ДИСПЕРГИРОВАНИЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЯХ

  • Марина (Marina) Игоревна (Igorevna) Воронова (Voronova) Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН
  • Олег (Oleg) Валентинович (Valentinovich) Суров (Surov) Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН
  • Наталья (Natal'ya) Викторовна (Viktorovna) Рублева (Rubleva) Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН
  • Наталья (Natal'ya) Евгеньевна (Evgenievna) Кочкина (Kochkina) Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН
  • Анатолий (Anatoliy) Георгиевич (Georgievich) Захаров (Zakharov) Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН
Ключевые слова: нанокристаллическая целлюлоза, повторная диспергируемость, размеры частиц.

Аннотация

Сернокислотным гидролизом по стандартной методике получены водные суспензии нанокристаллической целлюлозы (НКЦ). Суспензии, пленки и аэрогели НКЦ охарактеризованы различными методами: определена степень полимеризации, проведен элементный анализ, на основании рентгеноструктурных данных рассчитаны степень кристалличности и размер кристаллитов, морфология аэрогелей НКЦ изучена с помощью сканирующей электронной микроскопии. Размер частиц НКЦ был определен с помощью просвечивающего электронного микроскопа, сканирующего атомно-силового микроскопа и методом динамического рассеяния света. Гидрозоли НКЦ с различным pH были использованы для приготовления лиофилизированных образцов НКЦ. Из гидрозолей НКЦ с pH 2.2 постепенной заменой воды на органический растворитель были получены органогели НКЦ с ацетоном, ацетонитрилом и этанолом.

Исследован процесс диспергирования лиофилизированной НКЦ и органогелей НКЦ (ацетоновый, ацетонитрильный и этанольный) в воде и в 11 органических растворителях. Показано влияние рН исходной водной суспензии НКЦ и растворителя, формирующего органогель НКЦ, на повторную диспергируемость НКЦ. Найдены оптимальное значение pH исходной водной суспензии НКЦ, определяющие максимальную диспергируемость лиофилизированных образцов в каждом конкретном растворителе. Показано, что диспергирование ацетонового, ацетонитрильного и этанольного органогелей в большинстве исследованных растворителей происходит с образованием частиц менее 100 нм.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Марина (Marina) Игоревна (Igorevna) Воронова (Voronova), Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН

кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Олег (Oleg) Валентинович (Valentinovich) Суров (Surov), Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН

кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Наталья (Natal'ya) Викторовна (Viktorovna) Рублева (Rubleva), Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН

научный сотрудник

Наталья (Natal'ya) Евгеньевна (Evgenievna) Кочкина (Kochkina), Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Анатолий (Anatoliy) Георгиевич (Georgievich) Захаров (Zakharov), Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН

доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией

Литература

Peng B.L., Dhar N., Liu H.L., Tam K.C. Can. J. Chem. Eng., 2011, vol. 89, pp. 1191–1198, DOI: 10.1002/cjce.20554.

Eichhorn S.J. Soft Matter., 2011, no. 7, pp. 303–315, DOI: 10.1039/c0sm00142b.

Deepa B., Abraham E., Cordeiro N., Mozetic M., Mathew A.P., Oksman K. et al. Cellulose, 2015, vol. 22, pp. 1075–1085, DOI: 10.1007/s10570-015-0554-x.

Habibi Y., Lucia L.A., Rojas O.J. Chem. Rev., 2010, vol. 110, pp. 3479–3500, DOI: 10.1021/cr900339w.

Eichhorn S.J., Dufresne A., Aranguren M., Marcovich N.E., Capadona J.R., Rowan S.J., Weder C., Thielemans W., Roman M., Renneckar S., Gindl W., Veigel S., Keckes J., Yano H., Abe K., Nogi M., Nakagaito A.N., Mangalam A., Simonsen J., Benight A.S., Bismarck A., Berglund L.A., Peijs T. J. Mater Sci., 2010, vol. 45, no. 1, pp. 1–33, DOI: 10.1007/s10853-009-3874-0.

Cao X., Dong H., Li C.M. Biomacromolecules, 2007, no. 8, pp. 899–904, DOI: 10.1021/bm0610368.

Bondeson D., Mathew A., Oksman K. Cellulose, 2006, vol. 13, no. 2, pp. 171–180, DOI: 10.1007/s10570-006-9061-4.

