Текст книги "Микрокристаллик целлюлоза технологияси"

Наноцеллюлозани ўсимлик хом ашёсидан олиш

Турли хил ўсимликлардан целлюлоза ва наноўлчамли цел– люлоза олиш соҳасида Қозон миллий технологик тадқиқот университети олимлари салмоқли ишлар қилган [74]. Шулардан бири зиғир поясидан олинган целлюлоза порошогига ультрато– вуш ёрдамида суюқ азот муҳитида ишлов бериб, наноцеллюло– за олган. Кам энергия ва кам концентрланган катта ҳажмдаги реагентларни қўлламайдиган технологияни яратиш устида ла– бораторияда К. С. Мамзякова тадқиқотлар олиб борган. Хом ашё сифатида зиғир пояси танлаб олинган, чунки унинг тарки– бида 70% гача целлюлоза мавжуд. Бу барча бир йиллик ўсим– лик поялари ичида целлюлозаси кўплиги бўйича энг юқориси ҳисобланади. Маълумки, температурани пасайтириш полимер– ларга ташқи механик таъсирлар билан ишлов бериш, матери– алнинг мўрт бўлишига ва охири майдаланишига олиб келади. Целлюлозани суюқ азот муҳитида ультратовуш (УЗ) асбобидан фойдаланиб, майдалашда сублимация усулида қуритиш босқи– чига эҳтиёж қолмайди. Чунки сувли дисперсия муҳитидан цел– люлоза нанозаррачаларини ажратиб олиш шарт эмас. Шунинг учун тадқиқотда зиғир целлюлоза порошогини суюқ азот муҳи– тида УЗ йўли билан ишлов бериб олинади.

Хом ашё ўрнида, 2343240, 2009RU патентида кўрсатилган усулда зиғир поясидан олинган порошокдан фойдаланилган. Уннинг таркибидаги гемицеллюлоза ва бошқа аралашмаларга

қарши 3% ли NaOH ва 1% Н О 95^оС да, 1:10 модулда 60 дақ

2 2

давомида қўшимча ишлов берилган. Сўнгра модификациялан– ган экструзион қурилмада майдалаб, рН=7 гача ювиб, қуритиб ва РМ 120 маркали пичоқли ротор тегирмонда 10—80 мкм ўл– чамгача майдаланган.

Наноцеллюлозани суюқ азот криоген муҳитида ультратовуш (УЗ) билан ишлов бериб олиш

Ультратовуш ёрдамида порошок кўринишидаги целлюлоза– га ишлов бериш 2.11-расмда келтирилган қурилмада олиб бо– рилган, УЗ аппаратининг параметри – частотаси 22кГц; қуввати 1 кВт.

2.11-расм. Криоген усулида целлюлозани майдалаш қурилмасининг схемаси: 1 – майдаланадиган порошок; 2 – металли ячейка; 3 – нурлаткич; 4 – суюқ азот; 5 – пенопластли ячейка.

Керакли миқдордаги зиғир порошок суюқ азот билан метал– ли ячейка (2) га жойлаштирилади, УЗ билан ишлов бериш жара– ёнида суюқ азот буғланади, унинг қурилмадаги миқдори камай– маслиги учун ячейка (2) га суюқ азотдан қуйиб турилади. УЗ ли ишлов бериш жараёни тугагач, олинган масса махсус идишга солиниб, суюқ азот тўла буғлангунча ҳавода тутиб турилади.

УЗ ли ишлов бериб олинган целлюлоза порошоги сульфат кислотада гидролизланади. Бунинг учун целлюлозали масса сульфат кислотали колбага солинади, магнитли аралаштиргичда аралаштирилади. Гидролизлаш 25, 45, 65% ли H₂SO₄, 1:20 мо-

дулда олиб борилади. Гидролиз 45^оС да бир соат давомида уз– луксиз аралаштириб турилади.

Олинган дисперс масса рН =3,5 гача ПЭ-6910 маркали цен– трифугада 4000 об/мин. айланишда босқичма-босқич суюқлик– дан ажратиб олинади. Ҳар бир босқичдан кейин, целлюлозали қатлам центрифугадан олиниб, дистилланган сувда Vivaspin 6 (10 кДа) концентратлардан фойдаланган ҳолда, рН = 7 гача ювилади. Олинган маҳсулот гель ҳолатидаги ярим тиниқ кўри– нишли масса. Уни қуритиш, дастлаб 50^оС да 6 соат давомида, сўнгра 105^оС да масса миқдори ўзгармай қолгунча қуритилади. Олинган плёнка кўринишдаги масса ҳавончада майдаланиб, хоссалари ўрганилган.

