Celuliozė - gausiausias natūralus polisacharidas Žemėje, dažniausiai aptinkamas augalų ląstelių sienelėse ir plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose. Jo žaliavos yra mediena, medvilnė, kanapės, linai, nendrės ir kitos augalų žaliavos. Dėl miško išteklių pokyčių bei poreikio mažinti priklausomybę nuo iškastinių išteklių, vis daugiau kalbama apie tvarius celiuliozės gavimo būdus ir jos panaudojimą naujose srityse.
Gamybos būdai: nuo tradicinių plaušienų iki moderniųjų tirpiklių sistemų
1 gamybos būdas: celiuliozė yra gausiausias natūralus polimerų junginys pasaulyje. Dėl miško išteklių trūkumo Kinijoje 70 procentų celiuliozės žaliavos gaunama iš ne medienos išteklių. Vidutinis celiuliozės kiekis spygliuočių ir kietmedžių medienoje Kinijoje yra apie 43-45 proc.; Vidutinis celiuliozės kiekis žolių stiebuose yra apie 40 proc. Pramoninis celiuliozės procesas yra sulfito arba šarminio tirpalo naudojimas augalinėms žaliavoms virti, daugiausia ligninui pašalinti, o tai atitinkamai vadinama sulfito metodu ir šarminiu metodu. Gautos medžiagos vadinamos sulfitine ir šarmine plaušiena. Tada likęs ligninas toliau pašalinamas balinant, o balinta masė gali būti naudojama popieriaus gamybai.
3 gamybos būdas: atskieskite pasirinktą pramoninę medienos plaušienos plokštę ir nusiųskite į reaktorių, į kurį įpilta 1 proc. ~10 proc. druskos rūgšties (dozė: 5 proc. ~10 proc.) kaitinti hidrolizei. Temperatūra yra 90-100 laipsnių, o hidrolizės laikas yra 0,5-2 valandos.
4 gamybos būdas: celiuliozė, pagaminta iš medienos masės arba medvilnės masės. Efektyviai naudojant celiuliozę - pagrindinę natūralią statybinę augalų medžiagą - būtų galima išspręsti daugelį problemų, susijusių su naftos kilmės polimerinių medžiagų naudojimu įvairiose pramonės šakose. Mokslo atstovai teigia, jog būtina šias medžiagas keisti aplinkai nekenksmingomis ir įrodyti vartotojams, jog iš tvarių medžiagų galima pagaminti lygiai tokius pat veiksmingus produktus.
Celiuliozė - žemėje gausiausias ir labiausiai paplitęs natūralus polisacharidas, dažniausiai aptinkamas augalų ląstelių sienelėse, dumbliuose arba sintetinuojamas kai kurių bakterijų. Šis išradimas buvo sukurtas šlapiojo tipo elektrinio verpimo metodu, kuriuo celiuliozė ištirpinama specialiuose tirpikliuose - joniniuose skysčiuose, o vėliau tirpalas yra paverčiamas pluoštu. Jo teigimu, toks celiuliozės sukūrimo metodas turi pranašumą rinkoje dėl savo draugiškumo aplinkai. Pirmiausia, naudojamas tirpinimo būdas yra palankesnis aplinkai dėl naudojamų „žaliųjų tirpiklių“. Antra, kaip žaliava šiam gamybos procesui gali būti gryna celiuliozė arba celiuliozės atliekos. Esant perdirbtai celiuliozei, gali būti gaminami nauji polimeriniai kompozitiniai gaminiai, pavyzdžiui, žaislai, sporto inventorius, namų apyvokos daiktai.
