II боб. МИКРОКРИСТАЛЛИК ЦЕЛЛЮЛОЗА

Порошокли целлюлоза

Порошокли целлюлоза – бу целлюлоза толаларининг меха- ник майдаланилган кўриниши ёки яримтайёр целлюлозани ги- дролизга учратиб олинган материал. Порошок кўринишидаги целлюлоза майда заррачалардан иборат. Хом ашё тури ва ишлаб чиқариш усулларига қараб целлюлоза заррачаларининг ўлчам- лари 1 дан 500мкмгача бўлади. Целлюлоза порошогининг хосса- си кўп ҳолларда қўлланилган хом ашё турига боғлиқ. Масалан, пахта целлюлозасидан олинган порошок оқ рангли, япроқли ёғоч целлюлозасидан олинган – оқ-сариқ, сомондан олингани – қўнғир рангли бўлади. Полимерланиш даражаси 40дан 400гача. Булардан ташқари, порошокли целлюлоза юқори солиштирма юзага эга, шу сабабли сорбцияланиши ҳам юқори. Порошокли целлюлоза материалларининг классификация схемаси қуйида келтирилган:





Дунёда қабул қилинган классификацияга кўра, порошокли целлюлоза (ПЦ) га киради: микро-ва нанокристаллик целлюло- за (МКЦ, НКЦ), микро-ва нанофибрилланган целлюлоза (МФЦ, НФЦ) [14—18]. Порошокли целлюлозанинг кристаллик даража- си паст, таркибида гемицеллюлоза, лигнин бўлиши мумкин. МКЦ ва НКЦ кристаллик даражаси юқори ва кимёвий соф, ле-

кин бир-биридан кристалларининг ўлчамлари билан фарқлана- ди. Фибрилланган целлюлоза ўзининг толали морфологиясини сақлайди, ҳамда наноцеллюлозани полидисперслиги ва кристал- лари ёки фибриллари ўлчамларининг ҳар хиллиги сабабли мик- ро-ва нано-фибрилли целлюлоза деб ҳам классификацияланади. Порошокли целлюлоза озиқ-овқат, фармацевтика ва тиббиёт саноатида фойдаланишга мўлжалланган. Лекин ҳозирда поро- шокли целлюлоза олиш учун сифатли толали хом ашё топиш муаммо ҳисобланади. Сабаби, сифатли пахта целлюлозасининг нархи қиммат ҳамда Россиянинг вискоза сунъий толалар ишлаб чиқаришга мўлжалланган целлюлоза корхоналари тўхтатилган. Тола кўринишидаги порошокли целлюлоза механик майдалаш, кимёвий ишлов бериш (ишқорий ёки кислотали муҳитда гидро- лизлаш) ёки целлюлозани эритмасидан чўктириш орқали [19, 20] олинади. Кимёвий усулда олинган целлюлозанинг полимерла- ниш даражаси (ПД) паст бўлади. Лекин кристаллик даражаси бо- шқа усулларда олинганга солиштирганда юқори. Механик май- далаш усулида олинган порошокли препаратларнинг структура- си тола кўринишида, кимёвий усулда олингани – порошок кўри- нишида бўлади. Кимёвий жараёнларда олинган препаратларни микрокристаллик целлюлоза (МКЦ), механик усулда майдалаб ёки целлюлоза эритмадан чўктириб олингани – толали порошок- ли целлюлоза (ТПЦ) деб номланади. Лаборатория шароитида ПЦни 800 г пахта целлюлозасини 5 л 10% водород хлорид эрит- масида қайнатиб олинади. МКЦ ва ПЦ ларнинг баъзи хоссалари

2.1-жадвалда келтирилган [19].

2.1-жадвал

Порошокли целлюлозанинг хоссалари



Пахта ва ёғоч целлюлозасидан порошокли целлюлоза олиш бир неча босқичларда гетероген ҳолатда кислотали гидролиз- лаб олинади [20—26]: гидролиз эритма тайёрлаш, целлюлозани гидролизлаш, ювиш, қуритиш, дисперглаш ва саралаш. Дес- трукцияловчи агент ўрнида хлорид ва нитрат кислоталарининг сувли эритмаси танланган. Олинган порошокли целлюлозанинг сифати озиқ-овқат, тиббиёт ва фармацевтика талабларига жавоб бериши учун ТШ 9199-005-12043303-96 «Целлюлоза микро- кристаллическая порошковая» ишлаб чиқилган.

