Физикохимия процессов сольватации/ассоциации в системе водорослевая целлюлоза/наноцеллюлоза–ДМАА/LICL

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В данной работе проведено реологическое исследование процесса сольватации водорослевой целлюлозы и наноцеллюлозы в среде диметилацетамида с добавкой хлорида лития как одного из приоритетных прямых растворителей. Установлено, что водорослевая целлюлоза в растворе способна образовывать пространственные структуры – катионные комплексы с диметилацетамидом, стабилизированные анионами хлора. Энергия активации данного процесса составляет 29.4–42.8 кДж/моль. Зависимости вязкости от концентрации указывают на наличие ассоциационных взаимодействий, наиболее интенсивно проявляющихся при концентрации целлюлозы/наноцеллюлозы в растворе >1.5%. Методом ротационной вискозиметрии определено, что растворы водорослевой целлюлозы/наноцеллюлозы с концентрацией 2.0% обладают псевдопластичными свойствами. Реология полученных растворов делает их перспективным исходным сырьем для создания нетканых материалов, гидро/аэрогелей биомедицинского назначения.

Full Text

Restricted Access

About the authors

К. Г. Боголицын

Северный (Арктический) федеральный университет им. М. В. Ломоносова; Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. Н. П. Лаверова УрО РАН

Author for correspondence.
Email: k.bogolitsin@narfu.ru
Russian Federation, Архангельск; Архангельск

