Влияние высокотемпературных воздействий на структурно-физическое состояние целлюлозы и ее сорбционные свойства

• Автор: Смотрина, Татьяна Валерьевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Йошкар-Ола
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Молекулярно-кристаллическая структура целлюлозы
1.2. Особенности надмолекулярной и капиллярно-пористой структуры целлюлозы, ее гидрофильные свойства
1.3. Влияние процессов деструкции на физико-химические свойства
целлюлозы
Выводы из обзора литературы и постановка задач экспериментальной части работы
2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Объекты и методы исследований
2.2. Аппаратурный комплекс
2.2.1. Характеристики импульсных релаксометров ЯМР
2.2.2. Характеристики диффузометра ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля
2.3 Методики измерения времен ядерной магнитной релаксации и коэффициентов самодиффузии
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Влияние степени кристалличности целлюлозы на процессы ее термической деструкции
3.2. Изучение импульсным методом ЯМР структурных изменений целлюлозы в результате термического воздействия
3.3. Изучение гидрофильных свойств термически обработанной целлюлозы
3.4. Изучение самодиффузии низкомолекулярных веществ в образцах целлюлозы методом ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля

3.5. Влияние степени помола на структурно-физическое состояние и гидрофильные свойства холоцеллюлозы
3.6. Изучение релаксационных переходов в сухой целлюлозе
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Среди природных полимеров, имеющих широкое практическое применение, ведущее место занимают целлюлоза и ее производные. Это обусловлено их ценными физико-химическими свойствами, наличием возобновляемой сырьевой базы и относительно низкой стоимостью.
В процессе эксплуатации или хранения целлюлозные материалы подвергаются различным физико-химическим воздействиям, часто приводящим к деструкции полимера и, следовательно, к снижению его эксплутационных характеристик. Во многих производственных процессах целлюлозу приходится сушить при повышенной температуре, в связи с чем возникает необходимость определения области температурной устойчивости конкретного вида целлюлозного материала. Поэтому особый интерес представляет изучение влияния некоторых физических воздействий, в первую очередь высокотемпературных, на надмолекулярную структуру и релаксационное состояние различных целлюлозных материалов. Знание процессов, протекающих в целлюлозе под влиянием термического воздействия, характера изменений ее молекулярной и надмолекулярной структуры позволяет прогнозировать свойства материалов на основе целлюлозы в различных эксплутационных условиях при повышенной температуре.
Несмотря на значительное число работ, посвященных изучению термических превращений целлюлозы, ряд вопросов, касающихся механизмов термической деструкции целлюлозы, их взаимосвязи со структурными особенностями конкретного вида целлюлозного материала, остается невыясненным. Поэтому для анализа изменений, происходящих в тонкой структуре целлюлозы, находящейся за пределами микроскопической видимости, необходимо применение современных физико-химических методов исследования, одним из которых является импульсный метод ЯМР, отличающийся вы-

действии с различными средами. Размол в течение 2-10 мин. на шаровой вибромельнице хлопкового линта ведет к значительному увеличению скорости ферментативного гидролиза от 0,13 г/ (л т) до 0,61 г/ (л - г), при этом
увеличивается удельная поверхность, доступная для молекул белка от
2 2 0,17 м /г (исходная целлюлоза) до 0,54 м /г (целлюлоза, подвергнутая измельчению) [90].
При размоле наблюдается заметное увеличение сорбционной способности целлюлозных препаратов, что подтверждается данными оценки удельной поверхности [87]. В работе [91] изучена зависимость между степенью помола хлопковой целлюлозы и ее удельной поверхностью и объемом, а также количеством адсорбируемого А1(ОН)3. Установлено, что в диапазоне от 15 до 75 °ШР удельная поверхность хлопковой целлюлозы увеличивается

от 2,3 до 8,2 м /г, а удельный объем с 1,0 до 4,2 см /г. Удельный объем с большой скоростью увеличивается в начале процесса размола в диапазоне 15-30 °ШР, а удельная поверхность в конце процесса в диапазоне от 60 до 75 °ШР. Это, по мнению автора, является свидетельством того, что на начальной стадии размола преимущественно протекает процесс внешнего фиб-риллирования, от которого зависит в большей степени удельный объем, а замедление прироста удельного объема и ускорение прироста удельной поверхности в конце процесса свидетельствует о преобладании внутреннего фибриллирования. При этом в указанном диапазоне степеней помола наблюдается линейная зависимость между количеством адсорбируемого А1(ОН)з и удельной поверхностью волокон.
Большой интерес, на наш взгляд, представляют работы, посвященные изучению влияния высокотемпературных воздействий на целлюлозные материалы. Анализ изменений, происходящих в целлюлозной матрице при термической обработке, позволяет получить информацию о механизме процессов, протекающих при высоких температурах; выявить область темпера-