„Mūsų išradimas - nanopluoštinė celiuliozinė matrica - tai tarsi karkasas, struktūrinė atrama, padedanti ląstelėms dalintis ir augti“, - paaiškina I. KTŪ mokslininkės. Be to, celiuliozė pasižymi itin palankiomis mechaninėmis savybėmis, todėl sukurti pluoštai yra tvirti ir gali išlaikyti didelį krūvį, kuris atsiranda ląstelėms dauginantis. Kadangi celiuliozė sugeria vandenį, panaudojus jos pluoštus gydant žaizdas galima kontroliuoti drėgmės kiekį. Iki šiol celiuliozės pritaikomumas audinių inžinerijos srityje buvo išbandytas kremzlių, kaulų, kraujagyslių struktūrų atkūrimui. Be to, sukurti celiuliozės nanopluoštai ne tik yra biologiškai suderinami ir ekologiški, bet taip pat gali padėti formuoti trimačius (3D) ląstelių modelius, kurie geriau atspindi ląstelių elgseną natūralioje aplinkoje.
Keli svarbūs projektai ir tyrimų kryptys
Aut. Pastaraisiais metais lyocell audinys vis dažniau minimas kalbant apie kokybišką patalynę, tvarią tekstilę ir komfortišką miegą. Lyocell yra pluoštas, gaminamas iš medienos celiuliozės. Dažniausiai naudojama eukaliptų, bukų ar kitų greitai augančių medžių mediena. Svarbu suprasti, kad lyocell nepriskiriamas visiškai sintetiniams audiniams, tokiems kaip poliesteris, nes jo pagrindas yra natūrali žaliava. Lyocell yra regeneruotos celiuliozės pluoštas. Lyocell pagrindas - mediena. Iš jos išgaunama celiuliozė, kuri yra natūralus augalų struktūros komponentas. Išgauta celiuliozė ištirpinama specialiame tirpiklyje, suformuojami pluoštai, kurie vėliau verpiami į siūlus ir audžiami į audinį. Skirtingai nei senesnės kartos viskozė, lyocell gaminamas uždaro ciklo sistemoje, kur didžioji dalis tirpiklio yra perdirbama ir panaudojama iš naujo.
Lyocell pasižymi išskirtiniu švelnumu, kuris dažnai lyginamas su šilku. Šis audinys labai gerai sugeria ir išgarina drėgmę, todėl miego metu kūnas išlieka sausesnis. Lyocell dažnai pristatomas kaip viena pažangiausių ir aplinkai draugiškesnių tekstilės alternatyvų. Eukaliptai, iš kurių dažnai gaminamas šis pluoštas, auga greitai ir paprastai nereikalauja intensyvaus laistymo ar pesticidų. Lyocell audinys geba prisitaikyti prie kūno temperatūros. Vasarą jis suteikia malonų vėsos pojūtį, o žiemą padeda išlaikyti šilumą. Apibendrinant: lyocell - natūralios kilmės, moderniai pagamintas audinys, jungiantis komfortą, estetiką ir tvarumo idėją.
Nauji pluoštai ir jų panaudojimas
Nauja pluošto masė gaminama iš stiprių, kietų pirminių pluoštų, gaunamų iš miškų, valdomų tvariai. Yra du gamybos metodai: mechaninė ir cheminė plaušiena. Mechaninė celiuliozė gaminama malant medieną, kad ji suskaidytų ir atskirtų pluoštus. Dėl to gaunama didelė pluošto gavyba, apie 95 proc. Pluoštai, pagaminti naudojant šį procesą, nėra tokie pat stiprūs kaip cheminės plaušienos. Cheminė plaušiena gaminama virinant medienos drožles su cheminėmis medžiagomis, kad atskirtų pluoštas. Medžiagos, naudojamos medienos drožlėms virinti, panaudojamos ir pakartotinai naudojamos šiame procese. Cheminės plaušienos pranašumas - stipresnis popierius, nes pluoštai yra švaresni ir ilgesni negu mechaninės plaušienos. Tačiau cheminis procesas naudoja tik apie 50 proc. žaliavos.
Perdirbtas pluoštas: čia naudojami pluoštai iš perdirbto popieriaus. Popierius ištirpinamas vandenyje ir tiekiamas į malūną. Spausdinimo dažai, užpildai, dangos, metalo kabės, klijai ir per trumpi pluoštai plaunami ir filtruojami. Tikslas - gauti švarius ir ilgos ilgio pluoštus naujam popieriui gaminti. Celiuliozės pluoštas gali būti pakartotinai panaudotas 4-7 kartus. Perdirbtoje celiuliozėje reikia daug vandens, o vandens valymo įrenginiams keliami dideli reikalavimai, siekiant sumažinti poveikį aplinkai. Perdirbta celiuliozė gamina palyginti minkštą popierių, pasižyminį geromis sugerties savybėmis, tačiau jos stiprumas mažesnis ir sukuria daugiau dulkių nei iš naujo pluošto gaminamas popierius.
