سلولز لینتر پنبه: یک زیست ماده (Biomaterial) پایدار با قابلیت های نامحدود

Cotton Linter Cellulose: A Sustainable Biomaterial with Endless Possibilities

در دنیای امروز که منابع پایدار و تجدیدپذیر اهمیت فوق العاده ای یافته اند، سلولز لینتر پنبه به عنوان یکی از موارد مهم شناخته می شود. شرکت‌ها به دنبال جایگزین‌های دوستدار محیط زیست برای پلیمرهای مصنوعی هستند، از این رو اهمیت سلولز لینتر پنبه روزبه‌روز در حال افزایش است. علاوه بر استفاده از ضایعات کشاورزی ، این ماده جایگزینی تجدیدپذیر و تجزیه‌پذیر برای کاربردهای صنعتی نیز محسوب می شود.

لینتر پنبه چیست؟
قبل از پرداختن به فرآیند استخراج سلولز، باید ابتدا با لینتر پنبه به عنوان ماده اولیه آن آشنا شویم. بعد از برداشت دانه های پنبه، در دستگاه پنبه پاک کن (جینینگ) (Ginning)، الیاف بلند از دانه پنبه جدا می شوند. در ادامه دانه ها وارد دستگاه لینتر (Linter) شده و در این قسمت الیاف کوتاه از دانه جدا می شوند. اصطلاحاً به آنها لینتر پنبه اطلاق می شود و یکی از منابع اصلی تولید سلولز با خلوص بالا محسوب می شود که قبلاً نادیده گرفته شده و به عنوان ضایعات ریسندگی پنبه دور ریخته می شد. هرچند طول الیاف لینتر برای تولید منسوجات خیلی کوتاه است، اما سرشار از سلولز هستند و در حالت فرآوری‌شده، معمولاً بیش از ۹۵٪ سلولز خالص دارند.

بر اساس طول الیاف، سه نوع لینتر پنبه در بازار موجود است. 
1.لینتر برش اول (First cut linter): در صورتیکه الیاف یک بار فرایند دستگاه لینتر را طی کنند به آن ها لینتر برش اول گفته می شود. در این صورت طول الیاف بیش از ۱۳ میلی‌متر است و بالاترین کیفیت را دارا هستند. عمدتاً در تولید سدیم  CMC با ویسکوزیته بالا استفاده می‌شود. بطور مثال سدیم CMC درجه خوراکی FH5000، FH6000، FH7000 و غیره.
2.لینتر برش دوم (Second cut linter): در صورتیکه الیاف دو بار فرایند دستگاه لینتر را طی کنند به آن ها لینتر برش دوم گفته می شود. طول الیاف کمتر از ۱۳ میلی‌متر است و نسبت لینتر کمتر از ۳ میلی‌متر در آن کمتر از ۵۸٪ می‌باشد. این نوع بیشتر در تولید سدیم CMC با ویسکوزیته متوسط کاربرد دارد، مانند CMC خوراکی، FH2000، FH3000، FH4000 و غیره.
3.لینتر برش سوم در صورتیکه الیاف سه بار فرایند دستگاه لینتر را طی کنند به آن ها لینتر برش سوم گفته می شود.  (Third cut linter): طول الیاف کمتر از ۱۳ میلی‌متر است و نسبت لینتر کمتر از ۳ میلی‌متر در آن بیش از ۵۸٪ می‌باشد. این نوع عمدتاً در تولید سدیم CMC با ویسکوزیته پایین و همچنین در مخلوط با خمیر چوب استفاده می‌شود، مانند: CMC خوراکی، FH50، FH100، FH9، FH500، FH1000 و غیره.
لینتر پنبه مهم‌ترین ماده اولیه برای تولید سدیم کربوکسی‌متیل سلولز (CMC)  (Sodium Carboxymethyl Cellulose) محسوب می شود. سدیم کربوکسی متیل سلولز یک ماده جاذب رطوبت است که در صنایع مختلف به عنوان غلظت دهنده، پایدار کننده و جاذب رطوبت استفاده می شود. این ماده اولین بار در آلمان تولید شد و در حال حاضر یکی از پرکاربردترین هیدروکلوئیدها محسوب می شود. 

