WPŁYW WYBRANYCH CZYNNIKÓW FIZYCZN. NA STOPIEŃ DEGRADACJI CELULOZY Inżynieria materiałowa

W pracy podjęto próbę zbadania wpływu czynników fizycznych na stopień degradacji celulozy wyodrębnionej z drewna sosny (Pinus syluestris L.). Masę cząsteczkową oraz stopień polimeryzacji celulozy wyznaczono wykorzystując technikę chromatografii wykluczenia przestrzennego (SEC) oraz metodę wiskozymetryczną. W tym celu na początku badań przeprowadzono modyfikację metod pomiarowych oraz opracowano sposób przygotowania próbek celulozy do analizy. Zaproponowano nową metodykę oznaczeń wiskozymetrycznych masy cząsteczkowej celulozy, polegającą na powtarzaniu pomiaru w pewnych odstępach czasowych. Metoda pozwala na ekstrapolację do warunków początkowych procesu rozpuszczania, a wyniki potwierdziły jej użyteczność. Wykonano badania porównawcze metod przygotowania próbek celulozy do chromatografii wykluczenia przestrzennego. Otrzymane wyniki potwierdziły decydującą rolę etapu aktywacji w procesie przygotowania próbek. Preferowana metoda polega na pęcznieniu celulozy w wodzie, wymianie wody na metanol lub aceton, kolejnej wymianie na czysty dimetyloacetamid (DMAc) w końcu rozpuszczenia celulozy w 8% roztworze LiCl/DMAc w temperaturze pokojowej. Zmodyfikowano techniczne procedury przygotowania próbek celulozy, np. przez dodatkowe mieszanie i podgrzewanie.
Następnym etapem badań było określenie wpływu wybranych czynników fizycznych (mielenia, ultradźwięków, promieniowania UV oraz temperatury) na stopień degradacji celulozy. Prosty model kinetyczny zerowego rzędu został zastosowany do opisu danych eksperymentalnych i wyznaczania stałych szybkości degradacji oraz energii aktywacji. Próbki celulozy drzewnej w zawiesinie wodnej zostały poddane procesowi mielenia w homogenizatorze laboratoryjnym, w holendrze Valley’a oraz młynku PFI. Stwierdzono bezpośrednią zależność szybkości degradacji celulozy od prędkości obrotowej homogenizatora. Największą stałą szybkości degradacji celulozy uzyskano dla procesu mielenia w młynku PFI.
Próbki celulozy drzewnej w zawiesinie wodnej w temperaturach 25, 35 i 50°C zostały poddane również działaniu ultradźwięków. Zawiesina celulozy, która została wyodrębniona z drewna sosnowego ze strefy bielu poddana działaniu ultradźwięków w temperaturze 50°C odznaczała się największą stałą szybkości degradacji, która wynosiła (60,5 ±2,4) x 10~8 s_1. Promieniowanie UV w zastosowanym układzie badawczym powoduje również znaczącą degradację celulozy. W celulozie pozyskanej z drewna ze strefy twardzieli proces degradacji przebiega szybciej niż w celulozie wyodrębnionej ze strefy bielu. Temperatura 160 lub 200°C oraz czas jej działania na próbki drewna powodują zmiany w składzie chemicznym i właściwościach mechanicznych drewna i stopniu polimeryzacji celulozy. Zwiększenie temperatury i czasu modyfikacji próbek w zasadniczy sposób wpływa na zawartość hemiceluloz w drewnie. Powoduje również zmniejszenie stopnia polimeryzacji celulozy oraz obniżenie wytrzymałości na ściskanie i modułu sprężystości drewna sosny [Pinus syluestris L.).