vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2020-56-4-473-481vestich-619Research ArticleХИМИЯ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙPOLYMER CHEMISTRYТермические свойства композиционных волокон состава целлюлоза-хитозанThermal properties of cellulose-chitosan composite fibersСавицкаяТ. А.SavitskayaT. A.

Савицкая Татьяна Александровна - кандидат химических наук, доцент, профессор.

Ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Tatsiana A. Savitskaya - Ph. D. (Chemistry), Associate Professor.

14, Leningradskaya Str., 220006, Minsk

savitskayaTA@bsu.byЦыганковаН. Г.TsygankovaN. G.

Цыганкова Надежда Георгиевна - кандидат химических наук, вед. научный сотрудник.

Nadzeia G. Tsyhankova - Ph. D. (Chemistry), Leading Researcher.

14, Leningradskaya Str., 220006, Minsk

ng-tsyg@mail.ruМакаревичС. Е.MakarevichS. E.

Макаревич Светлана Евгеньевна - старший  научный сотрудник.

Ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Svetlana E. Makarevich - Senior Researcher.

14, Leningradskaya Str., 220006, Minsk

grinshpan@bsu.byГриншпанД. Д.GrinshpanD. D.

Гриншпан Дмитрий Давидович - доктор химических наук, профессор, зав. Лабораторией.

Ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Dzmitry D. Hrynshpan - D. Sc. (Chemistry), Professor, Head of the Laboratory.

14, Len-ingradskaya Str., 220006, Minsk

grinshpan@bsu.byИвашкевичО. А.IvashkevichO. A.

Ивашкевич Олег Анатольевич - академик, доктор химических наук, гл. научный сотрудник.

Ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Oleg A. Ivashkevich - Academician, D. Sc. (Chemistry), Chief Researcher.

ivashkev-ichO@bsu.byБелорусский государственный университетBelarusian State UniversityНаучно-исследовательский институт физико-химических проблем, БГУResearch Institute for Physical Chemical Problems202005122020564473481Copyright © Савицкая Т.А., Цыганкова Н.Г., Макаревич С.Е., Гриншпан Д.Д., Ивашкевич О.А., 20202020Савицкая Т.А., Цыганкова Н.Г., Макаревич С.Е., Гриншпан Д.Д., Ивашкевич О.А.Savitskaya T.A., Tsygankova N.G., Makarevich S.E., Grinshpan D.D., Ivashkevich O.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/619

Получены композиционные волокна состава целлюлоза-хитозан по способу мокрого формования из совместных растворов в ортофосфорной кислоте. Методами термогравиметрии (ТГ), дифференциальной термогравиметрии (ДТГ) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) проведена оценка их термических свойств в интервале 20-600 оС в атмосфере воздуха. Установлено, что температура максимальной скорости разложения композиционных волокон лежит между температурами, характерными для индивидуальных компонентов. Показано, что добавление к целлюлозе хитозана приводит к росту массы карбонизованного остатка и придает целлюлозным волокнам свойство самозатухаемости. Дано объяснение наблюдаемому эффекту, обусловленному достижением равномерного распределения друг в друге макромолекул целлюлозы и хитозана и их агрегатов, разделенных межфазными слоями, в которых реализована сетка зацеплений взаимопроникающих сегментов макромолекул обоих полимеров, что обеспечивает появление у композиционных волокон негорючести при содержании хитозана более 20 % и сохранение целостности волокон после их обработки растворителем хитозана - уксусной кислотой.

Cellulose-chitosan composite fibers were obtained by the method of wet spinning from joint solutions in phosphoric acid. Thermogravimetry (TG), differential thermogravimetry (DTG) and differential scanning calorimetry (DSC) methods have been used to evaluate their thermal properties in the range of 20-600 °C in air atmosphere. It was found that the temperature of the maximum decomposition rate of composite fibers lies between the temperatures characteristic of individual components. It is shown that the addition of chitosan to cellulose leads to an increase in the mass of the carbon residue and gives the cellulosic fibers a self-extinguishing property. The observed effect is explained by the uniform distribution of cellulose and chitosan macromolecules and their aggregates separated by interphase layers in each other, in which a net of interpenetrating segments of both polymer macromolecules is represented. This provides the incombustibility for composite fibers with a chitosan content of more than 20 % and maintaining the integrity of the fibers after processing them with a solvent of chitosan-acetic acid.

