Механохимическое получение композитов поливиниловый спирт/карбоксиметилцеллюлоза

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Экологически чистым методом “мягкой” механохимической активации без растворителя и сшивающих агентов получены биоразлагаемые твердофазные композиты поливиниловый спирт/ карбоксиметилцеллюлоза, перспективные для применения в фармацевтике, сельском хозяйстве, химической промышленности. Воздушно-сухие смеси поливинилового спирта и карбоксиметилцеллюлозы в массовом соотношении 2 : 1; 1 : 1; 1 : 2 подвергали ударно-сдвиговому воздействию в течение 3 и 5 мин (доза механической энергии 0.74 и 1.24 кДж/г) с помощью вибрационного истирателя ИВС-4 (1500 об./мин; 23.4 Гц; 0.55 кВт; навеска пробы 50 г; отношение массы размольных тел к массе образца 44 : 1). Механоактивированные образцы, представляющие собой средние порошки (насыпная плотность больше 600 и меньше 1000 кг/м3), исследованы методами сканирующей электронной микроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии и термогравиметрии, инфракрасной спектроскопии, оптической микроскопии, пикнометрии, методом спектра мутности, гравиметрии. Найдено, что механохимическая активация смеси с эквимассовым содержанием поливинилового спирта и карбоксиметилцеллюлозы и дозой энергии 1.24 кДж/г позволяет получить достаточно прозрачные в видимой области (мутность равна 0.14 см–1) и стабильные в течение 96 ч полимерные растворы концентрации 1 г/дл. Установлено, что поливиниловый спирт кристаллизуется из водных растворов концентраций 1 и 2 г/дл при высушивании при 25°С в дендриты или кристаллиты, после дозы энергии 0.74 и 1.24 кДж/г соответственно. Полимерные пленки композитов имеют сложную морфологию, включающую дендритные и аксиалитные кристаллические формы. Выявлено, что механохимическая обработка стимулирует формирование кристаллических форм полимеров, изменяет их межмолекулярное взаимодействие и затрагивает гидроксильные и эфирные группы карбоксиметилцеллюлозы и гидроксильные группы поливинилового спирта.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. Н. Дабижа

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: dabiga75@mail.ru
Россия, наб. адмирала Макарова, 2, Санкт-Петербург, 199034

О. А. Шилова

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: dabiga75@mail.ru
Россия, наб. адмирала Макарова, 2, Санкт-Петербург, 199034

Е. М. Иванькова

Институт высокомолекулярных соединений РАН

Email: dabiga75@mail.ru
Россия, В. О. Большой проспект, 31, Санкт-Петербург, 199034

