Республикасының аумағында өсіріліп жатқан, ағаштекті емес біржылдық

13 
1 Әдебиетке шолу 
 
 
1.1 Целлюлозаның құрылымы мен қасиеттері 
Целлюлоза – бір-бірімен ацетальды (гликозидті) байланыспен 
байланысқан, әртүрлі моносахаридтердің элементарлы бөлшектерінен 
(қалдықтарынан) құралған, табиғи полимерлердің бір класына жататын 
полисахаридтердің ішіндегі маңызды өкілі [5]. Целлюлоза макромолекуласы, 
скелеты алты көміртек атомынан тұратын көміртек молекуласының, D-
глюкоза моносахаридының қалдығынан тұрады [6]. Қарапайым құрылым 
құрамында оттегі бар алты бөлікті гетероциклдан тұрады, ал қарапайым 
құрылымдар арасындағы гликозидті байланыстың пайда болуына және 
қарапайым құрылымның бірінші көміртек атомында орналасқан альдегидті 
топтың пайда болуына көрші құрылымның төртінші көміртек атомындағы 
гидроксильді топ әсер етеді [7]. 1-суретте целлюлоза макромолекуласының 
сақинасы көрсетілген.
1 Сурет – Целлюлоза сақинасының құрылымы 
 
Целлюлозаның әртүрлі туындыларын алу мүмкіндігі біріншіден оның 
функционалды құрамымен анықталады. Осы жағынан целлюлозаны 
полимерлі полиатомды спирт ретінде қарастыруға болады, өйткені 
макромолекуланың қарапайым құрылымында үш гидроксильді тобы бар – 
біріншісі көміртектің алтыншы атомында және екеуі екіншілік екінші және 
үшінші көміртек атомында. Целлюлоза макромолекуласының қарапайым 
құрылымы С1 креслосының энергетикалық тиімді конформациясында 
орналасқан, себебі гидроксильді және гидроксиметильді топтар бір-біріне 
экваториалды орналасқан (яғни, кеңістікте екінші, үшінші және бесінші 
көміртек атомдары мен пиранозды циклдың оттегі атомы жақын орналасқан) 
және сондай орналасуының арқасында әртүрлі химиялық реакцияларда 
жоғары реакциялық қабілетке ие [8-9]. Гидроксильді топтардың жеке 
қасиеттері олардың химиялық айналуларының арқасында қарапайым және 
целлюлозаның күрделі эфирлерінің, тотығу өнімдерінің синтезін қамтамасыз 
етеді.

14 
Целлюлоза қасиеттерінің маңыздыларының бірі – макромолекула 
мөлшері, мөлшеріне целлюлозалы материалдың талшықтары мен 
қабықшаларының механикалық қасиеті, целлюлоза ерітінділерінің және оның 
өнімдерінің тұтқырлығы сияқты көрсеткіші байланысты. Целлюлозаның 
полимеризациялану деңгейі (тізбектегі элементарлы сақина саны) белгілі бір 
түрлік арнайылықты көрсететін көрсеткіш болып табылады. Мақта 
дәндерінің целлюлоза талшықтары үшін бұл көрсеткіш бірнішілік жасуша 
қабырғасы үшін 2-6 мыңды құраса, екіншілік жасуша қабырғасы үшін 13-14 
мыңға дейін, ал тінді өсімдіктер үшін шамамен 9,5 мың, ағаш және 
жалаңаштұқымды өсімдік целлюлозаларында 8-8,5 мың. Фотосинтез 
нәтижесінде өсімдік жасуша қабырғасының түзілуі жүреді, алғашында 
біріншілік, кейіннен екіншілік жасуша қабырғасы пайда болады. Алайда, 
тізбек ұзындығының ұзаруы біріншілік жасуша қабырғасының түзілуі 
барысында жүреді [10-12]. 
Барлығымызға белгілі, көпшілік полимерлер үшін молекулярлы 
массаның полимеризациялану деңгейі белгілі бір молекулярлы массасы бар 
фракция құрамын сипаттайтын, молекулярлы-массалық таралумен (ММТ) 
байланысқан орта көрсеткішті көлем болып табылады. Табиғи целлюлозалы 
шикізаттан алынған целлюлозаның ММТ қисығында бір (жапырақты ағаш 
тұқымдастары) немесе екі үш (мақта целлюлозасы, инелі ағаш 
тұқымдастарының целлюлозасы) максимум болады. Алайда мұндай таралу 
оны бөліп алудағы қатаң жағдайдағы целлюлоза деструкциясының 
(полимерлі тізбекті біртіндеп бұзу) нәтижесі болып абылады. Өсімдік 
тініндегі целлюлозаға полимеризациялану деңгейінің жоғары көрсеткіші 
(мақта целлюлозасы үшін 14 мың) жағдайындағы, ММТ қисығында бір 
жіңішке максимумның болуы тән.
Целлюлозалы талшықтардағы целлюлоза макромолекуласы, мысалы, 
ұзындығы 25-35 мм мақта талшығында немесе ұзындығы 1-3 мм ағаштан 
бөлініп алынған талшықтарда бір-бірінен изолирленген күйде емес, молекула 
үстілік құрылымның элементі болып табылатын, агрегатты түзеді [6-8]. 
Осы полимердің макромолекулаларының мөлшерінің өлшемінен едәуір 
асатын әртүрлі реттілік дәрежесі бар полимер көлеміндегі облыстар ретінде, 
молекула үстіндегі құрылымдар туралы түсінік полимерлер физикасының 
іргелі ұғымдарының қатарына жатады. Целлюлоза күрделі молекула үстілік 
құрылымға ие, оның қарапайым элементіне 600-1500 макромолекуладан 
тұратын, диаметрі 3,5 нм дейінгі макромолекула ассоциаты – фибриллалар 
жатады [13]. Қарапайым фибриллалар өз кезегінде, көлденең қимасы 4-тен 
10-20 нм дейінгі ірі микрофибрилла ассоциатын құрады, ол – құрылымы 
әлдеқайда аз реттелген аудандарда орналасқан, целлюлоза құрылымының 
матрицасы болып табылады.
Бойлық бағытта аморфты-кристалды полимердің фазалық жағдайы 
тұрғысынан, целлюлозаның молекулалық тізбектері кристалды және 
аморфты облыстардың үлкен саны арқылы өтеді. Электронды микроскопия 

