Лигнин — природный полимер древесины¶

Лигнин — природный ароматический полимер, входящий в состав одревесневших клеточных стенок сосудистых растений. Наряду с целлюлозой и гемицеллюлозами относится к главным компонентам древесины, обеспечивая её механическую прочность, жёсткость и устойчивость к биологическому разложению. По химической природе представляет собой сложную разветвлённую сеть фенилпропановых (пропановых) мономеров, связанных между собой различными типами связей, из-за чего не имеет единой строго определённой структуры.

¶Химическое строение

Основу лигнина образуют три монолигнола — производные коричного спирта:

• п-кумаровый спирт — преобладает у травянистых растений;
• конифериловый спирт — доминирует у хвойных пород;
• синаповый спирт — характерен для лиственных пород.

При полимеризации эти мономеры соединяются в трёхмерную сеть. Преобладают простые эфирные связи (β-O-4), а также углерод-углеродные связи, что делает лигнин химически стойким. Содержание лигнина в древесине зависит от породы: у хвойных оно составляет 25–35 %, у лиственных — 18–25 %, у травянистых растений — ниже.

¶Биологическая роль

Лигнин выполняет в растении несколько функций:

• придаёт клеточным стенкам жёсткость и прочность, позволяя стеблям и стволам держать вертикальное положение;
• обеспечивает водонепроницаемость проводящих тканей, необходимую для транспорта воды по ксилеме;
• защищает от микроорганизмов и ферментативного разложения, так как большинство грибов и бактерий не способны эффективно расщеплять лигнин.

Лигнификация (отложение лигнина в стенках клеток) — ключевой этап одревеснения тканей.

¶Получение и виды

В промышленности лигнин получают главным образом как побочный продукт при производстве целлюлозы, когда древесную щепу обрабатывают химическими реагентами для отделения целлюлозных волокон. По способу выделения различают:

¶Применение

Несмотря на то что значительная часть лигнина сжигается для получения энергии и регенерации реагентов, он находит разнообразное применение:

• энергетика — сжигание в составе щёлоков для выработки тепла и электроэнергии на целлюлозных заводах;
• строительство — добавки в бетон, связующие для древесных плит и гранул;
• химическая промышленность — сырьё для получения ванилина, фенолов, активированного угля, сорбентов;
• сельское хозяйство — компонент удобрений и мелиорантов;
• нефтегазовая отрасль — реагенты для буровых растворов на основе лигносульфонатов.

¶Значение и перспективы

Лигнин рассматривается как возобновляемое сырьё для «зелёной» химии: из него пытаются получать биотопливо, полимерные материалы, углеродные волокна и ароматические соединения, заменяющие нефтехимические аналоги. Основное препятствие — неоднородность структуры и сложность переработки. Ежегодно в мире образуются десятки миллионов тонн технического лигнина, значительная часть которого пока используется как низкосортное топливо.