Бумагу и картон производят из целлюлозы. Но это далеко не единственная область ее применения. Один из ее видов, порошковая целлюлоза, применяется в фармацевтической, пищевой и косметической промышленности. С ее помощью, например, создают лакокрасочные материалы, моющие средства, стиральные порошки, некоторые виды лекарств, и даже скафандры космонавтов. Такая целлюлоза отличается химической чистотой и стойкостью, а ее форма значительно расширяет сферу применения. Спрос постоянно растет, но в России и сырье для производства, и сама порошковая целлюлоза — импортируемые продукты. Студентка Пермского Политеха нашла новое растительное сырье для ее изготовления.
Исследование опубликовано в сборнике «Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации – 2023».
Природная целлюлоза представляет собой длинные волокна. Благодаря такой форме из нее можно делать бумагу, картон, древесно-волокнистые плиты (ДВП), которые активно применяются в строительстве. Порошковая целлюлоза — это продукт переработки волокнистой. Ее обычно получают из хлопка или древесины с помощью варки в жестких условиях, а затем сложного и затратного процесса отбелки и облагораживания. Это нужно для расширения области применения. В Россию сырье для порошковой целлюлозы импортируется из Узбекистана, Азербайджана и Туркмении.
Для исследований пермские политехники выбрали в качестве волокнистого сырья хвойную небеленую целлюлозу, которая уже применяется на предприятии для бумажного производства. Задача — выяснить, подходит ли это сырье для создания качественного продукта. Чтобы придать хвойной целлюлозе необходимые свойства для получения порошковой формы, ученые провели отбелку и облагораживание по экологически безопасной схеме. Способ разработан на кафедре «Технология целлюлозно-бумажного производства» ПНИПУ.
Для отбелки использовали пероксид водорода и хлорит натрия. Полученная целлюлоза отвечает всем требованиям и отличается высокой белизной (90%). Далее пермские политехники применили классический метод – гидролиз, то есть разрушили волокнистую форму и превратили целлюлозу в порошок с помощью соляной кислоты.
— Для получения целлюлозного порошка, соответствующего требованиям, мы поставили эксперимент и провели математическую обработку его результатов. Наша цель состояла в разработке оптимальных условий получения целлюлозного порошка с максимальным выходом. Полученные технологические режимы гидролиза — температура 80°С, продолжительность 140 мин, концентрация соляной кислоты 4%, — рассказывает научный руководитель разработки, доцент кафедры технологии полимерных материалов и порохов ПНИПУ Ольга Носкова.
Целлюлоза (или клетчатка) содержится также в виде пищевых волокон во всех овощах и фруктах. Она является полезным и важным элементом питания человека и безвредна для организма, способствует выведению вредных веществ. Поэтому ее применение в пищу абсолютно безопасно.
— По разработанному режиму мы получили порошковую целлюлозу, у которой определили некоторые качественные показатели, характеризующие ее пригодность для пищевых целей. Например, она может стать пищевой добавкой, которая будет выполнять функцию осветлителя, препятствовать слеживанию и комкованию сыпучих веществ. Мы изучили степень полимеризации, водоудержание, сорбционную способность по йоду, массовую долю в целлюлозе смол, жиров и золы. Они оказались в норме, — объясняет автор разработки, магистрант ПНИПУ Светлана Иванова.
Так политехники выяснили, что для создания порошковой целлюлозы можно использовать отечественное сырье, которое уже есть на наших производствах. Ученые ПНИПУ вывели оптимальную технологию, которая позволит получать качественный продукт для пищевых, фармацевтических и медицинских целей. Порошковая целлюлоза может быть вспомогательным веществом в лекарствах, пище и косметике. Разработка замещает импортную продукцию и повышает технологический суверенитет нашей страны.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн. рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.