СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ (ОБЗОР)

УДК 630*863

  • Болтовский Валерий Станиславович – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры химической переработки древесины. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: v-boltovsky@rambler.ru

Ключевые слова: целлюлоза, растительное сырье, лигноцеллюлозные материалы, способы гидролиза, микрокристаллическая целлюлоза.

Для цитирования: Болтовский В. С. Способы получения микрокристаллической целлюлозы // Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. 2021. № 1 (241). С. 40–50. DOI: https://doi.org/10.52065/2520-2669-2021-241-1-40-50.

Аннотация

В статье приведен обзор литературы по способам получения наиболее широко используемого порошкового целлюлозного материала – микрокристаллической целлюлозы – из различных видов целлюлозы (хлопковой, древесной и др.), лигноцеллюлозных материалов (однолетних растений, древесных полуфабрикатов и древесины, отходов производств по переработке растительного сырья).

Микрокристаллическая целлюлоза вследствие своих свойств – предельной степени полимеризации, высокой степени кристалличности и др. – в настоящее время находит широкое применение в фармацевтической, медицинской, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Наиболее распространенным способом получения микрокристаллической целлюлозы является гидролиз целлюлозы и лигноцеллюлозных материалов с использованием в качестве катализаторов водных растворов различных преимущественно минеральных кислот (серной, соляной, азотной и их смесей).

В настоящее время опубликованы наряду с традиционными методами различные новые способы получения микрокристаллической целлюлозы, в частности с использованием парового взрыва (автогидролиза-взрыва) и ультразвуковой обработки, обеспечивающие повышение эффективности процессов ее получения.

В данной статье выполнен обзор наиболее распространенных и новых способов получения микрокристаллической целлюлозы на основе анализа публикаций в научной литературе и патентных источников.

