ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО МЕТОДА РУЛАНДА ДЛЯ РАСЧЕТА СТЕПЕНИ КРИСТАЛЛИЧНОСТИ ОБРАЗЦОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

А.И. Прусский; Н.Е. Котельникова

А.И. Прусский Петрозаводский государственный университет Email: prusskiiandrey@gmail.com
Н.Е. Котельникова Институт высокомолекулярных соединений РАН Email: nkotel@mail.ru

Ключевые слова: природные полимеры, целлюлоза, модификация, рентгеноструктурный анализ, метод Руланда, гидрогель

Аннотация

Целлюлоза является наиболее распространённым природным биополимером. Этот полисахарид широко применяется в различных отраслях – фармацевтике, медицине, промышленности, что частично обусловлено высокой доступностью целлюлозы, низкой стоимостью и исключительными механическими свойствами, в частности, высоким модулем Юнга. Механические и физико-химические свойства целлюлозы определяются ее надмолекулярной и морфологической структурой, а именно, совершенством ее аморфно-кристаллического состояния. Относительное содержание кристаллического материала в целлюлозе описывается индексом (степенью) кристалличности (СК). В данной работе с использованием модифицированного метода Руланда проведен расчёт СК изученных ранее образцов целлюлозы, а также гидрогеля, выделенного из порошковой целлюлозы, чья картина рассеяния нетипична и полностью не описывается теоретическими моделями.

Биографии авторов

А.И. Прусский, Петрозаводский государственный университет

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики твердого тела

Н.Е. Котельникова, Институт высокомолекулярных соединений РАН

доктор химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории № 19 Физической химии полимеров

Литература

Klemm, D., Kramer, F., Moritz, S., Lindström, T., Ankerfors, M., Gray, D., Dorris, A. Nanocelluloses: A new family of nature-based materials // Cellulose. 2011. Vol. 18, no. 3. P. 563-567. DOI: https://doi.org/10.1007/s10570-014-0213-7.

Казаков Я.В., Казакова О. Я., Манахова Т. Н., Малков А. В. Определение упругих констант целлюлозно-бумажных материалов при растяжении в плоскости листа // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2015. – Т. 81, № 8. – С. 53-58.

Park, S., Baker, J. O., Himmel, M. E., Parilla, P. A., Johnson, D. K. Cellulose crystallinity index: measurement techniques and their impact on interpreting cellulase performance // Biotechnology for Biofuels. 2010. Vol. 3, no. 10. P. 1-10. DOI: https://doi.org/10.1186/1754-6834-3-10.

Klemm, D., Heublein, B., Fink, H.-P., Bohn, A. Cellulose: Fascinating Biopolymer and Sustainable Raw Material // Angewandte Chemie International Edition. 2005. Vol. 44, no. 22. P. 3358-3393. DOI: https://doi.org/10.1002/anie.200460587.

French, A. D. Idealized powder diffraction patterns for cellulose polymorphs // Carbohydrate Polymers. 2014. Vol. 112. P. 439-444. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.04.027.

Nishiyama, Y., Langan, P., Chanzy, H. Crystal structure and hydrogen-bonding system in cellulose Iβ from synchrotron X-ray and neutron fiber diffraction // Journal of the American Chemical Society. 2002. Vol. 124, no. 31. P. 9074-9082. DOI: 10.1021/ja0257319.

O'Sullivan, A. C. Cellulose: the structure slowly unravels // Progress in Polymer Science. 1997. Vol. 22, no. 1. P. 151-207. DOI: 10.1016/S0079-6700(96)00010-5.

Medronho, B., Romano, A., Miguel, M. G., Stigsson, L., Lindman, B. Rationalizing cellulose (in)solubility: reviewing basic physicochemical aspects and role of hydrophobic interactions // Carbohydrate Polymers. 2012. Vol. 87, no. 2. P. 1079-1096. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.04.043.

Habibi, Y., Lucia, L. A., Rojas, O. J. Cellulose nanocrystals: chemistry, self-assembly, and applications // Chemical Reviews. 2010. Vol. 110, no. 6. P. 3479-3500. DOI: https://doi.org/10.1021/cr900339w.

Saurov S.K., Svedström K., Kotelnikova N. Comparative study of powder celluloses and cellulose hydrogels by WAXS method. Impact of measurement technique and computation on variability of results // Cellulose Chem. Technol. – 2019. – Vol. 53, No. 9-10. – P. 885-896. DOI: https://doi.org/10.35812/CelluloseChemTechnol.2019.53.86

Park, S., Baker, J. O., Himmel, M. E., Parilla, P. A., Johnson, D. K. Cellulose crystallinity index: measurement techniques and their impact on interpreting cellulase performance // Biotechnology for Biofuels. 2010. Vol. 3, no. 10. P. 1-10. DOI: https://doi.org/10.1186/1754-6834-3-10.

French, A. D. Increment in evolution of cellulose crystallinity analysis // Cellulose. 2020. Vol. 27. P. 5445-5448. DOI: https://doi.org/10.1007/s10570-020-03172-z.

Прусский А. И., Алешина Л. А. Рентгеновские исследования целлюлозы хлопка и льна в различных состояниях // Структура и физико-химические свойства целлюлоз и нанокомпозитов на их основе / под ред. Л. А. Алешиной, В. А. Гуртова, Н. В. Мелех. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2014. С. 98-133.

Park, S., Baker, J. O., Himmel, M. E., Parilla, P. A., Johnson, D. K. Cellulose crystallinity index: measurement techniques and their impact on interpreting cellulase performance // Biotechnology for Biofuels. 2010. Vol. 3, no. 10. P. 1-10. DOI: https://doi.org/10.1186/1754-6834-3-10.

Щербакова Т.П., Котельникова Н. Е., Быховцева Ю. В. Сравнительное изучение образцов порошковой и микрокристаллической целлюлозы различного природного происхождения. Физико-химические характеристики // Химия растительного сырья. 2011. №3. C. 33–42.

Котельникова Н.Е., Михаилиди А.М., Мартакова Ю.В. Получение целлюлозных гидрогелей при самоорганизации из растворов в ДМАА/LiCl и их свойства // Высокомолекулярные соединения. Серия А, 2017, том 59, № 1, с. 63–75. DOI: https://doi.org/10.7868/S2308112017010084.

Прусский А. И., Алешина Л. А. Компьютерное моделирование атомной структуры регенерированной целлюлозы // Высокомолекулярные соединения А. 2016. Т. 58. № 3. С. 268-281. https://doi.org/10.7868/S2308112016030147