Основные промышленные полимеры

Название	Структурная формула повторяющегося мономерного звена и преимущественный тип микроструктуры макромолекул	Средняя молекулярная масса, тыс. ед
1	2	3
Полиэтилен	-СН3-СН2-	80-800
Полипропилен	-СН2 - СН- СН3	80-200
Полистирол	-CН2-CH-	50-300
Полиметилметак- рилат	СН3 ~СН2- С~ С = О ОСН3	20-200
1	2	3
Поливинилхлорид	~СН2-СН~ Сl	30-150
Поливинилацетат	~СН2-СН~ О - С = О СН3	10-1600
Поливиниловый спирт	~СН2- СН~ ОН	10-100
Поликапрамид	O ~NH-(-CH2-)5-C ~	10-35
Найлон (полигексаметиленадипамид)	O О ~NH-(-CH2-)6- NH-C -(-CH2-)4-C~	10-25
Полиэтилен-терефталат (полиэфир)	О О ~СН2-СН2- О- С – С~	15-30
Полиуретан (пенопласт)	О О ~C-NH-R-NH-C-O-R-O~	-
Поликарбонат		50-500
Полиимид		До 200
Фторопласт	~CF2-CF2~	140-500
1	2	3
Фенолформальдегидная смола		-
Карбамидная смола (меламиноформальдегидная)		-
Эпоксидная смола		-
Полиизопрен	СН3 ~СН2-С=СН-СН2~	35-1300
Полибутадиен	~СН2-СН=СН-СН2~	100-350
Бутадиенсти-рольный каучук	~СН2-СН=СН-СН2- СН2-СН~	150-400
Бутадиеннитрильный каучук	~СН2-СН=СН-СН2- СН2-СН~ CN	250-300
Полихлоропрен	Сl ~СН2-С=СН-СН2~	100-200
Этиленпропиленовый каучук	~СН2-СН2- СН2-СН~ СН3	80-250
Полидиметилсилоксан	СН3 ~ Si- О ~ СН3	400-650

Раздел II. Структура, химия и физика древесины

1. Растительное сырье для производства целлюлозы и других

волокнистых полуфабрикатов

Главным видом сырья для производства технической целлюлозы в России и СНГ является древесина хвойных и лиственных пород. Наибольшее применение получили хвойные породы: ель, пихта, сосна, лиственница, лиственные породы: осина, береза, тополь, бук.

Кроме древесины, для производства волокнистых полуфабрикатов используют однолетние растения (стебли тростника, солому злаковых и т.п.), что представляет особый интерес для безлесных районов страны. Тростник и солома – это ежегодно возобновляемое сырье. К недревесному сырью относятся также хлопок, лен, джут, рами, эспарто (страны Юго-Восточной Азии), используемые преимущественно в виде текстильных отходов (тряпья), а также многолетний злак бамбук.

Основной компонент растительного сырья, необходимый для получения технической целлюлозы, - природная целлюлоза или клетчатка.

Процесс получения технической целлюлозы сводится к освобождению ее от других, сопровождающих ее в растительной клетке, веществ – лигнина, гемицеллюлоз, смол, жиров и т.д. – тем или иным способом химической обработки.

Процесс получения технической целлюлозы называют делигнификацией растительного материала (варкой целлюлозы), так как при варке стремятся освободиться от лигнина, переводя его в раствор тем или иным способом.

2. Строение древесины

2.1. Элементы дерева

Растущее дерево состоит из корней, ствола и кроны (рис. 8).

Наибольшую долю массы дерева составляет ствол (60-90 %),затем ветви и корни (по 5-20 %). Общую массу вещества всех частей – ствола, корней и кроны – называют биомассой дерева.

Основное промышленное значение для химической переработки имеет древесина ствола. Корни и крона в ЦБП не используются, но широко применяются в лесохимии.

Рис. 8. Части растущего дерева (схема): 1 - крона; 2 - ствол; 3 - корни

Элементы дерева играют разную роль при его жизни (рис. 9).

