Микрокристаллик целлюлоза технологияси

кин бир-биридан кристалларининг yлчамлари билан фар?лана- ди. Фибрилланган целлюлоза yзининг толали морфологиясини са?лайди, ?амда наноцеллюлозани полидисперслиги ва кристал- лари ёки фибриллари yлчамларининг ?ар хиллиги сабабли мик- ро-ва нано-фибрилли целлюлоза деб ?ам классификацияланади. Порошокли целлюлоза ози?-ов?ат, фармацевтика ва тиббиёт саноатида фойдаланишга мyлжалланган. Лекин ?озирда поро- шокли целлюлоза олиш учун сифатли толали хом ашё топиш муаммо ?исобланади. Сабаби, сифатли пахта целлюлозасининг нархи ?иммат ?амда Россиянинг вискоза сунъий толалар ишлаб чи?аришга мyлжалланган целлюлоза корхоналари тyхтатилган. Тола кyринишидаги порошокли целлюлоза механик майдалаш, кимёвий ишлов бериш (иш?орий ёки кислотали му?итда гидро- лизлаш) ёки целлюлозани эритмасидан чyктириш ор?али [19, 20] олинади. Кимёвий усулда олинган целлюлозанинг полимерла- ниш даражаси (ПД) паст бyлади. Лекин кристаллик даражаси бо- ш?а усулларда олинганга солиштирганда ю?ори. Механик май- далаш усулида олинган порошокли препаратларнинг структура- си тола кyринишида, кимёвий усулда олингани – порошок кyри- нишида бyлади. Кимёвий жараёнларда олинган препаратларни микрокристаллик целлюлоза (МКЦ), механик усулда майдалаб ёки целлюлоза эритмадан чyктириб олингани – толали порошок- ли целлюлоза (ТПЦ) деб номланади. Лаборатория шароитида ПЦни 800 г пахта целлюлозасини 5 л 10% водород хлорид эрит- масида ?айнатиб олинади. МКЦ ва ПЦ ларнинг баъзи хоссалари

2.1-жадвалда келтирилган [19].

2.1-жадвал

Порошокли целлюлозанинг хоссалари

Пахта ва ё?оч целлюлозасидан порошокли целлюлоза олиш бир неча бос?ичларда гетероген ?олатда кислотали гидролиз- лаб олинади [20—26]: гидролиз эритма тайёрлаш, целлюлозани гидролизлаш, ювиш, ?уритиш, дисперглаш ва саралаш. Дес- трукцияловчи агент yрнида хлорид ва нитрат кислоталарининг сувли эритмаси танланган. Олинган порошокли целлюлозанинг сифати ози?-ов?ат, тиббиёт ва фармацевтика талабларига жавоб бериши учун ТШ 9199-005-12043303-96 «Целлюлоза микро- кристаллическая порошковая» ишлаб чи?илган.

Ё?оч целлюлозасидан олинган порошокли целлюлоза уну- ми камлиги ва чегарали (предельный) полимерланиш даража- си ю?орилиги билан характерланади. Сабаби – целлюлозанинг аморф ?исми гидролизга учраб, эритмага yтиб кетади. Хом ашё yрнида олинган целлюлозанинг морфологик тузилиши олинган ма?сулотнинг кyрсаткичларига таъсир этади. Яъни ё?оч цел- люлозасидан олинган порошокли целлюлоза сувни yзида тутиб ?олиши ва сорбциялаш ?обилияти пахтадан олинган целлюло- зага ?араганда анча ю?ори.