Целлюлозали намуналарнинг кристаллик даражаси D2 PHASER (Bruker) русумли рентген дефрактометрида аниқлан– ган. Намуналар пресслаб таблетка кўринишига келтирилиб, аниқланган. Целлюлоза намуналарнинг кристаллик индекси (Iкр) Сегал [75] усулида ҳисобланган.

Iкр = I002 – Iа/I002,

бу ерда: I

002

– рентген нурининг 2θ =22,6^о дифракциясининг

интенсивлик суммаси; I —19^о, 2θ бурчак остидаги дифракция интенсивлигининг тарқалиши.

Порошокли ва наноцеллюлозаларни дисперс таркиби зарра– чалари HORIBA (LA950) русумли лазер анализаторида аниқлан– ган. Намуналарга қўшимча И100—6/4 УЗ қурилмасида (частота– си 20 кГц, қуввати 0,5 кВт) ишлов берилган. Заррачаларнинг шакли ва ўлчамлари РЭМ расторли электрон микроскопи ёрда– мида аниқланган.

2.9-жадвалда порошокли целлюлозага суюқ азот муҳитида УЗли ишлов бериш давомийлигини, унинг дисперс таркиби, кристаллик индекси ва полимерланиш даражаси (ПД) га таъси– ри келтирилган.

2.9-жадвалда келтирилган маълумотларга кўра, дастлабки ва ишлов берилган намуналарнинг кристаллик даражасида фарқ

жуда кам. Сабаби, порошокли целлюлозани кристаллик струк– турасининг сақланиб қолганлиги ва УЗ ишлов бериш жараёни– да аморфланмаганлигидир [74]. Барча намуналарнинг рентгено– граммаси бир хил (2.12-расм). Бу ҳолат структуравий модифи– кацияга ўхшаш рефлекси 2θ=22.5°,2θ=15°6°,2θ=35° ва 2θ=20.5° да келтирилган.

Демак, материалга юқорида келтирилган усулда ишлов бер– ганда ҳам структуравий ўзгаришга кескин таъсир этмайди, яъни материал ўта турғун. Намуналарга суюқ азот муҳитида ультра– товушли ишлов берганда заррачаларнинг ўртача ўлчамлари ва фракция таркиби, амалда ўзгармаган (2.9-жадвал).

2.9-жадвал Суюқ азот муҳитида порошокли целлюлозага УЗли ишлов бериш давомийлигини, унинг дисперс таркиби, кристаллик

индекси ва полимерланиш даражаси (ПД) га таъсири

ПД* кадоксен эритмасида вискозиметрик усулда аниқланган.

Булардан ташқари, бирорта ҳам намуналарда наноўлчамли заррачалар учрамайди. Бу целлюлоза заррачаларининг агломе– рацияланиши ҳисобланади. Сабаби, водород боғларининг кўп– лиги ҳамда уларнинг ип-толали шакли ҳисобланади.

2.12-расм. 1—3 намуналарнинг рентгенограммаси.

Целлюлозанинг реал ўлчамларини лазер анализаторида ўлчаш имкони йўқ.

Намуналарнинг полимерланиш даражаси 440—450 атрофида, демак, танланган усул ПД га катта таъсир этмайди, бу майдалаш жараёнининг йўқлигини тасдиқлайди.

Электрон микроскоп тадқиқотларида хом ашё ва олинган микрозаррачали целлюлозаларнинг агломерацияланганлиги аниқланди. 2.13-расмда РЭМ да олинган фото суратларда йирик агломератлар баъзи ҳолларда ўлчамлари 30 нм ҳосил бўлади. Бу наноцеллюлозани юқори унумида олиш имкониятини беради.

Электрон микроскоп анализларини кўрсатиши бўйича, агло– мератлар ҳосил бўлиши дастлабки №1 порошокли целлюлоза– да ҳамда суюқ азот муҳитида ультра товушли ишлов берилган (№3) да ҳам ҳосил бўлган.

Максимал ўлчамли заррачалар дастлабки порошокда (№1) 280 нм, минимали – 30 нм. Ишлов берилган (№3) намунада мак– симум 530 нм, минимум – 80 нм. Барча намуналардан олинган

целлюлоза заррачаларини шакли чўзинчоқ ёки йирик агломерат, ўлчами 300 мкм.

2.13-расм. РЭМ электрон микроскопида олинган фото суратлар: