Производство КМЦ из нетрадиционных прекурсорных материалов

Помимо традиционных целлюлозных прекурсоров растительного происхождения, некоторые отходы текстильной промышленности (например, трикотажный ветошь, хлопковый линтер) а также регулярно используемые бытовые и офисные продукты (например, офисная макулатура, бумажный шлам, текстильные отходы и т. д.) доступны практически бесплатно, что может быть использовано для синтеза КМЦ. Производство КМЦ и его различных композитов для многочисленных применений из этих отходов снижает производственные затраты и играет жизненно важную роль в предотвращении загрязнения окружающей среды.

Например, хлопковый линтер является отходом хлопкоочистительных фабрик. В 1954 году Отт и др. обнаружили, что почти 3–5% хлопковых волокон теряется в виде хлопкового линтера, который в сыром виде содержит высокий процент целлюлозы (около 90%). Следовательно, из них можно синтезировать различные марки продуктов КМЦ для многочисленных применений. Несколько лет назад Джахан и др. (2007) сообщили о простом синтезе водорастворимой КМЦ из хлопкового линтера, которая продемонстрировала приемлемую степень замещения (DS) с высокой вязкостью. В другом исследовании Хивечи и др. (2015) сообщили об экономичном, экологически чистом процессе синтеза КМЦ из хлопкового линтера с использованием ультразвукового и микроволнового излучения, что облегчило традиционный подход (т. е. алкилирование-этерификация) производства КМЦ.

Факрул Алам и Мондал (2012) синтезировали карбоксиметилированную целлюлозу из трикотажной ветоши, которая является распространенным отходом почти всех текстильных производств и содержит высокий процент β-целлюлозы (например, 95–98%). Для исследования влияния многократных стадий карбоксиметилирования на качество и марку КМЦ авторы провели семь последовательных стадий карбоксиметилирования, используя те же экспериментальные условия и химикаты, перечисленные в Дополнительных материалах (Таблица S2). Многократное карбоксиметилирование неочищенной целлюлозы продемонстрировало высокий выход (%) КМЦ, степень замещения (DS), молекулярную массу и растворимость в воде. Более конкретно, при первом карбоксиметилировании значение DS и выход полученной КМЦ составили всего 0,91 и 360% соответственно. Напротив, после семикратного повторения процесса эти значения достигли 2,84 и 1494% соответственно.

Недавно Ли и др. (2020) синтезировали КМЦ из офисной макулатуры для изготовления экологически чистого, недорогого средства для подавления пыли. Однако за несколько лет до этого Джоши и его коллеги (2015) продемонстрировали возможность синтеза КМЦ из смешанной офисной макулатуры после ее обезжиривания и размола. Стоит отметить, что обезжиривание является древним процессом повторного использования макулатуры. Частицы чернил удаляются с поверхности волокон либо химическими методами, такими как щелочное кипячение. Диспергированные частицы чернил удаляются из суспензий волокон методом флотации]. Таким образом, тысячи тонн макулатуры, ежедневно получаемой из различных офисов и промышленных предприятий, могут быть использованы в качестве обильного прекурсора КМЦ. Таблица S2 в Дополнительных материалах содержит подборку наиболее перспективных исследований, основанных на синтезе КМЦ из таких отходов целлюлозных материалов. Мы кратко изложили их основную суть.