Nanocellulose from reed stalks to improve the properties of paper for packaging food products

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorBarbash, V. A.
dc.contributor.authorYaschenko, O. V.
dc.contributor.authorGondovska, A. S.
dc.contributor.authorYakymenko, O. S.
dc.date.accessioned2023-08-09T08:38:14Z
dc.date.available2023-08-09T08:38:14Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractBackground. The development of technologies for obtaining materials from plant raw materials, the use of which improves the consumer properties of cardboard and paper products and does not pollute the environment with harmful substances from synthetic polymers, is an urgent problem of our time. Objective. The purpose of the paper is to obtain pulp and nanocellulose from reed stalks by environmentally friendly methods and apply nanocellulose to improve the quality parameters of paper for packaging food products on automatic machines. Methods. To obtain pulp from reed stalks with a minimum residual content of lignin and minerals, two processing stages were used: alkaline extraction and organosolv cooking at a temperature of 97 ± 2 °C. Nanocellulose was obtained by the oxidation of organosolv reed pulp with 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) in the TEMPO / NaBr / NaClO system, which is more environmentally friendly than acid hydrolysis. The resulting nanocellulose was applied to paper samples from waste paper and sulphate unbleached pulp at a consumption from 1 to 3 g/m2 . Results. Organosolv pulp was obtained from reed stalks with a residual lignin content of 0.53 % and an ash content of 0.045 %, which was used to obtain nanocellulose. The resulting nanocellulose particles have a transverse size in the range of 5–20 nm, a length of up to several micrometers, and the tensile strength of nanocellulose films is up to 60 MPa. It is shown that the application of nanocellulose to the surface of the samples increases the breaking strength and breaking length, and reduces the surface absorbency of paper. It was determined that with a nanocellulose consumption of up to 3 g/m2 , paper samples have indicators that meet the requirements of the standard for paper for packaging food products on automatic machines. Conclusions. The use of nanocellulose from reed stalks as a hardening substance for paper production will allow replacing environmentally harmful polymer additives and up to 50 % of more expensive softwood pulp with waste paper, while maintaining paper quality indicators at the level of standard requirements.uk
dc.description.abstractotherПроблематика. Розроблення технологій отримання з рослинної сировини матеріалів, застосування яких покращує споживчі властивості картонно-паперової продукції та не забруднює довкілля шкідливими речовинами з синтетичних полімерів, є актуальною проблемою. Мета дослідження. Отримати екологічно безпечними способами целюлозу і наноцелюлозу зі стебел очерету та застосувати наноцелюлозу для покращення якісних параметрів паперу для пакування харчових продуктів на автоматах. Методика реалізації. Для отримання зі стебел очерету целюлози з мінімальним залишковим умістом лігніну та мінеральних речовин використовували дві стадії обробки: лужну екстракцію й органосольвентне варіння за температури 97 ± 2 °C. Наноцелюлозу отримували окисленням органосольвентної очеретяної целюлози 2,2,6,6-тетраметилпипередин-1-оксилом (ТЕМПО) в системі TEMPO / NaBr / NaClO, що є більш екологічним, ніж гідроліз кислотами. Отриману наноцелюлозу наносили на зразки паперу з макулатури та сульфатної невибіленої целюлози з витратою від 1 до 3 г/м2 . Результати дослідження. Отримано органосольвентну целюлозу зі стебел очерету з залишковим вмістом лігніну 0,53 % і зольністю 0,045 %, яку використали для отримання наноцелюлози. Одержані внаслідок окиснення частинки целюлози мали поперечний розмір 5–20 нм, довжину до декількох мікрометрів. Наноцелюлозні плівки мали високі механічні показники: щільність до 1,5 г/см3 і міцність на розрив до 60 МПа. Показано, що нанесення наноцелюлози на поверхню зразків збільшує розривну силу та розривну довжину, зменшує поверхневу вбирність паперу. Визначено, що з витратою наноцелюлози до 3 г/м2 зразки паперу мають показники, що відповідають вимогам стандарту до паперу для пакування харчових продуктів на автоматах. Висновки. Використання наноцелюлози зі стебел очерету як зміцнювальної речовини для виробництва паперу дасть змогу замінити екологічно шкідливі полімерні добавки та до 50 % більш вартісної целюлози на макулатуру зі збереженням показників якості паперу на рівні вимог стандарту.uk
