ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ, 2021, том 91, № 5, с. 786-793
УДК 547.458.81
СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ
НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ С
ПОЛИКАПРОЛАКТОНОМ
© 2021 О. В. Сурова,*, Е. О. Лебедеваb, Н. В. Рублеваа, М. И. Вороноваа, А. Г. Захарова
а Институт химии растворов имени Г. А. Крестова Российской академии наук,
ул. Академическая 1, Иваново, 153045 Россия
b Ивановский государственный химико-технологический университет, Иваново, 153000 Россия
*e-mail: ovs@isc-ras.ru
Поступило в Редакцию 10 марта 2021 г.
После доработки 17 марта 2021 г.
Принято к печати 28 марта 2021 г.
Получены композиты нанокристаллической целлюлозы с поликапролактоном и изучены их морфоло-
гические, термические и прочностные характеристики. Нанокристаллическая целлюлоза в качестве
наполнителя увеличивает пористость полученных композиционных материалов, может действовать
как инициатор кристаллизации поликапролактона и влиять на рост кристаллитов полимера. Введение
нанокристаллической целлюлозы в матрицу поликапролактона увеличивает гидрофильность материала,
способствует увеличению сорбции воды, однако делает композит более хрупким: уменьшается относи-
тельное удлинение при растяжении, но увеличиваются прочность при разрыве и модуль Юнга.
Ключевые слова: нанокристаллическая целлюлоза, поликапролактон, полимерный нанокомпозит,
зависимость структура-свойства
DOI: 10.31857/S0044460X21050176
Целлюлоза - наиболее доступный возобнов-
ских свойств: большой удельной поверхности
ляемый природный ресурс с годовым производ-
и высокого модуля упругости, нетоксичности,
ством более 75 млрд. т. Как дешевый биополимер
биосовместимости и биоразлагаемости [4, 5]. С
целлюлоза играет важную роль в производстве
повышением уровня технологического развития
экологически чистых биосовместимых и биораз-
увеличивается спрос на биоразлагаемые матери-
лагаемых функциональных материалов. В усло-
алы бытового (тара, упаковка) и медицинского
виях кислотного гидролиза из волокон целлюлозы
назначения (шовные материалы, импланты), воз-
могут быть выделены практически бездефектные
растает необходимость решения экологических
кристаллические стержнеобразные частицы нано-
проблем, связанных с загрязнением пластиковыми
кристаллической целлюлозы [1-3]. Наночастицы
отходами.
имеют анизотропную стержнеобразную форму;
Нанокристаллическая целлюлоза активно ис-
в зависимости от условий кислотного гидролиза
пользуется как армирующий элемент при созда-
и исходного сырья размер этих частиц от 100 до
нии биоразлагаемых композитов. Исследование
1000 нм в длину и от 5 до 50 нм в диаметре.
свойств композитов нанокристаллической цел-
Нанокристаллическая целлюлоза привлекает
люлозы с полимерами внесло значительный вклад
внимание материаловедов не только вследствие
в разработку биоразлагаемых и биосовместимых
ее доступности и экологичности, но и вследствие
материалов, а также функциональных материалов
уникального сочетания физических и химиче-
с полезными свойствами [6].
786
СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
787
Поликапролактон
- гидрофобный, полукри-
Присутствие нанокристаллической целлюлозы
сталлический полимер с низкой температурой
в полимерном композите увеличивает его гидро-
плавления 55-60°С, состоящий из звеньев ε-капро-
фильность и механическую прочность за счет
лактона и относящийся к алифатическим слож-
образования водородных связей, в которых уча-
ным полиэфирам: [-(CH2)5-CO-O-]n. Химическая
ствуют поверхностные гидроксильные группы
структура поликапролактона позволяет совмещать
целлюлозы. В свою очередь, улучшенная смачива-
его с другими полимерами при сохранении мно-
емость и поверхностные функциональные группы
гих из его свойств. Он растворим в хлороформе,
способствуют минерализации биоактивных солей
дихлорметане, тетрахлорметане, бензоле, толуоле,
(фосфаты, карбонаты кальция) и пролифирации
этаноле и циклогексаноне при комнатной темпе-
клеток (разрастания ткани организма) в пористых
ратуре, имеет низкую растворимость в ацетоне,
полимерных каркасах [15], используемых в биоин-
бутан-2-оне, этилацетате, диметилформамиде и
женерии.
ацетонитриле, не растворим в спирте, петролей-
Нами получены композиты нанокристалличе-
ном эфире, диэтиловом эфире.
