ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПЕРЕХОДЫ В НЕКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ДОМЕНАХ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Иоелович М. Я.

2017 / Том 7: номер 1 [ ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ ]

При нагревании образцов различных полимеров наблюдается монотонное изменение их физико-химических свойств. При достижении определенных температур переходов происходит резкое изменение некоторых свойств полимеров. Целлюлоза, как известно, является линейным стереорегулярным полукристаллическим полисахаридом, состоящим из ангидроглюкозных звеньев, соединенных 1,4-β-глюкозидными связями. Этот полисахарид имеет сложную надмолекулярную структуру, состоящую из упорядоченных и менее упорядоченных некристаллических доменов. В данной статье описаны и проанализированы температурные переходы в некристаллических доменах целлюлозы. Показано, что вследствие структурной неоднородности некристаллические домены имеют три температурных перехода релаксационного типа, причем α₁-переход при 490-500 К и α₂-переход при 380-410 К вызваны возникновением сегментарной подвижности в мезоморфных кластерах с повышенной плотностью и в аморфных кластерах с пониженной плотносью соответственно, тогда как β-переход при 280-300 К связан с подвижностью отдельных звеньев или небольших сегментов в наиболее рыхло упакованных аморфных кластерах, расположенных, вероятно, на внешней поверхности фибрилл целлюлозы. Под действием воды и других пластификаторов все три изофазовых перехода смещаются в область более низких температур. Наряду с α- и β-переходами наблюдается также более низкотемпературный γ-переход в области 180-200 К, вызванный подвижностью гидроксиметиленовых групп звеньев в некристаллических доменах целлюлозы.

Ключевые слова:

целлюлоза,некристаллические домены,температурные переходы,механизм,cellulose,non-crystalline domains,temperature transitions,mechanism

Библиографический список:

