1.3 Сорбционно-активные композиты на основе целлюлозы и полимерных связующих
Целлюлоза имеет сложную надмолекулярную структуру, простейшим элементом которой являются фибриллы – ассоциаты макромолекул размером до 3,5 нм, содержащие от 600 до 1500 макромолекул. Фибриллы связаны между собой межфибриллярными пустотами (порами) размером 1,5-10 нм. Кроме того, в волокнах природной целлюлозы возможно существование каналов размером несколько микрометров. Такая развитая капиллярно-пористая система, обусловливает протекание не только процессов истинной сорбции, но и капиллярного поглощения воды.
Рисунок 1 . Химическое строение макромолекул целлюлозы
Известен ряд работ, посвященных исследованию структуры и сорбционных свойств композиционных материалов с целлюлозным наполнителем. Так, Камилов Ю. М. с сотрудниками получили композиты на основе ПВХ, содержащие микрокристаллическую (МКЦ) и порошковую целлюлозы (ПЦ) [10]. Изучены структурные особенности, форма, размеры, ряд физико-химических и молекулярных характеристик препаратов МКЦ и ПЦ, полученных из различных целлюлозных материалов, в том числе из отходов текстильной промышленности. Введение МКЦ в качестве наполнителя повышает гидрофильность более чем в 2 раза. Композиции имеют высокую прочность в продольном и поперечном направлении, повышенную устойчивость к истиранию, большую гигроскопичность [11].
Институтом химии растворов РАН были исследованы сорбционные свойства порошка ПЭНП и композиционных материалов на его основе. В качестве дисперсного наполнителя использовали ПЦ с частицами размером менее 0,1 мм в количестве 5-30 масс. %. Определена сорбционная емкость материалов по отношению к толуолу и нефти. Полученные результаты показали, что введение в ПЭНП целлюлозы в качестве дисперсного наполнителя в количестве 5-20 масс. % позволяет повысить сорбционную емкость сорбента в 2,0-2,5 раза.
Таблица 2. Эффективность исследованных материалов в качестве сорбентов по отношению к толуолу и нефти.
Для замены термореактивных смол в композитах на основе дисперсной древесины на экологически более чистые полиолефины и повышения водостойкости материала в институте проблем химической физики РАН были получены и исследованы смесевые и полимеризационно наполненные ПЭ - композиции с различными видами древесного наполнителя. В результате образования в полимеризационно наполненных композициях агломератов частиц древесины с ПЭ - покрытием достигается 2-х – 5-кратное увеличение водостойкости материала по сравнению с водостойкостью смесевых композиций сходного состава [11].
Таким образом, из анализа литературы и из наших предварительных исследований следует, что полимерные композиты, содержащие целлюлозные и углеродные материалы в качестве функционализирующих добавок, могут иметь целый ряд ценных свойств, и, соответственно, должны применяться в различных областях науки и техники.
2. Обсуждение результатов
Для получения сорбентов, сочетающих и высокую сорбционную активность, и удобство в применении, предложены формованные полимерные композиты на основе смесей порошков активированного углеродного волокна (АУВ) (размеры частиц 5-50 мкм), нанодисперсного полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) (размеры частиц 80-150 нм), активированного угля (АУ) и целлюлозы (ЦЗ) (размеры частиц менее 110 мкм).
При формовании композитов в качестве исходных материалов использовались именно порошковые компоненты, в том числе и связующее (ПЭНП), т.к. формование из расплава смесей полимера с активными компонентами имеет существенные недостатки: расплав при высоких степенях наполнения теряет текучесть, при низких же степенях наполнения невозможно достичь необходимой функционализации материала.