ской целлюлозы с поликапролактоном и изучены
Поликапролактон обладает хорошими фор-
их морфологические, термические и механические
мовочными свойствами, относится к биосовме-
свойства. Для получения композитов необходимо
стимым и биодеградируемым полимерам, при-
приготовить устойчивую суспензию нанокристал-
меняется в качестве материала для изготовления
лической целлюлозы в растворителе, в котором
полимерных изделий медицинского назначения,
поликапролактон растворяется, либо который сме-
имплантатов для заместительной хирургии, в
шивается с подходящим для полимера растворите-
системах доставки лекарственных средств и в
лем (бензолом, толуолом, дихлорметаном, хлоро-
тканевой инженерии
[7]. Применение чистого
формом, тетрахлорметаном, тетрагидрофураном,
поликапролактона ограничено его высокой ги-
циклогексаноном, метилэтилкетоном, диметил-
дрофобностью, низкой температурой плавления,
формамидом, ацетоном, диоксаном, этилацетатом).
невысокой механической прочностью. Для улуч-
По результатам исследования диспергирова-
шения полезных свойств материалов на основе
ния лиофилизованной нанокристаллической цел-
поликапролактона и расширения области его при-
люлозы и ее гелей (полученных в ацетоне, аце-
менения используют различные наполнители и ар-
тонитриле и этаноле) в воде и в 11 органических
мирующие добавки, в том числе нанокристалличе-
растворителях (ДМСО, этиленгликоле, ДМФА,
скую целлюлозу.
ацетонитриле, метаноле, этаноле, изопропиловом
Известно несколько работ, описывающих полу-
спирте, ацетоне, хлороформе, диоксане и толуоле)
чение композитов поликапролактон-нанокристал-
[16], диспергирование и устойчивость получен-
лическая целлюлоза. Для равномерного распреде-
ных суспензий ухудшается по мере уменьшения
ления нанокристаллической целлюлозы в матрице
диэлектрической проницаемости, донорных и ак-
гидрофобного поликапролактона поверхность ча-
цепторных чисел растворителя (т. е. в указанном
стиц целлюлозы подвергают модификации [8],
выше порядке от воды к толуолу), что согласуется
используют раствор нанокристаллической цел-
с другими данными [17]. Это означает, что подо-
люлозы в ионной жидкости [9], гели нанокристал-
брать подходящий растворитель для приготовле-
лической целлюлозы в органических раствори-
ния композитов нанокристаллической целлюлозы
телях смешивают с раствором поликапролактона
с поликапролактоном достаточно проблематично.
[10]. Кроме того, дополнительно проводят моди-
Как отмечалось выше, для получения компо-
фикацию поверхности поликапролактона, напри-
зитов может быть использована поверхностная
мер, плазмохимической обработкой [11, 12].
модификация нанокристаллической целлюлозы и
Полученные композиты могут быть исполь-
поликапролактона. Однако модификация поверх-
зованы при моделировании процессов, протека-
ности нанокристаллической целлюлозы (физиче-
ющих при биоминерализации и имплантации в
ская адсорбция поверхностно-активных веществ
полимерных каркасах, применяемых в тканевой
или полимеров, химическая прививка различных
инженерии и регенеративной медицине [13, 14].
функциональных групп, окисление, этерификация
ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 5 2021
788
СУРОВ и др.
Рис.1. Изотермы адсорбции (темные значки) и десорбции (светлые значки) азота (77 K) (а) и соответствующее распреде-
ление пор по размерам (б), рассчитанное по десорбционной ветви методом BJH на образцах поликапролактона (ПКЛ) и
композитов поликапролактон-нанокристаллическая целлюлоза (ПКЛ/НКЦ-%), отлитых из ДМФА (Д) и из смеси ДМФА-
ТГФ (ДТ): 1 - ПКЛ(Д); 2 - ПКЛ/НКЦ-15(Д); 3 - ПКЛ(ДТ); 4 - ПКЛ/НКЦ-15(ДТ).
и т. д.) с целью увеличения стабильности суспен-
Добавка нанокристаллической целлюлозы уве-
зий (что необходимо для равномерного дисперги-
личивает неоднородность поверхности пленки и
рования в полимерных матрицах) в ряде случаев
пористость композиционных материалов. Ее вве-
приводит к значительному ухудшению свойств
дение в матрицу поликапролактона способствует
нанокомпозитов на основе нанокристаллической
значительному увеличению удельной площади по-
верхности и сорбции воды (рис. 1, табл. 1, рис. S3,
целлюлозы. Модификация значительно ухудшает
Дополнительные материалы).
взаимодействие между наночастицами через водо-
родные связи, необходимые для улучшения меха-
В ИК спектрах поликапролактона наблюдают-
нических свойств композитов [18-20].
ся характерные полосы: 2945 и 2864 см-1 (асим-
метричные и симметричные вибрационные коле-
Для получения композитов использовали аце-
бания CH2), 1729 см-1 (колебания С=O), 1240 и
тоновый гель нанокристаллической целлюлозы, а
1166 см-1 (асимметричные и симметричные коле-
также ДМФА и смесь ДМФА-ТГФ (6:4) в качестве
бания C-O-C). ИК спектры пленок нанокристал-
растворителей для поликапролактона [16].