Ёғоч целлюлозасидан олинган порошокли целлюлоза уну- ми камлиги ва чегарали (предельный) полимерланиш даража- си юқорилиги билан характерланади. Сабаби – целлюлозанинг аморф қисми гидролизга учраб, эритмага ўтиб кетади. Хом ашё ўрнида олинган целлюлозанинг морфологик тузилиши олинган маҳсулотнинг кўрсаткичларига таъсир этади. Яъни ёғоч цел- люлозасидан олинган порошокли целлюлоза сувни ўзида тутиб қолиши ва сорбциялаш қобилияти пахтадан олинган целлюло- зага қараганда анча юқори.

Ўта майда, заррачаларининг ўлчамлари 50 мкм ли тола- ли порошокли целлюлоза гидродинамик куч таъсир эттири- либ олинган [27]. Унинг энг муҳим физик-кимёвий хоссалари: ИҚ-спектрининг ўзгариши; целлюлозанинг кимёвий ўзгариши (карбоксил гуруҳлар ҳосил бўлиши); дегидрирланиши ва дегид- ратацияланиши; сорбцияланишини ортиши. ПЦ олишнинг бо- шқа усули – сувсиз эритувчи 1,2,3-пропантриолдан сув билан чўктириш орқали олиш [18]. Бир қатор олимлар томонидан ўта майда дисперсли целлюлоза намуналарининг структураси ўрга- нилган [28, 29]. Намуналар ҳар хил пахта хом ашёсидан конвек- тив гидролиз усулида ёки гамма нури билан ҳар хил дозалар- да (20—150 Мрад) радиацион-кимёвий деструкциялаб, қўшим- ча шарли тегирмонда майдалаб олинган. Олинган ПЦ намуна сунъий чарм, ПХВ асосида хўжалик плёнка олиш жараёнида тўлдирувчи сифатида синалган. Порошокли целлюлоза суюқ аралаш моддаларни ажратишда, нозик тозалашда ҳамда поли-

мер композитлар тайёрлашда қўлланилади. Механик усулда майдалаб тайёрланган ПЦ сорбент ва фильтр материал сифати- да кенг қўлланилади [30].

Целлюлозадан порошок кўриншида материал олишда нит- рат кислотадан кенг фойдаланган [31]. HN03 толаларга кимёвий ва структуравий таъсир этади. Таъсир натижасида: нитрация- лайди, оксидлайди, гидролизлайди ҳамда толаларнинг морфо- логик структурасини ўзгартиради, кимёвий макромолекуласини эса ўзгартирмайди. «Юмшоқ» шароитда HN03 билан гидролиз- лаганда целлюлоза порошок шаклида олинади. Бунда унинг по- лимерланиш даражаси «чегара» қисмидан юқори бўлади. Зар- рачаларни нитрат кислота билан структуравий модификация- лашда, жараён заррачалар сиртида кетади. Бунда заррачаларни «натив ядро”си сақланиб қолади. Натижада, сирти юқори да- ражада фаоллашади, заррачаларни сорбциялаш қобилияти ор- тади. Бу материал фильтрлаш учун қўлланилади. ПЦ агрессив муҳитга чидамлилиги унинг «кристаллик ядроси» ва полимер- ланиш даражасининг юқорилиги ҳисобига боради [32]. Сифати паст пахта момиғидан порошокли целлюлозани олиш усули [33] да келтирилган. Пахта момиғининг деструкцияланиши нитрат кислота эритмаси таъсирида оксидлаш реакцияси ёрдамида олиб борилган.

Пахта момиғидан порошокли целлюлозани олишнинг опти-

мал шароити: 4% HN03 эритмаси билан 98 С да180—190 дақиқа

о

ишлов бериб, сувда ювиш ва 0,5% NaOH эритмасида чайиш, қу- ритиш ва майдалаш. Сўнгра 4% HN03 эритмасида гидролизлаш, 2% НС1 (эритманинг модули 1:12) нормал босимда 100—120 дақиқа қайнатиш. Натижада олинган ПЦ материалини, рентген- графия тадқиқотини кўрсатиши бўйича, кристаллик даражаси ортган. Порошокли целлюлоза материалининг таркиби 0,34% пахта момиғи, 0,27% куллиги ва полимерланиш даражаси 175. Целлюлозани кислота-катализ усулида деструкциялаш жара- ёнида унинг устмолекуляр структурасининг (надмолекуляр структураси) ўзгариши ўрганилган [34]. Гетролитик реакция

кинетикаси ўрганилганда назарий ҳисобланган тезлик констан- тасининг амалдагидан фарқ қилиши аниқланган. Бунинг сабаби ички ва ташқи дифференциал реакциянинг тормозланиши деб қабул қилинган. Лекин энергия фаоллигини аниқлаш натижаси- да, кислота-каталитик гидролиз жараёнида дифференциал тор- мозланиш эффекти йўқлиги кузатилган. Кислота концентрация- сининг ортиши билан гидролиз жараёни тезлиги ортади, лекин ортиш чизиқли эмас. Концентрацияни 2,5 баробар орттирганда целлюлозанинг гидролитик деструкцияси, жараён параметрла- рини назорат хатосини ҳисобга олганда 2,2 баробарга ортган. Целлюлозанинг кислота-каталитик гидролиз жарёнини ўрга- ниш тадқиқоти, тегишли кўрсаткичли маҳсулот ишлаб чиқариш технологиясини яратиш имконини беради [35].


