Корзина
Целлюлоза технической конопли и джута для упаковочного материала

Целлюлоза технической конопли и джута для упаковочного материала

Целлюлоза технической конопли и джута для упаковочного материала

28.11.14

     Производство упаковочных материалов, в частности для продовольственных товаров, на сегодняшний день приобрело огромных оборотов, ведь кроме своей основной функции - защиты продукции от различного рода порчи, упаковка также выполняет маркетинговые, информативные, декоративные и другие функции. До сих пор упаковки изготавливали из материалов, требующих специальных мер по утилизации. Как свидетельствует мировой опыт, индустрия переработки этих отходов требует значительных ресурсов, негативно влияет на окружающую среду, не успевает за современными темпами производства упаковок. Именно поэтому большое внимание уделяют исследованиям по разработке упаковки из натуральной возобновляемого сырья, способного к биоразложению [1].

     В этом контексте техническая конопля и джут - достаточно перспективное сырье. Благодаря химическому составу и уникальному сочетанию таких свойств, как гигиеничность, высокая прочность, природная бактерицидность, джут и техническую коноплю с давних пор используют для текстильной, легкой, бумажной, строительной, топливной, косметологической и других отраслей промышленности, производят джутовые мешки [2]. Волокна джута и конопли используют при производстве веревок, канатов, тросов и шпагата. Изделия из джута и конопли прочные и износостойкие. Кроме того, для выращивания джута конопли не нужно никаких химических удобрений, благодаря чему такое сырье на 100% экологически чистая [3]. На основе целлюлозы из мякоти конопли можно изготавливать биополимер, который разлагается в окружающей среде, подвергается полной вторичной переработке и утилизации, имеет высокую прочность и гибкость. Такой полимер находит многогранное применение: от упаковки для пищевых продуктов и промышленной продукции к внутреннему оснащению автомобилей [4].

     Джут и конопля - ценные технические культуры, обрабатывается для получения волокна и семян. Это лубоволокнистых растение семейства Cannabinaceae (Конопляные). Стебель из всех составляющих джутового и конопляного растения представляет наибольший интерес как источник получения волокна. Его удельный вес обычно составляет 60-65% общей сухой массы джутового и конопляного растения и может меняться в зависимости от условий выращивания. Пучки лубяных волокон овальной (слабовитягнутои) формы. Главная составляющая волокон - целлюлоза. Кроме того, в них содержатся гемицеллюлоза, пектиновые вещества, лигнин и минеральные вещества [5].

     Целлюлоза является ценной составной, поскольку предоставляет волокнам и тканям, что из них производятся, прочности на разрыв, гибкости и эластичности, носкости, гигроскопичности, мягкости и блеска. Особенно ярко это проявляется при производстве джутовых мешков. Содержание целлюлозы в волокне конопли составляет 70-77%, пектиновых веществ - до 3,3%, лигнина - 3,7-8%, воды - до 10%. Лигнин добавляет волокну жесткости и других негативных свойств, поэтому в технологическом отношении это нежелательный компонент [6].

     Поскольку целлюлоза с технической конопли и джута является перспективным источником получения упаковочных материалов (джутовых мешков), то исследование ее качества является актуальной задачей для ученых. Целью работы является изучение органолептических и физико-химических показателей качества целлюлозы с технического джута и конопли в качестве сырья для изготовления джутовых мешков и прочей упаковки пищевых продуктов и сравнения результатов исследований с соответствующими показателями качества традиционных видов целлюлозы. Объектами исследований стали образцы целлюлозы с технической конопли беленой и небеленой, полученные из сланцевых и моченцевих волокон, выращенных в Опытной станции лубяных культур Института сельского хозяйства Северо-Востока НААН.

     Товароведческая оценка качества целлюлозы с технической джутовой ткани заключалась в определении органолептических и физико-химических показателей, таких как: содержание влаги, степень набухания, содержание а-целюлозы и лигнина, зольность. Отбор проб для проведения физико-химических исследований проводился согласно ГОСТ 7004-93 [7]. Метод определения влажности целлюлозы базируется на измерении массы целлюлозы при высушивания ее навески до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре (103 ± 2) ° С [8].

     Установление степени набухания целлюлозы осуществляли весовым методом Швальбе. Суть которого заключается в определении прироста массы целлюлозы во время ее намачивания в растворах гидроксида натрия. Степень набухания (Сн) определяли в процентах по формуле:

Сн = (m1 / m) * 100,

где m1 - масса исследуемой пробы к набуханию, г;

m - масса исследуемой пробы после набухания, г [9].