Список литературы

  1. Студеникина Л.Н., Корчагин В.И., Иушин В.О., Мельников А.А. Влияние природы наполнителя на свойства композита “поливиниловый спирт: полисахарид” // Сорбционные и хроматографические процессы. 2021. Т. 21. № 1. С. 111–118. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2021.21/3226
  2. Khoramabadi H.N., Arefian M., Hojjati M., Tajzad I., Mokhtarzade A., Mazhar M., Jamavari A. A review of polyvinyl alcohol/carboxymethyl cellulose (PVA/CMC) composites for various applications // Journal of Composites and Compounds. 2020. № 2. P. 69–76. https://doi.org/10.29252/jcc.2.2.2
  3. Жилякова Е.Т., Попов Н.Н., Халикова М.А., Новикова М.Ю., Придачина Д.В. Технологические характеристики супрамикроструктурированного комбинированного пролонгатора-загустителя Na-КМЦ и ПВС // Международный журнал экспериментального образования. 2015. № 4. (ч. 2). С. 450–452.
  4. Аракелов Г.Г., Смирнова К.С., Ничволодин А.Г., Хижняк С.Д., Соколов А.В., Пахомов П.М. Композиционные пленки на основе поливинилового спирта и Na-карбоксиметилцеллюлозы для сепарационных целей // Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93. № 7. С. 963–968. https://doi.org/10.31857/S0044461820070063
  5. Лазарева Т.Г., Ильющенко И.А., Алимов И.Ф. Пленочные материалы на основе поливинилового спирта и поликислот // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 1994. Т. 36. № 9. С. 1481–1485.
  6. Патент № 2200716 C2 Российская Федерация, МПК C04B 16/12, C04B 18/02, C04B 18/26. Композиция для получения теплоизоляционного материала и теплоизоляционный материал на ее основе: № 2000119937/04: заявл. 27.07.2000 опубл. 20.03.2003 / В.В. Мальцев, А.В. Разумовский; заявитель Федеральное государственное унитарное предприятие “Научно-исследовательский и проектный институт “Научстандартдом – Гипролеспром”. 8 с.
  7. Liu D., Zhang C., Pu Y., Chen S., Li H., Zhong Y.. Novel colorimetric films based on polyvinyl alcohol/sodium carboxymethyl cellulose doped with anthocyanins and betacyanins to monitor pork freshness // Food chemistry. 2023. V. 404. P. 134426. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.134426
  8. Taghizadeh M.T., Sabouri N., Ghanbarzadeh B. Mechanochemical activation of carboxy methyl cellulose and its thermoplastic polyvinyl alcohol/starch biocomposites with enhanced physicochemical properties // International Journal of Biochemistry and Biophysics. 2013. V. 1. № 1. P. 9–15. https://doi.org/10.13189/ijbb.2013.010102
  9. Розенберг М.Э. Полимеры на основе винилацетата. Ленинград: Химия, 1983. 176 с.
  10. Лысенко А.А., Федорова Ю.Е., Морозова М.А., Абуркина Е.А., Тиранов В.Г. Получение и исследование пленочных нанокомпозитов на основе поливинилового спирта и карбоксиметилцеллюлозы, армированных углеродными нанотрубками // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна. Серия 1. Естественные и технические науки. 2017. № 3. С. 66–70.
  11. Труфакина Л.М. Свойства полимерных композитов на основе поливинилового спирта // Известия Томского политехнического университета. Химия и химические технологии. 2014. Т. 325. № 3. С. 92–97.
  12. Гущин Н.А., Островидова Г.У., Соснов Е.А. Полимерные пленочные антимикробные композиты медицинского назначения // Журнал прикладной химии. 2008. Т. 81. № 1. С. 132–135.
  13. Wang Sh., Zhang Q., Tan B., Liu L., Shi L. pH-Sensitive poly(vinyl alcohol)/sodium carboxymethylcellulose hydrogel beads for drug delivery // Journal of Macromolecular Science. Part B: Physics. 2011. V. 50 № 12. P. 2307–2317. https://doi.org/10.1080/00222348.2011.563196
  14. Кувшинова Л.А., Канева М.В., Удоратина Е.В. Карбоксиметилцеллюлоза, модифицированная раствором тетрахлорида титана // Журнал общей химии. 2019. Т. 89. № 4. С. 632–638. https://doi.org/10.1134/S0044460X19040206
  15. Wahyuni H.S., Yuliasmi S., Winata G. Synthesis of sodium carboxymethyl cellulose-based hydrogel from durian (Durio zibethinus) rind using aluminium sulphate as crosslinking agent // Trop. J. Nat. Prod. Res. 2021. V. 5. № 5. P. 873–876. https://doi.org/10.26538/tjnpr/v5i5.13
  16. Alfindee M., Sweah Z.J., Saki T.A. Preparation and characterization of polymer blends based on carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, and polyvinylpyrrolidone // Egyptian Journal of Chemistry. 2021. V. 64. № 5. Р. 2679–2684. https://doi.org/10.21608/EJCHEM.2021.57276.3234
  17. Жилякова Е.Т., Попов Н.Н., Новикова М.Ю., Новиков О.О., Халикова М.А., Казакова В.С. Изучение физико-химических и технологических характеристик натрий карбоксиметилцеллюлозы с целью создания пролонгированных лекарственных форм с жидкой дисперсионной средой // Научные ведомости. Серия Медицина. Фармация. 2011. V. 13. № 4 (99). С. 146–153.
  18. Жилякова Е.Т., Новиков О.О., Халикова М.А., Попов Н.Н., Сабельникова Н.Н., Даниленко Л.М. Изучение физико-химических свойств супрамикроструктурированного поливинилового спирта // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Медицина. Фармация. 2010. V. 12. № 22 (93). С. 47–51.
  19. Михайлов А.А., Краснов А.А., Дюрягин Б.С. Получение ажурных композиционных волокнистых композиционных материалов через механоактивацию полимерно-неорганической смеси // Конструкции из композиционных материалов. 2003. № 4. С. 7–19.
  20. Новиков О.О., Жилякова Е.Т., Попов Н.Н. Разработка состава и технологии пролонгированных комбинированных глазных капель антимикробного действия // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. С. 1015–1023.
  21. Gilman J.W., Vander Hart D.L., Kashiwagi T. Thermal decomposition chemistry of poly(vinyl alcohol) // ACS Symposium Series: Fire and Polymers II. 1995. V. 599. P. 161–185. https://doi.org/10.1021/bk-1995-0599.ch011
  22. Петропавловский Г.С. Гидрофильные частично замещенные эфиры целлюлозы и их модификация путем химического сшивания. Ленинград: Наука, 1988. 298 с.
  23. Heller W., Bhathagar H.L., Nakagaki M. Theotetical investigations on the light scattering of spheres. XIII. The “Wavelength exponent” of differential turbidity spectra // J. Chem. Phys. 1962. V. 36. № 5. P. 1163–1170. https://doi.org/10.1063/1.1732710
  24. El-Sakhawy M., Tohamy H.-A.S., Salama A., Kamel S. Thermal properties of carboxymethyl cellulose acetate butyrate // Cellulose Chem. Technol. 2019. V. 53. № 7–8. P. 667–675. https://doi.org/10.35812/CelluloseChemTechnol.2019.53.65
  25. Дейнеко И.П. Химические превращения целлюлозы при пиролизе // Лесной журнал. 2004. № 4. С. 97–112.
  26. Котенёва И.В., Сидоров В.И., Котлярова И.А. Анализ модифицированной целлюлозы методом ИК-спектроскопии // Химия растительного сырья. 2011. № 1. С. 21–24.
  27. Goldstein I.S. Wood formation and properties / Chemical properties of wood, Editor(s): Jeffery Burley. Encyclopedia of Forest Sciences. Elsevier, 2004. P. 1835–1839. https://doi.org/10.1016/B0-12-145160-7/00042-9
  28. Бочек А.М., Шевчук И.Л., Калюжная Л.М. Свойства водных растворов смесей карбоксиметилцеллюлозы разной степени ионизации с поливиниловым спиртом // Журнал прикладной химии. 2010. Т. 83. № 4. С. 660–665.
  29. Lopez C.G., Rogers S.E., Colby R.H., Graham P., Cabral J.T. Structure of sodium carboxymethyl cellulose aqueous solutions: A SANS and rheology study // J. Polym. Sci. B. Polym. Phys. 2015. V. 53 № 7. P. 492–501. https://doi.org/10.1002/polb.23657
  30. Вшивков С.А., Бызов А.А. Фазовое равновесие, структура и реологические свойства системы карбоксилметилцеллюлоза – вода // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2013. Т. 55. № 2. С. 170–175. https://doi.org/10.7868/S0507547513020165
  31. Шачнева Е.Ю., Магомедова З.А., Малачиева Х.З. Изучение физико-химических свойств частиц карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) в водных растворах // Техника и технология пищевых производств. 2014. № 1. С. 152–155.
  32. Кленин В.И., Федусенко И.В., Клохтина Ю.И. Структура растворов кристаллизующихся полимеров. Влияние способа растворения // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2003. Т. 45. № 12. С. 2054–2062.
  33. Федусенко И.В., Кленин В.И., Клохтина Ю.И. Влияние механического поля на формирование надмолекулярного порядка в водных растворах поливинилового спирта // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2004. Т. 46. № 9. С. 1591–1597.
  34. Ориентационные явления в растворах и расплавах полимеров / под ред. Малкина А.Я., Папкова С.П. Москва: Химия, 1980. 280 c.
  35. Липатов Ю.С. Коллоидная химия полимеров. Киев: Химия, 1984. 344 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. СЭМ-изображения механоактивированных поливинилового спирта и карбоксиметилцеллюлозы: P – ПВС; C – КМЦ; 3 и 5 – время механохимической активации, мин.

