Поверхностная обработка картона суспензиями наноцеллюлозы растительного и бактериального происхождения
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-3-162-172Ключевые слова:
порошковые целлюлозные материалы, нанокристаллическая целлюлоза, нанофибриллярная целлюлоза, структурно-морфологические характеристикиАннотация
Исследованы порошковые целлюлозные материалы, а именно наноцеллюлоза из сырья растительного и бактериального происхождения. Для получения нанопрепаратов целлюлозы проводили гидролиз концентрированными кислотами образцов беленой сульфатной хвойной и лиственной целлюлозы, представленных в линейках крупных целлюлозно-бумажных предприятий России, а также бактериальной целлюлозы, произведенной из культур Мedusomyces gisevii в лабораторных условиях. Методом микроскопии определены размерные характеристики, визкозиметрически – степень полимеризации. Для беленой хвойной целлюлозы длина частиц наноцеллюлозы составляет 80…200 нм при диаметре частиц 80…100 нм, степень полимеризации – 60. Для беленой лиственной целлюлозы длина частиц – 80…150 нм при диаметре частиц 70…100, степень полимеризации – 50. Для бактериальной целлюлозы длина частиц – 120…250 нм, диаметр частиц – 70…120 нм, степень полимеризации – 110. Из препаратов наноцеллюлозы изготавливали суспензии различной концентрации (от 1 до 10 %), которые использовали в качестве армирующей добавки в образцы картона. Суспензию наноцеллюлозы наносили на поверхность целлюлозы в 1–2 слоя. Добавки препаратов наноцеллюлозы приводили к снижению разрывной длины (от 9,6 до 40,4 %) при увеличении плотности картона (от 6,3 до 23,8 %), жесткости при растяжении (от 14,0 до 25,0 %) и сопротивления продавливанию (до 31,9 %). Лучшие результаты достигнуты при использовании суспензии наноцеллюлозы из хвойной беленной целлюлозы, нанесенной на поверхность картона в 2 слоя: наблюдали снижение разрывной длины на 9,6 % при увеличении плотности на 23,8 %, жесткости при растяжении на 25,0 %, сопротивления продавливанию на 31,9 % относительно образца без добавки. Таким образом, показана возможность использования суспензий наноцеллюлозы, полученных из сырья растительного и бактериального происхождения методом кислотного гидролиза, для поверхностной обработки картона.
Для цитирования: Топтунов Е.А., Севастьянова Ю.В., Вашукова К.С. Поверхностная обработка картона суспензиями наноцеллюлозы растительного и бактериального происхождения // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 3. С. 162–172.
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-3-162-172
Скачивания
Библиографические ссылки
Воскобойников И.В., Кондратюк В.А., Никольский С.Н., Константинова С.А., Коротков А.Н. Применение гидрогелей наноцеллюлозы при формовании бумаги и картона из различных видов волокнистого сырья // Вестн. МГУЛ – Лесной вестн. 2012. № 8. С. 110–116. Voskoboynikov I.V., Kondratyuk V.A., Nikolskiy S.N., Konstantinova S.A., Korotkov A.N. Application of Nanocellulose Hydrogels in the Formation of Paper, and Cardboard from Different Types of Fibrous Raw Materials. Lesnoj vestnik = Forestry Bulletin, 2012, no. 8, pp. 110–116. (In Russ.).