     Определение содержания а-целлюлозы осуществляли по методу Бубеке, основанный на нерастворимости неизменной целлюлозы (а) в 17,5% растворе NaOH и растворимости в нем гемицеллюлозы (в и в). Полученные целлюлозы отфильтровывали, промывали и сушили до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре (103 ± 2) ° С. Количество а- и в-целлюлозы выражали в процентах относительно общей массы, а количество в-целлюлозы (в) определяли по формуле:

Y = 100 - (a + b),

где а и b - количество a- и b-целлюлозы соответственно, % [10].

     Определение содержания лигнина осуществляли методом Вильшгеттера и цехмейстера с внесенными изменениями Хейзер и Венцеля. Этот метод является прямым весовым и базируется на переводе целлюлозы и гемицеллюлозы в растворимое состояние путем осахарения их минеральной кислотой (42% НСI). В этих условиях лигнин остается в осадке; его фильтровали, промывали водой (до полного удаления ионов хлора), сушили и взвешивали [11].

     Метод определения общего содержания золы основывается на сжигании и прокаливании навески целлюлозы в кварцевом тигле.

     Проведено органолептической оценке качества исследуемых образцов. Результаты исследований представлены в табл. 1.

dzhutovye-meshki

     Проанализировав проведенную органолептическую оценку исследуемых образцов, установлено, что по внешнему виду все образцы конопляной целлюлозы - рыхлая мелковолокнистой масса. Цвет целлюлозы беленой по сланцевому волокну - белый, а небеленой - светло-желтый. Цвет целлюлозы с моченцевого волокна - белый с сероватым оттенком. Согласно требованиям стандарта, цвет должен быть белым. Цвет образцов небеленой целлюлозы сланцевого и моченцевого волокна обусловлен тем, что целлюлоза не проходила отделываются - обеление, и поэтому имеет несколько иную окраску.

     Исследовав наличие посторонних примесей, установлено, что целлюлоза с сланцевого волокна не содержит посторонних примесей в виде щепы, песка, кусков резины, металлических включений и других примесей нецеллюлозные характера. Целлюлоза с моченцового волокна содержит примеси редких волокон от темно-желтого до коричневого цвета, но они целлюлозного характера. Итак, все образцы соответствуют требованиям стандарта.

     Целлюлоза в гигроскопичен и воздушно-сухом состоянии содержит определенное количество гигроскопической воды в равновесии с влажностью воздуха. Поглощенная волокнами влага удерживается в виде свободной воды (заполняет поры, межклеточное пространство), связанной, или сорбированного воды (заполняет мижфибрилярний пространство или пропитывает клеточные оболочки) и гидратационная или химически связанной воды. Гигроскопична вода (свободная и сорбированная) легко удаляется при сушки целлюлозы, гидратационная вода же удаляется очень трудно. В то же время влага оказывает упруго-эластичных свойств волокнам, необходимых при формировании упаковки и образования прочных межволоконном связей в готовом упаковке, повышает его функциональные возможности. Повышенное содержание влаги приводит к активным биохимических процессов и развития микроорганизмов в целлюлозе. Воздушная сухая целлюлоза содержит обычно 5-8% гигроскопической воды.

     Способность целлюлозы к набуханию имеет важное техническое значение, особенно в производстве волокон и пленок. Степень набухания целлюлозы имеет важное значение для определения доступности макромолекул целлюлозы. В результате набухания целлюлозы в процессе мерсеризации (обработки материала NaOH) облегчается удаление из нее растворимых в щелочи низкомолекулярных фракций, а также диффузия сероуглерода в волокно при дальнейшем ксантогування (реакция с участием ксантогенових эфиров и солей ксантогенових кислот) [11]. На этот показатель следует обращать особое внимание при изготовлении пленок и производстве джутовых мешков. Природная целлюлоза не растворяется в растворах щелочей, а только набухает. Большинство технических целлюлозы, по сравнению с природными, обладает повышенной способностью к набуханию и частичную растворимость в растворах щелочи.

