A. Иммобилизационные конструкции и физико- химические свойства натуральных полисахаридов и их аморфных фракций. B. Барьерная функция упаковки для живых существ, создание биоактивного барьера на основе полисахаридов лубяных культур. к.х.н., доцент Анохин О.В, к.т.н., Проф. Шостак Т.С. Информационно организационный Сектор Киевского Ниционального университета Технологий и дизайна Kiev -2009

Нерациональное использование природных ресурсов за последние тысячелетие, подвергло проблему сохранения окружающей среды. Наиболее актуальной задачей является разработка новых технологий, которые способствуют созданию экологически чистых продуктов и сохранению природных ресурсов. Большинство материалов, которые используются человеком содержат синтетические или натуральные волокна различной природы и структуры. При этом, как показывает практика, при использовании природных материалов задействовано, как правило, около 50% их массы. Наиболее распространенным среди натуральных волокон является целлюлозное, которое обладает рядом физико-химических свойств.

Эта структура определяет морфологию волокна и энергию взаимодействия между структурными элементами. Свойства волокон и анизотропия этих свойств в значительной мере зависят от надмолекулярного (наноуровня структурной организации). В данной работе предлагается разработка новых подходов, (модельных схем) и инструментария, как алгоритма для разработки новых технологий. Для этого необходимо провести систему исследований для изучения процессов структурных изменений при переработке нативных целлюлозных волокон. Разработка такого научного инструментария обусловлена необходимостью рассмотрения молекулярных процессов, протекающих при вторичной кристаллизации. Систематизация и направленное упорядочение реализации процессов протекания вторичной кристаллизации и является целью данных исследований. Несомненно, такие процессы как релаксации внутренних напряжений в присутствии специально подобранных пластификаторов при повышенных температурах и их составляющих; знакопеременное температурное «раскачивание» надмолекулярных и аморфных образований; влияние давления приводят к изменению свойств в широком диапазоне. В связи с этим поэтапное рассмотрение таких сложных многофункциональных систем, начинается с изохорических и изобарических моделей с детальным рассмотрением каждого этапа а предлагаемых усовершенствованных технологиях.

На первом этапе нами планируется создание модельных экспериментов с целью перевода в нестабильное состояние уже существующих надмолекулярных образований полисахаридов путем выделения их из существующих биологических образований, в качестве которых могут выступать любые растения с различным составом и видами структурных образований целлюлозы и с разной скоростью ее синтеза. (параметр для будущих производств). Цель первого этапа – возможность регулирования структурных изменений, которые, как показали предварительные исследования, могут уменьшать нестабильность ряда свойств волокон. Одной из основных особенностей данной работы является то, что предпринимается попытка системной модификации свойств надмолекулярной структуры волокон на этапе непосредственно после созревания растения или (в перспективе) выявления момента в структурообразовании, наиболее благоприятного для дальнейшей направленной модификации надмолекулярной структуры. До настоящего времени эти процессы реализовывались самой природой, а это не один месяц «природной переработки» из- за сложности или просто невозможности удаления продуктов аморфной фазы.

В то время, как компоненты этой аморфной фазы сами по себе уникальны по своим химическим, физико-химическим, биохимическим, обще-медицинским (наличие жирных кислот), терапевтическим, бактерицидным, иммуноактивным свойствам и содержанию других уникальных природных композиций. Таблицы известные сравнительные диаграммы: растение химический состав. В данной работе предлагается новый подход к разработке «инструментария», который способный расширить возможности рационального использования химических и физико-химических веществ из натуральных волокон путем выделения фракций природных полисахаридов. Реализовывать выше названные задачи возможно при использовании веществ с максимально цвитерриональным строением молекул, обладающих ярко выраженными катионоакцепторными свойствами.порядок рисунков по их номерации документе с рисунками. Рисунок 10.3 это ДЕВЯТАЯ страница с рисунками у ВАС в первом варианте рисунков, поверхность, частокол Ленгмюра, диаграммы, УГОЛ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ, капля «НАОБОРОТ» и наконец СХЕМА Диметилсульфоксида. Авторами предлагается создание комбинированного, биоктавиного, стабильно ингибирующего растворителя комбинированного, биоактивного, стабильно ингибирующего растворителя с выраженными свойствами пинетрации. H2OH2O NO 2

