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