انواع C.M.C
سدیم کربوکسی متیل سلولز یک ماده جاذب رطوبت است که در صنایع مختلف به عنوان غلظت دهنده، پایدار کننده و جاذب رطوبت استفاده می شود. این ماده اولین بار در آلمان تولید شد و در حال حاضر یکی از پرکاربردترین هیدروکلوئیدها محسوب می شود. کربوکسی‌متیل سلولز انواع مختلفی دارد که عموما بر اساس کاربرد و مشخصات فنی دسته بندی می شود.  از این سلولز در صنایع غذایی، پلیمری، بهداشتی، شیمیایی و دارویی استفاده می شود. 
o صنایع شیرینی و شکلات
o نان 
o لبنیات و دسرهای لبنی
o آبمیوه و نوشیدنی های میوه ای
o بستنی 
o انواع سس
o انواع چسب ( کاغذ دیواری، کاشی و …)
o رنگ و رزین
o حفاری ( در چاه های نفتی )
o پتروشیمی
o کاشی و سرامیک
 
فرآیند تولید سلولز لینتر پنبه
برای استخراج سلولز از لینترهای پنبه و پاک‌سازی الیاف، از مجموعه‌ای از روش‌های مکانیکی و شیمیایی استفاده می‌شود. خلاصه گام‌به‌گام این فرآیند به شرح زیر است:
1. پاک‌سازی (De-linting and Cleaning):
برای حذف گرد و غبار، خورده های دانه پنبه و سایر ناخالصی‌ها، لینترهای خام پنبه تمیز می‌شوند. الیاف کوتاه مناسب با روش‌های مکانیکی جدا می‌شوند.
2. فرآوری شیمیایی و پخت (Chemical Treatment and Cooking):
برای تجزیه لیگنین، پکتین و همی‌سلولز، لینترهای تمیز شده معمولاً در محلول‌های شیمیایی حاوی باز (مانند هیدروکسید سدیم (سود سوزآور) و گاهی اوقات در محلول های اسیدی جوشانده می‌شوند. این مرحله به جداسازی سلولز خالص کمک می‌کند.
3. سفیدگری (Bleaching):
سلولز حاصل با استفاده از هیدروژن پراکسید (آب اکسیژنه) (hydrogen peroxide)یا مواد شیمیایی بدون کلر سفید می‌شود تا سفیدی و خلوص موردنظر به دست آید. این مرحله برای کاربردهای محصولات آرایشی یا دارویی اهمیت ویژه‌ای دارد.
4.تصفیه و خشک‌ کردن (Refining and Drying):
سلولز تصفیه شده و خشک می شود و بسته به کاربرد نهایی گاهی توسط بلندرها یا میکسرها خرد می شود  تا به صورت پودر درآید. محصول نهایی، سلولز لینتر پنبه‌ای با خلوص بالا و همگن می باشد.

ویژگی‌های سلولز لینتر پنبه
سلولز لینتر پنبه ویژگی‌های استثنایی فیزیکی و شیمیایی دارد، از این رو برای کاربردهای مختلف صنعتی بسیار ارزشمند است. این ویژگی ها عبارتند از:
• محتوای بالای سلولز: (High Cellulose Content) معمولاً بیش از ۹۵٪. این سلولز خالص‌تر و تصفیه‌شده‌تر از سلولز خمیر چوب است.
• زیست تجزیه پذیر (Biodegradability) :کاملاً قابل کمپوست و تجزیه زیستی بوده و به پایداری محیط زیست کمک می‌کند.
• ثبات شیمیایی (Chemical Stability) :عملکرد پایدار در دامنه وسیعی از pH و دما دارد.
• سفیدی و خلوص (Whiteness and Purity) : پس از سفیدگری، جهت مصرف در صنایع غذایی و دارویی مناسب می شود.
• ظرافت الیاف: (Fibre Fineness) به دلیل کوتاهی طول الیاف، برای کاربردهای دقیق، فیلم‌ها و محصولات آرایشی ایده‌آل است.
به دلیل این ویژگی‌ها، سلولز لینتر پنبه نسبت به سایر منابع سلولزی چوبی، خالص‌تر و کاربردی‌تر محسوب می‌شود.

کاربردهای سلولز لینتر پنبه
۱. صنایع دارویی (The Pharmaceutical Sector)
سلولز لینتر پنبه به دلیل خلوص بالا و سفیدی  زیاد ( خنثی بودن شیمیایی)(inertness)، به‌طور گسترده در صنعت داروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با فرآوری این سلولز، سلولز میکروکریستالی (Microcrystalline Cellulose ) (MCC)  تولید می‌شود که جزء مهمی از فرمولاسیون قرص‌ها است.
MCCبه عنوان پیوندده (binder)، پرکننده (filler) و بازکننده (disintegrant) عمل می‌کند و باعث می‌شود ترکیب قرص‌ها یکنواخت شده، تراکم قرص بهتر گردد و درنهایت آزادسازی دارو در بدن به‌صورت مؤثر انجام گیرد. همچنین، سلولز حاصل از لینتر پنبه در سیستم‌های دارورسانی با آزادسازی کنترل‌شده و پوشش کپسولی استفاده می‌شود و یک افزودنی قابل اعتماد و تجزیه‌پذیر برای صنایع دارویی محسوب می شود.

