газом можно получить С2Н5ОН, C8H8O, пищевые дрожжи и дубильные вещества.

На втором этапе производства полученный измельчённый осадок помещают в ёмкость с Н2О. За счёт этого образуется специальная волокнистая масса, из которой получают бумагу. Для связывания молекул целлюлозы используются различные вспомогательные вещества:

• тальк (Mg3Si4O10 (OH)2);
• глина;
• оксиды бария и титана (ВаО, TiO2);
• мел (CaCO3).

Тщательное измельчение растительного полимера выполняется в том случае, когда подразумевается серийное производство материалов и продуктов, в составе которых содержится целлюлоза. Для этих целей используются специальные устройства разной модификации. Чаще всего в производстве применяются мельницы дискового типа. Если в исходном материале размер частиц находится в пределах 0,5 мм, тогда за 50—60 минут работы можно измельчить до 10 мкм и произвести 400 г качественного продукта.

Классификация растительных волокон

Растительные волокна классифицируются в соответствии с их источником на растениях следующим образом:

(1) лубяные или стеблевые волокна, которые образуют волокнистые пучки во внутренней коре (флоэме или лубе) стеблей растений, часто упоминаются как мягкие волокна для текстильного использования;

(2) листовые волокна, которые проходят вдоль листьев однодольных растений, также называются твердыми волокнами и;

(3) волокна семенного волоса, источник хлопка, который является самым важным растительным волокном. Существует более 250 000 видов высших растений; однако для коммерческого применения используется лишь очень ограниченное число видов (<0,1%).

Волокна в лубяных и листовых волокнах являются неотъемлемой частью структуры растений, обеспечивая прочность и поддержку. В растениях из лубяных волокон они находятся рядом с внешней корой в лубе или флоэме и служат для укрепления стеблей этих тростниковых растений.

Читайте про: тканые полотна: типы и важные характеристики.

Волокна находятся в нитях, проходящих по длине стержня или между суставами. Чтобы отделить пряди, необходимо удалить естественную резинку, связывающую их. Эта операция называется вымачивание (контролируемое гниение). Для большинства применений, особенно для текстильных изделий, это длинное волокно композитного типа используется напрямую; однако, когда такие волокнистые нити измельчаются химическими средствами, прядь разбивается на гораздо более короткие и тонкие волокна.

Длинные листовые волокна дают силу листьям некоторых недревесных однодольных растений. Они простираются в продольном направлении по всей длине листа и зарываются в ткани паренхиматозной природы. Волокна, найденные ближе всего к поверхности листа, являются самыми сильными. Волокна отделяются от целлюлозы путем соскоба, поскольку между волокнами и пульпой малое связывание; эта операция называется декортикацией. Листовые волокнистые нити также многослойны по структуре.

Древние люди использовали веревку для рыболовства, ловушек и транспортировки, а также в тканях для одежды. Производство веревок и шнуров началось в палеолитические времена, как видно на рисунках пещер. Веревки, шнуры и ткани изготавливались из тростника и трав в Древнем Египте (400 г. до н.э.). Веревки, лодки, паруса и коврики изготавливались из волокон пальмового листа и стеблей папируса, а письменные поверхности, называемых папирусом, из сердцевины. Джут, лен, рами, осока, камыш и тростник уже давно используются для тканей и корзин. В древности джут выращивался в Индии и использовался для прядения и ткачества. Считается, что первая настоящая бумага была сделана в юго-восточном Китае во втором веке нашей эры из старых тряпок (лубяных волокон) из пеньки и рами, а затем из лубяного волокна тутового дерева.

Читайте про: идентификация ткани для изготовления одежды.