dc.description.abstractotherПроблематика. Разработка технологий получения из растительного сырья материалов, применение которых улучшает потребительские свойства картонно-бумажной продукции и не загрязняет окружающую среду вредными веществам из синтетических полимеров, является актуальной проблемой. Цель исследования. Получить экологически безопасными способами целлюлозу и наноцеллюлозу из стеблей камыша и применить наноцеллюлозу для улучшения параметров качества бумаги для упаковки пищевых продуктов на автоматах. Методика реализации. Для получения из стеблей камыша целлюлозы с минимальным остаточным содержанием лигнина и минеральных веществ использовали две стадии обработки: щелочную экстракцию и органосольвентную варку при температуре 97 ± 2 °C. Наноцеллюлозу получали окислением органосольвентной камышовой целлюлозы 2,2,6,6-тетраметилпипередин-1-оксилом (ТЕМПО) в системе TEMPO / NaBr / NaClO, что является более экологичным, чем гидролиз кислотами. Полученную наноцеллюлозу наносили на образцы бумаги из макулатуры и сульфатной небеленой целлюлозы с расходом от 1 до 3 г/м2 . Результаты исследования. Получена органосольвентная целлюлоза из стеблей камыша с остаточным содержанием лигнина 0,53 % и зольностью 0,045 %, которую использовали для получения наноцеллюлозы. Полученные в результате окисления частицы целлюлозы имели поперечный размер 5–20 нм, длину до нескольких микрометров. Наноцеллюлозные пленки имели высокие механические показатели: плотность до 1,5 г/см3 и прочность на разрыв до 60 МПа. Показано, что нанесение наноцеллюлозы на поверхность образцов увеличивает разрывную силу и разрывную длину, уменьшает поверхностную впитываемость бумаги. Определено, что с расходом наноцеллюлозы до 3 г/м2 образцы бумаги имеют показатели, соответствующие требованиям стандарта к бумаге для упаковки пищевых продуктов на автоматах. Выводы. Использование наноцеллюлозы из стеблей камыша как упрочняющего вещества для производства бумаги позволит заменить экологически вредные полимерные добавки и до 50 % более стоимостной целлюлозы на макулатуру при сохранении показателей качества бумаги на уровне требований стандарта.uk
dc.format.pagerangePp. 90-96uk
dc.identifier.citationNanocellulose from reed stalks to improve the properties of paper for packaging food products / V. A. Barbash, O. V. Yaschenko, A. S. Gondovska, O. S. Yakymenko // Наукові вісті КПІ : міжнародний науково-технічний журнал. – 2021. – № 2(132). – С. 90–96. – Бібліогр.: 17 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/kpisn.2021.2.236944
dc.identifier.orcid0000-0002-7933-6038uk
dc.identifier.orcid0000-0003-3716-8707uk
dc.identifier.orcid0000-0002-9795-768Xuk
dc.identifier.orcid0000-0002-0996-8398uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/59062
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.relation.ispartofНаукові вісті КПІ: міжнародний науково-технічний журнал, № 2(132)uk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectreed stalkuk
dc.subjectorganosolv pulpuk
dc.subjectTEMPO-mediated oxidationuk
dc.subjectnanocelluloseuk
dc.subjectpaperuk
dc.subjectстебло очеретуuk
dc.subjectорганосольвентна целюлозаuk
dc.subjectТЕМПО-окисненняuk
dc.subjectнаноцелюлозаuk
dc.subjectпапірuk
dc.subjectстебель камышаuk
dc.subjectорганосольвентная целлюлозаuk
dc.subjectТЕМПО-окислениеuk
dc.subjectнаноцеллюлозаuk
dc.subjectбумагаuk
dc.subject.udc676.166.6+66.094.3-92+676.24uk
dc.titleNanocellulose from reed stalks to improve the properties of paper for packaging food productsuk
dc.title.alternativeНаноцелюлоза зі стебел очерету для покращення властивостей паперу для пакування харчових продуктівuk
dc.title.alternativeНаноцеллюлоза из стеблей камыша для улучшения свойств бумаги для упаковки пищевых продуктовuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
236944-549336-1-10-20210830.pdf
Розмір:
1.17 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
1.71 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Наукові вісті КПІ: міжнародний науково-технічний журнал, № 2(132)