В природе целлюлоза в наиболее чистом виде встречается в волосках семян хлопка, где ее содержание достигает 98%. Кроме хлопка, ее содержат также другие растения — рами, лен, конопля, джут и древесина. Последняя — главный источник получения технической целлюлозы. Однако в древесине целлюлоза прочно связана с другими веществами, прежде всего с лигнином, и чтобы извлечь ее, нужна делигнификация, которая основана на физико-химических процессах, обеспечивающих растворимость лигнина и удаление его из древесины.

Природная целлюлоза — волокнистый материал. Размеры отдельных ее волокон у разных видов растений неодинаковы. Волокна из хвойной древесины имеют длину примерно 2,5—4,5 мм, диаметр 30 мкм, волокна лиственных пород — соответственно 1—2 мм и 20 мкм. Длина волокон льна примерно 25 мм, хлопка — 25 мм, рами — 150 мм.

Как известно, изготовленные из волокон природной целлюлозы материалы (например, бумага и картон) обычно не обладают значительной прочностью. Так, прочность бумаги на разрыв не превышает 10 кгс/мм2 и может быть даже ниже 1,0 кгс/мм2. И чтобы получить изделия, обладающие высокими прочностными свойствами, обычно берут другие, более дорогостоящие и дефицитные материалы — металлы, армированные пластики и др.

Возникает вопрос, нельзя ли изменить эту ситуацию? Обратите внимание на высокую прочность отдельных волокон целлюлозы. При растяжении (см. таблицу) она больше, чем у чугуна и железа, и приближается к показателям лучших сталей. Если же сравнивать удельный предел прочности (отнесенный к плотности материала), то у высокоориентированных волокон льна он в 2,8 раза, а у волокон целлюлозы некоторых пород древесины в 3,7 раза больше, чем у стали.

Жесткость, характеризуемая модулем Юнга (отношение напряжения к относительной деформации в начальный момент приложения нагрузки), у целлюлозных волокон также достаточно велика. Так, модуль Юнга у волокон льна почти такой же, как у чугуна.

Природные целлюлозные волокна не уступают по прочности таким высокопрочным волокнистым материалам, как фортизан и стекловолокно. Обладают они и большой прочностью при поперечном сжатии. Приложим к участку волокон древесной целлюлозы давление 480 кгс/мм2. Они не разрушатся. Поперечное расширение при этом составит, в зависимости от вида волокна, 20—200%.у

И еще: волокна целлюлозы обладают некоторой эластичностью, что объясняется перемещением под действием нагрузки отдельных частей макромолекул. Эта деформация обратима, после снятия нагрузки она со временем исчезает. Кроме того, под действием нагрузки целлюлозные волокна испытывают упругую деформацию, вызванную изменением межатомных расстояний и исчезающую сразу после разгрузки, а также необратимую пластическую деформацию, обусловленную перемещением цепных молекул и их агрегатов относительно друг друга.

Деформируемость и прочность целлюлозных волокон зависят от скорости приложения нагрузки, температуры и влажности. Прочность их увеличивается, а деформируемость уменьшается с увеличением скорости и понижением температуры. При увлажнении прочность волокон древесной целлюлозы уменьшается, а хлопка обычно несколько увеличивается.

Упомянутые свойства существенным образом отличаются у целлюлозных волокон разных видов растений и деревьев разных пород и зависят от того, образовались ли целлюлозные волокна летом или весной.

Похожие записи: