Микрокристаллик целлюлоза технологияси - читать онлайн

этувчи кўрсаткичлар – солиштирма юза (S

= 31,63 – 42,18 м²/г),

заррачалар ўлчами, уларнинг ортиши билан ортиб боради. Суб-

микроғоваклар ҳажми (W₀ = 0,035—0,045 см /г) аниқланган. Зар-

3

рачаларнинг кичик зичлиги аниқланган. Уларнинг энг кичик қий- матлар (0,31—0,32 г/см³) га; йирик ўлчамли заррачалар тутган МКЦ-5 ва МКЦ-7 намуналар зичликнинг энг катта қийматлари (0,37—0,39 г/см³); майда дисперс порошоклар – МКЦ-1 ва -2 на- муналарида кузатилган.

Танланган МКЦдан ишлаб чиқариш шароитида синашдан олдин, фильтрланувчи модель масса тайёрланган, унинг тар- кибига механик қўшимчалардан қум— тупроқлардан ташқари,

сувда эримайдиган кальцийли ва магнийли тузлар ҳамда натрий хлорид тузлари қўшилган.

Эритма турли хил қалинликка (h=0,25; 0,50; 0,75; 1,00; 1,25; 1,50 см) эга бўлган МКЦ намуналари қатламларидан ўткази- либ, фильтратнинг фильтрланиш вақти аниқланган.

Ювилиш қатлами қалинлигининг энг яхши қиймати 0,75- 1,00 см га тенг. Қалинликни бу қийматдан ошириш фильтрат сифатига сезиларли таъсир кўрсатмайди, шунингдек, қалинлик- нинг ошиши фильтрлаш жараёни тезлигининг кескин камайи- шига олиб келади (2.4-жадвал).

2.4-жадвал Турли МКЦ намуналарини қўллаш орқали олинган фильтратларнинг сифат кўрсаткичлари [36,45]

Шундай қилиб, олинган МКЦ намуналарини фильтрловчи материал сифатида қўллаш имкониятлари кўрсатиб берилган.

Натижалар «Фарғона Азот» ОАЖ корхонаси шароитида синаб кўрилиб, чет элда ишлаб чиқарилган фильтр материал билан со- лиштирилган (2.5-жадвал).

Олиб борилган тажрибалар натижаларига кўра, МКЦ-7 га ўхшаш, заррачаларнинг ўртача ўлчам қиймати 200—300 мкм атрофида бўлган МКЦ олиш мумкин шароитлар танланган. Унга

кўра НNО₃ нинг концентрацияси 3—4%, температураси 100 С;

0

гидролиз давомлиги 60 минут; модул 1:5—1:10 деб олинган.

Булардан ташқари, МКЦ дан тиббиёт мақсадлари учун таж- риба ишлаб чиқариш қурилмаси ҳам яратилган [61]. МКЦ, три- ацетат толалар ишлаб чиқаришда, триацетат целлюлозани ме- тиленхлорид ва этилспиртли аралашмасида тайёрланган қуюқ эритмани фильтрлашда, эритмага қўшилади. Рамали фильтр прессларда қўлланилаётган алигнин, гамжа ва миткал матоли фильтр қатламлардан эритма ўтиш жараёнида, қатламлар юза- сига МКЦ заррачалари ўтириб қолиб, қўшимча фильтрловчи қатлам ҳосил қилади ва эритманинг тозалигини таъминлашда қатнашади.

МКЦ олишнинг янги ўта юқори частотали нурлатиш (СВЧ) усули ишлаб чиқилган [67].

Фармацевтика саноати талабларига жавоб берадиган маҳсу- лот олиш учун СПбГЛТУ олимлари томонидан МКЦни дона-

лаш, майдалаш ва саралаш учун асбоб-ускуналар танлаган. 2.6-жадвалда ҳар хил фирмалар ишлаб чиқарган МКЦ тажриба ва коммерция препаратларининг характеристикаси келтирил- ган.

2.6-жадвалдан кўринадики, газ ҳаво аралаш водород хлорид- дан фойдаланиб гидролизланган целлюлозадан олинган МКЦ тажрибада олинган препаратнинг сифат кўрсаткичлари импорт- дан олинганлардан фарқ қилмайди.

2.6-жадвал

Ҳар хил фирмаларда ишлаб чиқарилган МКЦ препаратларининг характеристикаси (ЛесПромИнформ №5 (143), 2019 г.)

– Наноцеллюлозанинг олиниши ва хоссалари Наноцеллюлоза деб барча нанометрли целлюлозали суб-

стратларга айтилади. Материалнинг ўзига хослиги микрострук- турасининг ўта тартибланганлиги, нуқсонсизлиги, кристаллик соҳаларнинг мавжудлигидир. Булар наноцеллюлозадан тайёр-

ланган материалларнинг юқори пишиқлигини таъминлайди: ме- ханик таъсирга қаршилик модули – 138 ГПа, узилишга қарши- лиги, пишиқлиги —9ГПа гача. Сўнгги йилларда нанотехнология- нинг ривожланиши билан бир қаторда, илмий тадқиқот ишлари ҳам ривожланиб бормоқда. Наноўлчамли ва наноструктурлан- ган целлюлоза, уларнинг шаклланиш жараёнини, хоссаларини ўрганиш асосида нанотехнологияни такомиллаштириб, ўзига хос хоссали материаллар олиш имкониятлари яратилмоқда.