Скачать (607KB)
Метаданные
3. Рис. 2. СЭМ-изображения механокомпозитов: РС – поливиниловый спирт/карбоксиметилцеллюлоза; 21, 11, 12 – массовые соотношения ПВС: КМЦ = 2 : 1, 1 : 1, 1 : 2; 3, 5 – время механохимической активации, мин.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. ИК-спектры механоактивированных поливинилового спирта и карбоксиметилцеллюлозы: P – ПВС; C – КМЦ; 3 и 5 – время механохимической активации, мин.

Скачать (411KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схема образования полиеновых структур из поливинилового спирта.

Скачать (44KB)
Метаданные
6. Рис. 5. ИК-спектры механокомпозитов: РС – поливиниловый спирт/карбоксиметилцеллюлоза; 21, 11, 12 – массо‑ вые соотношения ПВС : КМЦ = 2 : 1, 1 : 1, 1 : 2; 3, 5 – время механохимической активации, мин.

Скачать (426KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость логарифма оптической плотности полимерных растворов от логарифма длины волны для кон‑ центраций 1 и 2 г/дл (а, в): —●— С‑3; —■— С‑5; —▲— Р‑3; —×— Р‑5; (б, г): —♦— РС21-3; —■— РС21-5; —▲— РС11-3; —×— РС11-5; —ж— РС12-3; —●— РС12-5.

Скачать (318KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Оптические изображения полимерных пленок, полученных из растворов концентраций 1 и 2 г/дл (увели‑ чение х150): P – ПВС; C – КМЦ; РС – композиты поливиниловый спирт/карбоксиметилцеллюлоза; 21, 11, 12 – массовые соотношения ПВС : КМЦ = 2 : 1, 1 : 1, 1 : 2; 3, 5 – длительность механохимической активации, мин.

Скачать (934KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах