纤维素

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October 24, 2021

纤维素是最重要的多糖之一。它是一种聚合物,也就是说,它由大量葡萄糖分子组成,这要归功于一种名为糖苷的键。该分子主要存在于植物中。聚合物链没有支化。

结构

链相互平行排列并通过氢键相互连接,形成原纤维,很长的链,难于溶解。这些原纤维在局部非常有序以达到晶体结构。结晶部分是疏水性的,即它不吸水,因此为了获得亲水性产品(如普通棉),必须对纤维素进行一系列称为丝光处理的处理,以英国纺织化学家和工业家约翰·默瑟 (John Mercer) 于 1844 年构思了该工艺,并于 1851 年获得了专利。植物的细胞壁约有一半由纤维素构成,但例如,棉花几乎是 100% 的纤维素。纤维素在特定条件下水解,在随后水解成葡萄糖的二糖纤维二糖中。在人体肠道中,这种水解过程不会发生,因为缺乏破坏 β (1 → 4) 糖苷键的酶。另一方面,在反刍动物的前胃和单胃食草动物(马科)的盲肠中,有许多细菌和共生原生动物将β键转化为α键,所有动物都可以将其切断。

纤维素的经济性

纤维素在商业上很重要,因为它衍生出许多衍生物:二乙酸纤维素,例如用于生产眼镜架或制造梳子;人造丝是从纤维素在氢氧化钠和硫化碳的溶液中获得的,玻璃纸可以用相同的方法获得。其他产品是纸和粘胶。从纤维素中可以获得另一种具有高商业价值的重要产品纳米纤维素,它具有许多工业应用(生物医学、绿色建筑、石油和天然气工业)。纤维素的各种组成基团可与硝酸反应生成硝酸纤维素(一种称为“暴发性棉花”或“暴发性”的炸药)。纤维素这个名字是由 Anselme Payen 于 1839 年引入的,法国应用化学教授。纤维素是自然界中发现的众多聚合物之一。纤维素是一种极好的纤维。棉花和大麻由纤维状纤维素组成。

化学浆的化学提取与获得

化学过程旨在将木质素溶解在酸性或碱性水相中,并将其与不溶性纤维素分离。化学成分取决于所用木材的成分;产量受多种因素影响,包括木材类型、加工技术和获取过程。它可以达到90-95%。外观:不同长度的纤维束、纤维碎片和孤立的纤维;能耗:约12大卡/吨面食;在处理树木的木质部分后,获得纤维素纸浆。它主要由纤维素和少量加工副产品和原始木材的成分组成。它不同于木浆,因为它含有更多的纤维素,而其他源自木材的化合物(如木质素)的含量较少。

面食品质

具有高木质素含量的纸浆使纸张具有低抗老化性并且由于存在双键而容易变黄。这种更便宜的纸浆用于报纸、纸箱和其他日常纸制品。最有价值的纸浆,称为化学纸浆,可以获得更高价值的纸张,例如用于光面杂志或其他用途,如食品包装。

纤维素纸浆的生产

木材由以下成分组成: 纤维素(约 45%) 半纤维素(约 30%) 木质素(约 23%) 各种可提取物:萜烯、树脂、脂肪酸(约 5%) 纤维素和半纤维素构成木材的纤维,而木质素是将它们结合在一起的纤维间。今天,大多数行业使用其他地方生产的纤维素纸浆(可能还有回收纸)作为原材料。纸浆是通过各种工艺从木材中获得的。在所有情况下,我们都从木树干或木片开始,木片是从木材加工的副产品中获得的。每当加工整个树干时,在去皮后,将它们劈开或研磨,将木材减小到适合以下过程的尺寸。三个主要的纸浆生产链是硫酸盐循环(约 80%)、亚硫酸盐循环和半化学循环。

化学糊剂:牛皮纸工艺

木质素经过化学解纤(用苛性钠和硫化钠)并有选择地使纤维素纤维完好无损:获得需要许多漂白剂的棕色糊状物,但最终的纸张非常耐用(牛皮纸,在德语中意为强度)。该过程具有环境劣势(硫磺会产生臭鸡蛋味,并且有很多含水废物)和产量(即使燃烧大量废物并回收能源,也只有 50% 的木材转化为纸浆)。

化学糊剂:亚硫酸盐工艺

化学糊剂:苏打法

Paste meccaniche(磨木浆制浆)

木质素通过机械粉碎(研磨)解纤,纤维素纤维被释放但也部分受损:生产的纸张抗性较差,通常用于新闻纸、电话簿等。95% 的木材转化为纸浆) ,但需要很大的机械能。

半化学糊(CTMP)

纸浆形成过程是中间过程:木材经过化学处理,随后经过蒸汽和机械处理(化学热机械制浆)。生产出来的纸比机械浆生产的纸更结实,可以用来生产铜版纸。

生物方法

自 20 世纪中叶以来,学术界和私人界(尤其是斯堪的纳维亚和美国国家)一直致力于通过使纸浆提取工艺更加环保来改进纸浆提取工艺。最新发现表明,用细菌代替化学品,以及在催化剂存在下用氧气进行漂白处理。 Ceriporiopsis subvermispora 真菌在某些条件下被接种到木浆中,因此它会攻击木质素并破坏将其与纤维素结合的键,几周后产生生物浆,与木浆相似但质量更高,并且成本更低。随后,将生物纸浆用氧气和金属氧酸盐类型催化剂(例如 Na7 [SiV2W10O40])化学漂白,或用超嗜热细菌木聚糖酶进行生化漂白。

笔记

相关项目

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其他项目

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外部链接

纤维素,在 Treccani.it - 在线百科全书,意大利百科全书研究所。纤维素,在 Sapienza.it,De Agostini。(CN) 纤维素,在 Encyclopedia Britannica,Encyclopædia Britannica, Inc. 纤维素,在 Treccani.it - 在线百科全书,意大利百科全书研究所。