Пахта момиғи, ёғоч ва канопдан порошок кўринишли целлюлоза олиш, уларнинг хоссалари


Порошок шаклидаги целлюлоза (ПЦ) – целлюлоза мате- риаллари ичида кенг тарқалган материаллардан ҳисобланади. ПЦ – барча турдаги толали ўсимлик хом ашёсидан олинган, тозаланган, механик усулда дезинтегрланган целлюлоза α—цел- люлозага ишлов бериб олинган материал. Унинг полимерланиш даражаси 1000 дан кам, фармацевтик ва озиқ-овқат саноатида қўлланилади. Порошокли целлюлозанинг ўзига хослиги – мо- лекуляр массасида полидисперслик катта бўлади. Бу соҳа бўйи- ча Россия, Ўзбекистон ва бошқа мамлакат олимлари тадқиқот- лар олиб боришган. Жумладан, Ю. В. Мартакова [36] кўплаб тадқиқотлар олиб бориб, порошокли целлюлозанинг табиий то- лали целлюлозалардан асосий фарқини, молекуляр массасини ҳамда бошқа физик-кимёвий хоссаларини [37] ўрганган.

Порошокли целлюлоза олиш

Ўсимликлардан целлюлоза қисмини ажратиб олиш кимёвий реагентлар билан юқори ҳарорат ва босимда ишлов беришга асосланган. Ёғоч целлюлозани олишнинг асосий усули сульфат- ли (NaOH ва Na2S) ёки сульфитли пиширишдир. Ҳозирда по- рошокли целлюлозани ишлаб чиқариш шароитида, толали цел- люлозали материални механик дезинтеграциялаш билан бирга кислотали гидролизланади [38]. Такомиллаштирилган усули – қўшимча микротўлқинли ёки ультрафиолетли нурлатиш [39]. Лаборатория шароитида механик ва кимёвий усулларда поро- шокли целлюлоза олинади.



2.1-расм. РҒ1 маркали лаборатория тегирмони.

Механик усулда ишлов бериш. Толали суспензия (300 г 10% концентрацияли) майдалайдиган идишга солинади (2.1- расм) ва идиш девори бўйлаб бир текисда жойлаштирилиб, те- гирмоннинг тегишли айланишлар сони ўрнатилади.

Порошокли целлюлоза олишда кимёвий ишлов бериш ода- тий кучли ноорганик кислоталар билан ишлов беришга асос- ланган.

– Толали ярим тайёр маҳсулотга 34% ли сульфат кислота би- лан 45оС да 1 соат ишлов бериш;

– Ярим тайёр маҳсулотга 9% (2,5н) хлорид кислота билан ишлов бериш.

Сўнгра ювиб, қуритилади. Қуритиш жараёни сочиб қуритув- чи лаборатория қуритгичида олиб борилади. Саноат миқёсида

порошокли целлюлозали материал ювишда турли хил ювиш- га асосланган жиҳозлардан фойдаланилади: суюлтириш-ҳаво- сизлантириш, сиқиб чиқариш ва пресслаш-суюлтириш. Кенг тарқалганлари – вакуум-фильтрлар ва ювиш пресслари. Саноат- да қўлланиладиган пресснинг схемаси 2.2-расмда келтирилган. Тирқишнинг камайиши валларнинг бир-бирига сиқилиши-

ни ортиради. Барабанлар юзасида целлюлоза массаси қатлами шаклланади, қатлам сиқилгандан кейин қуруқлик даражаси 30- 40% ни ташкил этади



2.2-расм. Ювиш пресси.



2.3-расм. Spin-flach drier типидаги қуритгич қурилмасининг технологик схемаси: 1 – ҳаво иситкич;

2 – қуритиш камераси; 3 – ҳўл целлюлаза порошогини юклаш ҳудуди; 4 – циклон; 5 – ҳаво оқимини ёпқич; 6 – чанг тутгич қопи; 7 – сўрувчи вентилятор.

Пресс тешикли иккита барабанлардан иборат бўлиб, бир-би- ри томон айланади. Барабанлар 4—6% ли целлюлозали ваннага чўктирилган. Барабанлар орасидаги тирқишни, улардан бирини горизонтал йўналишда силжитиб бошқариш мумкин.

Аэроҳаво қуритгич Spin-flach drier технологик схемаси 2.3-расмда келтирилган.