Celuloza, jeden z najpowszechniej występujących związków organicznych na Ziemi, ze względu na swoje unikalne właściwości stanowi kamień węgielny w różnych zastosowaniach przemysłowych, handlowych i naukowych.Pochodząca głównie ze ścian komórkowych roślin, celuloza jest polisacharydem złożonym z połączonych ze sobą jednostek glukozy, co czyni ją złożonym węglowodanem.Jego niezwykła wszechstronność, biodegradowalność i obfitość stały się bodźcem do wielu zastosowań w różnych dziedzinach.
Tradycyjne zastosowania:
Produkcja papieru i tektury:
Włókna celulozowe są podstawowym składnikiem produkcji papieru i tektury.
Masa celulozowa pochodząca z drewna, bawełny lub papieru makulaturowego jest poddawana obróbce w celu wytworzenia szerokiej gamy produktów papierowych, w tym gazet, czasopism, materiałów opakowaniowych i powierzchni do pisania.
Tekstylia i odzież:
Bawełna, składająca się głównie z włókien celulozowych, jest podstawowym materiałem tekstylnym stosowanym w produkcji odzieży.
Włókna na bazie celulozy, takie jak sztuczny jedwab, modal i lyocell, są wytwarzane w procesach chemicznych i znajdują zastosowanie w odzieży, tekstyliach domowych i produktach przemysłowych.
Materiały budowlane:
Materiały na bazie celulozy, takie jak drewno i produkty z drewna konstrukcyjnego, takie jak sklejka i płyta o wiórach zorientowanych (OSB), stanowią integralną część konstrukcji w zakresie szkieletu, izolacji i wykończenia.
Przemysł spożywczy:
Pochodne celulozy, takie jak metyloceluloza i karboksymetyloceluloza, służą jako zagęszczacze, stabilizatory i środki wypełniające w produktach spożywczych.
Błonnik pokarmowy ekstrahowany z celulozy wpływa na teksturę i wartość odżywczą różnych produktów spożywczych.
Farmaceutyki:
Celuloza jest stosowana jako substancja pomocnicza w preparatach farmaceutycznych, zapewniająca właściwości wiązania, rozpadu i kontrolowanego uwalniania w tabletkach i kapsułkach.
Hydroksypropylometyloceluloza (HPMC) i celuloza mikrokrystaliczna są powszechnymi pochodnymi celulozy stosowanymi w zastosowaniach farmaceutycznych.
Nowe aplikacje:
Biokompatybilne folie i powłoki:
Nanokryształy celulozy (CNC) i nanofibryle celulozy (CNF) to nanocząstki celulozy o wyjątkowej wytrzymałości mechanicznej i właściwościach barierowych.
Te materiały nanocelulozowe są badane pod kątem zastosowania w opakowaniach biodegradowalnych, powłokach do żywności i farmaceutyków oraz opatrunkach na rany.
drukowanie 3d:
Włókna celulozowe pochodzące z miazgi drzewnej lub innych źródeł celulozy są wykorzystywane jako surowiec do druku 3D.
Biodegradowalność, odnawialność i niska toksyczność włókien celulozowych czynią je atrakcyjnymi do zastosowań w zrównoważonej produkcji.
Urządzenia magazynujące energię:
Badane są materiały na bazie celulozy pod kątem zastosowania w urządzeniach do magazynowania energii, takich jak superkondensatory i baterie.
Materiały węglowe na bazie celulozy wykazują obiecujące właściwości elektrochemiczne, w tym dużą powierzchnię, dobrą przewodność elektryczną i wytrzymałość mechaniczną.
Zastosowania biomedyczne:
Rusztowania celulozowe są wykorzystywane w inżynierii tkankowej do zastosowań w medycynie regeneracyjnej.
Biodegradowalne materiały na bazie celulozy służą jako nośniki leków, opatrunki gojące rany i rusztowania do hodowli komórkowej i regeneracji tkanek.
Uzdatnianie wody:
Adsorbenty na bazie celulozy stosowane są do oczyszczania wody i oczyszczania ścieków.
Modyfikowane materiały celulozowe skutecznie usuwają zanieczyszczenia, takie jak metale ciężkie, barwniki i zanieczyszczenia organiczne z roztworów wodnych poprzez procesy adsorpcji.
Elektronika i Optoelektronika:
Badane są przezroczyste folie przewodzące i podłoża wykonane z nanokryształów celulozy pod kątem zastosowania w elastycznych urządzeniach elektronicznych i optoelektronicznych.
Materiały na bazie celulozy oferują takie zalety, jak przezroczystość, elastyczność i zrównoważony rozwój w porównaniu z konwencjonalnymi materiałami elektronicznymi.
Perspektywy na przyszłość:
Biotworzywa:
Biotworzywa na bazie celulozy są obiecujące jako zrównoważone alternatywy dla konwencjonalnych tworzyw sztucznych na bazie ropy naftowej.
Trwają wysiłki mające na celu opracowanie polimerów pochodnych celulozy o ulepszonych właściwościach mechanicznych, biodegradowalności i właściwościach przetwórczych do powszechnego stosowania w opakowaniach, towarach konsumpcyjnych i zastosowaniach motoryzacyjnych.
Inteligentne materiały:
Opracowywane są funkcjonalizowane materiały celulozowe jako inteligentne materiały o właściwościach responsywnych, w tym uwalnianiu leków pod wpływem bodźców, zdolnościach do samoleczenia i wykrywaniu środowiska.
Te zaawansowane materiały na bazie celulozy mają potencjalne zastosowania w opiece zdrowotnej, robotyce i monitorowaniu środowiska.
Nanotechnologia:
Oczekuje się, że dalsze badania nad materiałami nanocelulozowymi, w tym nanokryształami i nanofibrylami celulozy, odblokują nowe zastosowania w takich dziedzinach, jak elektronika, fotonika i nanomedycyna.
Integracja nanomateriałów celulozowych z innymi składnikami w nanoskali może prowadzić do powstania nowych materiałów hybrydowych o właściwościach dostosowanych do konkretnych zastosowań.
Gospodarka o obiegu zamkniętym:
Postępy w technologiach recyklingu celulozy i procesach biorafinerii przyczyniają się do rozwoju gospodarki o obiegu zamkniętym w przypadku materiałów na bazie celulozy.
Systemy odzysku i regeneracji celulozy w obiegu zamkniętym oferują możliwości minimalizacji odpadów, ograniczenia wpływu na środowisko i zwiększenia efektywności wykorzystania zasobów.
Znaczenie celulozy wykracza daleko poza jej tradycyjną rolę w papiernictwie i tekstyliach.Dzięki ciągłym badaniom i innowacjom celuloza w dalszym ciągu inspiruje nowatorskie zastosowania w różnych branżach, przyczyniając się do zrównoważonego rozwoju, funkcjonalności i wydajności materiałów i produktów.Ponieważ społeczeństwo coraz bardziej stawia na pierwszym miejscu zarządzanie środowiskiem i efektywne gospodarowanie zasobami, celuloza pozostaje cennym i wszechstronnym zasobem umożliwiającym sprostanie obecnym i przyszłym wyzwaniom.
Czas publikacji: 28 marca 2024 r