Современные технологии переработки составляющих льна для производства продукции различного назначения

В мировой практике основным сырьем для изготовления продукции различного назначения используют в первую очередь сырье, которое доступное для промышленности [1]. Лен и конопля является сырьем, которое находится в достаточном количестве и легко восстанавливается.

В настоящее время актуальным для промышленности является производство волокнистых полуфабрикатов. Поскольку хлопок является труднодоступным импортированным сырьем, то переработка лубо-волокнистых растений выходит на первое место. Высокая стоимость переработки хлопка создает необходимость формирования собственной отечественной волокнистой базы для предприятий различного назначения.

Номенклатура ресурсов побочных продуктов сельского хозяйства, которые могут быть использованы в качестве сырья в промышленности, является значительной. Из всех видов недревесного растительного сырья, которое пригодно для получения котонина, ваты и целлюлозы, являются льно-конопляные и хлопчатобумажные отходы. По своим свойствам все эти виды недеревинного сырья можно разделить на две группы [2].

К первой группе относятся волокна льна, конопли, джута; хлопчатобумажные и прядильные отходы с разной степенью закостренности, содержащие 75‒85 % целлюлозы, 1‒2 % лигнина, которые обладают крепкими и длинными волокнами, размером до 10 мм и более.

Вторая группа включает другие указанные виды сырья, содержащие от 35 до 52 % целлюлозы, 13‒22 % лигнина, 18‒27 % пентозанов. Волокна в них короче волокна растений первой группы и хвойной древесины.

В первую группу входят наиболее ценные виды сырья, применяемые для производства специальных высококачественных дорогих видов продукции. Потребность сырья для изготовления данных видов продукции сравнительно невелика и при правильном планировании может быть полностью удовлетворена. Для второй группы сырья нужны сложные химические обработки. Это сырье может быть использовано для выработки многих видов продукции, в том числе для производства тарного картона.

Получение волокон в процессе первичной обработки лубяных культур сопровождается выходом большого количества костры, выделяемой в виде отходов. При промышленном способе переработки льна объем костры и сорных примесей составляет около 60 % от всего веса льняной тресты, при переработке конопляной тресты – 65‒70 %. На 2‒х, 4‒х агрегатных заводах первичной обработки лубяных волокон ежегодно скапливается 10‒20 тыс. тонн костры, что загрязняет территорию предприятия и создает антисанитарные условия труда [3].

Также можем наблюдать, что при уборке льна масличного часто стебли просто покидают на полях или сжигают, что приводит к возникновению экологически опасных ситуаций.

Сейчас в Украине, как и во многих странах мира, остро встала проблема ухудшения социальноэкономических и экологических условий, которые серьезно влияют на здоровье людей. Соответственно, в обществе сложились определенные требования к качеству материалов и изделий из них, это их функциональность, безопасность и гигиеничность. В результате наблюдается устойчивая тенденция роста потребительского спроса на товары, в состав которых входят только экологически чистые компоненты. Использование традиционных технических культур может предоставить возможность гарантировать расширение и экологизацию ассортимента готовой продукции, экологизацию технологий ее производства и эффективное использование возобновляемых ресурсов [4].

Лен имеет исключительное значение в процессе решения проблем экологизации товаров. Продукция, производимая на основе льняного материала, по своему технологическому уровню может удовлетворить как производственные, так и непроизводственные запросы всех членов общества.

Лен - один из традиционных видов сырья для Украины, которое является уникальным растением по своим гигиеническим свойствам. Составляющие льна и его свойства с успехом используют при производстве тканей для одежды как обычного, так и специального назначения, марли, ваты, других товаров медицинского, в том числе оборонного назначения, изделий различного технического применения, для производства целлюлозы и бумаги и т. д. [5, 6].

ФОРМУЛИРОВАНИЕ ЦЕЛЕЙ, ВЫДЕЛЕНИЕ НЕРЕШЕННЫХ ПРОБЛЕМ

Сначала всю костру и закостренное переработанное сырье на льнозаводах без остатка сжигали на небольших тепловых электростанциях, потом все это начали использовать для производства костроплит и брикетов, хотя учитывая их ценный химический состав, целесообразнее использовать в качестве сырья для текстильной, фармацевтической и целлюлознобумажной промышленности. Следовательно, возникла реальная необходимость создания полностью безотходного экологически чистого производства, которое позволит вовлечь в хозяйственный оборот дополнительные сырьевые ресурсы и существенно сократить технологический процесс производства продукции различного назначения.

Учитывая вышеизложенное, особую актуальность приобретает вопрос разработки энергосберегающих и экономически недорогих способов получения котонина, ваты и целлюлозы из собственных сырьевых запасов Украины, для замещения импортируемого сырья, которое в настоящее время используется в промышленности.

СРЕДСТВА И МЕТОДЫ

Костра является древесной частью лубяных растений. Костра - сложный комплекс полимерных органических веществ. В зависимости от условий выращивания и сроков уборки содержание основных компонентов льна колеблется в широких пределах. Установлено, что в костре содержатся целлюлоза, лигнин, водорастворимые вещества, зола и пектиновые вещества.

В ходе переработки лубяных культур получают значительный процент закостренного волокна (более 80 %), для дальнейшего применения которого необходимо провести дополнительные операции очистки. При очистке получаем волокно, пригодное для применения в текстильной, фармацевтической и целлюлозно-бумажной промышленности, и очищенную костру, которая может быть использована в целлюлозно-бумажной промышленности. Химический состав закостренного льняного волокна представлен в таблице 1. Проведенный физико-химический анализ льняных отходов, а именно закостренного льняного волокна, показал, что волокна и костра содержит комплекс ценных органических веществ. Поэтому целесообразно использовать отходы льна для разработки ресурсосберегающих технологий для получения котонина, ваты и целлюлозы.