Гисматулина Ю.А., Будаева В.В., Ситникова А.Е., Бычин Н.В., Гладышева Е.К., Шавыркина Н.А., Миронова Г.Ф., Севастьянова Ю.В. Композиционная бумага из бактериальной наноцеллюлозы и хвойной целлюлозы // Изв. вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. 11, № 3. С. 460–471. Gismatulina Yu.A., Budaeva V.V., Sitnikova A.E., Bychin N.V., Gladysheva E.K., Shavyrkina N.A., Mironova G.F., Sevastyanova Yu.V. Bacterial Nanocellulose and Softwood Pulp for Composite Paper. Izvestiya vuzov. Prikladnaya ximiya i biotexnologiya. = Proceedings of Universities Applied Chemistry and Biotechnology, 2021, vol. 11, no. 3, pp. 460–471. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-3-460-471
Зарубина А.Н., Иванкин А.Н., Кулезнев А.С., Кочетков В.А. Целлюлоза и наноцеллюлоза. Обзор // Лесн. вестн. / Forestry Bulletin. 2019. Т. 23, № 5. С. 116–125. Zarubina A.N., Ivankin A.N. Kuleznev A.S., Kochetkov V.A. Сellulose and Nanocellulose. Review. Lesnoj vestnik = Forestry Bulletin, 2019, vol. 23, no. 5, pp. 116–125. (In Russ.). https://doi.org/10.18698/2542-1468-2019-5-116-125
Иоелович М.Я. Оптимизация процесса получения нанокристаллической целлюлозы и композитов на ее основе // Химия растит. сырья. 2021. № 1. С. 55–61. Ioelovich M.Ya. Optimization of Process for Production of Nanocrystalline Cellulose and Its Composites. Khimiya Rastitel’nogo Syr’ya = Chemistry of Plant Raw Material, 2021, no. 1, pp. 55–61 (In Russ.). https://doi.org/10.14258/jcprm.2021018667
Кузнецова Т.Г., Селиванова Е.Б., Богданова А.В., Иванкин А.Н. Наноидентификация нанообъектов в составе сырья и продуктов пищевого назначения // Экол. системы и приборы. 2012. № 2. С. 18–22. Kuznetsova T.G., Selivanova E.B., Bogdanova A.V., Ivankin A.N. Nanoidentification Nanocomposite in Raw Materials and Food Products. Ekologicheskiye sistemy i pribory = Ecological Systems and Devices, 2012, no. 2, pp. 18–22. (In Russ.).
Прошина О.П., Олиференко Г.Л., Евдокимов Ю.М., Иванкин А.Н. Наноцеллюлоза и получение бумаги на ее основе // Нанотехнологии и наноматериалы в лесном комплексе: тез. докл. Междунар. конф., Москва, 15–17 нояб. 2011 г., М.: МГУЛ, 2011. С. 24–28. Proshina O.P., Oliferenko G.L., Evdokimov Yu.M., Ivankin A.N. Nano-Cellulose and Reception of a Paper on Its Basis. Nanotechnologies and Nanomaterials in the Forest Complex: Proceedings of the International Conference, Moscow, 15–17 November 2011. Moscow, BMSTU Publ., 2011, pp. 24–28. (In Russ.).
Семкина Л.И., Сарана Н.В., Лепешкина Е.В., Товстошкуров Е.М., Горячев Н.Л., Тюрин Е.Т., Зуйков А.А., Константинова С.А., Новиков А.А. Применение нанофибриллярной целлюлозы в композиции бумаги для гофрирования // Лесн. вестн. / Forestry Bulletin. 2020. Т. 24, № 2. С. 119–126. Semkina L.I., Sarana N.V., Lepeshkina E.V., Tovstoshkurov E.M., Goraychev N.L., Tyurin E.T., Zuikov A.A., Konstantinova S.A., Novikov A.A. Nanofibrillated Cellulose in Corrugating Paper Composition. Lesnoj vestnik = Forestry Bulletin, 2020, vol. 24, no. 2, pp. 119–126. (In Russ.). https://doi.org/10.18698/2542-1468-2020-2-119-126
Топтунов Е.А., Севастьянова Ю.В. Порошковые целлюлозные материалы: обзор, классификация, характеристики и области применения // Химия растит. сырья. 2021. № 4. С. 31–45. Toptunov E.A., Sevastyanova Yu.V. Powdered Cellulosic Materials: Overview, Classification, Characteristics and Fields of Application. Khimiya Rastitel’nogo Syr’ya = Chemistry of Plant Raw Material, 2021, no. 4, pp. 31–45. (In Russ.). https://doi.org/10.14258/jcprm.2021049186