Celiuliozė statyboje: įkvepiantys pavyzdžiai
Celiuliozė statyboje naudojama įvairiais būdais: izolacinės medžiagos iš perdirbtų pluoštų, konstrukciniai komponentai kaip OSB ir fanera su celiuliozės pagrindu sujungtu klijais, bei tvari medžiaga kaip celiuliozės pagrindu pagamintos plokštės ir kompozitai. Naudojant perdirbtas medžiagas, tausojami ištekliai ir mažinamas poveikis aplinkai. Pramonėje plėtojamos nanoceliuliozės technologijos, leidžiančios kurti lengvas, bet tvirtas plokštes, dangas ir net betono armavimą. Taip pat apsvarstomas 3D spausdinimo pluoštas iš celiuliozės, leidžiantis kurti sudėtingus architektūrinius elementus ir individualius konstrukcinius komponentus.
Nanoceliuliozės technologijos - tai naujosios angos į tvirtą, lengvą ir biologiškai skaidų statybinių medžiagų erdvė. Celiuliozės tvarumo privalumai statyboje apima anglies dioksido sekvestraciją, naudojimą atkuriamų išteklių, energijos vartojimo efektyvumą ir atliekų mažinimą. Medienos pagrindu pagamintos statybinės medžiagos sugeria CO2 per visą jų gyvavimo ciklą. Atkuriamų išteklių naudojimas sumažina priklausomybę nuo iškastinio kuro, o išmaniosios celiuliozės medžiagos ir jutikliai didina statinių saugumą ir eksploatacijos efektyvumą.
Tyrimų ateitis ir pramonės perspektyvos
VTT techninių tyrimų centras Suomijoje ir Aalto universiteto mokslininkai tyrinėja, kaip celiuliozė iš medienos gali tapti didžiąja supermedžiaga ateities tekstilėje, interjerų apdailose bei automobilių sferoje. Masinė tekstilės pluošto iš celiuliozės gamyba įmonėje Spin Nova planuojama jau šiais metais. Tyrimai apima pertvarkymo į tekstilę, gobelenus, sėdynes ir kitus užpildus, naudojant švarius tirpiklius ir uždarą ciklą technikose.
Celiuliozės vaidmuo statyboje ir už jos ribų
Celiuliozė statyboje skatina tvarų požiūrį į statybines sistemas: izoliacijos plokštės iš perdirbtos celiuliozės užtikrina aukštą šiluminę varžą, o OSB ir fanera su celiuliozės pagrindu užtvirtina plokščių struktūras. Nanoceliuliozė suteikia galimybių kurti lengvas, bet tvirtas kompozitines plokštes bei skaidrias dangas, kurios išlieka tvarios. 3D spausdinimas su celiulioze leidžia kurti sudėtingus architektūrinius elementus, o biokompozitinės plokštės mažina priklausomybę nuo iškastinio kuro bei CO2 išmetimą. Celiuliozės perdirbimo iniciatyvos mažina atliekų srautą, skatina žiedinę ekonomiką ir sumažina poveikį aplinkai.
Išvados apie ateities kryptis
Celiuliozė ateityje gali tapti supermedžiaga - ją plėtojant tyrėjai siekia sujungti gamtos privalumus su moderniomis technologijomis, užtikrinti ilgaamžiškumą, biologiškai skaidomumą ir energetinį efektyvumą. Tekstilės srityje planuojama masinė pluošto gamyba iš celiuliozės, o statybose - plačiai taikyti nanoceliuliozės sprendimus, 3D spausdinimą ir išmaniąsias medžiagas.
tags: #celiuliozesw #gavimas #is #medienos