Ученые научились получать устойчивые к разрыву пленки из ксилана древесины березы, сообщает Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской Академии наук. В этом им помогло добавление лигнина в раствор для приготовления пленок. Лигнин препятствует кристаллизации ксилана и не дает пленкам разрушаться.
Ксилан — это полисахарид, который содержится в клеточных стенках растений. Он считается биоразлагаемым полимером и не оказывает негативного влияния на окружающую среду. Из-за большого количества этого полисахарида в растениях и относительно легкого извлечения, а также хорошей растворимости в воде ксиланы могут заменить полимеры на нефтяной основе.
Наиболее многообещающее применение ксиланов — в качестве пленок и покрывающих агентов. Ксиланы могут использоваться при создании пленок различной толщины и структуры для применения в пищевом, фармацевтическом и биотехнологическом производстве, в частности, для упаковки продуктов и лекарственных препаратов, а также для контролируемого высвобождения пестицидов и удобрений.
Ученые из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» совместно с коллегами из Южно-Китайского технологического университета (Гуанчжоу, Китай) выделили ксилан из древесины березы и нашли причину плохой формируемости и растрескивания пленок из твердой древесины при кристаллизации этого вещества. Исследователи также решили эту проблему, добавив в раствор лигнин, что позволило получать из ксилана цельные неразрывные пленки.
Образец ксилана
Исследователи изучили влияние химической структуры на кристаллизационную и пленкообразующую способности ксиланов древесины березы. Они выяснили, что чрезмерная кристаллизация и агрегация молекул ксилана препятствует образованию цельных пленок и приводит к их разрыву. При этом специалисты определили, что лигнин — вещество, которое тоже содержится в растениях, — может выступать в качестве примеси для предотвращения агрегации и улучшает способность ксиланов формировать пленку. Так, содержание лигнина более 9 % уменьшает чрезмерную агрегацию молекул и приводит к низкой кристаллизации.
«Образование пленки подавляется кристаллизацией ксилана. Уменьшить кристаллизацию помогает добавка в раствор лигнина. Полученные пленки имели большую прочность на разрыв и растяжение. Лигнин может выступать в качестве примеси для предотвращения агрегации ксилана, а высокое содержание лигнина способствует образованию устойчивой пленки. Однако его добавление может сказываться на механических характеристиках вещества, что также стоит учитывать», — прокомментировал соавтор исследования, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН, доцент СФУ Александр Казаченко.
Результаты исследования опубликованы в журнале Cellulose.