A. Э. Паршина

Северный (Арктический) федеральный университет им. М. В. Ломоносова

Email: k.bogolitsin@narfu.ru
Russian Federation, Архангельск

Д. A. Поломарчук

Северный (Арктический) федеральный университет им. М. В. Ломоносова

Email: k.bogolitsin@narfu.ru
Russian Federation, Архангельск

References

  1. Siddhanta A.K.., Prasad, K., Meena, R. et al. // Bioresour. Technol. 2009. V. 100. № 24. P. 6669. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.07.047.
  2. Siddhanta A.K., Chhatbar M.U., Mehta G.K., et al. // J. Appl. Phycol. 2011. V. 23. № 5. P. 919. https://doi.org/10.1007/s10811-010-9599-2.
  3. Koyama M., Sugiyama J., Itoh T. // Cellulose. 1997. V. 4. № 2. P. 147. https://doi.org/10.1023/A:1018427604670.
  4. Chen Y.W., Lee H.V., Juan J.C., Phang S.-M. // Carbohydr. Polym. 2016. V. 151. P. 1210. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.06.083.
  5. Mihranyan A. // J. Appl. Polym. Sci. 2011. V. 119, № 4. P. 2499. https://doi.org/10.1002/app.32959.
  6. Halib N, Perrone F., M. Čemažar M., et al. // Materials (Basel). 2017. V. 10. № 8. P. 1. https://doi.org/10.3390/ma10080977.
  7. Zanchetta E., Damergi E., Patel B., et al. // Algal Res. 2021. V. 56. P. 102288. https://doi.org/10.1016/j.algal.2021.102288.
  8. The Physiology of Microalgae / Ed. Borowitzka M.A., Beardall J., Raven J.A. Cham: Springer International Publishing, 2016. P. 47.
  9. Li S, Bashline L., Lei L., et al. // Arab. B. 2014. V. 12. article e0169. https://doi.org/10.1199/tab.0169.
  10. McNamara J.T., Morgan J.L.W., Zimmer J. // Annu. Rev. Biochem. 2015. V. 84. P. 895. https://doi.org/10.1146/annurev-biochem-060614-033930.
  11. Gardner K.H., Blackwell J. // Biopolymers. 1974. V. 13, № 10. P. 1975. https://doi.org/10.1002/bip.1974.360131005.
  12. Tsekos I. // J. Phycol. 1999. V. 35. № 4. P. 635. https://doi.org/10.1046/j.1529-8817.1999.3540635.x.
  13. Roberts A.W., Roberts E.M., Delmer D.P. // Eukaryot. Cell. 2002. V. 1. № 6. P. 847. https://doi.org/10.1128/EC.1.6.847-855.2002.
  14. Chan W.S., Kwok A.C.M., Wong J.T.Y. // Front. Microbiol. 2019. V. 10. P. 1. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00546.
  15. Roberts A.W., Roberts E. Cellulose: Molecular and Structural Biology. Springer, 2007. P. 17.
  16. Алешина Л.А. и др. Структура и физико-химические свойства целлюлоз и нанокомпозитов на их основе. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2014. 240 с.
  17. Bogolitsyn K.G., Ovchinnikov D.V., Kaplitsin P.A. et al. // Chem. Nat. Compd. 2017. V. 53. № 3. P. 533. https://doi.org/10.1007/s10600-017-2039-7.
  18. Henniges U., Kostic M., Borgards A. et al. // Biomacromolecules. 2011. V. 12. № 4. P. 871. https://doi.org/10.1021/bm101555q.
  19. Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров. Санкт-Петербург: СПбЛТА, 1999. 628 с.
  20. Терентьева Э.П., Удовенко Н.К., Павлова Е.А. Химия древесины, целлюлозы и синтетических полимеров. Санкт-Петербург: СПбГТУРП, 2014. 53 с.
  21. Henniges U., Schiehser S., Rosenau T., Potthast A.// ACS Symp. Ser. 2010. V. 1033. P. 165. https://doi.org/10.1021/bk-2010-1033.ch009.
  22. Hasani M., Henniges U., Idström A. et al. // Carbohydr. Polym. 2013. V. 98, № 2. P. 1565. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.07.001.
  23. Aulin C., Ahola S., Josefsson P., et al. // Langmuir. 2009. V. 25. № 13. P. 7675. https://doi.org/10.1021/la900323n.
  24. Gindl W., Emsenhuber G., Maier G., Keckes J. // Biomacromolecules. 2009. V. 10. № 5. P. 1315. https://doi.org/10.1021/bm801508e.
  25. Hassan M.L., Moorefield C.N., Kishore Kotta, Newkome G.R.// Polymer. 2005. V. 46. № 21. P. 8947. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2005.06.028.
  26. Ramos L.A., Morgado D.L., El Seoud O.A., et al. // Cellulose. 2011. V. 18. № 2. P. 385. https://doi.org/10.1007/s10570-011-9496-0.
  27. Rao C.P., Balaram P., Rao C.N.P. // J. Chem. Soc. Trans. 1980. V. 76. P. 1008.
  28. Waghorne W.E., Ward A.J. I., Clune T.G., Cox B.G. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1 Phys. Chem. Condens. Phases. 1980. V. 76. P. 1131. https://doi.org/10.1039/f19807601131.
  29. Bello J., Haas D., Bello H.R. // Biochemistry. 1966. V. 5. № 8. P. 2539. https://doi.org/10.1021/bi00872a008.
  30. Balasubramanian D., Shaikh R. // Biopolymers. 1973. V. 12. № 7. P. 1639. https://doi.org/10.1002/bip.1973.360120715.
  31. Zhang C., Liu R., Xiang J. et al. // J. Phys. Chem. B. 2014. V. 118. № 31. P. 9507. https://doi.org/10.1021/jp506013c.
  32. McCormick C.L., Callais P.A., Hutchinson B.H. // Macromolecules. 1985. V. 18. № 12. P. 2394. https://doi.org/10.1021/ma00154a010.
  33. Morgenstern B., Kammer H.W., Berger B., et al. // Acta Polym. 1992. V. 43. № 6. P. 356. https://doi.org/10.1002/actp.1992.010430612.
  34. Yadav S., Shire S.J., Kalonia D.S. // J. Pharm. Sci. 2010. V. 99.№ 12. P. 4812. https://doi.org/10.1002/jps.
  35. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. 4e изд. М.: Научный мир, 2007. 576 с.
  36. El Hamdaoui L., El Bouchti M., El Moussaouiti M. // Polym. Bull. 2018. V. 75. № 2. P. 769. https://doi.org/10.1007/s00289-017-2066-3.
  37. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М.: Химия, 1968. 536 с.
  38. Шрамм Г. Основы практической реологии и реометрии. Пер. с англ. М.: Колосс, 2003. 312 с.
  39. Уилкинсон У.Л. Неньютоновские жидкости. Гидромеханика, перемешивание и теплообмен. М.: Мир, 1964. 216 с.
  40. Астарита Д. Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей. М.: Мир, 1978. 309 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme for obtaining algal cellulose and nanocellulose.

Download (138KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The mechanism of cellulose dissolution in DMAA/LiCl proposed by a) McCormick et al. [32]N-dimethylacetamide (DMAc, b) Morgenstern et al. [33].

Download (104KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Logarithmic dependence of the dynamic viscosity of solutions of algal cellulose (AC, left) and nanocellulose (VNC, right) on the reciprocal temperature.

Download (136KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Flow curves of algal cellulose solutions.

Download (95KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences