Надмолекулярная структура тонко и средневолокнистых линтов и целлюлоз в Узбекистане

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлены исследования изучения некоторых физико-химических характеристик линтов тонко- и средневолокнистых образцов полученных из них целлюлоз.

ABSTRACT

This article presents a study of the study of some physico-chemical characteristics of lints of thin and medium fiber samples of which celluoses.

Ключевые слова: микрокристаллическая целлюлоза, линт, степень полиремизации, хлопок-сырец.

Keywords. Microcrystalline cellulose, lint, degree of polyremization, cottoonworm.

Проблема исследования растительных богатств в Республике Узбекистан имеет огромное народно-хозяйственное и экономическое значение.

Производство средневолокнистого хлопка-сырца в последнее время постепенно снижается, а это связано с увеличением производства других сельскохозяйственных продуктов. Учитывая снижение производства средневолокнистого хлопка-сырца, в свою очередь, постепенно увеличивается производство тонковолокнистого хлопка-сырца. В это количество хлопка входят также наиболее ценные сорта из тонковолокнистого хлопка. В 2000 году среднегодовой сбор этих сортов по Республике Узбекистан составил около 400 тысяч тонн. При производстве такого количества можно получить 120 тысяч тонн волокна, 200 тысяч тонн семян, около 30 тысяч тонн хлопкового линта и 36 тысяч тонн отходов в виде циклонного пуха, угара, улюка. Эти отходы – линт, циклонный пух, улюк и угар – при последующей химической обработке могут стать ценным сырьем для многих отраслей народного хозяйства.

В связи с этим, по нашему мнению, решение рационального использования отходов хлопкоочистительных производств является важной задачей. Поэтому возникает необходимость поиска интенсивных, инновационных методов переработки этих видов сырья в ценные продукты: хлопковую целлюлозу, ацетаты, нитраты целлюлозы, микрокристаллическую целлюлозу и другие. Следовательно, изучение и получение хлопковой целлюлозы и ее производных из линтов тонковолокнистого хлопка является своевременным и актуальным. Тонковолокнистые хлопковые волокна отличаются от средневолокнистых сортов более высокими физико-механическими показателями (по разрывной прочности, толщине и длине волокна) [1; 3]. Эти различия в показателях, по-видимому, могут быть связаны с особенностями структуры, а также химического состава. В связи с вышеизложенным резонно предположить, что целлюлоза, выделенная из линта, должна обладать некоторыми специфическими свойствами и может значительно дополнить баланс целлюлозы для промышленности. Процесс получения целлюлозы из хлопкового линта включает в себя различные физико-химические обработки, при которых непременно будут иметь место структурные превращения на разных уровнях. Степень структурных изменений целлюлозы, как правило, зависит от вида и типа хлопкового линта, а также от условий обработки и других факторов.

Процесс получения целлюлозы из хлопкового линта включает в себя различные физико-химические обработки, при которых непременно будут иметь место структурные превращения на разных уровнях. Степень структурных изменений целлюлозы, как правило, зависит от вида и типа хлопкового линта, а также от условий обработки и других факторов [3, с. 149].

В статье приводятся результаты лабораторных исследований, полученные с использованием метода электронной микроскопии, сравнительная оценка характера изменений структуры хлопковых линтов тонковолокнистого селекционного сорта 5595-В и средневолокнистого сорта 108-Ф, а также полученных из них при одних и тех же условиях обработки целлюлоз.

Объектами исследования служили образцы: № 1 – линт хлопкового волокна II типа I сорта селекционного сорта 108-Ф, № 2 – линт хлопкового волокна также II типа I сорта селекционного сорта 5595-В: № 3 – целлюлоза, полученная из образца № 1; № 4 – целлюлоза, полученная из образца № 2. Целлюлозы хлопковых линтов получали согласно [3]. Некоторые физико-химические характеристики линтов тонко- и средневолокнистых образцов и полученных из них целлюлоз приведены в таблице 1, откуда видно, что образцы линта и целлюлозы по своим физико-химическим характеристикам значительно отличаются друг от друга. Плотные участки микрофибрилл (так называемые кристаллы) у образцов линта представляются нитевидными образованиями (рис. 1 д, е). После проведенных обработок у целлюлоз такие элементы имеют форму аназодиаметрических частиц шириной 100А. (рис. 2 л, м).