صنعت کاغذسازی و خمیر کاغذ (The Paper and Pulp Sector)
در صنعت کاغذ و خمیر کاغذ، سلولز لینتر پنبه به دلیل خلوص بالا و کیفیت ممتاز برای تولید کاغذهای تخصصی و باکیفیت بسیار ارزشمند محسوب می شود. این سلولز برای کاغذ چاپ اسکناس(currency paper)، کاغذ چاپ اوراق بهادار (bond paper)، کاغذ فیلترهای فنی و تکنیکی و اسناد امنیتی ایده‌آل است. به دلیل انکه غلظت آلفا سلولز (alpha cellulose) درآن زیاد است، لذا استحکام فوق‌العاده، دوام و کیفیت آرشیوی (archival quality) را تضمین می‌کند.
توضیح آلفا سلولز: سلولز دارای سه نوع اصلی آلفا سلولز، بتا سلولز و گاما سلولز می باشد. نوع آلفا سلولز عمدتاً در صنایع به ویژه صنعت کاغذسازی استفاده می شود.

فرایند تولید آلفا سلولز از لینتر پنبه

سلولز لینتر پنبه پیوند الیاف بهتری نسبت به خمیر چوب ایجاد می‌کند و باعث می شود  بافت دهی نرم تر و مقاومت بیشتر داشته باشد. به دلیل دوام بالا و غیر قابل جعل بودن، کاغذهای مبتنی بر لینتر پنبه اغلب در سراسر جهان توسط بانک‌ها و سازمان‌های دولتی برای چاپ اسناد قانونی و اسکناس استفاده می‌شوند.

3.تولید فیلم و الیاف
سلولز لینتر پنبه یک جایگزین تجدیدپذیر برای منابع نفتی در تولید الیاف و فیلم‌های مصنوعی است. این سلولز به استات سلولز (Cellulose Acetate) تبدیل می‌شود که در تولید فیلتر سیگار، قاب عینک و فیلم‌های عکاسی به کار می‌رود. همچنین، سلولز لینتر پنبه در تولید ریون (Rayon)نیز استفاده می شود، که الیاف نیمه‌مصنوعی محسوب می شود. یکی دیگر از محصولات جانبی سلولزی که معمولاً به‌عنوان فیلم تجزیه‌پذیر در بسته‌بندی مواد غذایی کاربرد دارد، سلفون (Cellophane) است. استفاده از این جایگزین‌های تجزیه‌پذیر نه تنها باعث افزایش جذابیت عملکردی محصولات نهایی می‌شود، بلکه به کاهش زباله‌های پلاستیکی نیز کمک می‌کند.

4.محصولات بهداشتی و آرایشی (Personal Care and Cosmetics)
در تولید محصولات آرایشی و بهداشتی شخصی، سلولز لینتر پنبه و مشتقات آن، از جمله هیدروکسی‌اتیل سلولز (Hydroxyethyl Cellulose) و کربوکسی‌متیل سلولز (Carboxymethyl Cellulose)، از جمله مواد اصلی به شمار می روند. این مواد به عنوان امولسیفایر (emulsifiers)، تثبیت‌کننده و عامل غلظت‌دهنده در محصولات مختلف مانند خمیردندان، لوسیون، شامپو و کرم‌های صورت عمل می‌کنند. 
توضیح: امولسیفایر ماده‌ای است که از طریق کاستن از سرعت واکنش‌های شیمیایی باعث پایداری یک امولسیون می‌شود. یعنی با کاهش کشش سطحی بین دو مایع نامتجانس (مثل آب و روغن) باعث پایدار شدن و مخلوط شدن همگن آن‌ها می‌شود. این مواد با داشتن دو بخش آب‌دوست و چربی‌دوست، در سطح تماس بین دو مایع قرار می‌گیرند و به ترکیب شدن آن‌ها کمک می‌کنند. کاربرد اصلی امولسیفایرها در صنایع غذایی، داروسازی و آرایشی و بهداشتی برای ایجاد بافت یکنواخت و جلوگیری از جداسازی فازهای مختلف است.
از آنجاییکه سلولز لینتر پنبه غیرسمی است و موجب تحریکات پوستی نمی شود، لذا برای تولیدمحصولات مناسب برای پوست های حساس بسیار گزینه خوبی است. رشد بازار محصولات آرایشی طبیعی و گیاهی (vegan cosmetic products)، تولیدکنندگان لوازم آرایشی را به استفاده بیشتر از سلولز مبتنی بر پنبه ترغیب نموده است تا بتوانند محصولاتی پایدار و ایمن را به عنوان جایگزین محصولات شیمیایی به بازار عرضه کنند.

