Микрокристаллическая целлюлоза из хлопка сырца Узбекистана

АННОТАЦИЯ

В статье приведены свойства хлопковой целлюлозы и МКЦ (микрокристаллическая целлюлоза) полученного из отходов хлопкоочистительных заводов.

ABSTRACT

The article presents the properties of cotton pulp and MCC (microcrystalline cellulose) obtained from the waste of cotton gins.

Ключевые слова: линт отходов производства, хлопковая целлюлоза, СП-степень полимеризации, зольность, α-целлюлоза, (показатель качества), отварка (процесс получения целлюлозы).

Keywords: lint of production waste, cotton cellulose, SP-degree of polymerization, ash content, α - cellulose, (quality indicator), decoction (pulp production process).

Несмотря на известные достижения в области повышения качественных характеристик химических волокон, хлопок по многим показателем превосходит последние. Хлопок обладает гигроскопичностью, воздухопроницаемостью, отсутствием статического электричества, отрицательно воздействующего на организм, гигиеничен, хорошо отбеливается, прочно окрашивается, чем химические волокна, а также во многих случаев не заменим [1].

Наряду со средневолокнистыми сортами хлопка Узбекистан является основным производителем тонковолокнистого сорта хлопка-сырца, производство которого составляет около 400 тысяч тонны волокна сырца. Из этого количества сырца можно произвести около 170-180 тысяч тонн волокна, 150 тонн семян, и около 30 тысяч тонн разного типа линтов и др. Эти сорта тонковолокнистого хлопка, которые выращиваются в основном в Бухарской, Кашкадаринской и Сурхандаринских областях, так как производство для средневолокнистых сортов хлопка требуется в среднем ежедневная температура 21 ⁰С, а для тонковолокнистых волокон требуются 27 ⁰С, средние вегетационного периода по этому, выбор этих областей обрадован, так как температура возделывания высока. В данное время из хлопка, а также из и её тонковолокнистого хлопка не получена микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ), для различных практических целей. Например, выделен препарат (МКЦ) из древесной целлюлозы, для повышения скорости деспергации холодного молока и мороженого (холодного десерта) [2].

Добавления небольших количеств МКЦ в холодном десерте (холодное молоко, мороженое и. т. д) позволяет сохранить его потребительские свойства в течении длительного периода времени по-видимому, эти добавки замедляют рост кристаллитов льда.

Другая быстро развивающая  область применения МКЦ это производство катализаторов, к примеру, суспензию МКЦ смешивают с тонко измельченным алюминием и полученную смесь высушивают [3].

При последующем обжоге целлюлоза выгорает и в оставшемся алюминий образуется поры заданных размеров [4].

Имеются сведения о возможности использования МКЦ для покрытия пленкой плодов при длительном хранении, в качестве наполнителей плёнок.

В принципе МКЦ можно получать различными методами: механическим, термомеханическим, химическим, осаждением из раствора. В последующем, полученные продукты отличаются по степени полимеризации, упорядоченности и морфологической структуре[5].

Механический способ получения МКЦ, кажется простым, реализуется с применением особых специфических технологических приёмов.

Изменением природной целлюлозы под воздействием разбавленных кислот занимались многие учёные мира. Так в работе [6] приведены результаты научных исследований по МКЦ, полученную гидролизом целлюлозы до предельного значения СП, В США в промышленных масштабах, производят МЦК, под названием “Авицеп и Аверин”, исходя из древесной α-целлюлозы содержанием α-целлюлозы (92-95 %) [7].

Из приведенного обзора, можно отметить, что для получения высококачественной целлюлозы в основном используют древесную целлюлозу, а полученные целлюлозы из линтов средневолокнистого линта хлопкового волокна не изучены.

Известно [3], что тонковолокнистые волокна, а также их линты отличаются от средневолокнистых сортов более высокими физико-механическими показателями (по разрывной прочности, толщине волокна и в длине волокна), а также по вегетационному периоду. Как было отмечено выше, эти отходы линта и другие виды сырья, после соответствующих химических обработок, могут стать ценным сырьем для многих отраслей народного хозяйства, к примеру из хлопковой целлюлозы, можно получать ацетаты, нитраты, этролы, а также МКЦ и другие [8]. Эти отличия средней и тонко волокнистой в разности показателей, по-видимому, могут быть связаны с особенностями структуры и химических составов хлопковых линтов.