Таблица 1.

Физико-химические характеристики образцов хлопкового линта и целлюлоз

Как видно, линт из тонковолокнистого хлопка обладает более высокой зрелостью, меньшим содержанием зольных элементов, преобладающим содержанием α-, β-, γ-целлюлозы, меньшим количеством жировосковых веществ по сравнению с линтом средневолокнистого хлопка. Аналогичные характеристики можно наблюдать в случае образцов соответствующих целлюлоз [2].

Рисунок 1. Электронные микрофотографии хлопковых линтов:

а – реплика поверхности линта 108-ф; б – реплика поверхности линта 5595-В; в – фрагмент фибриллярной структуры линта 108-Ф; г – фрагмент фибриллярной структуры линта 5595-В; д – гидролизованный препарат линта 108-Ф; е – гидролизованный препарат линта 5595-В

Рисунок 2. Электронные микрофотографии хлопковых линтов:

ж – реплика поверхности целлюлозы 108-Ф; з – реплика поверхности целлюлозы 5595-В; и – фрагмент фибриллярной структуры целлюлозы 108-Ф; к – то же для 5595-В; л – гидролизованный препарат целлюлозы 108-Ф; м – то же для 5595-В

Электронно-микроскопические исследования показали, что образцы хлопкового линта, а также полученных из него целлюлоз имеют характерные особенности микроструктуры как на поверхности, так и во внутренних участках фибриллярных уровней. Как видно из рис. 1 (а, б) для линта 108-Ф характерна оптически сравнительно неоднородная структура поверхности, а для линта 5595-В – в основном четко выраженная складчатая структура поверхности. Некоторые различия наблюдаются и в форме расположения складок, у линта 5595-В степень ориентации складок вдоль оси волокна выше. У хлопковых целлюлоз картина микроструктуры поверхности заметно выравнивается, что обусловлено облагораживанием образца (рис. 2 ж, е).

После получения хлопковых целлюлоз поверхность образца в обоих случаях, как видно из представленных электронных микрофотографий, в значительной мере освобождается от нецеллюлозных компонентов. Поверхность полученных образцов целлюлозы характеризуется наличием большого количества мелкозернистых образований (рис. 2 а, б), что указывает на разрушение нецеллюлозного внешнего слоя волокон линта при указанных обработках. В обоих случаях в результате получения целлюлоз продукты распада поверхностных слоев волокон сохраняются на исследуемых препаратах. Первичная стенка волокна остается незатронутой. Необходимо указать, что фибриллярная структура вторичной стенки волокон линта хлопка 108-Ф и 5595-В представляется более плотно упакованной (рис. 1 г, в), чем у соответствующих целлюлоз (рис. 2 и, к). Отсюда следует, что проведенные обработки приведут к выравниванию и набуханию волокон (рис. 2 и, к). Проведенные исследования надмолекулярной структуры тонко- и средневолокнистых линтов и целлюлоз показывают, что структура волокна линта 108-Ф рыхлая и 5595-В целлюлоза плотная.

Список литературы:

1. Исследование долговечности хлопковых волокон в зависимости от формирования структуры / А. Мухамадиева, Б. Нарзуллаев, А. Рахматов, А. Ястребинский // Изв. АН Тадж. ССР отд. Физ.-мат. геол. и хим. наук. – 1970. – № 4 (38). – С. 24–27.
2. Ульмасова Б.Т. Физико-химические аспекты переработки низкосортных волокнистых отходов тонковолокнистого хлопка: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – Душанбе : Институт химии им. В.И. Никитина АН Республики Таджикистан, 1998. – С. 26.
3. Усманов Х.У., Никанович Г.В. Надмолекулярная структура гидратцеллюлозных волокон. – Ташкент : Фан, 1974. – С. 213–300.
4. Шарплез А. Деструкция целлюлозы и ее производных волокон // Целлюлоза и ее производные / под ред. Н. Байклза, Л. Сегала. – М. : Мир, 1974. – Т. 2. – С. 304–317.