     Чрезвычайно важным показателем при оценке качества целлюлозы является содержание в ней а-, в- и у-целлюлозы, ведь он характеризует степень деструкции технической целлюлозы и дает возможность сделать вывод о пригодности целлюлозы для тех или иных промышленных целей. При обработке целлюлозы 17,5% раствором NaOH большая часть целлюлозы остается в нерастворенном виде, это а-целлюлоза, является ценной составляющей целлюлозы. в-целлюлоза - это низкомолекулярная разрушена целлюлоза с примесями нецеллюлозные полисахаридов. В древесине она не содержится, а образуется при варке и отбеливания. В состав в-целлюлозы входят полисахариды со степенью полимеризации 50-150. в-целлюлоза представляет собой низкомолекулярную фракцию (степень полимеризации полисахаридов менее 50). Для технической целлюлозы из древесины лиственных пород, предназначенной для производства бумаги и картона, содержание а-целлюлозы должна быть не ниже 82% [12]. Массовая доля а-целлюлозы в сульфитной целлюлозе для получения вискозной текстильной нити, вискозных волокон и целлюлозной пленки должна быть в пределах 90-92,5% [13]. Содержание в-целлюлозы в хлопчатобумажной целлюлозе согласно ГОСТ 595-79 должно быть 90-92,5% [14].

     Остаточный лигнин, находится в целлюлозе, способствует жесткости. Это вещество в целлюлозе, особенно в выбеленный, является сильно видоизмененным продуктом и наличие его не желательна. Тепло и свет вызывают у остаточному лигнина реакции, ведущие к потере прочности белья. Лигнин, остается в целлюлозе в большом количестве, как правило, снижает ее реакционную способность, ухудшает ее набухание и растворимость полученных эфиров. С увеличением содержания остаточного лигнина замедляется окислительный распад макромолекул целлюлозы в процессе передозривання щелочной целлюлозы [15]. Содержание лигнина в хлопчатобумажной целлюлозе должен быть 0,1-0,5% [14], в целлюлозе льна-долгунца составляет 0,5%. Содержание зольных соединений значительно влияет на качество целлюлозы. Так, ионы металлов переменной валентности сильно влияют на окислительную деструкцию целлюлозы в процессе получения вискозного волокна. Соединения кальция и кремния ухудшают процесс фильтрации вискозы. Кроме того, соли кальция способствуют образованию гипса при формировании волокна, что приводит к обрыву нити. Реакционная способность целлюлозы при ацетилировании также в значительной степени зависит от содержания в ней различных солей. Даже небольшое количество сульфатов, особенно сульфата магния, имеющихся в целлюлозе, снижают скорость ацетилирования, тогда как силикаты и другие соли марганца ускоряют реакцию.

     Результаты исследований физико-химических свойств целлюлозы с технического джута и конопли по сравнению с традиционными видами целлюлозы приведены в табл. 2. Анализируя приведенные показатели следует отметить, что по показателю влажности исследуемые образцы целлюлозы из конопли содержат влаги несколько меньше, чем целлюлоза из хлопка и из хвойной древесины. Так, целлюлоза из конопли содержит 5,6-7,5% влаги, хлопчатобумажная - 8-10%, а из хвойных деревьев - 10-12%. Конопляная целлюлоза содержит влаги на уровне с вискозной (6-10%) и льняной (7,5%).

dzhutovye-meshki

     По показателю степени набухания конопляное целлюлоза имеет несколько более низкие значения по сравнению с другими видами. Образец целлюлозы небеленой по сланцевому волокна - 250%, а другие исследуемые образцы имеют степень набухания 400%. Отличие этих показателей обусловлена различной структурой волокна целлюлозы с технической конопли.

     По показателю содержания а-целлюлозы следует отметить, что наибольшее количество ее содержится в хлопчатобумажной целлюлозе - 96-99%, несколько меньше в вискозной - 90-92,5% и целлюлозе из льна - 87-88%. В малом количестве? -целюлоза Находится в целлюлозе из хвойной древесины 82-88%. Исследуемая конопляное целлюлоза содержит от 90% (отбеленная) в 83,33% (небеленая) а-целлюлозы. Если сравнивать ее с другими видами, то следует отметить, что отбеленная конопляное целлюлоза содержит a-целлюлозы примерно столько же, как и вискозная, а небеленая - несколько по содержанию похожа на льняную и целлюлозу из хвойной древесины.

Анализируя содержание лигнина было отмечено, что исследуемые образцы целлюлозы с технической конопли содержат больше лигнина (5-15%) по сравнению с другими (0,1-0,5%). Высокое содержание лигнина не желателен в целлюлозе для производства упаковки, поэтому для получения лучшего качества конопляной целлюлозы ее следует подвергнуть дополнительной обработке, направленной на удаление лигнина.

