НАНОЧАСТИЦЫ ЛИГНИНА ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ – ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МОДИФИКАТОР ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Authors: Чащилов Д.В. , Назмутдинов Р.А. , Павлов И.Н. , Бычин Н.В. 
Published: January 2025

Лигнин является одним из наиболее распространенных биополимеров. Удаление лигнина является одной из основных задач при предварительной обработке и делигнификации растительного сырья. Проблемой является необратимая химическая модификация лигнина при типичных схемах делигнификации. Это затрудняет использование такого лигнина для получения различных биокомпозитных материалов. Перспективным направлением исследований является проведение гидротропной делигнификации растительного сырья. Недостаточное количество научных данных по выделению и свойствам гидротропного лигнина определило цель представленного исследования. Цель исследования – изучение условий выделения и свойств лигнина из отработанных растворов после предварительной гидротропной обработки растительного сырья. Предмет исследования – отработанные гидротропные растворы после обработки лигноцеллюлозного сырья. Проводили выделение лигнина из таких растворов добавлениемдеионизированной воды, получая сырой продукт. Далее этот продукт многократно промывали деионизированной водой и этанолом, получая очищенный продукт. Для исследования физико-химических свойств продуктов использовали термогравиметрический анализ, дифференциальную сканирующую калориметрию. Полученные частицы представляют собой агрегаты округлой формы с поперечным размером от 6 до 7 мкм, которые состоят из множества мелких частиц. Одна фракция, более многочисленная по количеству частиц, – крупностью от 40 до 200 нм, другая фракция, менее представительная, крупностью от 0,2 до 1,5 мкм. Обе фракции представлены округлыми частицами. Также присутствует ещё одна фракция – сростки частиц мелкой фракции, имеющие неправильную, угловатую форму. Округлость форм частиц обуславливается, очевидно, аморфным строением материала. Содержание нерастворимого в кислоте лигнина составляет 17,5 % (масс.). Термическая стабильность продукта до 160℃, далее продукт постепенно разлагается в несколько этапов. Результаты применимы: 1) для совершенствования процесса получения наночастиц лигнина из растительного сырья; 2) для выделения лигнина и последующего применения в составе полимерных композиционных материалов, например, для повышения гидрофобности, термостойкости и огнестойкости; 3) для исследования сорбирующих свойств получаемых наночастиц лигнина.

Lignin is one of the most common biopolymers. Lignin removal is one of the main tasks in the pretreatment and delignification of vegetable raw materials. The problem is the irreversible chemical modification of lignin in typical delignification schemes. This makes it difficult to use such lignin to produce various biocomposite materials. A promising area of research is the hydrotropic delignification of plant raw materials. Insufficient scientific data on the isolation and properties of hydrotropic lignin determined the purpose of the presented study. The purpose of the study is to study the conditions for the isolation and properties of lignin from waste solutions after preliminary hydrotropic treatment of vegetable raw materials. The subject of the study is spent hydrotropic solutions after processing of lignocellulose raw materials. Lignin was isolated from such solutions by adding deionized water, obtaining a crude product. Next, this product was repeatedly washed with deionized water and ethanol, obtaining a purified product. Thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry were used to study the physico-chemical properties of the products. The resulting particles are rounded aggregates with a transverse size from 6 to 7 microns, which consist of many small particles. One fraction, more numerous in terms of the number of particles, is from 40 to 200 nm in size, the other fraction, less representative, is from 0.2 to 1.5 microns in size. Both fractions are represented by rounded particles. There is also another fraction – aggregates of fine fraction particles having an irregular, angular shape. The roundness of the particle shapes is obviously caused by the amorphous structure of the material. The content of lignin insoluble in acid is 17.5% (wt.). The thermal stability of the product is up to 160℃, then the product gradually decomposes in several stages. The results are applicable: 1) to improve the process of obtaining lignin nanoparticles from plant raw materials; 2) to isolate lignin and subsequent use in polymer composite materials, for example, to increase hydrophobicity, heat resistance and fire resistance; 3) to study the sorbing properties of the obtained lignin nanoparticles.