صنایع سلولزی

سلولزی

منطقه ویژه اقتصادی دامغان به عنوان قطب نوآوری های صنعتی و بازرگانی و تجاری  بین المللی ایران و تسهیلگر رشد و توسعه اکوسیستم اقتصادی ، فرهنگی و … است. این منطقه ویژه ، بستر مناسبی برای اجرای طرح‌ها و ایده‌های خلاقانه طبق طرح کاربری ایجاد کرده است و خدمات گوناگون و باکیفیتی ارائه میدهد. این خدمات شامل زیرساخت های عمرانی و انرژی و حمل و نقل و ……. است.  جاده و برق و آب و گاز و ساختمان رفاهی و پارکینگ و …..به سرمایه‌گذاران و متقاضیان در اجرای هرچه سریعتر طرحهایشان ، کمک شایستهای کردهاست. این طرح کاربری شامل کاربری های گوناگون سلولزی،غذایی، بستهبندی، دارویی، معدنی، نیروگاه خورشید، کانی غیر فلزی، ماشین‌سازی و ….. است.  یکی از کاربری‌های این منطقه، سلولزی است. سلولزی در مصارف کاغذی، بسته‌بندی، دارویی و پزشکی، صنعت ساختمانی و …. کاربرد فراوانی دارد.

تعریف

سِلولُز(Cellulose)  یک مادهٔ طبیعی است که دیوارهٔ سلولی بیشتر گیاهان را می‌سازد و باعث استحکام آن‌ها می‌شود. این ترکیب از زنجیره‌های بلند مولکول‌های گلوکز ساخته شده که مثل رشته‌های محکم در کنار هم قرار می‌گیرند و اسکلت گیاه را تشکیل می‌دهند. سلولز به گیاهان کمک می‌کند تا صاف بایستند، در برابر فشار مقاوم باشند و از آسیب دیدن سلول‌ها جلوگیری شود. برای ما انسان‌ها، سلولز منبع اصلی تولید کاغذ، پارچه‌های پنبه‌ای و حتی بعضی مواد صنعتی است. دستگاه گوارش انسان نمی‌تواند سلولز را تجزیه کند، اما فیبر آن برای سلامت روده‌ها بسیار مهم است و به هضم بهتر غذا کمک می‌کند.

سلولز عمدتاً برای تولید مقوا و کاغذ استفاده می‌شود. این ماده به طیف گسترده‌ای از محصولاتی چون سلفون و ابریشم مصنوعی تبدیل می‌شود. تولید و عرضهٔ زیست‌سوخت‌هایی مانند اتانول سلولزی از سلولز به‌عنوان یک منبع سوخت تجدیدپذیر در حال توسعه است. سلولز برای مصارف صنعتی عمدتاً از خمیر کاغذ و پنبه با انجام یک سری از فرایندها، به‌دست می‌آید

تاریخچه

سلولز در سال ۱۸۳۸ توسط شیمی‌دان فرانسوی آنسلم پین کشف شد که آن را از مواد گیاهی جدا کرد و فرمول شیمیایی آن را تعیین کرد. سلولز برای تولید نخستین پلیمر ترموپلاستیک موفق، سلولوئید، توسط شرکت تولیدی‌هایت در سال ۱۸۷۰ استفاده شد. تولید ابریشم مصنوعی از سلولز در دههٔ ۱۸۹۰ آغاز شد و سلفون در سال ۱۹۱۲ اختراع شد. هرمان اشتاودینگر، ساختار پلیمری سلولز را در سال ۱۹۲۰ تعیین کرد. این ترکیب برای نخستین بار در سال ۱۹۹۲ توسط کوبایاشی و شدا (بدون استفاده از آنزیم‌های بیولوژیکی) به‌صورت شیمیایی سنتز شد.

کاربرد

سلولز برای مصارف صنعتی عمدتاً از خمیر چوب و از پنبه به‌دست می‌آید. سلولز برای مصارف صنعتی عمدتاً از خمیر چوب و از پنبه به‌دست می‌آید. محصولات کاغذی: سلولز، مادهٔ اصلی تشکیل‌دهندهٔ کاغذ و مقوا است. سلولز همچنین در تولید کاغذهای عایق الکتریکی مورد استفاده است و در اَشکال مختلف در ترانسفورماتورها، کابل‌ها و سایر تجهیزات الکتریکی به‌عنوان عایق الکتریکی مورد استفاده است.