В качестве одних из основных «инструментариев» нами, предложены поверхностно-активные вещества. А в последующем задействованы: А) цвинтериальные вещества, Б) гистерезис смачивания, ЖЕЛАТЕЛЬНО два СТОЛБИКА ПОКАЗАТЬ,В) солюбилизационные процессы, Г) высаливание + сублимация, Д) высаливание на надмолекулярном уровне очищенных образований полисахаридов.В предыдущих работах [], были активизированы и видоизменены функциональные свойства ПАВ, в результате чего создана возможность реализации процесса растворения обычной и комплексной соли – растворение неорганических и органических соединений, образование аддуктов и ассоциатов. Научная группа разработала подход к созданию универсального растворителя с вышеперечисленными свойствами на основе вещества с сильно выраженными катионоакцепторными свойствами. В результате чего создана композиция, по своим свойствам менее токсичная чем раствор поваренной соли. Такими растворителями могут служить (патент) одно или несколько веществ с резко выраженными цвиттерионными свойствами (ОПЯТЬ фото получения ДМСО), которые представлены полярной схемой на электронно акцепторной связи атома кислорода и наличием двух электроотталкивающих метильных групп.

Актуальной задачей является исследование процессов - без деструктивного извлечения составляющих аморфной фазы полисахаридов и определение скорости диффузии комплексного растворителя, и как конечная цель его избирательная селективность. Поэтому, для комбинированных исследований селективной диффузии предложено ресорбцию с последующей дегидратацией системы (транспортирующие свойства). Таким «помощником» в процессе транспортировки растворенных компонентов может быть ДМФА.

As a result a compound is created, being less toxic than the solution of common salt. Such solvents can be (patent) one or several agents with the pronounced zwitterionic properties (picture of obtaining dimethyl sulfoxide), featured with a polar chart on the electronic acceptor bond of oxygen atom and availability of two electric repellent methyl groups (Photo). Topical problem is a study of processes - without destructive extraction of the components from amorphous phase of polysaccharides and determination of diffusion rate of complex solvent and its fractional selectivity is a final objective.

Sol ……time !!!! Lab (test) Compositions (flan, Hem, Siln, Wod, ….. Function Test Lab(s) Target Properti es TASK (Final plan) CROPPINGCROPPING

Thus, for the combined researches on selective diffusion a resorption followed by dehydratation of system is offered (carrying properties). Such assistant in the process of transportation of the dissolved components can be dimethyl formamide. It is necessary to mention the importance of considering the possibility of selective deposition of some agents in the systems under study that can result into creation of unique, natural membranes with radio and photo protecting properties. Model experiments. Model experiments were based on the initial possibility of separating existing formations of supramolecular structures of polysaccharides from the most widely spread fibre-forming plants.

В результате исследований, на модельных образцах установлено, что вследствие эффекта пластификации происходит дополнительное упорядочение структуры, которое позволяет целенаправленно изменять деформируемость, а значит и прочность природных целлюлозных волокон в соответствии с предполагаемой областью использования. Повышение равномерности свойств позволяет предположить, что в результате пластификации, релаксационные процессы сопровождаются так же изменением разнодлинности цепей в аморфных участках структуры. Изучение таких свойств является главным направлением в формировании методов физико-химического воздействия на модификацию структурных образований. Планируемое изучение структурной обусловленности и априорное прогнозирование механических свойств целлюлозных волокон и материалов из них, а также их изменений под влиянием различных факторов представляется достаточно сложным. CH 3 S + – O – + R + CH 3 S + – OH CH 3 III

Одним из возможных направлений физико- механической модификации свойств может рассматриваться гидроимпульсный, гидродинамический способ воздействия.. В данной методике исследования предлагается использовать жидкую фазу для создания комплексных кавитационных процессов собственную ( в основном) фазу созревших растений. Или в случае извлечения собственной фазы созревания растения использовать комплексный раствор, который способствует наиболее быстрому растворению соединяющих, склеивающих агентов филаментных волокон растения.

При дальнейшем рассмотрении становится очевидной необходимостью проведения дилатометрических исследований в широком диапазоне концентраций растворов и скоростей объемных изменений. ( 13 схема дилатометра - патент) В результате будет рассмотрена кинетика упорядочивания надмолекулярных структур, а также их соотношение с аморфной частью в конкретный период жизненного цикла развития растения. Необходимо отметить то, что дилатометрические исследования являются основополагающими для этой работы.