Ўта майда, заррачаларининг yлчамлари 50 мкм ли тола- ли порошокли целлюлоза гидродинамик куч таъсир эттири- либ олинган [27]. Унинг энг му?им физик-кимёвий хоссалари: И?-спектрининг yзгариши; целлюлозанинг кимёвий yзгариши (карбоксил гуру?лар ?осил бyлиши); дегидрирланиши ва дегид- ратацияланиши; сорбцияланишини ортиши. ПЦ олишнинг бо- ш?а усули – сувсиз эритувчи 1,2,3-пропантриолдан сув билан чyктириш ор?али олиш [18]. Бир ?атор олимлар томонидан yта майда дисперсли целлюлоза намуналарининг структураси yрга- нилган [28, 29]. Намуналар ?ар хил пахта хом ашёсидан конвек- тив гидролиз усулида ёки гамма нури билан ?ар хил дозалар- да (20—150 Мрад) радиацион-кимёвий деструкциялаб, ?yшим- ча шарли тегирмонда майдалаб олинган. Олинган ПЦ намуна сунъий чарм, ПХВ асосида хyжалик плёнка олиш жараёнида тyлдирувчи сифатида синалган. Порошокли целлюлоза сую? аралаш моддаларни ажратишда, нозик тозалашда ?амда поли-

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

Целлюлозадан порошок кyриншида материал олишда нит- рат кислотадан кенг фойдаланган [31]. HN0

толаларга кимёвий ва структуравий таъсир этади. Таъсир натижасида: нитрация- лайди, оксидлайди, гидролизлайди ?амда толаларнинг морфо- логик структурасини yзгартиради, кимёвий макромолекуласини эса yзгартирмайди. «Юмшо?» шароитда HN0

билан гидролиз- лаганда целлюлоза порошок шаклида олинади. Бунда унинг по- лимерланиш даражаси «чегара» ?исмидан ю?ори бyлади. Зар- рачаларни нитрат кислота билан структуравий модификация- лашда, жараён заррачалар сиртида кетади. Бунда заррачаларни «натив ядро”си са?ланиб ?олади. Натижада, сирти ю?ори да- ражада фаоллашади, заррачаларни сорбциялаш ?обилияти ор- тади. Бу материал фильтрлаш учун ?yлланилади. ПЦ агрессив му?итга чидамлилиги унинг «кристаллик ядроси» ва полимер- ланиш даражасининг ю?орилиги ?исобига боради [32]. Сифати паст пахта моми?идан порошокли целлюлозани олиш усули [33] да келтирилган. Пахта моми?ининг деструкцияланиши нитрат кислота эритмаси таъсирида оксидлаш реакцияси ёрдамида олиб борилган.

Пахта моми?идан порошокли целлюлозани олишнинг опти-

мал шароити: 4% HN0

эритмаси билан 98 С да180—190 да?и?а

о

ишлов бериб, сувда ювиш ва 0,5% NaOH эритмасида чайиш, ?у- ритиш ва майдалаш. Сyнгра 4% HN0

эритмасида гидролизлаш, 2% НС1 (эритманинг модули 1:12) нормал босимда 100—120 да?и?а ?айнатиш. Натижада олинган ПЦ материалини, рентген- графия тад?и?отини кyрсатиши бyйича, кристаллик даражаси ортган. Порошокли целлюлоза материалининг таркиби 0,34% пахта моми?и, 0,27% куллиги ва полимерланиш даражаси 175. Целлюлозани кислота-катализ усулида деструкциялаш жара- ёнида унинг устмолекуляр структурасининг (надмолекуляр структураси) yзгариши yрганилган [34]. Гетролитик реакция

кинетикаси yрганилганда назарий ?исобланган тезлик констан- тасининг амалдагидан фар? ?илиши ани?ланган. Бунинг сабаби ички ва таш?и дифференциал реакциянинг тормозланиши деб ?абул ?илинган. Лекин энергия фаоллигини ани?лаш натижаси- да, кислота-каталитик гидролиз жараёнида дифференциал тор- мозланиш эффекти йy?лиги кузатилган. Кислота концентрация- сининг ортиши билан гидролиз жараёни тезлиги ортади, лекин ортиш чизи?ли эмас. Концентрацияни 2,5 баробар орттирганда целлюлозанинг гидролитик деструкцияси, жараён параметрла- рини назорат хатосини ?исобга олганда 2,2 баробарга ортган. Целлюлозанинг кислота-каталитик гидролиз жарёнини yрга- ниш тад?и?оти, тегишли кyрсаткичли ма?сулот ишлаб чи?ариш технологиясини яратиш имконини беради [35].