  • صنعت داروسازی: . یکی از کاربردهای وسیع سلولز و مشتقات آن در داروسازی و لوازم آرایشی و بهداشتی است. میکرو کریستال سلولز بیشترین کاربرد در داروسازی را دارد . سلولز اتر و سلولز استر دو تا از مشتقات مهم سلولز در صنایع داروسازی هستند که می توان به مواردی همچون هیدروکسی پروپیل متیل سلولز، هیدروکسی پروپیل سلولز، هیدروکسی اتیل سلولز، سلولز استات فتالات، اتیل سلولز، متیل سلولز، کربوکسی متیل سلولز، سدیم کربوکسی متیل سلولز و… اشاره کرد. سلولز و مشتقات آن در فرمولاسیون داروها، در تهیه روکش های قرص ها و کپسول ها ، ماتریس های انحلال پذیر، حاملان دارویی هدف دار، میکرو کپسوله کردن ذرات دارویی، کنترل رهایش دارو، سیستم های انتقال داروی اسمزی، به عنوان چسب زیستی و اتصال دهنده ، افزایش تراکم پذیری ، در داروهای مایع به عنوان تثبیت کننده و… دارای کاربردهای بسیار وسیعی می باشد .

مشتقات سلولز مانند سلولز میکروکریستالی (MCC) دارای مزایایی چون حفظ آب، تثبیت‌کنندگی و غلیظ‌کنندگی بوده و در تولید قرص‌ها کاربرد دارند.سلولز همچنین در آزمایشگاه به‌عنوان جزء عمل‌کنندهٔ فاز جامد در کروماتوگرافی لایه‌نازک، استفاده می‌شود.

سلولز یک پلیمر خطی با واحد سازنده کلوگوپیرانوز است که دارای خواص زیست تحریب پذیری ، غیر سمی، قابل بازیافت، آبدوست و ایمن و… است. سلولز در صنایع مختلف از جمله چوب و کاغذ ، صنایع غذایی، نساجی، الکتریکی، دارویی و بهداشتی و… کاربرد دارد. یکی از کاربردهای وسیع سلولز و مشتقات آن در داروسازی و لوازم آرایشی و بهداشتی است. میکرو کریستال سلولز بیشترین کاربرد در داروسازی را دارد . سلولز اتر و سلولز استر دو تا از مشتقات مهم سلولز در صنایع داروسازی هستند که می توان به مواردی همچون هیدروکسی پروپیل متیل سلولز، هیدروکسی پروپیل سلولز، هیدروکسی اتیل سلولز، سلولز استات فتالات، اتیل سلولز، متیل سلولز، کربوکسی متیل سلولز، سدیم کربوکسی متیل سلولز و… اشاره کرد. سلولز و مشتقات آن در فرمولاسیون داروها، در تهیه روکش‌های قرص‌ها و کپسول‌ها ، ماتریس‌های انحلال پذیر، حاملان دارویی هدف دار، میکرو کپسوله کردن ذرات دارویی، کنترل رهایش دارو، سیستم های انتقال داروی اسمزی، به عنوان چسب زیستی و اتصال دهنده ، افزایش تراکم پذیری ، در داروهای مایع به عنوان تثبیت کننده و… دارای کاربردهای بسیار وسیعی می باشد . بنابراین امروزه سلولز یکی از پلیمرهای پرکاربرد در صنعت داروسازی می باشد که تحقیقات فراوانی بر روی کاربردهای جدید و مشتقات جدید در دنیا در حال انجام است.

  • سایر کاربردها

سلولز را می‌توان به صفحات نازک و شفاف سلفون تبدیل کرد. این ماده پایه سلولوئیدی است که تا اواسط دههٔ ۱۹۳۰ برای فیلم‌های عکاسی و تصویربرداری استفاده می‌شد. از سلولز برای تولید پیونده و چسب‌های محلول در آب مانند متیل سلولز و کربوکسی متیل سلولز استفاده می‌شود. از این دو ماده در تولید خمیر کاغذ دیواری استفاده می‌شود. از سلولز همچنین برای ساخت اسفنج‌های آب‌دوست و بسیار جاذب استفاده می‌شود. سلولز مادهٔ خام در ساخت نیتروسلولز (نیترات سلولز) است که در تولید باروت بی‌دود استفاده می‌شود.