Применение коллоидно-химических принципов при создании технологий в сочетании, с направленной селекцией образований лиофильных коллоидов в материалах с последующим использованием их взаимного влияния в процессах перераспределения структурных образований в реальных растениях позволит создать волокнистые материалы с наперед заданными свойствами.. Для достижения прогнозированного результата необходимо использовать физические методы с полной системой автоматизации этапа снятия, анализа и обработки информации непосредственно в момент эксперимента. Так как характер изменений будет требовать значительной вариации параметров испытаний, например скорость нагрева или охлаждения. Как правило, для «переупаковки» используют метод нагрева. В результате проведенных исследований были получены уникальные данные о новых способах изменения надмолекулярных образований для создания оптимальной надмолекулярной упаковки. Мы предлагаем не нагрев, а охлаждение, причем импульсное. В связи с этим возникают вопросы изучения термодинамики процессов рекристаллизации.. σ ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 c HCOOH CH 3 COO H C 3 H 7 COO H C 4 H 9 COO H G=f(c) σ = φ (c) c G,σ

Это нетривиальное словосочетание самопроизвольно сложилось при всестороннем рассмотрении новых подходов для реализации потенциальных возможностей различных структурных форм полисахаридов растительного комплекса. За исходное брали все возможные компоненты, находящиеся в растении при его созревании и рассматривали все возможные формы их применения. Затем прорабатывались варианты их выделения при условии сохранения функциональных свойств. Зачастую эти свойства входят в противоречия между собой, а иногда эти противоречия помогают отбирать эти уникальные вещества, но уже в паре с другим, не менее важным компонентом. Из множества актуальных коллоидно- химических инструментов нами выбраны гистерезис смачивания, высаливание, солюбилизация, сублимация, лиофильная сушка, обратный осмос, COOH

В данной работе при планировании эксперимента поставлена задача построения исследования не только в плане статистически рационального но и многоплановое моделирование соотношений между тензорными значениями напряжений и компонентами систем, при которых начинаются разрушения материалов, во всяком случае возникают пластические деформации (наступает текучесть). А именно такие материалы перестают подчиняться закону Гука. Уже задолго до разрушения наблюдается свойство текучести – большого деформирования без заметного увеличения усилий, действующих на материал. Интересно, что напряжение, соответствующее появлению текучести, называемое в дальнейшем пределом прочности, оказывается для большинства материалов одним и тем же при испытании, как на растяжение, так и на сжатие. A B B A

Предлагаемая концепция и последовательность постановки решения задач в корне меняет существующие схемы, а также переосмысливает и модифицирует многовековой опыт в этой области. В основу изучения предлагаемой концепции положены теоретические схемы коллоидно- химических построений для лиофильных коллоидов. Выбрав за основу существующие построения Штаутингера, Флори, и др. предлагаем переосмыслить процессы формования искомых композиций уже на уровне коллоидных лиофильных систем. Основная идея заключается в том, чтобы связывать и формировать свойства с процессами агрегации макромолекул в растворах полимеров, гелях и др. Сходство элементарных волокон хлопка и льна являлось причиной рождения гипотезы о превращении последнего в котонизированное «хлопкоподобное» волокно. Необходимость совершенствования и создание новых технологий связано с несовершенством оборудования первичной обработки льна и наблюдаемым в последние годы огрубление льняных волокон. Увеличение в два раза метрического номера, в 1,3-1,4 раза диаметра элементарных волокон, их жесткости, высокое содержание нецеллюлозных примесей привело к тому, что из всего объема выделяемого волокна (25-30% от массы льнотресты) для выработки текстильных изделий не более 1/3, остальное низкономерное сырье востребовано не в полной мере.

Методы адаптации льняного волокна к методам переработки хлопка состояли в том, чтобы, разрушить клеящий комплекс срединных пластинок, и получить массу тонких элементарных волокон похожих на хлопок, для переработки их по хлопковой системе прядения. В процессе развития этой идеи разрушение технического комплекса переработки волокна пытались обеспечить путем химического разрушения примесей посредством механических операций. При всей простоте и заманчивости идеи, особенно в условиях дефицита сырья для реализации ее необходимы принципиально иные научно-конструкторские идеи, известные способы и методы не актуальны для решения проблемы народонаселения в настоящем и уже скором будущем. Вследствие сложности процесса прядения к льняному волокну предъявляется комплекс жестких требований, обеспечить выполнение которых можно только при одновременном развитии технологий механической и химической модификации. Причем, перераспределение первоочередности операций обработки в пользу первостепенной важности коллоидно- физикохимического воздействия в начальной стадии переработки и это уже должно производится непосредственно при снятии урожая. Предлагаемые решения сокращают целый комплекс существующих, сложных, энергозатратных схем, экологически агрессивных технологий со сложностью конечной экологической реабилитации таких производств.