целлюлозахитозанортофосфорная кислотакомпозиционные волокнатермостабильностьспособность к самозатуханиюcellulosechitosanphosphoric acidcomposite fibersthermal stabilityself-extinguishing abilityРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Х20КИ-010)This work has been done with the financial support of Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (grant No. Х20КИ-010)ReferencesLarge-scale additive manufacturing with bioinspired cellulosic materials / N. D. Sanandiya [et al.] // Sci. Rep. - 2018. -Vol. 8, N 1. p. https://doi.org/10.1038/s41598-018-26985-2Sanandiya N. D. Large-scale additive manufacturing with bioinspired cellulosic materials. Scientific Reports. 2018, vol. 8, no. 1. https://doi.org/10.1038/s41598-018-26985-2Strnad, S. Cellulole fibres functionalized by chitosan: characterization and application / S. Strnad, O. Sauperl, L. Fras-Zem-ljic // Biopolymers / ed. by M. Elnashar - London, UK: InTechOpen, 2010. - P. 181-200. https://doi.org/10.5772/10262Strnad S., Sauperl О., Fras-Zemljic L. Cellulole fibres functionalized. Biopolymers. London, UK: InTechOpen, 2010, pp. 181-200. https://doi.org/10.5772/10262Biologically active fibers based on chitosan-coated lyocell fibers / S. Janjic [et al.] // Carbohydrate Polymers. - 2009 -Vol. 78, N 2. - P 240-246. https://doi.org/10.1016Zj.carbpol.2009.03.033Janjic S., Kostic M., Vucinic V., Dimitrijtvic S., Popovic K., Ristic M., Srundric P. Biologically active fibers based on chitosan-coated lyocell fibers. Carbohydrate Polymers. 2009, vol. 78, no. 2. pp. 240-246. https://doi.org/10.1016/j.carb-pol.2009.03.033Dutta, P. K. Chitin and chitosan for versatile applications / P. K. Dutta, M. N. Ravikumar, J. Dutta // J. Macromol. Sci., Part C: Polymer Review. - 2002. - Vol. 42. - P. 307-354. https://doi.org/10.1081/mc-120006451Dutta P. K., Ravikumar M. N. V., Dutta J. Chitin and chitosan for versatile applications. Journal of Macromolecular Science, Part C: Polymer Reviews, 2002, vol. 42, pp. 307-354. https://doi.org/10.1081/mc-120006451Shih, C. M. Preparation and characterization of cellulose/chitosan blend films // C. M. Shih, Y. T. Shieh, Y. K. Twu // Carbohydrate Polymers. - 2009. - Vol. 78. - P. 169-174. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2009.04.031Shih C. M., Shieh Y. T., Twu Y. K. Preparation and characterization of cellulose/chitosan blend films. Carbohydrate Polymers, 2009, vol. 78, pp.169-174. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2009.04.031Polysaccharide Blend Fibres Formed from NaOH, N-Methylmorpholine-N-oxide and 1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate / F. Wendler [et al.] // Fibres and Textiles in Eastern Europe. - 2010. - Vol. 18, N 2. - P. 21-30.Wendler F., Meister F., Wawro D., Wesolowska E., Ciechanska D., Saake B., Puls J., Le Moigne N., Navard P. Polysaccharide Blend Fibres Formed from NaOH, N-Methylmorpholine-N-oxide and 1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate. Fibres and Textiles in Eastern Europe, 2010, vol. 18, no. 2, pp. 21-30.Novel materials based on chitosan and cellulose / S. C. Fernandes [et al.] // Polym. Intern. - 2011. - Vol. 60, N 6. -P. 875-882. https://doi.org/10.1002/pi.3024Fernandes S. C., Freire C. S. R., Silvestre A. J. D., Neto С. P., Gandini A. Novel materials based on chitosan and cellulose. Polymer International, 2011, vol. 60, no. 6, pp. 875-882. https://doi.org/10.1002/pi.3024Biodegradable and sustainable fibres / ed. by R. S. Blackburn. - Boca Raton: CRS Press. 