Araki J., Wada M., Kuga S., Okano T. Colloids Surf. A., 1998, vol. 142, pp. 75–82, DOI: 10.1016/S0927-7757(98)00404-X.

Liu D., Zhong T., Chang P.R., Li K., Wu Q. Bioresour Technol., 2010, vol. 101, no. 7, pp. 2529–2536, DOI: 10.1016/j.biortech.2009.11.058.

Espinosa S.C., Kuhnt T., Foster E.J., Weder C. Biomacromolecules, 2013, vol. 14, no. 4, pp. 1223–1230, DOI: 10.1021/bm400219u.

Um B.H., Karim M.N., Henk L.L. Appl. Biochem. Biotechnol., 2003, vol. 105–108, no. 1–3, pp. 115–125, DOI: 10.1385/ABAB:105:1-3:115.

Yan C.-F., Yu H.-Y., Yao J.-M. Cellulose, 2015, vol. 22, no. 6, pp. 3773–3788, DOI: 10.1007/s10570-015-0761-5.

Chen L., Zhu J.Y., Baez C., Kitin P., Elder T. Green Chem., 2016, vol. 18, pp. 3835–3843, DOI: 10.1039/C6GC00687F.

Espino-Perez E., Domenek S., Belgacem N., Sillard C., Bras J. Biomacromolecules, 2014, vol. 15, no. 12, pp. 4551–4560. DOI: 10.1021/bm5013458.

Spinella S., Maiorana A., Qian Q., Dawson N.J., Hepworth V., McCallum S.A., Ganesh M., Singer K.D., Gross R.A. ACS Sustain Chem. Eng., 2016, vol. 4, no. 3, pp. 1538–1550, DOI: 10.1021/acssuschemeng.5b01489.

Braun B., Dorgan J.R. Biomacromolecules, 2008, vol. 10, no. 2, pp. 334–341, DOI: 10.1021/bm8011117.

Cheng M., Qin Z., Chen Y., Liu J., Ren Z. Cellulose, 2017, vol. 24, pp. 3243–3254, DOI: 10.1007/s10570-017-1339-1.

Siqueira G., Tapin-Lingua S., Bras J., da Silva Perez D., Dufresne A. Cellulose, 2010, vol. 17, no. 6, pp. 1147–1158, DOI: 10.1007/s10570-010-9449-z.

Filson P.B., Dawson-Andoh B., Schwegler-Berry D. Green Chem., 2009, vol. 11, pp. 1808–1814, DOI: 10.1039/b915746h.

Torlopov M.A., Udoratina E.V., Maratov I.S., Sitnikov P.A. Cellulose, 2017, vol. 24, no. 5, pp. 2153–2162, DOI: 10.1007/s10570-017-1256-3.

Torlopov M.A., Mikhaylov V.I., Udoratina E.V., Aleshina L.A., Prusskii A.I., Tsvetkov N.V., Krivoshapkin P.V. Cel-lulose, 2017, vol. 25, no. 2, pp. 1031–1046, DOI: 10.1007/s10570-017-1624-z.

Yahya M., Lee H.V., Hamid S.B.A. BioResources, 2015, vol. 10, no. 4, pp. 7627–7639, DOI: 10.15376/biores.10.4.7627-7639.

Chen Y.W., Lee H.V., Hamid S.B.A. J. Nano Res., 2016, vol. 41, pp. 96–109, DOI: 10.4028/www.scientific.net/JNanoR.41.96.

Man Z., Muhammad N., Sarwono A., Bustam M.A., Kumar M.V., Rafiq S. J. Polym. Environ., 2011, vol. 19, no. 3, pp. 726–731. DOI: 10.1007/s10924-011-0323-3.

Miao J., Yu Y., Jiang Z., Zhang L. Cellulose, 2016, vol. 23, no. 2, pp. 1209–1219, DOI: 10.1007/s10570-016-0864-7.

Zhang J., Wu J., Yu J., Zhang X., He J., Zhang J. Mater. Chem. Front., 2017, vol. 1, no. 7, pp. 1273–1290, DOI: 10.1039/C6QM00348F.

Hirota M., Furihata K., Saito T., Kawada T., Isogai A. Angew. Chem. Int. Ed., 2010, vol. 49, no. 42, pp. 7670–7672, DOI: 10.1002/anie.201003848.

Hirota M., Tamura N., Saito T., Isogai A. Cellulose, 2010, vol. 17, no. 2, pp. 279–288, DOI: 10.1007/s10570-009-9381-2.

