Анизотропное набухание волокон целлюлозы в ионной среде

Анизотропное набухание волокон целлюлозы в ионной среде План: Проявление анизотропии набухаемости волокон. Удержание ионов при набухании волокон. Нахождение молекул полимеров в высокоориентированом кристаллическом состоянии в волокнах в виде слоистых микро- и нанофибрилл обусловливает проявление анизотропии физических (механических, термических, оптических и т.п.) свойств при воздействии различных факторов и сред [1]. Специфика переработки и применения волокон, особенно, природных связана с использованием жидкостей, содержащих различных реагентов, ионов металлов, красителей, которые проникаясь в объем способствуют набуханию [2]. Причем, проникновение жидкостей наряду слоистости и пористости волокон, во многом зависит от ориентационной кристаллизации молекулярных цепей и их гидрофильности. В результате набухания происходящие изменения в волокнах, в целом, выражаются как анизотропное явление. Особый интерес представляет изучение анизотропного набухания волокон в ионной среде, поскольку, при проникновении ионосодержащего раствора в объем неизбежно происходит специфическое взаимодействие и удерживание ионов с молекулами полимера. Поэтому исследование анизотропного, т.е. разностороннего объемного расширения и удерживания ионов при набухании волокон является актуальной задачей, представляющей большое научное значение для практики. Такие особенности волокон при набухании может быть эффективно исследованы с помощью поляризационно-оптических методов, в частности, двулучепреломления (ДЛП), позволяющего оценить по величине оптической анизотропии структурно-объемных изменений полимерного материала [3]. Однако применение ДЛП требует сборку специальной установки, представляющей собой аналога поляризационного микроскопа. С учетом этого данная работа выполнена в этом аспекте, выбрав в качестве объекта исследования волокон хлопковой целлюлозы (ХЦ). а) Проявление анизотропии набухаемости волокон. Опыты по изучению набухаемости проводили на специально собранной поляризационно-оптической установке, схематично представленной на рис.1. Процесс набухания волокон (В) с толщиной (d) в термостате (ТС) при заданной температуре (Т) контролировали с помощью поляризационно-оптической системой, состоящей из источника монохроматического луча ( 560 нм), конденсора (К), поляризатора (Р), анализатора (А) и микроскопа (ПМК). На основе измеренного значения разности фаз между обыкновенными и необыкновенными лучами (1 2) рассчитывали величины ДЛП по формуле n (1 2)180d (1) Далее, по соотношению nno (где no - исходное значение ДЛП) оценивали величины фактора ориентации цепей. (nno)0,5 (2) Рис.1. Схема поляризационно-оптической установки для измерения анизотропии набухаемости волокон. Опыты показали, что волокна целлюлозы характеризуются выраженной оптической анизотропией, обусловленной ориентацией макромолекул. Выявлено, что при набухании волокон в воде увеличиваются толщины анизотропной области, причем этот процесс ускоряется при повышении температуры (рис.2). При увеличении температуры от 20 до 100 оС толщина волокон увеличивается от 20 до 100 мкм. а в г Рис.2. Микрофотографии хлопковой волокон при набухании в воде: а -20 оС; в - 80 oC, г - 100 оС. Однако, значение фактора ориентации цепей (nno)0,5 заметно интенсивнее снижается по мере увеличения температуры от 20 до ...