5. صنایع غذایی (The Food Sector)
سلولز لینتر پنبه در صنایع غذایی برای تولید غلظت دهنده ها (thickeners)، تقویت کننده ترکیب و افزودنی‌های کاهش‌دهنده کالری در قالب صمغ سلولز (cellulose gum) و سلولز پودری استفاده می‌شود. این مواد معمولاً برای حفظ یکنواختی و افزایش عمر مفید گوشت‌های فرآوری‌شده، مواد غذایی پخته، جایگزین‌های لبنی (مثل شیرسویا) و دسرهای منجمد به کار می‌روند. مشتقات سلولزی همچنین امولسیون‌ها را تثبیت می‌کنند، نگهداری آب را افزایش می‌دهند و به غذاهای کم‌چرب بافت کرمی می‌دهند. سلولز پنبه به عنوان یک ماده گیاهی محبوب در بین مصرف‌کنندگان طرفدار غذاهای سالم شناخته شده است، زیرا با روندهای محصولات با برچسب پاک (Clean-Label) و رژیم غذایی گیاهخواری هماهنگی دارد.

6.بسته‌بندی دوستدار محیط زیست با بیوپلاستیک‌ها (Bioplastics)
با توجه به نیاز جهان به جایگزین‌های پلاستیکی سازگار با محیط زیست، سلولز لینتر پنبه در تولید بیوپلاستیک‌ها و مواد بسته‌بندی پایدار به کار گرفته شده است. از آنجاییکه سلولز لینتر پنبه تجزیه‌پذیر و تجدیدپذیر می باشد لذا یک ماده خام ایده‌آل برای تولید فیلم‌، پوشش (کوتینگ) و بسته بندی به صورت قالب گیری بر پایه سلولز محسوب می شود. این مواد در بسته‌بندی مواد غذایی، محصولات یک‌بارمصرف(single-use products) و فیلم‌های کشاورزی قابل استفاده هستند. با توجه به اجرای قوانین سختگیرانه‌تر در مورد مصرف پلاستیک در کشورهای مختلف، سلولز لینتر پنبه به عنوان یک عامل مهم در انقلاب بسته‌بندی سبز ظاهر شده است.
توضیح: فیلم کشاورزی پوشش نازکی است که در کشاورزی برای کارهایی مانند حفظ رطوبت خاک، تنظیم دمای خاک و کنترل علف‌های هرز استفاده می‌شود.

محدودیت های سلولز لینتر پنبه
با وجود مزایای متعدد، استفاده گسترده از سلولز لینتر پنبه چالش هایی دارد. یکی از مهم‌ترین مسائل وابستگی آن به میزان تولید پنبه است که با توجه به  روش های کشاورزی منطقه‌ای، آفات و شرایط آب‌وهوایی دستخوش نوسان می‌شود. این امر باعث می شود نتوان آن را به صورت پایدار و منظم تأمین کرد، که در نهایت برای تولید صنعتی و برنامه‌ریزی بلندمدت محدودیت ایجاد می کند.
علاوه بر این، سلولز لینتر پنبه از نظر اقتصادی قابلیت رقابت با خمیر چوب یا جایگزین‌های مصنوعی را ندارد، زیرا تولید سلولز با کیفیت بالا  مستلزم فرآیندهای استخراج و تصفیه پیچیده و پرهزینه می باشد. مسائل مقیاس‌پذیری نیز حاکی از  در دسترس بودن سلولز چوب ارزان قیمت و نبود زیرساخت‌های جهانی کافی برای فرآوری لینتر پنبه در مقیاس کلان است.
برای غلبه بر این موانع، نیاز است فناوری‌های مناسب توسعه  یافته، سرمایه‌گذاری مالی دقیق و حساب‌شده بر روی این تکنولوژی ها صورت پذیرد و آگاهی صنعت نسبت به مزایای سلولز لینتر پنبه از جنبه عملکردی و حفاظت محیط زیست افزایش یابد.

♦ منابع مرتبط :

►https://www.sino-cmc.com

https://etarh.com►

https://moirai.in►

♦ لینک اشتراک گذاری :

https://B2n.ir/nassajyar01934►

♦ مطالب پیشنهادی :

- تولید پارچه چرم پایه زیستی از میسلیوم

- پارچه جدید نانوون پارچه ای فوق العاده خالص و لطیف 

.

.

لطفاً ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.