1. Тагер А.А. Физикохимия полимеров. М.: Химия, 1978. 544 с.
2. Boyer R.F. Transition and relaxation in polymers. New York: Wiley and Sons, 1977. 745 p.
3. Shen M., Eisenberg A. Glass transitions in polymers // Rubber Chem. Technol. 1970. V. 43. P. 95-100.
4. Годовский Ю.К. Теплофизические методы исследования полимеров. М.: Химия, 1976. 216 с.
5. Бартенев Г.М., Алигулиев Р.М., Хитеева Д.М. Релаксационные переходы в полиэтилене // Высокомол. соед. Сер. А. 1981. Т. 23, N 9. С. 2003-2011.
6. Fakirov S., Krasteva B. On the glass transition temperature of polyethylene as revealed by micro-hardness measurements // J. Macromol. Sci. 2000. V. 39. Part B. N 2. P. 297-301.
7. Klemm D., Heublein B., Fink H-P., Bohn A. Cellulose: fascinating biopolymer and sustainable raw material // Anew. Chem. 2005. V. 44. P. 2-37.
8. Никитин Н.И. Химия древесины и целлюлозы. М.-Л.: АН СССР, 1962. 711 с.
9. Ioelovich M. 2014. Cellulose nanostructured natural polymer. Saarbrücken: LAP, 2014. 88 p.
10. Ioelovich M., Laka M. Structural analysis of disordered cellulose // SITA. 2002. N 4. P. 90-93.
11. O'Sullivan A. Cellulose: the structure slowly unravels // Cellulose.1997. V. 4. P. 173-207.
12. Back E., Didriksson E. Four secondary and glass transition temperature of cellulose evaluated by sonic pulse technique // Svensk Papperstidn. 1969. V. 72, N 21. P. 687-694.
13. Кайминь И.Ф., Карливан В.П., Иоелович M.Я. Температурные переходы целлюлозы и их изменение в присутствии низкомолекулярных веществ // Известия АН Латв. ССР. 1979. N 8. С. 112-123.
14. Каргин В.А., Козлов П.В., Най-Чан В. О температуре стеклования целлюлозы // Докл. АН СССР. 1960. Т. 130, N 2. С. 356-358.
15. Иоелович M.Я., Кайминь И.Ф. Изучение температурных переходов целлюлозы в жидких средах // Высокомол. соед. Сер. Б. 1979. Т. 21, N 8. С. 621-625.
16. Alftha E., Deruvo A., Brown W. Glass transition temperature of oligosaccharides // Polymer. 1973. V. 14. P. 329-330.
17. Van Krevelen D.W. Properties of polymers. Correlation with chemical structure. Amsterdam-London-New York: Elsevier Publ., 1972. 427 p.
18. Nordin S., Nyren J., Back E. Note on molten cellulose produced in a laser beam // Svensk Papperstidn. 1973. V. 76, N 16. P. 609-610.
19. Manabe S. Iwata M., Kamide K. Dynamic mechanical absorptions observed for regenerated cellulose solids in the temperature range from 280 to 600 K // Polymer J. 1986. V.18, N 1. P. 1-14.
20. Файнберг Э.З., Михайлов Н.В. Исследование температурной зависимости теплоемкости целлюлозных волокон // Высокомол. соед. Сер. А. 1967. Т. 9, N 4. С. 920-926.
21. Klason C., Kubat J. Thermal transition in cellulose // Svensk Papperstidn. 1976. V. 79, N 15. P. 494-500.
22. Ioelovich M. Isophase and phase transitions of cellulose - a short review // SITA. 2016. V. 18, N 2. P. 14-34.
23. Зеленев Ю.B., Глазков В.И. Релаксационные процессы в целлюлозе и ее производных // Высокомол. соед. Сер. А. 1972. Т. 14, N 1. С. 16-22.
24. Кайминь И.Ф., Иоелович M.Я. Влияние влагосодержания на температурные переходы в целлюлозе // Высокомол. соед. Сер. Б. 1973. Т. 15, N 10. С. 764-767.
25. Мочалов А.Н., Хлюстова Т.Б., Иоелович М.Я., Кайминь И.Ф. Влияние степени кристалличности целлюлозы на ее теплоемкость // Химия древесины. 1982. N 4. С. 66-68.
26. Плотников О.В., Михайлов А.И., Раявээ Э.Л. Изучение сверхмедленных молекулярных движений в целлюлозе методом ЭПР // Высокомол. соед. Сер. А. 1977. Т. 19, N 11. С. 2528-2537.
27. Roig F., Dantras E., Dandurand J., Lacabanne C. Influence of hydrogen bonds on glass transition and dielectric relaxations of cellulose // J. Applied Physics. 2011. V. 44. N 4. P. 1-9.
28. Aziz K., Shinouda, H.G. Acid hydrolysis of cotton cellulose and its thermal transition // Cell. Chem. Technol. 1973. V. 7, N 4. P. 465-478.
29. Ramiah M., Goring, D. A. The thermal expansion of cellulose, hemicellulose and lignin // J. Polym. Sci. Part. C. 1965. V. 11. P. 27-48.
30. Борисова Т.И., Петропавловский Г.А., Котельникова Н.Е. Исследование температурных переходов в целлюлозе различной надмолекулярной структуры диэлектрическим методом // Высокомол. соед. Сер. А. 1979. Т. 21, N 9. С. 2031-2037.
31. Михайлов Г.П., Артюхов А.И., Борисова Т.И. Об особенностях релаксации гидроксильных групп целлюлозы при низких температурах // Высокомол. соед. Сер. Б. 1967. Т. 9, N 2. С.138-141.
32. Wickholm K., Hult E.L., Larsson P.T., Iversen T., Lennholm H. Quantification of cellulose forms in complex cellulose materials: a chemometric model // Cellulose. 2001. V. 8. P. 139-148.
33. Togawa E., Kondo, T. Unique structural characteristics of nematic ordered cellulose - stability in water and its facile transformation // J. Polym. Sci. Polym. Phys. 2007. V. 45. P. 2850-2859.
34. Paes S.S., Sun S., Mac Naughtan W., Ibbett R., Ganster J., Foster T.J., Mitchell J.R. The glass transition and crystallization of ball milled cellulose // Cellulose. 2010. V. 17. P. 693-709.
35. Липатов Ю.С., Шилов В.В., Гомза Ю.П., Кругляк Н.Е. Рентгенографические методы изучения полимерных систем. Киев: Наук. думка, 1982. 296 с.
36. Ioelovich M., Leykin A., Figovsky O. Study of cellulose paracrystallinity // Bioresources. 2010. V. 5, N 3. P. 1393-1407.
37. Аким Э.Л., Наймарк Н.И., Васильев Б.В., Фоменко Б.А., Игнатьева Э.В., Жегалова Н.Н. Воздействие пластифицирующих жидких сред на температуру стеклования целлюлозных материалов // Высокомол. соед. Сер. А. 1971. Т.13, N 10. С. 2244-2250.
38. Наймарк Н.И., Фоменко Б.А., Игнатьева Э.В. Температура стеклования целлюлозы, предельно пластифицированной водой в условиях равновесной сорбции из жидкой фазы // Высокомол. соед. Сер. Б. 1975. Т. 17, N 5. С. 355-358.
39. Montes H., Mazeau K., Cavaille J.Y. Secondary mechanical relaxations in amorphous cellulose // Macromolecules. 1977. V. 30. P. 6977-6984.
40. Stratton, R. A. Dependence of the viscoelastic properties of cellulose on water content // J. Polym. Sci. Polym. Chem. 1973. V. 11. P. 535-544.
41. Szczesniak L., Rachocki A., Tritt-Goc J. Glass transition temperature and thermal decomposition of cellulose powder // Cellulose. 2008. V. 15. P. 445-451.
42. Иоелович M.Я., Кайминь И.Ф., Веверис Г.П. Процесс кристаллизация аморфизованной целлюлозы // Высокомол. соед. Сер. А. 1982. Т. 24, N 6. С.1224-1228.
43. Salmen N. L., Back E. L. The influence of water on the glass transition temperature of cellulose // TAPPI. 1977. V. 60, N 12. P. 137-140.
44. Kaelbe K. Physical chemistry of adhesion. New York: Wiley, 1971.153 p.
45. Couchman P.R., Karasz F.E. A classical thermodynamic discussion of the effect of composition on glass-transition temperatures // Macromolecules. 1978. V. 11. P. 117-119.
46. Fox T.G. 1956. Influence of diluent and copolymer composition on the glass temperature of a polymer system // Bull. Am. Phys. Soc. V. 1. P. 123-125.
47. Ogiwara Y., Kubota H., Hayashi S., Mitomo N. Temperature dependency of bound water of cellulose studied by a high-resolution NMR spectrometer // J. Appl. Polym. Sci. 1970. V. 14, N 2. P. 303-309.
48. Batzer H., Kreibich U.T. Influence of water on thermal transitions in natural polymers and synthetic polyamides // Polym. Bulletin. 1981. V. 5, N 11. P. 585-590.

Файлы:

• реферат (скачать | просмотреть)
• статья (скачать | просмотреть) - скачано 51 раз