Организовывая воздействие токами ионной проводимости в локальных областях в сочетании с электромагнитным излучением от ультрафиолетового до инфракрасного и низкочастотного диапазона мы получаем возможность создавать множественные расклинивающие эффекты при образовании стримеров, локальное вскипание поверхностей, образующих межфазные активные гидравлические потоки. Эти активные потоки в сочетании с чередующимися областями знакопеременного физико- химического давления и создают межфазный активный инструмент для направленного варьирования свойств на выходе. т.е. свойств искомой полупроницаемой или фильтрующей мембраны – КОКОНА. Перечисленные физическо-химические факторы воздействия инициируют образование дополнительных короткоживущихактивныхчастиц в виде ионов кислорода, ОН -, соединений НО 2, Н 2 О 2, О 3 и т. д. Возникновение частиц и радикалов определенного типа усиливается рабочими электроактивированными водными растворами – анолитом (рН 4-5) и католитом (рН 12-13). При обработке сырья в анолите, обладающего окислительной химической активностью, происходит деструкция пектиновых веществ и лигнина ткани, а затем луба и древесины. Ударные волны и кавитация активизируют этот процесс, обеспечивают расклинивание и отрыв треснувших элементов, а также нагнетают раствор в микрозазоры между пучками волокон (капиллярный эффект). Кроме очистки от сопутствующих веществ (ненужных в данный момент), такой этап обработки закладывает основу для обеспечения необходимой мягкости волокна (если это надо). Дополнительным эффектом данной обработки волокнистых материалов предлагаемым способом является их глубокое обеззараживание за счет бактерицидных свойств анолита, усиленных импульсными электрическими разрядами.

На следующем этапе обработки волокнистого материала - в католите, обладающем восстановительными свойствами и содержащем большее (чем в анолите) количество таких соединений, как ионы ОН - и перекиси водорода, происходит дальнейшая деструкция лигнина и частичная отбеливание волокон. Под действием ударных волн и кавитации перекись водорода в присутствии ОН - разлагается до ионов пергидроксила НО 2, имеющего более высокие отбеливающие свойства. Кроме того, католит обладает повышенной растворяющей, экстрагирующей и адсорбционно- химической активностью, что и способствует дальнейшей очистке, разделению крупных пучков волокон. Следствие, - достижение необходимой мягкости, капиллярности и тонины (если это надо). Таким образом, исключается повреждение элементарных волокон (имеет место в традиционных механических способах обработки) и сохраняются их уникальные природные свойства, такие как высокая прочность, сравнимая с лучшими сортами стали при тонине, как у натурального шелка. Технология позволит получать продукт с различными характеристиками путем простого изменения задаваемых параметров. В добавлении ко всему наша аморфная фаза наполнена жирными кислотами 3, 6, 9, омега и их в этих культурах значительное количество.

Упрощение процесса извлечения из древесины всех видов целлюлозы и сопутствующие ей компоненты; управляемость процесса фракционирования целлюлозы; получаемая возможность сбора сопутствующих фракций этого природного полимера с последующим их применением;целый спектр востребованных композиций на основе сорбционных и антисептических свойств получаемых продуктов;переноса воздействия лекарственных препаратов с поверхности на локальные области и только на регламентированный период получения эффекта; дублирующие неожиданные эффекты возможность получение широкого спектра натуральных присадок к маслам и смазывающим материалам; получение реального доступа к аналогичному разделению органических компонентов по натуральному шелку кокону;... КОКОН 30% использование уникальных сорбционных способностей для иных видов наполнителя придаст увеличение огнестойкости конструкционных материалов; разработку нового класса упаковочных материалов, как для пищевых продуктов, так и для различного спектра товаров; предопределен интерес к конструкционным и облицовочным материалам для транспортной индустрии;открываются реальные пути применению скорлупы, шелухи, стеблей, корней, ежегодных обрезков виноградников; значительное увеличение выхода сырья для бумажной промышленности (короткие волокна 0,5 0,7 см.), от 6-7 % до 87 %; такой облегченный подход к получению целлюлозы привел к такому расчету - взяв за основу полный срок созревания равный суток, и урожайность с гектара по целлюлозе 3,5 (2,5) тонн, CH 3 S + – O – + R + CH 3 S + – OH CH 3 III

