Введение к работе
Важным направлением инновационного развития химии и технологии получения продуктов на основе главного компонента древесины - целлюлозы с новыми заранее заданными свойствами является ее структурная и химическая модификация, позволяющая значительно улучшить преимущества природной целлюлозы, расширить потенциальные возможности ее использования. На основе различных целлюлозных волокон могут быть получены препараты нанокристаллическои целлюлозы (НКЦ), прочность которой сопоставима с прочностью углеродных нанотрубок.
Возможность использования при получении НКЦ различных прекурсоров - исходных целлюлозосодержащих материалов и условий их обработки делают актуальной задачу проведения исследований, направленных на разработку способов регулирования характеристик получаемых нанодисперсий (выхода конечного продукта, его функционального состава, степени дисперсности и распределения по размерам наночастиц) и свойств композиционных материалов, содержащих наноразмерные частицы - элементы структуры целлюлозы, решению которой посвящена данная диссертационная работа.
Цель работы: 1) разработка методов получения новых армирующих биодеградируемых наполнителей (наночастиц целлюлозы) на основе различных целлюлозных прекурсоров и характеристика структуры и физико-химических свойств дисперсий наноцеллюлозы различных типов;
2) разработка методов модифицирования целлюлозосодержащих композиционных материалов наночастицами целлюлозы, обеспечивающих повышение их физико-механических характеристик.
Для достижения поставленной цели необходимо:
установить закономерности получения наночастиц целлюлозы с использованием методов радиационно-химической и механической деструкции целлюлозных материалов;
установить взаимосвязь между видом прекурсора, геометрическими характеристиками полученных из него наночастиц целлюлозы и условиями их выделения;
охарактеризовать структуру и физико-химические свойства дисперсий целлюлозных наночастиц и композиционных материалов, полученных с их использованием;
определить тип наночастиц целлюлозы и условия их применения, обеспечивающие достижение высокой эффективности модифицирования целлюлозосодержащих композиционных материалов.
Научная новизна.
Впервые установлена зависимость химического строения, структурных и физико-химических свойств дисперсий нанокристаллическои целлюлозы от условий обработки целлюлозных материалов у-излучением.
Выявлено изменение функционального состава и степени полимеризации в процессе выделения наночастиц целлюлозы из различного сырья.
Установлена зависимость реологических характеристик различных видов нанодисперсий целлюлозы, а также композиций для мелования бумаги от размера наночастиц целлюлозы и состава компонентов дисперсной фазы.
На модельной системе на основе ПВС показана возможность создания с использованием нанокристаллической целлюлозы композиции из совместимых полимеров.
Практическая значимость работы.
Впервые предложены способы получения новых биодеградируемых нанодисперсных целлюлозных наполнителей путем воздействия на древесное сырье ионизирующего у-излучения.
Показана возможность применения наночастиц целлюлозы для повышения физико-механических характеристик различных видов бумаги, картона, древесно-слоистых пластиков.
Установлена высокая эффективность введения частиц нанокристаллической целлюлозы в состав меловальных композиций для различных видов бумаги.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль-2010) (г. Москва, 2010), региональной научно-технической конференции с международным участием молодых учёных, студентов и аспирантов «Новые технологии на транспорте в энергетике и строительстве» (г. Омск, 2010), межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые учёные -развитию текстильной и лёгкой промышленности» (Поиск - 2011) (г. Иваново, 2011), семинаре «Химия высоких энергий, свободнорадикальные и криохимические процессы» (г. Черноголовка, 2011), международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2011» (г. Москва, 2011), научно-практической конференции «Нанотехнологии в текстильной и лёгкой промышленности» (г. Москва, 2011), всероссийской студенческой олимпиаде и семинаре с международным участием «Наноструктурные, волокнистые и композиционные материалы» (г. Санкт-Петербург, 2011), международной научно-технической конференции «Renewable Wood and Plant Resources, Chemistry, Technology, Pharmacology, Medicine» (г. Санкт-Петербург, 2011), международной научно-практической конференции «Нано, био, информационные технологии в текстильной и лёгкой промышленности» ("Текстильная химия - 2011) (г. Иваново, 2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Российской Федерации, тезисы 8 докладов на конференциях различного уровня, 1 заявка на патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц и 52 рисунка. Она включает введение, обзор литературы, методическую и экспериментальную части, обсуждение результатов, выводы и приложения на 49 страницах. Список цитируемых источников содержит 185 наименований.
