Нанокомпозитная биоразлагаемая плёнка из отходов сахарного тростника

Иранские исследователи из Тегеранского университета использовали отходы сахарного тростника для производства полностью целлюлозной нанокомпозитной плёнки (all-cellulose nanocomposite, ACNC). Полученный ими продукт обладает уникальными физико-механическими свойствами и может найти множество применений в индустрии упаковки, медицине и электронной промышленности.

Иранский способ производства нановолокон проще, быстрее и рентабельнее существующих методов. Как сообщается, размер нановолокон из целлюлозы составляет 26-52 нм, нанокомпозитная плёнка из них способна противостоять нагрузкам на растяжение до 140 Мпа. Такая прочность превышает показатели всех существующих, как биоразлагаемых, так и не поддающихся химическому разложению плёнок.

Возможно, изобретение учёных из Тегерана сможет заменить в упаковке искусственные полимеры и продукты нефтепереработки, производство и использование которых сопровождается нанесением ущерба окружающей среде.

Сырьём для нановолокон ACNC служит наиболее распространённый в природе биополимер целлюлоза, которая может быть получена из отходов тростника, образующихся в процессе производства сахара. Волокнистый жмых остаётся невостребованным после измельчения стеблей сахарного тростника и отжима из них сладкого сока. Иран ежегодно выпускает сотни тысяч тонн тростникового сахара, по словам главного исследователя Моин Кадери (Moin Qaderi) каждая тонна сопровождается образованием 280 кг отходов.

В ходе производства плёнки волокна целлюлозы выделяют из жмыха, очищают и измельчают механическим способом, после чего используют для изготовления «нанобумаги». Конечный нанокомпозитный продукт с заявленными свойствами получают методом частичного растворения в диметилацетамиде - хлориде лития (N,N-dimethylacetamide/lithium chloride).

Результаты исследования показывают, что с увеличением времени частичного растворения диффузия нанокомпозита в растворитель снижается по мере перехода кристаллической составляющей в аморфную форму. Тем не менее, по той же причине уменьшается термостойкость.

Превращение микроволокон целлюлозы в нановолокна сопровождается увеличением стойкости плёнки к растяжению. Исследователи полагают, что причиной возрастания прочности является уменьшение количества «точек разлома», которые приводят к появлению трещин в целлюлозных волокнах. С уменьшением размеров увеличивается удельная прочность и целостность отдельных волокон. Кроме того, чем меньше частицы волокон, тем прозрачнее становится плёнка.

Результаты работы учёных опубликованы в журнале Carbohydrate Polymers (Углеводные полимеры) в январе 2014 года.

Facepla.net по материалам FARS

ропп