     По анализу содержания зольных соединений установлено, что наибольшее их количество приходится на целлюлозу из льна - 1,0-1,1%, меньше ее в целлюлозе из хвойной древесины - 0,3-0,5% и в хлопчатобумажной - 0,1 0,3%. Наименьшее содержание зольных соединений в вискозной целлюлозе 0,08-0,12%, что может быть связано с ее синтетичностью. В исследуемых образцах конопляной целлюлозы содержание золы колебался в пределах 0,54-1,07%.

     Исходя из результатов исследований можно утверждать, что замена синтетической и традиционной целлюлозы целлюлозой с технического джута или конопли не приведет к снижению качества изделий (джутовых мешков) из нее, ведь физико-химические показатели ее качества, в том числе содержание влаги, зольность, содержание а-целлюлозы, находятся на уровне с другими видами целлюлозы. Главное внимание следует обратить на содержание лигнина, который в джутовой целлюлозе несколько завышен, что объясняется биологической и морфологическим строением. В то же время содержание лигнина может быть откорректирован дополнительной обработкой конопляной целлюлозы. Замена льняной и древесной целлюлозы на конопляное может повысить качество упаковки, что подтверждается высоким содержанием а-целлюлозы как ценной составляющей для производства джутовых мешков и других упаковочных материалов.

     На основе выполненного анализа и исследований можно сделать вывод, что джутовая и конопляная целлюлоза может быть с успехом использована для производства упаковочных материалов для пищевых продуктов. Самым распространенным упаковочным материалом из джутовой целюлозы явдяются джутовые мешки.

Купить джутовые мешки по низким ценам можно на сайте компании Таклес!

 

 

Література

1. Сдобникова О.А. Биоразлагаемая упаковка — путь к улучшению экологии / О.А. Сдобникова, Н.А. Савченко, Д.А. Грибкова, Ю.В. Фролова, А.В. Федотова // Переработка молока. — 2010. — №1. — С. 14–15.

2. Голобородько П.А. Коноплі підкорюють світ / П.А Голобородько, В.Г. Вировець. — К.: Пропозиція, 1999. — 275 с.

3. Кондратенко А.И. Золотой век конопли / Алексей Иванович Кондратенко. — Орел: Орловский вестник, 1998. — 200 с.

4. Михайлова Г.М. Відродження в Україні виробництва луб’яних волокон / Г.М. Михайлова, Р.Н. Гілязетдінов // Товарознавство та інновації: зб. наук. пр. — 2010. — №2. — С. 2–3.

5. Мигаль М.Д. Біологія луб’яних волокон конопель / Микола Дмитрович Мигаль. — Суми: Папірус, 2011. — 390 с.

6. Богданова О.Ф. Перспективи одержання волокнистих напівфабрикатів з рослинної сировини / О.Ф. Богданова, В.М. Козаченко, Н.П. Ляліна // Легка промисловість. — 2001. — №1. — С.18–20.

7. Целлюлоза. Отбор проб для испытаний. — ГОСТ 7004–93. — Межгосударственный совет по метрологии,

стандартизации, сертификации. — 1993. 8. Целлюлоза. Определение содержания сухого вещества. — ГОСТ 16932–93. — Межгосударственный совет по метрологии, стандартизации, сертификации. — 1993.

9. Карливан В.П. Методы исследования целлюлозы / В.П. Карливан. — Рига: Зинатне, 1981. — 258 с.

10. Целлюлоза. Метод определения содержания альфа-целлюлозы. — ГОСТ 6840–78. — Государственный комитет СССР по стандартам. — 1978.

11. Никитин Н.И. Химия древесины и целлюлозы / Н.И. Никитин. — М.: Изд-во АН СССР, 1962. — 711 с.

12. Целлюлоза сульфатная беленая из лиственной древесины (осиновая). Технические условия. — ГОСТ 14940–75. — Межгосударственный совет по метрологии, стандартизации, сертификации. — 1975.

13. Целлюлоза сульфитная вискозная. Технические условия. — ГОСТ 5982–84. — ИПК Издательство стандартов. — 1984.

14. Целлюлоза хлопковая. Технические условия. — ГОСТ 595–79. — ИПК Издательство стандартов. — 1979.

15. Байклза И. Целлюлоза и ее производные / И. Байклза, Л. Сегала; [Пер. с англ.]. — М: Мир, 1974. — Т.1. —500 с.

Предыдущие статьи