Тюрин Е.Т., Зуйков А.А., Бондарев А.И., Гульянц Е.П., Фадеева Л.А., Константинова С.А., Новиков А.А., Аникушин Б.М., Винокуров В.А. Проведение испытаний экспериментальных образцов нанофибриллярной целлюлозы в производстве легкомелованной бумаги // Лесн. вестн. / Forestry Bulletin. 2021. Т. 25, № 2. С. 90–98. Tyurin E.T., Zuikov A.A., Bondarev A.I., Gulyanz L.P., Fadeeva L.A., Konstantinova S.A., Novikov A.A., Anikuchin B.M., Vinokurov V.A. Testing of Experimental Samples of Nanofibrillar Cellulose in the Production of Lightweight Coated Paper. Lesnoj vestnik = Forestry Bulletin, 2021, vol. 25, no. 2, pp. 90–98. (In Russ.). https://doi.org/10.18698/2542-1468-2021-2-90-98
Abitbol T., Amit R., Yifeng C., Yuval N., Eldho A., Tal B.-S., Shaul L., Oded S. Nanocellulose, a Tiny Fiber with Huge Applications. Current Opinion in Biotechnology, 2016, vol. 39, pp. 76–88. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2016.01.002
Bras J., Hassan M.L., Bruzesse C., Hassan E.A., El-Wakil N.A., Dufresne A. Mechanical, Barrier, and Biodegradability Properties of Bagasse Cellulose Whiskers Reinforced Natural Rubber Nanocomposites. Industrial Crops and Products, 2010, vol. 32, no. 3, pp. 627–633. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2010.07.018
Camarero Espinosa S., Kuhnt T., Foster E.J., Weder C. Isolation of Thermally Stable Cellulose Nanocrystals by Phosphoric Acid Hydrolysis. Biomacromolecules, 2013, vol. 14, no. 4, pp. 1223–1230. https://doi.org/10.1021/bm400219u
Grinshpan D.D., Gonchar A.N., Savitskaya T.A., Tsygankova N.G., Makarevich S.E. Rheological Properties of Cellulose-Chitosan-Phosphoric Acid Systems in Different Phase States. Polymer Science, Series A, 2014, vol. 56, no. 2, pp. 137–145. https://doi.org/10.1134/S0965545X14020059
Hayase G., Kanamori K., Hasegawa G., Maeno A., Kaji H., Nakanishi K. A Superamphiphobic Macroporous Silicone Monolith with Marshmallow-Like Flexibility. Angewandte Chemie, 2013, vol. 52, no. 41, pp. 10788–10791. https://doi.org/10.1002/anie.201304169
Jorfi M., Foster J.E. Recent Advances in Nanocellulose for Biomedical Applications. Journal of Applied Polymer Science, 2015, vol. 132, no. 14, рр. 1–19. https://doi.org/10.1002/app.41719
Lin N., Dufresne A. Nanocellulose in Biomedicine: Current Status and Future Prospect. European Polymer Journal, 2014, vol. 59, pp. 302–325. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2014.07.025
Liu K., Tian Y., Jiang L. Bio-Inspired Superoleophobic and Smart Materials: Design, Fabrication, and Application. Progress in Materials Science, 2013, vol. 58, no. 4, pp. 503–564. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2012.11.001
Moon R.J., MartiniA., Nairn J., Simonsen J., Youngblood J. Cellulose Nanomaterials Review: Structure, Properties and Nanocomposites. Chemical Society Reviews, 2011, vol. 40, no. 7, pp. 3941–3994. https://doi.org/10.1039/c0cs00108b
Revol J.F., Bradford H., Giasson J., Marchessault R.H., Gray D.G. Helicoidal Self-Ordering of Cellulose Microfibrils in Aqueous Suspension. International Journal of Biological Macromolecules, 1992, vol. 14, no. 3, pp. 170–172. https://doi.org/10.1016/S0141-8130(05)80008-X
Robles E., Urruzola I., Labidi J., Serrano L. Surface-Modified Nano-Cellulose as Reinforcement in Poly (Lactic Acid) to Conform New Composites. Industrial Crops and Products, 2015, vol. 71, pp. 44–53. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.03.075
Si Y., Guo Z. Superhydrophobic Nanocoatings: From Materials to Fabrications and to Applications. Nanoscale, 2015, vol. 7, no. 14, pp. 5922–5946. https://doi.org/10.1039/C4NR07554D
Siqueira G., Bras J., Dufresne A. Cellulosic Bionanocomposites: A Review of Preparation, Properties and Applications. Polymers, 2010, vol. 2, no. 4, pp. 728–765. https://doi.org/10.3390/polym2040728
Wei H., Rodriguez K., Renneckar S., Vikesland P.J. Environmental Science and Engineering Applications of Nanocellulose-Based Nanocomposites. Environmental Science. Nano, 2014, vol. 1, no. 4, pp. 302–316. https://doi.org/10.1039/C4EN00059E
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