15 
деректері бойынша, кристалиттердің ұзындығы 20-85 нм-ден (жасанды
целлюлоза талшықтарының әртүрлі типтерінде) 65-220 нм-ге (табиғи 
целлюлозада) дейін жетеді [6-8]. Алайда, кристалиттердің пішіні де 
айтарлықтай ажыратылады: табиғи целлюлозаның кристалиттері айқын 
көрінетін анизодиаметрлік пішінге (ұзындығының еніне қатынасы 5:16) ие 
болса, вискозды талшықтың кристалиттерінің пішіні сфералық күйге ие [6-
12]. 
Кристаллизирленетін полимер ретінде целлюлозаға полиморфизм 
құбылысы тән, яғни қарапайым ұяшықтың әртүрлі параметрімен 
кристалиттерді түзу қабілеті болып табылады. Қабылданған түсініктерге 
сәйкес, нативті целлюлоза «целлюлоза I» құрылымдық модификациясына 
жатады. Целлюлозаның басқа маңызды құрылымдық модификациясына 
«целлюлоза II» (гидратцеллюлоза) жатады, ол целлюлозаны регенерациялау 
барысында, табиғи целлюлозаны сілтілі металдар гидроксидтерінің 
концентрацияланған ерітінділерімен өңдеу кезінде оның туындыларынан 
(мысалы, күрделі эфирлерден) пайда болады. Сол себепті, бір немесе бірнеше 
осындай операцияларды қамтитын технологиялық алу процесі болып 
табылатын жасанды целлюлоза талшықтарын (вискозды, медноаммиакты) 
гидратцеллюлоза деп те атайды [14]. 
Целлюлозалық материалдарды қолданудың негізгі салалары үшін 
(қағаз және тоқыма өнеркәсібі) целлюлозаның сумен өзара әрекеттесу 
құбылыстары, сорбция және ісіну процестері үлкен маңызға ие. Дәл осы 
құбылыстармен целлюлозалық материалдардың керемет гигиеналық 
сипаттамасы байланысты. Шынымен, талшықты материалдар арасында 
сорбция (салыстырмалы 65 % ауа ылғалдылығында 8-14 %) мен ісіну (60- 
130 %) шамасы дәл целлюлоза сияқты басқа материал жоқ [15]. 
Дегенмен, целлюлозаның сорбциялық қасиетін анықтайтын басты 
факторға OH-тобының болуы жатады және целлюлозаның физикалық 
құрылымы да басты рольді атқарады.
1,5 нм-ден аз орауыштар, бірнеше ондаған нанометрдің гидратталған 
целлюлоза (әсіресе, вискоздық) талшықтарының ісінуінен туындаған тері 
тесіктері, 1,5-10 нм шамасындағы фибрилла аралық бос орындар (тесіктер), 
капиллярлы кеуекті жүйе, сондай-ақ, бірнеше микрометр диаметрі бар табиғи 
целлюлозаның талшықтарындағы арналар мен макропоралар шынайы 
сорбцияны (адсорбция) ғана емес, сондай-ақ судың капиллярлық жұтылуын 
тудырады [6-12]. 
Целлюлоза және оның туындылары негізінде материалдарды қолдану 
салаларының кеңдігі мен әртүрлілігі олардың қасиеттерін бағыттап өзгерту 
мүмкіндігімен, соның ішінде ең алдымен функционалдық топтар мен 
полимерлік тізбек байланыстарының қатысуымен химиялық реакцияларды 
пайдалану есебіне байланысты. Одан әрі баяндау целлюлозаның кейбір 
қызықты және маңызды химиялық реакцияларына арналған [16]. 