Назначение кроны, которая содержит сучья, ветви, листья или хвою, - питание растущего дерева. Листья и хвоя имеют большую поверхность, облучаемую солнцем. Листья и хвоя поглощают из воздуха углекислоту и выделяюТ кислород. В них идут процессы фотосинтеза. Поглощенная углекислота превращается в химически активные вещества, необходимые для роста дерева.

Корни служат для впитывания из почвы влаги вместе с растворенными в ней веществами. Корни придают дереву устойчивость.

Ствол содержит основную массу органических веществ дерева. При жизни дерева ствол служит для проведения воды и питательных веществ и поддержания кроны. Ствол подразделяют на комлевую (нижнюю) часть, среднюю часть и вершину. Эти части несколько различаются по физико-механическим свойствам.

2.2. Макроскопическое строение древесины

С

Рис.9. Схема растущего дерева: 1 – листья поглощают СО₂ и выделяют О₂; 2 – корковый слой коры; 3 – луб; 4 – камбий; 5 – образованные в листьях питательные вещества, растворившись в воде, перемещаются по лубу вниз; 6 – вода поднимается по заболони вверх; 7 – корни всасывают воду из почвы

троение стола и его тканей изучают на трех разрезах: поперечном, или торцовом (плоскость разреза перпендикулярна оси ствола), радиальном (плоскость разреза проходит вдоль оси ствола по диаметру), тангенциальном (плоскость разреза проходит вдоль ствола по хорде перпендикулярно радиусу). Главные разрезы ствола приведены на рис. 10.

Под макростроением древесины понимают детали структуры, которые можно исследовать невооруженным глазом и с помощью лупы.

На поперечном разрезе ствола сосны (рис. 11), а также на рис. 12 (схема ствола сосны) можно видеть следующие части: сердцевину, собственно древесину (ксил

Рис. 3. Главные разрезы ствола: 1- поперечный или торцовый; 2 – радиальный; 3 - тангенциальный

ему), камбий и кору, состоящую из внутреннего слоя (луба) и наружного слоя (корки).

Сердцевина - мягкая рыхлая ткань, расположенная в центре ствола, механически непрочная. Диаметр сердцевины 1-5 мм. Клетки сердцевины в молодом возрасте дерева – живые, полости их заполнены различными органическими веществами (смоляными и жирными кислотами). В старых стволах клетки сердцевины отмершие и заполнены водой или воздухом. Сердцевина занимает очень малую часть объема ствола древесины.

Древесина (ксилема) – основная часть ствола, образующаяся в результате прироста ствола в толщину за счет деятельности тонкого слоя живых клеток – камбия. Она состоит из концентрических слоев. Эти слои называются годичными кольцами. Они образуются ежегодно и составляют прирост древе

Рис.10. Главные разрезы ствола: 1-поперечный или торцовый; 2- радиальный; 3-тангенциальный

сины за год. Ширина годичного слоя зависит как от породы дерева, так и от условий его роста. Каждый годичный слой состоит из двух частей (рис.11 и рис.12). Более светлая, прилегающая ближе к сердцевине, называется ранней древесиной, а темная, расположенная ближе к коре – поздней древесиной.

Рис. 11. Поперечный разрез ствола сосны полного возраста: a - сердцевина; b - ядро; c - заболонь; d - луб; e - корка; f - камбий; g - сердцевинный луч; h - первичный сердцевинный луч

В стволе отдельных деревьев в ксилеме можно увидеть более темноокрашенную центральную часть – ядро и более светлоокрашенную – заболонь. Деревья, имеющие ядро, называют ядровыми (лиственница, сосна, кедр сибирский). У некоторых древесных пород центральная часть ствола не отличается от наружной по цвету, но подобно ядру содержит меньше воды. Такая древесина называется спелой, а древесные породы – спелодревесными (ель, пихта, осина). Если же между древесиной центральной и наружной частей ствола нет различий ни в цвете, ни в содержании воды, то древесные породы называют заболонными (береза, липа).