Наноцеллюлоза – бу целлюлозанинг наноўлчамли толалари тўплами бўлган материал. Толаларининг қалинлиги – 5 – 20 нм, узунлиги 10 нм дан бир неча мкм гача. Наноцеллюлоза – титиб нанозаррачаларгача майдаланган целлюлоза толалар. Наноцел- люлоза гель кўринишдаги коллоид масса, қатлам ва чўкма ҳо- сил қилмайди. Бу материалнинг структураси игна кўринишда зичланган. Наноцеллюлоза иккита ўзига хос хоссага эга. Би- ринчиси, ўта мустаҳкам, мустаҳкамлиги жиҳатидан зангламай- диган пўлатдан юқори. Иккинчиси – псевдо пластиклиги, яъни оддий шароитда қуюқ ва физик бирлашиш (тебратиш, булғлаш ва ш.к.) да суюқ моддага ўхшаб ўзини тутиши.

Наноцеллюлозалар уч асосий турга бўлинади: нанокристал- лик; нанофибрилланган ва бактериалланган. Буларнинг кимё- вий таркиби бир хил. Морфологияси, заррачаларининг ўлчам- лари ва кристаллиги бўйича фарқланади. Алоҳида хоссалари – хом ашё тури ва олиниш усули билан фарқланади [46, 48]. Нанокристаллик целлюлоза бошқача «нановисер» деб ҳам юри- тилади. Наноцеллюлоза кислота билан гидролизлаб олинган фибриллсимон механик пишиқлиги бўйича энг юқори ҳисобла- нади. Кўриниши калта стерженга ёки ип кўринишли кристалл- га ўхшаш, диаметри 20 нм, узунлиги 100—500 нм, кристаллик даражаси 54—85% [72,73].

Наноцеллюлозани олиш технологияси мураккаб ва қиммат- ли технологик жараёндир. Бу Хитой технологияси парчалаш ва ундан тозалашга асосланган. Чунки лигнин хом ашё таркибида мавжуд бўлган полимер бўлиб, ўсимлик танасининг пишиқли-

гини таъминлашда муҳим аҳамиятга эга. Уни пишириш жара- ёнида чиқариб ташлаш лозим. Технологияси 6 босқичдан ибо- рат: биринчиси – хом ашё такибидан чанг, тош, металл, бегона органик моддалардан тозалаш; иккинчиси – хом ашёни майда бўлакларга бўлиш. Навбатдаги босқичда соф целлюлоза тола- лари олинади ва лигнин ажратиб ташланади. Охирги босқичда хом ашё ультра товуш (УЗ) ёрдамида наноўлчамгача майдала- нади ва нано фильтрловчи қурилмада лигниндан якуний тоза- ланади.

Дунёда наноцеллюлоза олиш технологияси такомиллашиб бормоқда. Янги технология – наноцеллюлозани биологик усул- да олишга асосланган. Бу технология бўйича ишлаб чиқариш бир мунча арзон. Бу технологияда моғорловчи Aspergillus niger дан фойдаланилади. Моғор лигнинни самарали парчалайди. Ишлаб чиқаришда хом ашё ўрнида целлюлоза таркибли мате- риал қўлланилади. Уларнинг ичида энг яхшиси ва дунёда кенг фойдаланилаётгани зиғир, пахта, каноп, жут, пенька. 2.6-расм- ларда наноцеллюлоза (а), бўккан кўриниши (б) ва плёнкасининг кўндаланг кесими (в) келтирилган.

а б в

2.6-расм. Наноцеллюлоза намуналарининг кўриниши.

Наноцеллюлозадан енгил ва пишиқ материаллар ишлаб чиқариш мумкин, чунки мустаҳкамлиги пўлатдан мустаҳкам, қоғоз листидан юпқа. Ультратовуш билан ишлов берганда юқо- ри даражада фибриллашга эришиш ва юқори унумли, ингичка толали наноцеллюлоза олиш мумкин (2.7-расм). Юқори қувват- ли ультратовушли нурлантириш билан ҳар хил лигнин таркибли целлюлоза материалларидан микро ва наноцеллюлоза олинади.

2.7-расм. Ферментатив гидролизлаб, UP400S Hielscher УЗ прибори ёрдамида 20 мин. давомида ишлов берилиб, олинган нано толаларининг игна шаклидаги кўриниши [Bittencourt et al. 2008].

Қозон технологик университети профессори В. А. Петров раҳбарлигида нанокристалли целлюлоза (НКЦ) ультратовуш- ли диспергаторда (2.8-расм) сувда микрокристалли целлюлоза (ТШ 9199-001-07508109-204.