Как результирующий итог представляемой технологии надо подчеркнуть появившуюся возможность прецизионного получения высококачественных продуктов и возможности их же возвращения в природную композицию, но уже для создания композиций направленного действия. Нам представляется весьма интересным перспективная возможность расширения метода на основе рассмотрения получаемых компонентов и вариация их уже как коллоидно-химических систем. Рассмотрение получаемого широкого спектра новых композиционных материалов как лиофильных коллоидов, т.е., многофазных систем позволит создать новые экологические материалы селективного действия. Резюме: В описанном методе совершен переход от токсичной, энергоемкой неорганической технологии к экологически совместимым многоплановым коллоидно-химическим процессам, где требуется аккуратно разобрать и разложить уникальные продукты ( по интересам ).. Этапы для реализации технологических решений. Этап 1 Непременным требованием к реализации предлагаемых технологий является МОМЕНТАЛЬНОЕ (момент уборки урожая) обработка аморфной (жидкой фазы) у растения введение растворяющих систем и активное воздействие с целью развить процесс растворения всей аморфной фазы, это касается ВСЕХ целлюлозообразующих растений и их шелухи (скорлупы). Этап 2 Экстракция и разгонка жидкой фазы на составляющие и их консервация для последующего тестирования. Этап 3 Введение биоактивных, поверхностноактивных, ионоактивных растворителей в оставшуюся матрицу полисахарида. Активация процессов солюбилизации и высаливания т.е. рационализация образования для лиофильных коллоидов в режимах изохорического изменения температурных параметров и наоборот изменения давления при изотермической адсорбции.

Этап 4 Фракционирование выделенной жидкой фазы (разгонка) на функциональные составляющие, их капсулирование. (жирные кислоты, вяжущие, бактерицидные, биоактивные, сорбционные, иные свойства) для сохранения эксклюзивных функциональных свойств. Этап 5 Введение в матричную целлюлозу подготовленной жидкой фазы (с необходимым набором свойств) и фиксация его в создаваемой композиции в температурных режимах, и свойствам применительно к условиям будущего функционального рабочего пространства. Этап 6 Отработка наиболее рациональных вариантов создаваемых композиций, непременное проведение исследований кинетики структурообразования в процессе биосинтеза базового растительного источника полимерных образований. Объемная дилатометрия с реализацией контроля природных процессов рекристаллизации и структурообразования при знакопеременных температурных скоростях формирования систем. ЦЕЛЬ – нахождение наиболее рационального момента остановки естественного процесса структурообразования..

Этап 7 Эмпирическое нахождение необходимых данных позволит - наглядно отобразить многофакторность процессов с целью определения наиболее рациональных параметров для получения искомого продукта (медицина, корд, упаковка). Этап 8 Создание опытных образцов. Апробаций получаемых образцов (вата, сорбенты, бактерицидные материалы,...) в медицинских учреждениях, (тканый, нетканый текстиль, конструкционный текстиль …) в спортивной отрасли, ( вододемфирующий текстиль, барьерный текстиль, консервирующий текстиль, фильтрующий текстиль …) аграрные отрасли с общей целью – Не производить больше а Сохранять больше. ( мембранный текстиль и пленки с активными пищевыми функциями) пищевая промышленность – ДРЫГАЛО и подобные, т.е. реализация появляющихся возможностей по созданию пищевых продуктов длительного хранения, без реализации этапа глубокого замораживания. Этап 9 Отработка рекомендаций для реализации в промышленных масштабах отработанных методов искомых физико-химических коллоидных систем.

Список партнеров, готовых участвовать в реализации отдельных этапов. Киевский Национальный Университет технологий и дизайна (текстильные технологии, лауреат Госпремии Украины за разработку текстильных технологий) Киевский Государственный университет (определение кристалличности, поверхностей, изучение поверхностных свойств) Академический Институт Биохимии и нефтехимии. Аграрная Академия со всей сетью селекционных институтов. Аскания Нова Укршелк. Частная научно-исследовательская компания «Прикладные технологии и дизайн» Представляют доклад на соискание организации совместной исследовательской темы: к.х.н., доц. О.В.Анохин,, к.т...н., проф. Т.С.Шостак Киевский национальный университет технологий и дизайна. Информационно организационный сектор.