Montanari S., Roumani M., Heux L., Vignon M.R. Macromolecules, 2005, vol. 38, no. 5, pp. 1665–1671, DOI: 10.1021/ma048396c.

Peyre J., Pääkkӧnen T., Reza M., Kontturi E. Green Chem., 2015, vol. 17, pp. 808–811, DOI: 10.1039/C4GC02001D.

Surov O.V., Voronova M.I., Rubleva N.V., Kuzmicheva L.A., Nikitin D., Choukourov A., Titov V.A., Zakharov A.G. Cellulose, 2018, vol. 25, no. 9, pp. 5035–5048, DOI: 10.1007/s10570-018-1910-4.

Revol. J.-F., Bradford H., Giasson J., Marchessault R.H., Gray D.G. Int. J. Biol. Macromol., 1992, vol. 14, no. 3, pp. 170–172, DOI: 10.1016/S0141-8130(05)80008-X.

Viet D., Beck-Candanedo S., Gray D.G. Cellulose, 2007, no. 14, pp. 109–113, DOI: 10.1007/s10570-006-9093-9.

Beck S., Bouchard J., Berry R. Biomacromolecules, 2012, no. 13, pp. 1486–1494, DOI: 10.1021/bm300191k.

Okura H., Wada M., Serizawa T. Chem. Lett., 2014, vol. 43, pp. 601–603, DOI: 10.1246/cl.131181.

Siqueira G., Fraschini C., Bras J., Dufresne A., Prud’homme R., Laborie M.-P. European Polymer Journal, 2011, vol. 47, pp. 2216–2220, DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2011.09.014.

Bruckner J.R., Kuhnhold A., Honorato-Rios C., Schilling T., Lagerwall J.P.F. Langmuir, 2016, vol. 32, pp. 9854–9862, DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b02647.

Berg O., Capadona J.R., Weder C. Biomacromolecules, 2007, no. 8, pp. 1353–1357, DOI: 10.1021/bm061104q.

Cheung C.C.Y., Giese M., Kelly J.A, Hamad W.Y., MacLachlan M.J. ACS Macro Lett., 2013, no. 2, pp. 1016–1020, DOI: 10.1021/mz400464d.

Thygesen A., Oddershede J., Lilholt H., Thomsen A.B., Stahl K. Cellulose, 2005, vol. 12, no. 6, pp. 563–576, DOI: 10.1007/s10570-005-9001-8.

Elazzouzi-Hafraoui S., Nishiyama Y., Putaux J.L., Heux L., Dubreuil F., Rochas C. Biomacromolecules, 2008, vol. 9, no. 1, pp. 57–65, DOI: 10.1021/bm700769p.

French A.D. Cellulose, 2014, vol. 21, no. 2, pp. 885–896, DOI: 10.1007/s10570-013-0030-4.

Beck S., Bouchard J., Berry R. Biomacromolecules, 2012, vol. 13, pp. 1486−1494, DOI: 10.1021/bm300191k.

Boluk Y., Danumah C. J. Nanopart Res., 2014, vol. 16, pp. 2174–2179, DOI:10.1007/s11051-013-2174-4.

Brinkmann A., Chen M., Couillard M., Jakubek Z.J., Leng T., Johnston L.J. Langmuir, 2016, vol. 32, no. 24, pp. 6105−6114, DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b01376.

Beuguel Q., Tavares J.R., Carreau P.J., Heuzey M.-C. Journal of Colloid and Interface Science, 2018, vol. 516, pp. 23–33, DOI:10.1016/j.jcis.2018.01.035.

Микрофотография частиц НКЦ
Опубликован
2019-03-06
Как цитировать
[1]
Воронова (Voronova)М. (Marina) И. (Igorevna), Суров (Surov)О. (Oleg) В. (Valentinovich), Рублева (Rubleva)Н. (Natal’ya) В. (Viktorovna), Кочкина (Kochkina)Н. (Natal’ya) Е. (Evgenievna) и Захаров (Zakharov)А. (Anatoliy) Г. (Georgievich) 2019. ДИСПЕРГИРОВАНИЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЯХ. Химия растительного сырья. 1 (мар. 2019), 39-50. DOI:https://doi.org/10.14258/jcprm.2019014240.
Выпуск
Раздел
Биополимеры растений