Получение наночастиц целлюлозы из растительного сырья и их применение для модифицирования композиционных материалов

• Автор: Коротков, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.17.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 195 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Получение и свойства микрокристаллической целлюлозы

1.2 Получение и свойства нанофибриллярной целлюлозы

1.3 Нанокристаллическая целлюлоза

1.4 Целлюлозные наносферы

1.5 Применение микрокристаллической, нанофибриллярной и нанокристаллической целлюлозы

2 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

2.1 Материалы и реагенты.

2.2 Методы исследования
3 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Получение и состав нанодисперсных систем на основе целлюлозы
3.2 Структурные характеристики и свойства нанодисперсных систем на основе целлюлозы.
3.3 Исследование возможности применения наноцеллюлозы для модифицирования целлюлозных композиционных материалов.
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Установлено, что скорость гидролиза целлюлозы, которую характеризуют по изменению степени полимеризации в процессе деструкции, независимо от вида исходного сырья и гидролизующего агента изменяется значительно: на начальной стадии гидролиз протекает с большей скоростью, через определенное время скорость заметно снижается и далее остается почти постоянной. Выход целлюлозы значительно снижается в начальный период процесса гидролиза, когда идет растворение ее аморфной части. После достижения СПпр выход продолжает снижаться, по-видимому, из-за частичного гидролиза кристаллитов целлюлозы. Снижение выхода МКЦ в случае древесной целлюлозы происходит интенсивнее, чем для хлопковой, вследствие меньшего содержания альфа-целлюлозы и более высокого - аморфной фракции, неустойчивой к действию кислот. Показано [], что изменение основных физико-химических свойств МКЦ имеет одинаковый характер независимо от вида исходного сырья и гидролизующего агента, но абсолютные значения показателей находятся в непосредственной зависимости от указанных факторов. Так, абсолютные значения сорбционной способности и водоудержания МКЦ, полученной из волокнистой древесной целлюлозы, несколько выше, чем из хлопковой целлюлозы. Возможно, это связано с большей дефектностью кристаллитов древесной целлюлозы. Заключительной стадией в производстве МКЦ является процесс сушки, в ходе которого формируются эксплуатационные характеристики готового продукта. В зависимости от условий сушки и вида используемой сушилки насыпная плотность МКЦ колеблется от 0,2 до 0,5 кг/м^ [], максимальная плотность составляет кг/м3 []. По мере роста температуры сушки снижается водоудерживающая способность МКЦ от при °С до при °С и до % при 5 °С [, ]. Под воздействием сил когезии частицы МКЦ образуют агломераты []. Агломерация является побочным эффектом, ухудшающим качество готового продукта и снижающим выход целевой фракции в результате укрупнения частиц МКЦ. С целью повышения выхода целевой фракции МКЦ и снижения процесса агломерации используются различные способы сушки и виды сушилок: сушка вымораживанием, распылением МКЦ в конвекционных сушилках [], сушка в вакууме [], сушка в печи, экстрагирование воды из МКЦ этанолом или ацетоном. Отмечаются способы "полусухого" получения МКЦ при совмещении процессов гидролиза и сушки в режиме струйного фонтанирования [], в режиме пневмосушилки, применение инертных насадок в сушилках []. Для предотвращения образования крупных частиц МКЦ в процессе сушки используют также ввод в МКЦ пищевых жиров или масел растительного и животного происхождения, эфиров жирных кислот или спиртов, служащих в качестве барьерных веществ для предотвращения агломерации []. В работе [] предложен способ получения МКЦ с размером частиц - 0 мкм, исключающий агломерирование МКЦ благодаря разрушению кристаллитов гидролизованной целлюлозы во влажном состоянии в режиме сушки в лопастном смесителе. Н и Н2. Кроме деструктирующего действия по отношению к целлюлозе, пероксомоносерная кислота вызывает окисление остаточного лигнина [, ]. В работе [] представлены 3 варианта переработки соломы овса с получением МКЦ. Кюршнера обработкой биомассы смесью азотной кислоты и этилового спирта, с последующим гидролизом целлюлозы до предельной степени полимеризации пероксомоносерной кислотой. Второй вариант получения МКЦ состоял в делигнификации щелочным раствором ЫаОН соломы после её размола на вибрационной мельнице с последующей обработкой пероксомоносерной кислотой. Обработку вели при атмосферном давлении и температуре кипения смеси при 0-5°С в течение 0,5-2,0 ч. Отмечено, что уже при минутах обработки значение СП уменьшается до величины, приблизительно равной значению СП, получаемому при гидролизе по классическому методу в течение 2 часов. В работе [] показана возможность получения МКЦ из хвойной древесной целлюлозы с использованием сернокислого катализатора в процессе органосольвентной делигнификации смесью уксусная кислота -пероксид водорода - вода. Предложенная схема позволяет получать не только МКЦ, но и такие ценные продукты как арабиногапактан, дигидрокверцетин и низкомолекулярный лигнин.