ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
код для вставкиПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ Тема научно-исследовательских работ Института химии Коми научного центра Разработка научных основ экологически безопасного и ресурсосберегающего использования растительного сырья и его компонентов для получения химических продуктов и материалов Основные направления исследований по данной теме: Научные основы химии и технологии комплексной переработки растительного сырья Научные основы химической переработки растительных полимеров с целью создания новых материалов и продуктов 2 Растительные ресурсы Коми Республики Растительная Древесное сырье и отходы Биоразлагаемые полимерные материалы 3 биомасса Продукты пищевого, медицинского, химического назначения Производные полисахаридов Травянистое сырье и с/х отходы Наноструктурирован ные целлюлозные материалы Компонентный состав растительного сырья Травянистого происхождения Древесного происхождения Содержание основных компонентов: Целлюлоза – 56-46 %; Лигнин – 25-10 %; Гемицеллюлозы – 26-16 % 4 ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ НОВЫХ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ОСНОВЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ ПОЛИСАХАРИДЫ ЦЕЛЛЮЛОЗА ПЕКТИН ГЕМИЦЕЛЛЮЛОЗА Порошковая целлюлоза Производные полисахаридов 5 5 Выделение полисахаридных фракций Сырье Методы выделения Целлюлоза 56% Экстракт. вещества 5.6% Linum usitatissimum Минерал. вещества Целлюлоза Льняная Выход 80 %, СП 1200 Щелочная делигнификация гемицеллюл озы 19% Основной реагент – Лигнин 11% 3.5% NaOH (10-65 г/л); Na2CO3 (2-3 г/л) температура 140-160С; давление 1-5 атм; продолжительность 1-2 ч Кислотная (сульфитная) делигнификация Основной реагент – Na2SO3 (5 г/л) Na2CO3 температура 100-150С; давление 1-5 атм; продолжительность 1-2 ч Целлюлоза 43% Экстракт. вещества гемицеллюл 4.7% озы 20% Экстракт. веществ 0.6%0 Целлюлоз а 91.0% гемицеллюло зы 16.0% Лигнин 0.8% Минерал.вещества 0.5% Соломенная Экстракт. веществ 0.05% Целлюлоза 86.4% гемицеллюло зы 9.0% Secalesp Минерал. вещества 2.6% 6 Лигнин 21% Выход 50-80 %, СП 500 Минерал. вещества 0.5% Лигнин 3.8% Разработаны методы получения лигноцеллюлозных материалов порошковой формы Молекулярная масса более 100 000 Химическая деструкция полисахаридов Минеральные кислоты • Водная среда Органические кислоты • Водноорганическая среда Кислоты Льюиса • Органическ ая среда Химические воздействия , приводящие к деструкции исходных материалов, способствуют повышению реакционной способности растительных полисахаридов к их дальнейшей модификации 18 деструкция Молекулярная масса менее 20 000 Биополимерные порошковые материалы Продукт – тонкодисперсные или коротковолокнистые препараты. Получены в результате химической трансформации растительного сырья. Биологически инертный продукт Порошковые лигноцеллюлозные вещества Микрокристаллическая целлюлоза Получены из растительного сырья, включая отходы деревообработки и сельского хозяйства. Сочетает полезные свойства целлюлозы и лигнина, обогащен функциональными группами Получена из хвойной и лиственной целлюлозы, сульфатного производства 19 Области применения биополимерных порошков Химическая промышленность •стабилизаторы, • связующие, •носители, •сорбенты, • в качестве наполнителя для строительных смесей Парфюмерия: • компонент кремов, • зубных паст, • косметических масок 9 Пищевая промышленность • наполнители, • стабилизаторы пищевых продуктов; •Фармакология: • биологически инертные сорбенты, •основа лекарственных средств Полифункциональные производные полисахаридов Фрагмент целлюлозы Направленная модификация в полифункциональные соединения - эфиры Алкилирование Замена ОН-групп на: - ОСН3; ; - ОС2Н5; - (ОС2Н4;)ОН; - ОСН2СН(ОН)СН2ОН; - ОСН2СООН; OSO3H; Этерификация Соединения целлюлозы, содержащие привитые активные функциональные группы – простые и сложные эфиры полисахаридов 10 Полифункциональные производные целлюлозы, гемицеллюлоз, пектинов ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА: • возобновляемая сырьевая база; • биосовместимость; •эффективность в сочетании «цена-качество» •низкая токсичность ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ : •Пищевые волокна; ПОТРЕБИТЕЛИ ПРОДУКЦИИ: •Натуральные гидроколлоиды; •пищевая промышленность •Матрица для иммобилизации биологически активных веществ •фармацевтическая индустрия •Матрица для инкапсулирования лекарств 24 •косметическая промышленность Полифункциональные полисахариды, обладающие антитромбогенной активностью Разработаны методы синтеза производных полисахаридов с доказанной биологической активностью, перспективные для лечения сердечно-сосудистых заболеваний, транспорта лекарственных средств и антиоксидантной терапии. Продукт- полифункциональные сульфатированные производные полисахаридов различного строения Основные преимущества: • биосовместимость; • неограниченная сырьевая база; • отсутствие загрязнения прионовыми белками; • эффективность в соотношении «цена-качество»; • низкая токсичность Области применения: растительные антикоагулянты для лечения , тромботических заболеваний Средства улучшения реологические свойства крови для профилактики сосудистых заболеваний улучшают 12 Эпоксидный композиционный материал, содержащий природные биополимеры Введение производных биополимеров от 10 до 50 масс. %, приводит к образованию химических связей между эпоксидными группами и поверхностью природного полимера Преимущества : Используется возобновляемое растительное сырье; Применяется относительно несложная модификация биополимеров; Придается способность разлагаться под действием окружающей среды Характеристика: Повышение прочностных характеристик: Прочность на изгиб увеличивается на 10-15 %; Температура стеклования возрастает на 20-25 %. 13 Сорбционные материалы Средства очистки акваторий и почв от загрязнений нефтепродуктами и органическими растворителями ОСНОВА СОРБЕНТОВ: • Целлюлоза; •Лигноцеллюлоза; • Отходы производства и переработки древесины; •Отходы сельского хозяйства ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЦЕПОЧКА Сырье (отходы) Сорбенты селективно поглощают с водной поверхности нефть и нефтепродукты ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:6 •волокнистая или гранулированная5 структура; 4 •гидрофобность; 3 •насыпная плотность 0,09-0,13 г/см23 •сорбционная емкость 5-9 г/г; 1 •срок хранения не менее 5 лет 0 Получение сорбента (утилизация отходов) Применение сорбента Использование нефтенасыщенного сорбента в промышленности 14 ПРЕИМУЩЕСТВА технологии: • Не требует использования высоких температуры и давления; •Используются экологически безопасные компоненты; •Простота выполнения древесн ые опилки термомех аническа я масса отходы с/х древесна я зелень ЗАКЛЮЧЕНИЕ Одной из актуальных задач современного производства является решение проблемы изыскания новых источников растительного сырья , разработке новых подходов к процессам его переработки и выработка более простых, экономически выгодных, ресурсосберегающих технологий получения новых химических продуктов и материалов на их основе. Результаты исследований, проводимые в Институте химии, найдут применение при создании базы данных физикохимических свойств и структуры природных растительных объектов, их систематизации, а также в работах технологического направления с целью расширения ассортимента продуктов на основе биополимеров. 15
Автор
1/--страниц