Химическая природа связей между целлюлозными волокнами
Date: 2015-10-07; view: 467.
В настоящее время общепринятым является мнение, что структурная прочность целлюлозных композиционных материалов обусловлена водородными связями, возникающими между целлюлозными волокнами. Если в мокром полотне целлюлозного композиционного материала после завершения процесса его формования связь между волокнами обусловлена в основном силами Ван-дер-Ваальса, то при достижении сухости материала 60 % между волокнами начинают возникать водородные связи, количество которых нарастает по мере увеличения сухости. Считается, что главную роль в образовании водородных связей играют гидроксилы целлюлозы и гемицеллюлоз как основные функциональные группы этих видов полисахаридов. Особая роль здесь принадлежит гемицеллюлозам, играющим роль своеобразного «клея» при образовании связей между волокнами. По некоторым данным, высокооблагороженные сорта целлюлозы, состоящие почти полностью из a-целлюлозы и освобожденные от гемицеллюлоз, практически не обладают бумагообразующими свойствами, то есть связи между волокнами такой целлюлозы не возникают, несмотря на наличие большого количества гидроксильных групп между волокнами. Очевидно, что наряду с гемицеллюлозами большую роль в возникновении межволоконных связей играют также низкомолекулярные фракции целлюлозы – b- и g-целлюлоза. Для хорошего связеобразования между волокнами при формовании целлюлозного композиционного материала очень важны тщательный размол и гидратация волокон. Наилучшее набухание целлюлозы и ее гидратация возникает в слабощелочной среде с оптимальным значением рН около 8,5. Связеобразование между волокнами значительно улучшают специальные химические добавки, например, крахмал, NaКМЦ и др., имеющие в своем составе функциональные группы, за счет которых они могут образовать дополнительные связи между волокнами – водородные и другого типа.
Механизм связеобразования между целлюлозными волокнами при удалении воды и сушке целлюлозного композиционного материала, несмотря на значительный теоретический и практический опыт исследования этого вопроса, до конца не выяснен. Можно предположить, исходя из химической природы компонентов волокнистой массы, что водородная связь, по своей природе близкая к донорно-акцепторной, – далеко не единственный вид связи, определяющий структурную и механическую прочность целлюлозного композиционного материала. Учитывая наличие в молекулах технической целлюлозы, гемицеллюлоз и остаточного лигнина карбонильных и карбоксильных групп, можно предположить, что при обезвоживании и сушке целлюлозного композиционного материала при температурах выше 100 оС кроме водородных связей могут возникать и ковалентные связи, которые значительно более прочные, например, полуацетальная связь: