Целлюлоза – самый распространенный природный полимер. В разных количествах она есть абсолютно во всех растениях
Благодаря уникальным свойствам целлюлоза используется в качестве сырья во многих отраслях промышленности – от производства бумаги до получения углеволокна, применяемого в космических технологиях. А ученые продолжают совершенствовать и открывать новые свойства этого материала, разрабатывают технологии будущего.
В этой продукции нуждается оборонная, космическая, пищевая и косметическая промышленность. Поскольку хлопок, из которого получают целлюлозу, исчез с российского рынка, его поставки прекратились, возникла острая потребность получать ее из другого сырья. Выход нашли ученые Бийского технологического института.
– Мы переходим на альтернативное сырье – древесную целлюлозу. Древесная целлюлоза – волокнистый материал, получаемый из балансовой древесины, древесной щепы, стружек и отходов путем их механической и химической обработки, – рассказывает Наталья Волкова, кандидат технических наук, доцент кафедры машин и аппаратов химических и пищевых производств Бийского технологического института (БТИ).
Целлюлоза существует в различных формах, различающихся физическими и химическими свойствами. Некоторые виды целлюлозы, например этилцеллюлоза, растворяются в полярных растворителях и набухают при контакте со спиртами. Растворы метилцеллюлозы сильно пенятся. Растворы карбоксиметилцеллюлозы очень гигроскопичны.
Ученые разработали несколько технологий получения нужной целлюлозы – из прессованного древесного картона, а также из еловой или сосновой щепы. Прежде чем получится готовый продукт, предстоит проделать множество операций.
Одна из новых технологий – получение очищенной карбоксиметилцеллюлозы. Она больше известна как пищевая добавка Е466. Применяется в качестве загустителя и стабилизатора в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности. Для ее получения применяют водно-спиртовый раствор, который при взаимодействии с сырьем меняет его структуру, выделяя целлюлозу.
– Изучением целлюлозы занимаюсь со студенческих лет. Уверен, что благодаря прикладной науке разработки бийских ученых уже в ближайшее время будут востребованы на рынке, – говорит Максим Ленский, директор БТИ, доктор химических наук, доцент.
Сейчас перед учеными стоит задача опытным путем определить для каждой стадии очистки концентрацию водно-спиртового раствора, при этом рассмотрев влияние температуры, частоты вращения и типа мешалок на скорость процесса растворения примесей, тем самым уменьшив его продолжительность.
– В процессе перемешивания с определенной периодичностью отбираются пробы и замеряют концентрацию солей специальным прибором – кондуктометром. Процесс растворения примесей считается завершенным, если кондуктометр показывает одинаковую концентрацию в трех пробах, – говорит Александр Легаев, кандидат технических наук, доцент кафедры машин и аппаратов химических и пищевых производств БТИ.
Эту пищевую добавку в нашей стране никогда не выпускали. Однако без нее не сделать зубную, пасту, крем, йогурт, мороженое, она необходима практически везде. Тем более сейчас, когда отечественная промышленность активно развивается. Открываются предприятия по производству натуральной косметики на основе природных компонентов, и разработка бийских ученых крайне необходима.
После каждой операции необходима промывка сырья до нейтрального состояния большим количеством воды. При этом вода, которой промывается целлюлоза, должна содержать минимальное количество минеральных примесей.
– Свойства целлюлозы уникальны. Используя различные технологии ее переработки, можно получать не похожее друга на друга сырье. Она характеризуется высокой механической прочностью, – рассказывает Максим Ленский.
Важно то, что все оборудование изготовлено или модернизировано по собственным чертежам в стенах институтской механической мастерской, которая укомплектована необходимыми станками. Ученые активно сотрудничают с предприятием «Бия-Синтез», где технологии отрабатываются на опытном участке. По сути, делают то же самое, что и в лаборатории, но уже в больших объемах.
Еще одна технология – получение предгидролизной вискозной целлюлозы «суперкорд», она отличается от других видов очень высоким качеством. Эта марка используется в ракетной промышленности.
Варка целлюлозы проходит в автоклаве при избыточном давлении в течение определенного времени. Эти технологические параметры зависят не только от размеров, но и от вида древесины.
Определение основных показателей качества получаемых в ходе исследований продуктов проверяется в сертифицированной заводской лаборатории, которая оснащена современным аналитическим оборудованием. Технологии бийских ученых позволят получать древесную целлюлозу с разными свойствами. Причем разработки могут значительно удешевить весь процесс переработки и экономят время.
Ученые уверены: за их технологиями будущее, ведь сырьевая база для получения древесной целлюлозы в нашей стране огромная и при грамотной переработке можно наладить безотходное производство. Наука в свою очередь будет продолжать исследования, открывать новые свойства уникального природного полимера.
Молодцы! Бийский технологический институт имеет богатую историю в перспективных технологических процессах по данной теме...