Таблица 1 - Химический состав закостренного льняного волокна

№ п/п	Показатели	Закостренное волокно
		волокно	костра
1	Целлюлоза	63,4-76,4	46,0-52,0
2	Лигнин	2,4-4,9	26,3
3	Пентозаны	9,3-11,0	21,0-22,0
4	Вещества, экстрагируемые горячей водой	5,3-13,3	3,0-4,0
5	1 %-ый раствор NaOH	12,6	17
6	Спиртовой бензол	3,3	2,2
7	Зола	3,0-3,5	1,0-2,5

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Учитывая нынешнее состояние отечественной текстильной, фармацевтической и целлюлознобумажной промышленности, которые находятся в затруднительном положении, поиск альтернативных способов получения продукции различного функционального назначения из однолетних растений является важной задачей современности. Следовательно, особую актуальность приобретает вопрос разработки способов получения котонина, ваты и целлюлозы из льняного волокна, в которых за счет технологических особенностей возможно было бы уменьшить количество технологических операций и улучшить показатели их качества.

Учеными Херсонского национального технического университета были разработаны технологии получения котонина, ваты и целлюлозы с лубяного сырья – льна масличного, льна-долгунца и конопли – для дальнейшего получения продукции различного назначения. Данные технологии были разработаны в 2010‒2014 гг. Показатели качества полученных волокнистых полуфабрикатов определяли по действующим стандартам [7-9].

Все процессы получения полуфабрикатов сводятся к освобождению их от других сопутствующих веществ, содержащихся в растительной ткани, известными традиционными способами. При выборе сырья и изменении методов и условий обработки возможно получить волокнистые полуфабрикаты, которые в различной степени освобождены от посторонних веществ, которые будут иметь необходимые свойства [10‒11]. Определение функционального назначения лубяных волокон по их основным физико-механическим характеристикам представлено в таблице 2.

Для раскрытия применения закостренного волокна в целлюлозно-бумажной промышленности провели дополнительные исследования, по которым получили качественные характеристики бумаги с костры льна, приведенные в таблице 3.

Данные таблицы 3 указывают на то, что физикомеханические показатели писчей бумаги с содержанием 30‒50 % целлюлозы с костры льна вполне удовлетворительные. Оценка свойств целлюлозы с льняной костры показала возможность получения технической целлюлозы и ее использование в изготовлении композиционной писчей бумаги различного назначения.

На основе обобщения теоретических и экспериментальных исследований предложено устанавливать пригодность закостренного лубяного волокна для применения в различных отраслях промышленного производства по физико-химическим характеристикам, таким как средняя массодлина, линейная плотность, содержание костры и сорных примесей.

ВЫВОДЫ

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований в работе предложены способы получения котонина, ваты и целлюлозы из зако-стренного лубяного волокна, в которых за счет особенностей технологического процесса возможно получить качественную продукцию различного функционального назначения, которая отвечает соответствующим требованиям нормативной документации. В отличие от традиционных длительных и трудоемких способов получения целлюлозосодержащих полуфабрикатов предложены способы, позволяющие снизить энергозатраты и получить за меньшую длительность технологического процесса продукцию надлежащего качества.

Таблица 2 ‒ Определение функционального назначения лубяных волокон по их основным физикомеханическим характеристикам

№ п/п	Показатели качества лубяного сырья	Область применения
		текстильная		фармацевтическая		целлюлознобумажная
		ТУ 17 У 00306710.079-2000 «Котонин с короткого льняного волокна. Технические условия»	Результаты исследо вания	ГОСТ 5556-81 «Вата медицинская гигроскопиче-ская. Технические условия»	Результаты исследо вания	ГОСТ 15815-83 «Щепа технологическая. Технические условия»	Результаты исследо вания
1	Содержание костры и сорных примесей, не более %	1,0-4,0	1,4-1,6	1,5-2,0	1,2-1,4	1,0-3,0	1,4-1,5
2	Линейная плотность, текс	0,1-1,0	0,9-1,0	0,2-1,0	0,8-0,9	не более 5 мм	0,6-0,8
3	Средняя мас-содлина, мм	25,0-36,0	40,0	18,5-30,0	30,0	15,0-25,0	20,0

Таблица 3 ‒ Физико-механические показатели писчей бумаги

Показатели качества	Марки писчей бумаги
	№ 0	№ 1	№ 2
Масса 1 м2, г	65	63	63
Массовая доля волокон в бумаге, % целюлоза из костры сульфитная целлюлоза	30,0 70,0	40,0 60,0	50,0 50,0
Проклеивание, мм, не менее	1,25	1,25	1,00
Зольность, %, не менее	6,0	6,0	6,0
Белизна бумаги, %	80	80	70
Разрывная длина, м	3000	2600	2300
Засоренность (0,5-2 мм), в месте наибольшего измерения на площади 1 м2	125	125	200

Определено функциональное назначение лубяных волокон по их физико-механическим характеристикам: линейной плотности, содержания костры, сорных примесей и средней массодлины.

Установлено, что при длине волокна 40 мм получают волокно, наиболее подходящее для применения в текстильной промышленности для изготовления смешанной пряжи, а по длине 30 мм получают волокно, которое можно использовать для изготовления санитарно-гигиенических изделий, а при длине 20 мм – волокно для производства целлюлозы.

На основе вышеизложенного, можно сделать вывод, что использование недорогого ежегодно возобновляемого лубяного сырья может стать дополнительным источником для отечественной текстильной, фармацевтической и целлюлозно-бумажной промышленности и будет способствовать решению проблемы импортозамещения, а, следовательно, и развитию региональной отраслевой промышленности и в целом экономики Украины.