Древесина ядра более темная, так как в ней содержатся экстрактивные вещества, выполняет механическую функцию. В растущем дереве заболонь служит для проведения воды вверх по стволу (из корней в крону) и для отложения запасных питательных веществ.

Образование ядра происходит различно в зависимости от породы, возраста, условий произрастания и других факторов. Процесс ядрообразования заключается в отмирании живых элементов древесины, закупорке водопроводящих путей, отложении смолы и углекислого кальция, пропитке дубильными и красящими веществами, в результате чего цвет ядровой древесины изменятся, увеличивается ее плотность, стойкость против гниения.

Рис. 12. Схема ствола сосны: 1 – луб; 2 – смоляной ход; 3 – поперечный разрез; 4 – сердцевина; 5 – корка; 6 – камбий; 7 – годичное кольцо; 8 – тангенциальный разрез; 9 – сердцевинные лучи; 10 – поздняя древесина; 11- ранняя древесина; 12 – радиальный разрез

Снаружи ствол дерева покрыткорой, которая состоит из двух слоев, внутреннего и внешнего. Внутренний слой – луб, внешний - корка. Назначение корки предохранять дерево от резких колебаний температуры, испарения влаги и механических повреждений. Назначение лубяного слоя в растущем дереве - проводить органические питательные вещества вдоль ствола.

Между древесиной (ксилемой) и лубом (внутренним слоем коры) находится слой камбия. Камбий состоит из живых клеток. Клетки камбия способны к делению. Весной при делении камбиальной клетки образуется две клетки. Одна остается камбиальной и сохраняет способность к делению, а другая становится либо клеткой древесины (ксилемы), либо клеткой луба в зависимости от того в какую сторону происходило деление. За вегетационный период в радиальном направлении образуются 105-110 клеток древесины и около 10 клеток луба. Камбий обусловливает рост дерева в толщину.

В древесине можно визуально наблюдать сердцевинные лучи и смоляные ходы. Сердцевинные лучи подразделяют на первичные и вторичные. Первичные начинаются от сердцевины, проходят по радиусу до коры и продолжаются в ней. Вторичные начинаются в любой части дерева и продолжаются до коры. Лучи образованы живыми (паренхимными) клетками, развиты в древесине лиственных пород. В растущем дереве они выполняют проводящую (проводят питательные вещества по радиусу) и запасающую функцию (запас питательных веществ на зиму).

Хвойные или смоляные ходы – это межклетные каналы, заполненные смолой. В дереве существует единая смоляная система. Смоляные ходы существуют только в древесине хвойных пород.

2.3. Анатомическое строение древесины

1. Клетки и ткани

Древесина, как любой биологический организм, состоит из клеток [1,3]. Клетки в древесине ориентированы в определенном направлении – вдоль ствола или по радиусу. Большинство клеток расположено вдоль ствола. Это придает стволу прочность и обеспечивает хорошее водоснабжение. Клетки сердцевинных лучей, которые проводят растворы в поперечном направлении, располагаются в радиальном направлении.

Все клетки древесины по форме можно разделить на два типа: прозенхимные и паренхимные.

Прозенхимные клетки - это в основном мертвые клетки. Длина (0,5 - 5,0 мм) во много раз больше поперечных размеров. Они ориентированы вдоль ствола и придают древесине волокнистое строение. К ним относятся трахеиды, клетки либриформа и сосуды.

Паренхимные клетки – это короткие клетки, ширина и длина их примерно одинаковы, они в основном живые.

Анатомические элементы древесины в основном являются отмершими клетками (90-95 %).

Живая растительная клетка обязательно окружена клеточной оболочкой (стенкой), состоящей в основном из целлюлозы. Живое содержимое клеток получило название протопласта. Основными классами соединений, образующих протопласт, являются белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы [5-8]. На рис.13 представлена схема строения живой растительной клетки.

Растительная клетка