Нами разрабатываемые рекомендации МКЦ из средневолокнистых, а также тонковолокнистых линтов с последующей переработкой этих объектов был выбран II тип I сорта средневолокнистого линта АН-35-37, а также линт тонковолокнистого хлопка 5595-В. Ниже в таблице №1 приведены качественные показатели образцов хлопкового линта и полученной целлюлозы из них.

Таблица 1.

Качественный состав линтов физико-химические характеристики образцов хлопкого линта и целлюлозы

Для решения поставленной задачи нами предложен метод, который заключается в следующем, подрезка двоих линтов до 2 мм (ножницы или центроклинерная очистка), для снижения зольности линтов предварительно обрабатывали раствором КАl(SO₄)₂, где в процессе добавляли ПАВ, ОП-7 в количестве 0,3 % от массы волокна в дальнейшем обработку проводили-3 % растворами калия алюминиевых солей. Полученные результаты приведены в таблице №2.

Таблица 2.

Зависимость концентрации на снижение, зольности линтов

Для удаления сопутствующих веществ проводили варку. Для варки целлюлоз использовали 100, 500 граммовые автоклавы.

Варку проводили в следующих условиях:

• Концентрация раствора NaOH – 2 %;
• Модуль ванны 16:1;
• Температура варки -140⁰ С; 
• ПАВ (преобр. актив. в-во), ОП–7, 0,3 % от масс волокна;
• Na₂SiО₃–2 % от массы волокна.

Этот режим позволяет получать хлопковую целлюлозу и в этом–же режиме использовав эту технологию мы получили МКЦ. После подрезки и отварки полученную массу обрабатывали 6 % -ным раствором HCl в течение 60 минут при температуре 98 ⁰С. Полученные продукты как средневолокнистый так и тонковолокнистый МКЦ имели в случае 5595–В следующие характеристики: СП=150–170, зольность 0,21, влажность МКЦ 4,2 %, относительная плотность 1,527. Функциональный состав МКЦ альдегидный состав –СНО=0,035, СООН=0,16 % после кисловки,  промывали до нейтральной среды, водой, сушили до определенной кондиции, определяли качественные показатели, а также искали область применения тонковолокнистого МКЦ. Мы предлагаем, добавлять в раствор фарфора МКЦ с концентрацией 0,5-1,5 %, что позволит увеличить прочность фарфора до 30 % [3].

Список литературы:

1. Ю. Т. Дадабаев, М. Хамидов, А. Х Мамадалиев «Мировое хлопководство: проблемы и перспективы развития» // под редакцией С.Н Усманова. Изд. “Фан”.  Узб ССР. 1990 г. C. 112.
2. Авт. Свид. № 929750 (СССР) Способ получения хлопковой целлюлозы // Авт. Свид. № 929750. 1981 г. Опуб. №18 Кадыров А. Н. [и другие].
3. Авт. cвид. (СССР) № 000314 1990 г. Способ получения микрокристаллической целлюлозы // Авт. cвид. (СССР) № 000314. 1990. Опуб. № 12. / Кадыров А. [и другие].
4. А.Кадыров., К. Сайдалиев Микрокристаллическая целлюлоза из отходов хлопкоочистительной примышленности // Узбекистан, НамМТИ научно-технический журнал. Том 4-специальный выпуск №2. 2019. С. 57-61.
5. E.S. Abdel-Halim Chemical modification of cellulose extracted from sugarcane bagasse: Preparation of hydroxyethyl cellulose // Arabian Journal of Chemistry Volume 7, Issue 3, July 2014, Pages 362-371.
6. E. Abraham Extraction of nanocellulose fibrils from lignocellulosic fibres: A novel approach // Carbohydrate Polymers Volume 86, Issue 4, 15 October 2011, Pages 1468-1475.
7. Chauhan YP, Sapkal RS, Sapkal VS, Zamre GS (2009) Micro-crystalline cellulose from cotton rags (waste from garment and hosiery industries). Int J Chem Sci 7(2):681–688.
8. Capadona JR, Shanmuganathan K, Trittschuh S, Seidel S, Rowan SJ, Weder C (2009) Extraction of nanocellulose rom cotton sliver. Biomacromolecules Pages. 712–716.