В последние годы мировые рынки растительных волокон неуклонно снижаются, главным образом в результате замены синтетическими материалами

Джут традиционно является одним из основных лубяных волокон (тоннажная основа), продаваемых на мировом рынке; однако резкое снижение экспорта джута в Индию свидетельствует о снижении рыночного спроса на это волокно, которое жизненно важно для экономики Индии (Западная Бенгалия), Бангладеша и Пакистана

История

Целлюлоза была открыта в 1838 году французским химиком Ансельмом Пайеном , который выделил ее из растительного вещества и определил ее химическую формулу. Целлюлоза использовалась для производства первого успешного термопластичного полимера, целлулоида, компанией Hyatt Manufacturing Company в 1870 году. Производство вискозы («искусственного шелка») из целлюлозы началось в 1890-х годах, а целлофан был изобретен в 1912 году. Артур Д. Литтл из Бостона изобрел другой целлюлозный продукт, ацетат, и превратил его в пленку. Первое коммерческое использование ацетата в форме волокна было разработано компанией Celanese в 1924 году. Герман Штаудингер определили полимерную структуру целлюлозы в 1920 году. Это соединение было впервые химически синтезировано (без использования каких-либо ферментов биологического происхождения) в 1992 году Кобаяши и Шода.

Цепи целлюлозы, связанные водородными связями

Растительные волокна

Классификация волокон

Различаются по химическому составу:

1. Гетероцепные волокна — в макромолекулах имеют кроме углерода и другие элементы (N, O, S). Вырабатываются из расплавов смол, поэтому при плавлении в процессе эксплуатации не разлагаются. Вытягивание возможно при нормальной температуре. Обычно используются для промышленных и бытовых тканых изделий.

2. Карбоцепные волокна — содержат в молекулах основной цепи исключительно углерод (C). Производятся обычно из ацетоновых растворов и насыщенных гелей. Исключение составляют полнолефиновые составы. Натягивание производится при температуре от 100°C. Чаще всего используются для изготовления монолитных деталей.

Структура и свойства

Натуральные волокна состоят из микрофибрилл целлюлозы в матрице из гемицеллюлозы и лигнина. Этот тип структуры и их химический состав определяют механические свойства, которые можно наблюдать. Поскольку натуральные волокна образуют водородные связи между длинными цепями, они обладают необходимой жесткостью и прочностью.

Химический состав

Основные составляющие натуральных волокон (лигноцеллюлозы) целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, пектин и пепел. Процентное содержание каждого компонента варьируется для каждого типа волокна, однако, как правило, это около 60-80% целлюлозы, 5-20% лигнина и 20% влаги, не считая гемицеллюлозы и небольшого процента остаточных химических компонентов. Свойства волокна меняются в зависимости от количества каждого компонента, поскольку гемицеллюлоза отвечает за поглощение влаги, био- и термическое разложение, тогда как лигнин обеспечивает термическую стабильность, но отвечает за разложение под действием УФ-излучения. Химический состав обычных натуральных волокон показан ниже, и может измениться, если волокна лубяное волокно (полученные из коры), сердцевинное волокно (полученное из древесины) или листовое волокно (полученное из листьев).

Механические свойства

Реакция целлюлозного волокна на механические напряжения изменяется в зависимости от типа волокна и присутствующей химической структуры. Информация об основных механических свойствах представлена ​​в таблице ниже, и ее можно сравнить со свойствами обычно используемых волокон, таких как стекловолокно, арамидное волокно, и углеродное волокно.

История

Целлюлоза была открыта в 1838 году французским химиком Ансельмом Пайеном , который выделил ее из растительного вещества и определил ее химическую формулу. Целлюлоза была использована для производства первого успешного термопластичного полимера, целлулоида, компанией Hyatt Manufacturing Company в 1870 году. Производство искусственного шелка из целлюлозы началось в 1890-х годах, а целлофан был изобретен в 1912 году. В 1893 году Артур Д. Литтл из Бостона, изобрел еще один целлюлозный продукт, ацетат, и разработал его в виде пленки. Первые коммерческие текстильные применения ацетата в форме волокон были разработаны компанией Celanese в 1924 году. Герман Штаудингер определил полимерную структуру целлюлозы в 1920 году. Это соединение было впервые химически синтезировано (без использования каких-либо биологических ферментов) в 1992 году. Кобаяши и Шода.

Цепи целлюлозы, связанные водородными связями