سلولز همچنین در آزمایشگاه به‌عنوان جزء عمل‌کنندهٔ فاز جامد در کروماتوگرافی لایه‌نازک، استفاده می‌شود.

سلولز در چاپ سه‌بعدی

سلولز به عنوان فراوان‌ترین پلیمر طبیعی روی زمین، در سال‌های اخیر تحولی چشمگیر در صنعت چاپ سه‌بعدی و ساختارهای دیجیتال ایجاد کرده است. این ماده نه‌تنها به دلیل تجدیدپذیری و سازگاری زیستی، بلکه به خاطر خواص مکانیکی منحصر به فردش، به عنوان جایگزینی پایدار برای پلیمرهای پایه نفتی مورد توجه قرار گرفته است. پیشرفت‌های اخیر نشان می‌دهد که سلولز می‌تواند بسیاری از محدودیت‌های مواد سنتی در چاپ سه‌بعدی را برطرف کند. (منبع: “Cellulose-Based Materials (for Additive Manufacturing”, Nature Reviews Materials, 2023) .

جایگزینی پلاستیک‌ها

محققان MIT موفق به توسعه جوهرهای چاپ سه‌بعدی مبتنی بر استات سلولز شده‌اند که در دمای اتاق قابل استفاده هستند و نیازی به گرمایش ندارند. این ویژگی از تخریب حرارتی سلولز جلوگیری می‌کند و امکان چاپ سریع‌تر را فراهم می‌سازد. پس از چاپ، با یک فرآیند شیمیایی ساده، استحکام قطعات به سطحی بالاتر از پلاستیک‌های رایج می‌رسد. این فناوری می‌تواند تحولی در صنایع بسته‌بندی و تولید محصولات مصرفی ایجاد کند. (منبع: “Room-Temperature 3D Printing of Cellulose (Acetate”, Science Advances, 2022) .

نانوکریستال‌های سلولزی

نانوکریستال‌های سلولزی که از هیدرولیز اسیدی الیاف سلولز به دست می‌آیند، استحکامی بیشتر از کِولار دارند. پژوهشگران با ترکیب این نانوکریستال‌ها با پلیمرهای مصنوعی، ژل‌هایی ساخته‌اند که می‌توانند به راحتی چاپ یا قالب‌گیری شوند. این کامپوزیت‌ها با دارا بودن تا ۹۰٪ محتوای سلولزی، استحکامی قابل مقایسه با برخی آلیاژهای آلومینیوم دارند و در عین حال بسیار سبک‌تر هستند. (منبع: “Cellulose Nanocrystal Composites for 3D Printing”, Advanced Materials, 2023) )

کاربردهای پزشکی سلولز در چاپ سه‌بعدی

در حوزه پزشکی، سلولز کاربردهای خلاقانه و نوآورانه پیدا کرده است. با افزودن رنگدانه‌های ضد باکتری به جوهر استات سلولز، می‌توان ابزارهای جراحی چاپ کرد که تحت نور فلورسنت باکتری‌ها را از بین می‌برند. همچنین نانوکریستال‌های سلولزی در ترکیب با پلیمرها امکان تولید ایمپلنت‌های دندانی با استحکام و زیست‌سازگاری بالا را فراهم کرده‌اند که قادرند ساختار پیچیده دندان را تقلید کنند. (منبع: “Medical Applications of 3D Printed Cellulose”, Biomaterials Science, 2023)

مزایای زیست‌محیطی و اقتصادی

چاپ سه‌بعدی با سلولز در مقایسه با روش‌های سنتی تولید، ضایعات بسیار کمتری ایجاد می‌کند. همچنین امکان بازیافت حلال‌های استفاده‌شده در فرآیند چاپ، این روش را به یکی از پایدارترین فناوری‌های تولید تبدیل کرده است. از نظر اقتصادی نیز سلولز به دلیل قیمت پایین و فراوانی، گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه محسوب می‌شود.

(منبع: “Environmental Impact of Cellulose-Based 3D Printing”, Green Chemistry, 2023)

اشتراک گذاری این مطلب:

پیمایش به بالا