CC BY
9VII Международная научно-практическая конференция
УДК 678
Котлярова Ирина Александровна Kotlyarova Irina Aleksandrovna
Доцент, к.т.н.
Associate Professor, Ph.D., Зенцова Екатерина Александровна Zentsova Ekaterina Aleksandrovna Старший преподаватель Senior teacher, Украинцев Александр Леонидович Ukraintsev Alexander Leonidovich
Магистрант Master student
Брянский государственный технический университет Bryansk State Technical University
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НА НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАДМОЛЕКУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
STUDY OF EFFECTS OF MODIFICATION CERTAIN CHARACTERISTICS OF THE SUPRAMOLECULAR STRUCTURE OF CELLULOSE
Аннотация. Исследовано методом рентгеноструктурного анализа изменение надмолекулярной структуры целлюлозы при поверхностном модифицировании древесины сосны 50%-ным водным раствором моноэтаноламин (N^-B) тригидроксибората. Обнаружено изменение размеров областей когерентного рассеивания и микрофибрилл целлюлозы при модифицировании. Установлено, что снижение степени кристалличности модифицированной древесины связано со стабилизацией аморфной матрицы в результате упрочнения переходного слоя из-за возникновения дополнительных водородных связей между полярными группами модификатора и компонентов древесины.
Annotation. The changes in the supramolecular structure of cellulose during surface modification of pine wood with a 50% aqueous solution of monoethanolamine (N^B) trihydroxyborate were studied by X-ray diffraction analysis. Changes in the size of the regions of coherent scattering and microfibrils of cellulose during modification were found. It is established that the decrease in the degree of crystallinity of the modified wood is associated with the stabilization of the amorphous matrix as a result of the hardening of the transition layer due to the occurrence of additional hydrogen bonds between the polar groups of the modifier and the wood components.
«Вопросы развития современной науки и техники»
Ключевые слова. древесина, модифицирование, боразотные соединения, рентгеноструктурный анализ, степень кристалличности.
Key words: wood, modification, borazote compounds, X-ray diffraction analysis, degree of crystallinity.
Древесина представляет собой природный полимерный композиционный материал, в котором аморфная лигниногемицеллюлозная матрица армированна целлюлозными волокнами [1]. Для направленного изменения свойств древесины древесный материал модифицируют. В качестве модификаторов применяют различные соединения, способные образовывать химические связи с реакционноспособными группами целлюлозы, гемицеллюлоз, лигнина [2]. При модифицировании изменяется надмолекулярная структура целлюлозы, в частности степень кристалличности CrI и размеры областей когерентного рассеивания (кристаллитов) В. Это изменения можно изучить методом рентгеноструктурного анализа.
В качестве объектов исследования использовали образцы модифицированной и нативной древесины сосны (модификатор - раствор моноэтаноламин ^^В)тригидроксибората (50 % (масс.)). Рентгеноструктурный анализ проводили на дифрактометре марки Scientific модели ARL X'TRA Termo фирмы TermoElectron SA (Швейцария) c никелевым фильтром на медном излучении, средняя длина волны CuKa = 1.5418 Â. На основании полученных рентгенограмм рассчитывали CrI и В [3].
Степень кристалличности характеризует относительное содержание кристаллической компоненты в целлюлозе
CrI
Г1 -1 Л
1002 Ia
V 1002 J
100%,
где 1002 - интенсивность пика (002), 1а - интенсивность в минимуме рентгенограммы при 20 = 19°.
Эффективные размеры кристаллитов В (без учета вклада дефектов в расширение рефлексов) определяли по формуле Шеррера
В =
VII Международная научно-практическая конференция кк
h cos 0'
где В - размер области когерентного рассеивания, А; X - длина волны рентгеновского излучения (1,5418 А), к - константа, зависящая от формы кристаллитов (при неизвестной форме ОКР принимается равной 1), h -интегральная ширина линии, радиан, 0 - брегговский угол, град.
Результаты анализа рентгенограмм модифицированной и исходной древесины сосны представлены в табл.1.
Таблица 1. Характеристики структурного состояния целлюлозы
Исходная Модифицированная
древесина древесина
CrI, % 59,26 55,35
Размер ОКР (B), Â:
(200)/[100] 20,9 20,0
(004)/[001] 119,3 122,7
Примечание: (hkl) - индексы отражений, из ширины которых проводился
расчет В;
[uvw] - индексы кристаллографических направлений, в которых определены
размеры В
Из табл.1 видно, что по сравнению с исходной древесиной в модифицированной размер областей когерентного рассеивания, характеризующий размер элементарной фибриллы, в направлении [100] уменьшается на 4,5%; в направлении [001] увеличивается на 3%. CrI при модифицировании древесины несколько уменьшается
Сравнительный анализ полученных рентгенограмм и рассчитанных значений CrI и В позволяет утверждать, что молекулы модификатора химически взаимодействуют с гидроксильными группами у 6С макромолекул целлюлозы, располагающимися в кристаллографических направлениях [110]; это приводит к уменьшению межплоскостного расстояния (110). При модифицировании изменяются размеры областей когерентного рассеивания и микрофибрилл
«Вопросы развития современной науки и техники» целлюлозы. В направлении [001] кристаллической решетки целлюлозы размер В увеличивается; в направлении [100] - уменьшается. Снижение степени кристалличности модифицированной древесины связано со стабилизацией аморфной матрицы в результате упрочнения переходного слоя. Модифицирование древесины сосны не приводит к разрушению надмолекулярной структуры аморфно-кристаллического компонента древесины - целлюлозы.
Библиографический список:
1. П.В.Колосов, Н.Г.Базарнова, В.И.Маркин, Высокомолекулярные продукты карбоксилирования растительного сырья с сорбционными свойствами. Изд-во Алт.ун-та, Барнаул, 2013. 157 с.
2. Котенева И.В. Боразотные модификаторы поверхности для защиты древесины строительных конструкций. М., 2011. 191 с.
3. Котлярова И.А., Илюшкин Д.А., Степина И.В. Оценка надмолекулярной структуры древесины сосны, модифицированной моноэтаноламин (Ы^-В) тригидроксиборатом, методом рентгеноструктурного анализа. Вестник технологического университета. - 2020. - Т.23. - №3. - С. 71-75.
© И.А.Котлярова, Е.А.Зенцова, Украинцев А.Л., 2021