16 
Целлюлозаның химиялық қасиеттерін жалпы сипаттай отырып, олар 
қарапайым сақиналар (деструкция реакциялары) мен гидроксильді топтардың 
(тотығу, этерификация реакциялары, күрделі эфирлердің синтезі және О-
алкилдеу, қарапайым эфирлердің синтезі) арасындағы гликозидті 
байланыстардың болуымен анықталады деп айтуға болады. Целлюлоза 
деструкция реакциясының қарапайым мысалына, соңғы өнімі глюкоза болып 
табылатын, қышқыл гидролиз реакциясын айтуға болады. Дәл осы реакция 
этил спиртін алудың өнеркәсіптік әдістерінің бірі (құрамында целлюлоза бар 
қалдықтардың гидролизі, кейіннен гидролизатты спиртті ашытумен) 
негізінде жатыр. Сонымен бірге гетерогенді ортада өткізген кезде, целлюлоза 
гидролиз процесінің ерекше ағынын атап өткен жөн, яғни оны ерітіндіге 
алдын ала ауыстырусыз, жұмсақ жағдайларда (мысалы, 1-2,5 н сулы HCL 
ерітінділерімен). Бұл жағдайда деструкция реакциясы соңына дейін 
жүрмейді. Гидролитикалық реакцияның жылдамдығы бойынша күрт 
ерекшеленетін екі стадиясын атауға болады. Біріншісінде, құрылымның 
аморфты бөліктерінің гидролизі жүреді, екіншісінде, кристалдардың 
ұшындағы гликозидті байланыстардың ыдырауы есебінен реакция жүреді 
[16-21]. 
Гидролиздің бірінші сатысы аяқталғаннан кейін пайда болатын 
құрылым фрагменттері, микрокристалды целлюлоза ине тәріздес 
бөлшектерге айналады, олардың ұзындығы бастапқы целлюлозаның түріне 
және оның кристаллдарының мөлшеріне байланысты. Осылайша, бұл 
фрагменттердің (былайша айтқанда, гидролизден кейінгі шекті ПД, Level-off-
DP) полимеризациялану деңгейі мақта целлюлозасы үшін 200-300 тең, ағаш 
үшін 120-280 болса, вискозды талшықтардың целлюлозасы үшін 30-50 болып 
табылады [15-26]. 
Ақ ұнтақ күйіндегі микрокристаллды целлюлозаны керамикалық және 
фарфор бұйымдарын өндіруде, суэмульсиялық бояуларды тұрақтандыру 
үшін дәрілік препараттардың таблеткаларын, қалыптау массасына 
қоспаларды дайындау кезінде толтырғыш ретінде қолданады. Суда 
микрокристалды целлюлозаны диспергирлеу барысында, алдымен сүт 
тәріздес жүзбелер пайда болады да, суспензия кремнің консистенциясына ие 
болады. Бұл пішінде микрокристалды целлюлозаны косметикалық және 
фармацевтикалық өндірісте, азық-түлік өнімдеріне (балмұздақ, тұздықтар) 
қоспа түрінде пайдаланады. 
Целлюлозаның әртүрлі тотықтырғыштармен (NaClO, KMnO
4
, NO
2
, 
HIO
4
, H
2
O
2
) әрекет ету реакциясының нәтижесінде, құрамында карбонильді 
және карбоксильді топтары бар туындылардың пайда болуына алып келеді. 
Бұл ретте элементарлы сақиналардың белгілі бір гидроксильді топтарының 
басым тотығуын қамтамасыз ететін қосылыстардың әсері аса қызығушылық 
тудырады. 
Мұндай 
тотықтырғыштарға 
йод 
қышқылы 
(натрий 
метапериодаты) HIO
4
жатады, целлюлозаның өзара әрекеттесуі кезінде 
қарапайым сақинаның екінші гидроксильді топтарының альдегидтерге дейін 

