Целлюлоза, одно из самых распространенных органических соединений на Земле, служит краеугольным камнем в различных промышленных, коммерческих и научных приложениях благодаря своим уникальным свойствам. Целлюлоза, полученная в основном из стенок растительных клеток, представляет собой полисахарид, состоящий из связанных вместе единиц глюкозы, что делает ее сложным углеводом. Ее замечательная универсальность, биоразлагаемость и распространенность стимулировали множество применений в различных областях.、
Традиционные применения:
Производство бумаги и картона:
Целлюлозные волокна являются основным компонентом производства бумаги и картона.
Целлюлозная масса, полученная из древесины, хлопка или переработанной бумаги, подвергается переработке для создания широкого спектра бумажной продукции, включая газеты, журналы, упаковочные материалы и поверхности для письма.
Текстиль и одежда:
Хлопок, состоящий в основном из целлюлозных волокон, является основным текстильным материалом, используемым в производстве одежды.
Волокна на основе целлюлозы, такие как вискоза, модал и лиоцелл, производятся с помощью химических процессов и находят применение в одежде, домашнем текстиле и промышленных изделиях.
Строительные материалы:
Материалы на основе целлюлозы, такие как древесина и изделия из нее, например, фанера и ориентированно-стружечные плиты (OSB), являются неотъемлемой частью строительства для каркаса, изоляции и отделки.
Пищевая промышленность:
Производные целлюлозы, такие как метилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза, служат загустителями, стабилизаторами и наполнителями в пищевых продуктах.
Пищевые волокна, извлекаемые из целлюлозы, влияют на текстуру и пищевую ценность различных продуктов питания.
Фармацевтика:
Целлюлоза используется в качестве вспомогательного вещества в фармацевтических составах, обеспечивая связывающие, дезинтегрирующие и контролируемые высвобождения свойства в таблетках и капсулах.
Гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ) и микрокристаллическая целлюлоза являются распространенными производными целлюлозы, используемыми в фармацевтической промышленности.
Новые приложения:
Биосовместимые пленки и покрытия:
Нанокристаллы целлюлозы (НЦ) и нанофибриллы целлюлозы (НФ) представляют собой наночастицы целлюлозы с исключительной механической прочностью и барьерными свойствами.
Эти наноцеллюлозные материалы изучаются для применения в биоразлагаемой упаковке, покрытиях для пищевых продуктов и фармацевтических препаратов, а также в перевязочных материалах.
3D-печать:
Целлюлозные волокна, полученные из древесной массы или других источников целлюлозы, используются в качестве сырья для 3D-печати.
Биоразлагаемость, возобновляемость и низкая токсичность целлюлозных волокон делают их привлекательными для применения в устойчивом производстве.
Устройства хранения энергии:
Материалы на основе целлюлозы исследуются на предмет использования в устройствах хранения энергии, таких как суперконденсаторы и батареи.
Углеродные материалы на основе целлюлозы демонстрируют перспективные электрохимические свойства, включая большую площадь поверхности, хорошую электропроводность и механическую прочность.
Биомедицинские применения:
Целлюлозные каркасы используются в тканевой инженерии для целей регенеративной медицины.
Биоразлагаемые материалы на основе целлюлозы служат в качестве носителей для доставки лекарств, повязок для заживления ран и каркасов для культивирования клеток и регенерации тканей.
Очистка воды:
Адсорбенты на основе целлюлозы применяются для очистки воды и сточных вод.
Модифицированные целлюлозные материалы эффективно удаляют загрязняющие вещества, такие как тяжелые металлы, красители и органические вещества из водных растворов посредством процессов адсорбции.
Электроника и оптоэлектроника:
Прозрачные проводящие пленки и подложки из нанокристаллов целлюлозы исследуются для использования в гибкой электронике и оптоэлектронных устройствах.
Материалы на основе целлюлозы обладают такими преимуществами, как прозрачность, гибкость и устойчивость по сравнению с традиционными электронными материалами.
Перспективы на будущее:
Биопластики:
Биопластики на основе целлюлозы обещают стать устойчивой альтернативой традиционным пластикам на основе нефти.
Ведутся работы по разработке полимеров на основе целлюлозы с улучшенными механическими свойствами, биоразлагаемостью и технологическими характеристиками для широкого использования в упаковке, потребительских товарах и автомобильной промышленности.
Умные материалы:
Функционализированные целлюлозные материалы разрабатываются как интеллектуальные материалы с адаптивными свойствами, включая высвобождение лекарственных препаратов в ответ на раздражители, способность к самовосстановлению и восприятие окружающей среды.
Эти современные материалы на основе целлюлозы имеют потенциальное применение в здравоохранении, робототехнике и мониторинге окружающей среды.
Нанотехнологии:
Ожидается, что дальнейшие исследования наноцеллюлозных материалов, включая нанокристаллы и нанофибриллы целлюлозы, откроют новые возможности их применения в таких областях, как электроника, фотоника и наномедицина.
Интеграция целлюлозных наноматериалов с другими нанокомпонентами может привести к созданию новых гибридных материалов с индивидуальными свойствами для конкретных областей применения.
Круговая экономика:
Достижения в области технологий переработки целлюлозы и процессов биопереработки способствуют развитию экономики замкнутого цикла для материалов на основе целлюлозы.
Замкнутые системы для восстановления и регенерации целлюлозы открывают возможности минимизации отходов, снижения воздействия на окружающую среду и повышения эффективности использования ресурсов.
Значение целлюлозы выходит далеко за рамки ее традиционных ролей в производстве бумаги и текстиля. Благодаря постоянным исследованиям и инновациям целлюлоза продолжает вдохновлять новые применения в различных отраслях промышленности, обеспечивая устойчивость, функциональность и производительность материалов и продуктов. Поскольку общество все больше уделяет первостепенное внимание охране окружающей среды и эффективности ресурсов, целлюлоза остается ценным и универсальным ресурсом для решения настоящих и будущих проблем.
Время публикации: 28-03-2024