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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».