17 
тотығуымен қатар қарапайым сақина көміртегінің екінші және үшінші 
атомдары арасындағы байланыстың үзілуі жүреді [20-23]. 
Диальдегидцеллюлозаның сілтілі реагенттердің және судың әсеріне 
жоғары төзімділігі оның практикалық қолдану аймағын шектейді. 
Диальдегидцеллюлозаны медицинада ферменттерді иммобилизациялау үшін, 
полимерлі 
матрица 
ретінде 
қолдануға 
болады. 
Осы 
салада 
монокарбоксилцеллюлозаны қолдану, капиллярлы тамырлардан қан кетуді 
жылдам тоқтатуды қамтамасыз ететін тиімді гемостатикалық материал 
болып табылады. Монокарбоксилцеллюлозаның медицинада қолдану үшін 
маңызды қасиеті оның тірі ағзаның тіндерінде толығымен сіңу қабілеті 
болып табылады. 
Өндірістің әртүрлі салаларында кең қолданылатын, целлюлоза 
өндірушілерінің маңызды классына оның қарапайым және күрделі эфирлері 
жатады. Күрделі эфирлерді алу үшін этерификациялаушы реагенттер ретінде 
күшті қышқылдар, қышқылдардың ангидридтері және хлорангидридтері 
қолданылады. Целлюлоза эфирлерінің бұйымдарға қайта өңдеу тәсілдері мен 
практикалық қолдану саласына байланысты маңызды сипаттамаларының бірі 
олардың ерігіштігі болып табылады. Целлюлоза ксантогенаты ерітінділерін 
қайта өңдеу жолымен вискозды талшықтар мен пленканы (целлофан), 
целлюлоза ацетаты ерітінділерін, ацетатты және триацетатты талшықтарды, 
сонымен қатар кино және фото өнеркәсіпке арналған пленка жасалынады. 
Құрамында аз мөлшерде жоғары қайнайтын еріткіштер (пластификаторлар) 
бар целлюлоза эфирлері (ацетаттар, ацетобутираттар және целлюлоза 
нитраттары, этилцеллюлоза) негізіндегі композицияларды қайта өңдеу 
эфироцеллюлоза пластмасса (этролдар) алу технологиясында қолданылады. 
Целлюлозаның суда еритін қарапайым эфирлері (метил-, карбок-
симетилцеллюлоза, 
сондай-ақ 
метилгидроксиэтил-, 
метилгидрок-
сипропилцеллюлоза аралас эфирлері) мұнай және газ өндіру өнеркәсібінде су 
ерітінділерінің тұтқырлығын және бұрғылау ерітінділерінің дисперсиясын 
реттейтін заттар ретінде, тоқыма өнеркәсібінде, құрылыс индустриясында, 
медицинада және тамақ өнеркәсібінде жақпа, кремдер, тіс пастасы, 
балмұздақ, жеміс шырындарын дайындау кезінде бояғыштардың 
дисперсиялары ретінде, ал шаруашылықта синтетикалық жуғыш заттар 
ретінде пайдаланылады. Практикалық жағынан целлюлозаның кейбір 
эфирлерінің, 
мысалы 
ацетилфталилцеллюлозаның, 
еріткіштің 
қышқылдығына (сілтілігіне) байланысты еруге тәуелділігі қызығушылық 
тудырады. Бұл қасиет фармацевтикада дәрілік таблеткаларды қаптамалар 
әзірлеу үшін пайдаланылады. Ацетонда целлюлоза эфирінің жеңіл ерігіштігі 
қышқыл ортада ерімейтін, бірақ сулы ерітінділерде еритін мөлдір жеткілікті 
берік пленка алуға мүмкіндік береді. Бұл пленка қышқыл ортада (асқазан 
сөлінде) тұрақсыз дәрілердің белсенділігін сақтауды және сілтілі орта 
сақталатын, ішекте жақсы сіңуін қамтамасыз етеді [26]. 

жүктеу/скачать 3.73 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: