Влияние состава композиции и молекулярных масс лигносульфонатов и хитозана на деформационно-прочностные свойства полимерных пленок на их основе

УДК

DOI:

Аннотация

Сведения об авторах

О.С. Бровко¹, Я.В. Казаков², Т.А. Бойцова¹, И.А. Паламарчук¹,

Д.А. Тормосина², К.Г. Боголицын^1,2

¹Институт экологических проблем Севера УрО РАН

²Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Бровко Ольга Степановна окончила в 1983 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат химических наук, доцент, вед. научный сотрудник Института экологических проблем Севера УрО РАН. Имеет около 150 научных трудов в области физикохимии растительных полимеров.

E-mail: brovko-olga@rambler.ru

Казаков Яков Владимирович родился в 1966 г., окончил в 1990 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат технических наук, зав. кафедрой технологии целлюлозно-бумажного производства Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова, член международного научного общества EUROMECH. Имеет более 160 научных трудов в области деформативности и прочности целлюлозно-бумажных материалов.

E-mail: j.kazakov@narfu.ru

Бойцова Татьяна Александровна окончила в 1985 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат химических наук, ст. научный сотрудник Института экологических проблем Севера УрО РАН. Имеет
80 научных трудов в области химии растительных полимеров.

E-mail: tboitsova@yandex.ru

Паламарчук Ирина Анатольевна окончила в 1985 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат химических наук, ст. научный сотрудник Института экологических проблем Севера УрО РАН. Имеет
80 научных трудов в области химии растительных полимеров.

E-mail: irpalamarchuk@mail.ru

Тормосина Дина Александровна окончила в 2011 г. Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, магистрант кафедры технологии целлюлозно-бумажного производства САФУ.

Тел.: (8182)21-61-43

Боголицын Константин Григорьевич родился в 1949 г., окончил в 1971 г. Архангельский лесотехнический институт, доктор химических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, зав. кафедрой теоретической и прикладной химии, проректор по научной работе Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова, директор Института экологических проблем Севера УрО РАН. Имеет более 500 научных трудов в области разработки физико-химических основ процессов переработки древесины.

E-mail: k.bogolitsin@narfu.ru

Ключевые слова

Литература

1. Изумрудов В.А., Сыбачин А.В. Определяющее влияние лиофилизирующего полииона на фазовые разделения в растворах полиэлектролитных комплексов // Высокомолекулярные соединения, А. 2006. Т. 48, № 10. С. 1849–1857.
2. Кабанов В.А. Полиэлектролитные комплексы в растворе и в конденсированной фазе // Успехи химии. 2005. Т. 74, № 1. С. 5–23.
3. Кооперативные взаимодействия в системе лигносульфонат—хитозан / Паламарчук И.А. [и др.] // Химия растительного сырья. 2008. № 4. С. 24–29.
4. Особенности механических испытаний пленок хитозана / Е.Н. Федосеева, М.Ф. Алексеева, В.П. Нистратов, Л.А. Смирнова // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. Т. 75, № 7. С. 42–46.
5. Применение целлюлозных волокон для повышения прочности полимерных диализных мембран / О.С. Бровко, Я.В. Казаков, Т.А. Бойцова, И.А. Паламарчук // Материалы I Междунар. науч.-техн. конф. «Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов», г. Архангельск, 13–17 сент. 2011 г. С. 251–256.
6. Соколов О.М. Определение молекулярных масс лигнинов на ультрацентрифуге и методом гель-фильтрации: учеб. пособие. Л., 1978. 75 с.

Ссылка на английскую версию:

O.S. Brovko¹, Ya.V. Kazakov², T.A. Boytsova¹, I.A. Palamarchuk¹,

D.A. Tormosina², K.G. Bogolitsyn^1,2

¹ Institute of Ecological Problems of the North, Ural Branch

of the Russian Academy of Sciences
²Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

Effect of the Composition and Molecular Weights of Lignosulfonates and Chitosan on the Physical and Mechanical Properties of Polymer Films on their Basis

Objects of our research were films for separation membranes, obtained from interpolyelectrolyte complexes based on lignosulfonate and chitosan with the introduction of pulp fibers into the composition. The paper studies the influence of the composition and molecular weight distribution of lignosulfonate and chitosan natural polymers on the mechanical properties of films obtained from them.

The films were prepared by spreading the mixture of aqueous lignosulfonate (LS) solution and acetous chitosan (CT) solution at a ratio LS:CT=10:7 on the inert support, followed by drying at a constant humidity and room temperature. To improve the mechanical properties of the films in the composition, unbleached softwood pulp (15 or 25 %) in the form of an aqueous suspension was added.

To assess the strength and deformation properties of the films, we carried out tensile tests and mathematically treated a stress-strain curve ("–") obtained by processing the indicator load-elongation diagram ("F–l") during the static tensile testing at a load rate of 10 mm/min.

The films without cellulose fibers have a minimum thickness and their amorphous structure can not provide sufficient strength and extensibility. Conversely, the sample with high content of cellulose in its composition shows a mechanical behaviour different from the other samples, which is reflected in the load-elongation curves and stress-strain curves. It has the best strength and deformation properties, which is associated with the formation of an independent network of cellulose fibers bearing the primary mechanical load.

The tensile properties of the films improve with increasing molecular weight of lignosulfonate, whereas for chitosan this dependence is of an extreme nature. By increasing chitosan molecular weight to 1000 kDa, tensile stiffness of the films is reduced and their elongation increased. The use of chitosan with a molecular weight of 500 kDa in the composition does not improve the mechanical properties of the films. Thus, the mechanical behaviour of the composite materials under study was to a large extent determined by the presence of the main film-forming polymer: chitosan.

The evaluation of mechanical properties helped determine that the highest and most stable strength and deformation properties are found in the film consisting of an interpolyelectrolyte complex based on lignosulfonate and chitosan with a molecular weight of 90 and 500 kDa respectively and with addition of 25 % unbleached softwood pulp.

Keywords: lignosulfonate, chitosan, cellulose, film, mechanical properties.