Список литературы

  1. Miller J. Nanocellulose Producers, Products and Applications: A Guide for End Users. Atlanta: TAPPI Press, 2017. 160 p.
  2. Miller J. Nanocellulose Challenges and Opportunities: End Users Perspectives. Atlanta: TAPPI Press, 2018. 75 p.
  3. Петропавловский Г. А., Котельникова Н. Е. Микрокристаллическая целлюлоза (обзор) // Химия древесины. 1976. № 6. С. 3–21.
  4. Аутлов С. А., Базарнова Н. Г., Кушнир Е. Ю. Микрокристаллическая целлюлоза: структура, свойства и области применения (обзор) // Химия растительного сырья. 2013. № 3. С. 33–41. DOI: 10.14258/jcprm.1303033.
  5. Современные вспомогательные вещества в производстве различных лекарственных форм / Т. А. Сокольская [и др.] // Химико-фармацевтический журнал. 2010. № 10. С. 22–28.
  6. Щербакова Т. П., Котельникова Н. Е., Быховцева Ю. В. Сравнительное изучение образцов порошковой и микрокристаллической целлюлозы различного природного происхождения. Физико-химические характеристики // Химия растительного сырья. 2011. № 3. С. 33–42.
  7. Диспергированная микрокристаллическая целлюлоза и гидрогели на ее основе / А. А. Сарымсаков [и др.] // Химия растительного сырья. 2014. № 2. С. 11–16.
  8. Атаханов А. А. Получение, структура, свойства и технология производства хлопковой, микрокристаллической и наноцеллюлозы: автореф. дис. … д-ра техн. наук: 02.00.12. Ташкент, 2016. 31 с.
  9. Method for preparing microcrystalline cellulose: pat. CN 103726378, IPC С08B 15/02. № CN201310729640; publ. date 29.04.2015. URL: https://patents.google.com/patent/CN104558211A/102808347 (date of access: 03.03.2019).
  10. Способ непрерывного гидролиза для получения микрокристаллической целлюлозы: пат. RU 2669845, МПК С08B 15/02. № 2018102867; заявл. 25.01.2018; опубл. 16.10.2018. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2669845C1_20181016 (дата обращения: 03.03.2019).
  11. Method for producing microcrystalline cellulose: pat. US 5769934. № 5769934; publ. date 23.06.1998. URL: https://patents.google.com/patent/US5769934A (date of access: 03.03.2019).
  12. Кушнир Е. Ю., Аутлов С. А., Базарнова Н. Г. Получение микрокристаллической целлюлозы непосредственно из древесины под воздействием микроволнового излучения // Химия растительного сырья. 2014. № 2. С. 41–50. DOI: 10.14258/jcprm.1402041.
  13. Ахметшин И. Р. Получение микрокристаллической целлюлозы из лигноцеллюлозного материала, активированного паровзрывной обработкой: дис. … канд. техн. наук: 05.21.03. Казань, 2003. 133 с.
  14. Способ получения микрокристаллической целлюлозы из автогидролизованной древесины: пат. RU 2395636, МПК D21B 1/36, D21С 1/04, C08B 1/00, C08B 15/02. № 2009126875; заявл. 13.07.2009; опубл. 27.07.2010. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2395636C1_20100727 (дата обращения: 03.03.2019).
  15. Al-muaikel N. S. The contribution of biopolymers to pharmaceutical industry: Evaluation of cellulose processed from the hollow stems and leaves of common reed // Eur. Sci. J. 2012. № 8. Р. 58–65. DOI: 10.19044/esj.2012.v8n30p%25p.
  16. Способ получения микрокристаллической целлюлозы: пат. RU 2147057, МПК D21C 9/00, С08B 1/02. № RU99117051A; заявл. 04.08.1999; опубл. 27.03.2000. URL: https://patents.google.com/patent/RU2147057C1/ru (дата обращения: 03.03.2019).
  17. Способ получения микрокристаллической целлюлозы: пат. RU 2178033, МПК D21C 1/04, С08B 15/00. № 2006126226; заявл. 04.08.1999; опубл. 10.01.2002. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2312110C1_20071210 (дата обращения: 03.03.2019).
  18. Agblevor F. A., Ibrahim M. M., El-Zawawy W. K. Coupled acid and enzyme mediated production of microcrystalline cellulose from corn cob and cotton gin waste // Cellulose. 2007. № 14. Р. 247–256. DOI: 10.1007/s10570-006-9103-y.
  19. Suvachittanont S., Ratanapan Р. Optimization of microcrystalline cellulose production from corn cob for pharmaceutical industry investment // J. Chem. Chem. Eng. 2013. № 7. Р. 1136–1141. DOI: 10.12691/nnr-4-1-3.
  20. Suesat J., Suwanruji P. Preparation and properties of microcrystalline cellulose from corn residues // Adv. Mater. Res. 2011. Vol. 3, № 1. Р. 1781–1784. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.332-334.1781.
  21. Chauhan H., Foresti M. L., Vázquez А. Nanocellulose patents trends: A comprehensive review on patents oncellulose nanocrystals, microfibrillated and bacterial cellulose // Recent. Pat. Nanotechnol. 2013. № 7. Р. 56–80. DOI: 10.2174/1872210511307010056.
  22. Preparation of microcrystalline cellulose from waste-cotton fabric for biodegradability enhancement of natural rubber sheets / S. Chuayjuljit [et al.] // J. Reinf. Plast. Compos. 2009. № 28. Р. 1245–1254. DOI: 10.1177/0731684408089129.
  23. Способ получения микрокристаллической целлюлозы: пат. RU 2155192, МПК С08B 15/02. № 99116394/04; заявл. 04.08.1999; опубл. 27.08. 2000. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2155192C1_20000827 (дата обращения: 03.03.2019).
  24. Battista O. A., Smith P. A. Microcrystalline cellulose // Industr. Tng. Chem. 1962. Vol. 54. P. 20–29. DOI: 10.1021/ie50633a003.
  25. Stupińska H., Iller Е., Zimek E. An environment-friendly method to prepare microcrystalline cellulose // East. Eur. 2007. № 15. Р. 167–172.
  26. Steige H., Philipp B. Charakterisierung und Anwendung mikrokristalliner Zellulose // Zellstoff und Papier. 1974. Tom 23, № 3. S. 68–73.
  27. Level-off d.p. cellulose products: pat. US 2978446. Publ. date 04.04.1961. URL: https://patents.google.com/patent/US2978446A/en (date of access: 03.03.2019).
  28. Способ получения микрокристаллической целлюлозы: пат. RU 2528261, МПК С08B 15/00, D21C 9/00. № 2013112914/05; заявл. 22.03.2013; опубл. 10.09.2014. URL: http://yandex.ru/patents/doc/RU2528261C1_20140910 (дата обращения: 03.03.2019).
  29. Способ получения микрокристаллической целлюлозы: пат. RU 2620797, МПК С21С 9/00, С08B 15/00, С08B 1/00. № 2011611732А; заявл. 04.05.2016; опубл. 29.05.2017. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2620797C1_20170529 (дата обращения: 03.03.2019).
  30. Способ получения микрокристаллической целлюлозы: пат. RU 2343160, МПК С08B 15/00, С08B 15/00. № RU2005101358/04A; заявл. 27.07.2003; опубл. 10.01.2009. URL: https://patents.google.com/patent/RU2343160C2/ru (дата обращения: 03.03.2019).
  31. Production of microcrystalline cellulose by reactive extrusion: pat. US 6228213. № US09/154,376; publ. date 08.05.2001. URL: https://patents.google.com/patent/US6228213B1/en?oq=6228213 (date of access: 03.03.2019).
  32. Ульмасова Б. Т. Физико-химические аспекты переработки низкосортных волокнистых отходов тонковолокнистого хлопка: автореф. дис. … канд. техн. наук: 02.00.04 / Акад. наук Респ. Таджикистан, Ин-т химии. Душанбе, 1998. 90 с.
  33. Microcrystalline cellulose: pat. US 6392034. № US09/728,419; publ. date 21.05.2002. URL: https://patents.google.com/patent/US6392034B1/en?oq=6392034 (date of access: 03.03.2019).
  34. Способ получения микроцеллюлозы: пат. RU 2579395, МПК C08B 15/02 (2006.01). №2012155798/05; заявл. 07.06.2011; опубл. 10.04.2016. URL: http://www.freepatent.ru/patents/2579395 (дата обращения: 03.03.2019).
  35. Preparation of microcrystalline cellulose from rice straw under microwave irradiation / Fan Guo-Zhi [et al.] // J. Appl. Polym. Sci. 2017. № 22. P. 134. DOI: 10.1002/app.44901
  36. Synthesis and characterization of microcrystalline cellulose powder from corn husk fibres using bio-chemical route / N. D. Kambli [et al.] // Cellulose. 2017. Vol. 24, № 12. P. 5355–5369. DOI: 10.1007/s10570-017-1522-4.
  37. Сунайт В. Н. Получение порошковой целлюлозы из древесной массы: дис. … канд. техн. наук: 05.21.03. СПб., 2019. 134 с.
Поступила 08.10.2020