Пахта моми?и, ё?оч ва канопдан порошок кyринишли целлюлоза олиш, уларнинг хоссалари

Порошок шаклидаги целлюлоза (ПЦ) – целлюлоза мате- риаллари ичида кенг тар?алган материаллардан ?исобланади. ПЦ – барча турдаги толали yсимлик хом ашёсидан олинган, тозаланган, механик усулда дезинтегрланган целлюлоза ?—цел- люлозага ишлов бериб олинган материал. Унинг полимерланиш даражаси 1000 дан кам, фармацевтик ва ози?-ов?ат саноатида ?yлланилади. Порошокли целлюлозанинг yзига хослиги – мо- лекуляр массасида полидисперслик катта бyлади. Бу со?а бyйи- ча Россия, Ўзбекистон ва бош?а мамлакат олимлари тад?и?от- лар олиб боришган. Жумладан, Ю. В. Мартакова [36] кyплаб тад?и?отлар олиб бориб, порошокли целлюлозанинг табиий то- лали целлюлозалардан асосий фар?ини, молекуляр массасини ?амда бош?а физик-кимёвий хоссаларини [37] yрганган.

Порошокли целлюлоза олиш

Ўсимликлардан целлюлоза ?исмини ажратиб олиш кимёвий реагентлар билан ю?ори ?арорат ва босимда ишлов беришга асосланган. Ё?оч целлюлозани олишнинг асосий усули сульфат- ли (NaOH ва Na

S) ёки сульфитли пиширишдир. ?озирда по- рошокли целлюлозани ишлаб чи?ариш шароитида, толали цел- люлозали материални механик дезинтеграциялаш билан бирга кислотали гидролизланади [38]. Такомиллаштирилган усули – ?yшимча микротyл?инли ёки ультрафиолетли нурлатиш [39]. Лаборатория шароитида механик ва кимёвий усулларда поро- шокли целлюлоза олинади.

2.1-расм. Р?1 маркали лаборатория тегирмони.

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

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

– Толали ярим тайёр ма?сулотга 34% ли сульфат кислота би- лан 45

С да 1 соат ишлов бериш;

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

Сyнгра ювиб, ?уритилади. ?уритиш жараёни сочиб ?уритув- чи лаборатория ?уритгичида олиб борилади. Саноат ми?ёсида

порошокли целлюлозали материал ювишда турли хил ювиш- га асосланган жи?озлардан фойдаланилади: суюлтириш-?аво- сизлантириш, си?иб чи?ариш ва пресслаш-суюлтириш. Кенг тар?алганлари – вакуум-фильтрлар ва ювиш пресслари. Саноат- да ?yлланиладиган пресснинг схемаси 2.2-расмда келтирилган. Тир?ишнинг камайиши валларнинг бир-бирига си?илиши-

ни ортиради. Барабанлар юзасида целлюлоза массаси ?атлами шаклланади, ?атлам си?илгандан кейин ?уру?лик даражаси 30- 40% ни ташкил этади

2.2-расм. Ювиш пресси.

2.3-расм. Spin-flach drier типидаги ?уритгич ?урилмасининг технологик схемаси: 1 – ?аво иситкич;

2 – ?уритиш камераси; 3 – ?yл целлюлаза порошогини юклаш ?удуди; 4 – циклон; 5 – ?аво о?имини ёп?ич; 6 – чанг тутгич ?опи; 7 – сyрувчи вентилятор.

Пресс тешикли иккита барабанлардан иборат бyлиб, бир-би- ри томон айланади. Барабанлар 4—6% ли целлюлозали ваннага чyктирилган. Барабанлар орасидаги тир?ишни, улардан бирини горизонтал йyналишда силжитиб бош?ариш мумкин.

Аэро?аво ?уритгич Spin-flach drier технологик схемаси 2.3-расмда келтирилган.