2005. - 414 p. https://doi.org/10.1533/9781845690991Blackburn R. S. Biodegradable and sustainable fibres. Boca Raton: CRS Press, 2005. 414 p. https://doi.org/10.1533/9781845690991Parmar, M. S. Comparative Study on Dyeing Behavior of Crabyon and Viscose Rayon Fibres / M. S. Parmar, N. Sisodea, N. Sonee // Int. J. Eng. Res, Techn. - 2013 - Vol. 2, N 12. - P. 2338-2331.Parmar M. S., Sisodea N., Sonee N. Comparative Study on Dyeing Behavior of Crabyon and Viscose Rayon Fibres. International Journal of Engineering Research and Technology, 2013, vol. 2, no. 12, pp. 2338-2331.Получение гидратцеллюлозных волокон из растворов целлюлозы в ортофосфорной кислоте / Д. Д. Гриншнан [и др.] ZZ Вес. Нац. акад. навук. Беларусь Сер. xiM. навук. - 2014. - № 2. - С. 115-118.Hrynshpan D. D., Gonchar A. N., Savitskaya T. A., Tsygankova N. G., Makarevich S. E. Regenerated cellulose fiber production from cellulose solutions in orthophosphoric acid. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical series, 2014, no. 2, pp. 115-118 (in Russian).Способ получения формованного целлюлозного материала: патент ЕА № 026035 / Д. Д. Гриншпан, Т. А. Савицкая, А. Н. Гончар, Н. Г. Цыганкова, С. В. Макаревич, В. И. Вовк. - Опубл. 28.02.2017.Grinshpan D. D., Savitskaya T. A., Gonchar A. N., Tsygankova N. G., Makarevich S. V., Vovk V. I. A method of obtaining a molded cellulosic material. Patent ЕА no. 026035. Publ. date 28 February 2017 (in Russian).Способ получения формованных изделий из растворов целлюлозы и ее смесей с хитозаном; авторы: патент ЕА № 029929 / Д. Д. Гриншпан, Т.А. Савицкая, Н.Г. Цыганкова, С. В. Макаревич, Г. Ф. Серебряков, В. В. Костюкевич. -Опубл. 28.02.2017.Grinshpan D. D., Savitskaya T. A., Tsygankova N. G., Makarevich S. V., Serebryakov G. F., Kostyukevich V. V. A method of obtaining molded products from solutions of cellulose and its mixtures with chitosan. Patent ЕА no. 029929. Publ. date 28 February 2017 (in Russian).Schwenker, R. Study of the pyrolytic decomposition of cellulose by gas chromatography / R. Schwenker, L. R. BeckJr. // J. PolymerSci. PartC. - 1963. - Vol. 1, N 2. - P. 331-340. https://doi.org/10.1002/polc.5070020133Schwenker R., L. R. Beck Jr. Study of the pyrolitic decomposition of cellulose by gas chromatography. Journal Polymer Sciense. Part C, 1963, vol. 1, no. 2. pp. 331-340. https://doi.org/10.1002/polc.5070020133Самозатухающий материал на основе целлюлозы и способ его получения; авторы: патент ЕА № 028893 / Д. Д. Гриншпан, Т. А. Савицкая, А. Н. Гончар, Н. Г. Цыганкова, С. В. Макаревич, В. И. Вовк. - Опубл. 31.01.2018.Grinshpan D. D., Savitskaya T. A., Gonchar A. N., Tsygankova N. G., Makarevich S. V., Vovk V. I. Cellulose-based self-extinguishing material and method for producing it. Patent ЕА no. 028893. Publ. Date 31 January 2018 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.