Отчет по практике. Отчет по практике Голубев. Автономная некоммерческая организация высшего образования Российский новый университет
 Скачать 60.25 Kb.
|
1.1 Проблемы совмещения частиц наноцеллюлозы с полимерной матрицей.Проблемы возникают, когда исследователи пытаются совместить наполнитель (частицы наноцеллюлозы) с полимерной матрицей. Пока исследователям не хватало понимания того, как концентрация наполнителя влияет на общие свойства композита, а также характер взаимодействий между матрицей и наполнителем. Полимерные материалы, в том числе целлюлозные и целлюлозосодержащие, являются сложными гетерогенными (многокомпонентными и многофазными) системами, свойства которых определяются химическим строением компонентов, характером и интенсивностью взаимодействия между ними, а также микро- и макроструктурой материала. Одним из путей регулирования этих характеристик и, как следствие, направленного изменения свойств целлюлозосодержащих композиционных материалов, является использование в качестве модифицирующего компонента наноразмерных элементов целлюлозы. 1.2 Области применения нано частиц целлюлозы.Характерными свойствами использования НЦ является высокая механическая прочность, сопоставимая с прочностью углеродных нанотрубок, и способность образовывать 2- и 3-мерные армирующие сетки с химическими связями в составе нанокомпозиционных материалов. Области применения наночастиц целлюлозы различного типа определяются не только высокой прочностью нанофибрилл и нанокристаллитов, но и такими характеристиками, как высокая химическая чистота, биосовместимость, развитая поверхность, высокая адсорбционная способность, нерастворимость, неволокнистая структура, отсутствие побочного действия на организм. На основе природных целлюлозных волокон в результате различных воздействий (обработки химическими реагентами, высоких сдвиговых напряжений, ультразвукового и ферментативного воздействия и др.) могут быть получены нанодисперсные системы, содержащие частицы длиной 100–2000 нм и диаметром 5–70 нм. Размеры частиц зависят от происхождения, способов обработки и диспергирования целлюлозосодержащего компонента. Для армирования полимерных композиционных материалов используются целлюлозные наноструктурные элементы различных типов – целлюлозные наносферы, нанофибриллярная (НФЦ) и нанокристаллическая целлюлоза (НКЦ). В целлюлозно-бумажной промышленности наноцеллюлозу используют для повышения физико-механических показателей волокнистых материалов (бумаги, картона). Введение в бумажную массу порядка 0,5–2,5% НКЦ путем обработки волокнистого слоя гелем НКЦ с дальнейшим прессованием и сушкой способствует увеличению содержания ОН-групп, способных к образованию дополнительных водородных связей. Последние, в свою очередь, придают повышенную прочность волокнистому слою, что существенно увеличивает такие физико-механические показатели готовой продукции, как сопротивление раздиранию, продавливанию, разрывная длина, которые возрастают на 20%, 10% и 15% соответственно. 1.3 Влияние содержания наноцеллюлозы на обезвоживание бумажной массы в процессе формования в сеточной части.При работе бумагоделательной машины основными критериями, определяющими качество готовой продукции, являются как свойства полуфабрикатов, из которых изготавливается бумага, так и свойства и качество применяемых вспомогательных химических веществ (проклеивающие, ретенционные, и др. добавки). От качества применяемых компонентов композиции бумажной массы при формовании во многом зависит ее обезвоживающая способность. Введение наноцеллюлозы в композицию бумажной массы улучшает ее обезвоживание, что коррелируется с проведенными исследованиями и опытными работами по определению сухости бумажного полотна и его влагопрочности. При формировании надмолекулярных структур, влияющих на свойства целлюлозных волокон, как уже отмечалось, определяющую роль играют внутри и межмолекулярные водородные связи. В результате проведенной серии экспериментов на дейтерированной целлюлозе было обнаружено, что доминирующей в организации внутримолекулярных связей является водородная связь донора водорода ОН-группы при третьем углероде пиранозного кольца целлюлозы с соседним кольцевым кислородом. Внутримолекулярная водородная связь, образованная донором водорода ОН-группы при втором углероде с кислородом в шестом положении, а также межмолекулярная водородная связь донора ОН-группы в шестом положении с кислородом во втором или третьем положениях оказались менее устойчивыми. Это обстоятельство позволило установить наличие двух схем образования указанных водородных связей А и В. Очевидно, что проникновение химических реагентов и воды наиболее легко осуществляется в межлистовые пространства, перпендикулярно оси а кристаллической ячейки. Поскольку внутрилистовая водородная связь существенно превышает межлистовые, создаются предпосылки для формирования 18 микропористой структуры, образующейся между листовыми нанофибриллами. Расчет показывает, что эти микропоры являются щелевидными и они могут занимать пространства между бинарными листами, образованными соответственно центральными и угловыми цепочками кристаллической ячейки Iβ-целлюлозы. Низкотемпературное воздействие до 15K [8] вызывает уплотнение целлюлозы с преимущественной деформацией кристаллической ячейки в направлении оси а, что согласуется с вышеописанной моделью. Следует отметить, что указанная деформация вызывает не только изменение структуры целлюлозы, но и ее капиллярно-пористой системы. Это является существенной причиной малой эффективности низкотемпературной адсорбции паров азота (77 K) волокнами целлюлозы [11]. Анализ образцов целлюлозы в области криотемператур при измерении скорости спин-решеточной релаксации также зафиксировал уплотнение образцов с вероятным ростом степени кристалличности. |