Порошокли целлюлоза хоссалари

Ё?очдан олинган техник целлюлоза ва бир йиллик yсимлик- лар (каноп, сомон ва пахта толаси) дан олинган целлюлозани 10% ли сульфат кислота эритмасида гидролитик деструкция- лаб, олинган бир нечта порошокли целлюлоза намуналарининг сифат кyрсаткичлари ани?ланган. Барча намуналардан олинган порошокли целлюлозанинг унуми 72—87%. Порошок заррача- ларининг узунлиги, мкм: пахта целлюлозасидан олинган -21- 50; ё?оч целлюлозасидан олинган -50-90; сомон целлюлозадан олинган -75. Порошокли целлюлозанинг му?им физик кyрсат- кичларидан бири унинг ?ажм зичлиги ?исобланади. Порошок целлюлозанинг ?ажм зичлиги заррачаларининг шакли, yлчам- лари, намлиги, ?адир-будирлиги ва бош?а кyрсаткичларига бо?- ли?. ?ажм зичлиги ?анча кичик бyлса, майдаланиш даражаси шунча ю?ори ва материалнинг сирт юзаси шунча катта бyлади. Энг катта ?ажм масса пахта целлюлозасидан олинган порошокда 0,320г/см

, ё?оч ва каноп целлюлозасидан олинган порошоклар- ни ?ажм массаси бир-бирига я?ин -0,130,0; 140г/см

, яъни пах- та целлюлозасидан олинган порошокдан тахминан 3 баробар паст. Сомон целлюлозасидан олинган порошокли целлюлозада эса жуда паст -0,096г/см

. Олинган порошок намуналарнинг солиштирма юзаси бу?ни сорбцияланиш ?обилиятига ?араб ани?ланган [40]. Порошокли целлюлозанинг солиштирма юза- си ю?ори бyлиб, 230—290 м

/г атрофида. Намуналарни сув тутиш хоссасида, келтирилган усулда, ани?ланганда анча паст (55%). 2.4-расмда дарахтдан олинган порошокли целлюлозанинг мик- роскопик кyриниши келтирилган.

а) б) в)

2.4-расм. Ё?очдан олинган порошок целлюлозанинг микроскопик кyри- ниши: а) – арча; б) – ?ара?ай; в) – 5% ли сувли гелини ю?ори тезликда дис-

терглангандаги микроскопик кyриниши. (100 марта катталаштирилган).

Порошокли целлюлозани узлуксиз усулда ишлаб чи?ариш

?озон технологик университети (Россия) олимлари порошок- ли целлюлоза олиш технологияси ва ?урилмаларини яратиш ?амда такомиллаштириш бyйича кyплаб тад?и?отлар олиб бо- ришган. Жумладан, Д. Б. Просвирников бошчилигида бир гуру? тад?и?отчилар узлуксиз усулда порошокли целлюлоза ишлаб чи?ариш ?урилмасини ишлаб чи??анлиги бyйича патент олиш- ган [40,41]. ?урилманинг принципиал схемаси 2.5-расмда кел- тирилган.

?урилманинг ишлаш принципи. Дастлаб, хом ашё —ё?оч пайраха, ?ипи?лар ёки бош?а ё?оч чи?индилар ?урилмага май- далаш ?амда унга сув ёки кислота эритмасида гидролизлаш учун юкланади. Компонентлар ?исман аралаштирилгач, масса цилиндр шаклидаги реакторга узатилади, бу? ёрдамида дастлаб гидролизланади. Реакторда масса (хом ашё) ю?ори босим ва температурада олиб борилади. ?урилмага yрнатилган автома- тик назорат элементлар реактордаги бу? босими, температураси ва циркуляция жараёнларини бир меъёрда бажариб боришни таъминлайди. Бу жараён узлуксиз давом этади. Реакторда ?о- сил бyлган лигнин аралаш хом ашё, бу??аво аралашмаси билан ишлов бериш учун махсус камерада ишлов берилади. Сyнгра

масса, иш?орий эритма билан ишлов бериш учун резервуарга узатилади.