а б

2.8-расм. Ультратовушли диспергир қурилмаси схемаси [96]: а) 1 – ГУК-М4 маркали ультратовуш тебраниш генератори; 2 – ПМС нурлатгич; 3 – концентратор; 4 – штатив;

5 – совуткич. б) ишчи органи схемаси:1 – юқори босим области; 2 – ротор; 3 – статор; 4 – юқори ва паст босим области.

Микрокристаллик целлюлоза) ни 25^оС да нур таъсирида, дис- перглаб олган. Хом ашё ўрнида микрокристаллик целлюлоза қўлланилган. Магнитострикацион нурлатиш 25^оСда олиб борил- ган. Кавитацион суюқликнинг қиздирганлиги сабабли, ишлов бериш 3 марта 2—3 дақиқадан, жами 10 минут олиб борилган.

Сувдаги МКЦ га ҳар 5 секундда магнитли ўзгартирувчи орқа- ли 22 кГц частотали импульс 2 секунддан берилган [53]. Олин- ган целлюлоза намуналари электрон микроскоп (PHENOM) усулида ўрганилган. Наноцеллюлоза заррачаларининг ўлчам- лари дисперглашдан олдин ва кейин сирти электрон микрофо- тография усулида аниқланган. МКЦдан олинган наноўлчамли целлюлоза игнасимон тузилишга эга. Игнали кристалларнинг ўлчами электронмикроскопида олинган фото сурати ёрдамида аниқланди (2.7-жадвал).

2.7-жадвалда келтирилган тажриба натижаларининг ўртача ўлчами: узунлиги 663 нм, эни 207 нм. Олинган намунани по- ливинил спиртидан плёнка олишда тўлдирувчи ўрнида қўллаб, олинган плёнканинг физик-механик хоссалари ўрганилган. Целлюлозага ҳар турли физик ва кимёвий таъсирда (СВЧ-нур- латиш, УЗ-дисперглаш), хона шароитида, модул 1:15 сульфат кислотанинг ҳар хил концентрациясида 0,5—2 соат давомида ги- дролизлаб наноцеллюлоза олиниб, унинг хоссалари ўрганилган. Рентгенграфик усулда, гидролизловчи агент концентрациясини олинган наноцеллюлозанинг кристаллик даражасига таъсири ўрганилган. Концентрацияси 62% га оширганда, кристаллик

даражаси 85% гача ошган. Концентрацияси яна оширилганда кристаллик даражаси 25% гача пасайган. Сабаби, целлюлоза фибриллари орасидаги молекулалар орасида водород боғлари- нинг узилишидир. Кислота концентрацияси ошиши наноцел- люлозанинг полимерланиш даражасининг пасайишига олиб ке- лади. 2.8-жадвалда кислота концентрациясининг олинган нано- целлюлозани полимерланиш даражасига таъсири келтирилган.

2.8-жадвал

Сульфат кислота концентрациясининг наноцеллюлоза полимерланиш даражасига таъсири [54]

Кислота наноцеллюлозанинг полимерланиш даражасини пасайтиришдан ташқари, заррачаларининг ўлчамларини ҳам қисқартиради (2.9-расм).

2.9-расм. Наноцеллюлоза заррачаларининг тақсимланиши: а – игнали; б – сфера шаклида.

Игна шаклидаги заррачаларнинг узунлиги 110—145 нм, эни 80—100 нм (сфера шаклида). Пахта целлюлозасидан олинган микрокристалл целлюлозадан олинган наноцеллюлозани реак- ция фаоллиги аниқланган. Уларда диальдегид звенолари ҳосил бўлиш тезлиги ХЦ – МКЦ – НЦ қаторда намоён бўлади, бунга сабаб сирт юзасининг ортишидир (2.10-расм). Бундан ташқари, целлюлозани гидролизлаганда ҳосил бўлган функционал гу- руҳлар МКЦ ва НЦларнинг реакцион фаоллигини оширади.

2.10-расм. Пахта целлюлоза, микрокристаллик целлюлозаси ва наноцеллюлозаларнинг оксидланиши натижасида ҳосил бўлган О ^— ионининг кинетикаси эгри чизиғи.

ПЦ, МКЦ ва НЦни оксидлаш реакциясида окидловчи цел- люлозага сорбцияланиб, мураккаб эфир ҳосил қилади. Эфир осон дегидратланади ва яна оксидланиб, реакция сўнгида эрит-

мага IO —ажралиб чиқади ва ажралиб чиққан IO – ионлар сони-

3 3

га қараб, диальдегид звеноларининг сонини ҳисоблаш мумкин. Булардан ташқари, гидролиз натижасида ажралиб чиққан функ- ционал гуруҳлар, МКЦ ва НЦларнинг реакцион фаоллигини оширади.

Тўлдирувчи ўрнида КМЦга НЦ қўшиб олинган плёнканинг механик мустаҳкамлиги 1,66 баравар ортади (2844,9 дан 4728,42 Н/см).