лической целлюлозы характеризуются интенсив-
На рис. S1, S2 (см. Дополнительные материа-
ными полосами поглощения в области волновых
лы) показаны изображения пленок, полученные с
чисел 3300-3500 и 2800-3000 см-1, соответству-
помощью сканирующего электронного микроско-
ющих валентным колебаниям связей O-H и C-H
па. На изображениях поверхности и скола пленок
целлюлозы. В области поглощения 950-1200 см-1
поликапролактона, отлитых из раствора в ДМФА
находятся валентные колебания связей С-О, С-С
и из смеси ДМФА-ТГФ, хорошо выражена пори-
кольцевых структур. В композитах поликапро-
стость, характерная для всего объема пленки.
лактон-нанокристаллическая целлюлоза полосы
Таблица 1. Характеристики пористой структуры и адсорбционные характеристики поликапролактона (ПКЛ) и ком-
позитов поликапролактон-нанокристаллическая целлюлоза (ПКЛ/НКЦ) по отношению к парам воды
Образеца
Удельная площадь поверхности, м2
Максимальная сорбция паров воды, %
ПКЛ(Д)
14.4
4.1
ПКЛ/НКЦ-15(Д)
18.7
6.0
ПКЛ(ДТ)
6.4
5.4
ПКЛ/НКЦ-15(ДТ)
12.7
9.5
а Здесь и далее обозначение образцов см. в Экспериментальной части.
ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 5 2021
СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
789
Таблица 2. Температуры плавления (Tm), кристаллизации (Tcryst), тепловой эффект плавления (ΔHm), степень кри-
сталличности (Х) и размер кристаллитов поликапролактона в композитах
Размер кристаллитов поликапролактонав,
Образец
Tm, °C
Tcryst, °C
ΔHm, Дж/г
Ха
Хб
нм
ПКЛ(Д)
66.8
26.9
90.6
67.1
40.5
7.0
ПКЛ/НКЦ-5(Д)
65.7
33.6
98.0
76.4
55.9
9.4
ПКЛ/НКЦ-10(Д)
66.7
34.6
86.2
70.9
52.5
11.9
ПКЛ/НКЦ-15(Д)
67.0
34.1
84.3
72.6
61.7
14.8
ПКЛ(ДТ)
63.9
24.7
75.8
56.1
48.8
13.2
ПКЛ/НКЦ-5(ДТ)
66.0
32.7
71.8
55.9
41.7
15.1
ПКЛ/НКЦ-10(ДТ)
65.4
31.9
79.7
65.6
41.2
14.1
ПКЛ/НКЦ-15(ДТ)
65.3
33.3
74.6
64.2
50.8
15.1
а Рассчитано по уравнению (2).
б Рассчитано из рентгеноструктурных данных.
в Рассчитано из рентгеноструктурных данных по уравнению (1).
спектров перекрываются, что затрудняет их интер-
разложения около 200°С, максимальная скорость -
претацию. С увеличением доли нанокристалли-
около 240°С) (рис. S6, Дополнительные материалы).
ческой целлюлозы значительно возрастает интен-
Для дифрактограммы чистого поликапролак-
сивность полосы при 1630 см-1 (водородные связи
тона характерны два дифракционных пика (брэг-
адсорбированной воды) (рис. S4, Дополнительные
говские углы около 21.0 и 23.1°), которые соответ-
материалы). Введение нанокристаллической цел-
ствуют кристаллографическим плоскостям (110)
люлозы в матрицу поликапролактона увеличивает
и (200) орторомбической решетки поликапролак-
гидрофильность материала и способствует увели-
тона [21] (рис. S7, Дополнительные материалы).
чению сорбции воды (табл. 1, рис. S4, Дополни-
На рентгенограммах композитов дифракционные
тельные материалы).
пики поликапролактона частично перекрывают-
Термические характеристики нанокомпозитов
ся с пиками нанокристаллической целлюлозы (2θ
получены на основе анализа данных термограви-
22.9, 16.6, 14.8°) соответствующих кристаллогра-
метрии (ТГ) и дифференциальной сканирующей
фических плоскостей (200), (110) и (1-10) цел-
калориметрии (ДСК) (рис. S5, S6, Дополнитель-
люлозы Iβ [22].
ные материалы). Средние значения температуры
Размеры кристаллитов поликапролактона в со-
кристаллизации (Tcryst,), температуры плавления
ставе композитов рассчитаны по формуле Шерре-
(Tm), тепловой эффект плавления (ΔHm) и степень
ра (1) и приведены в табл. 2. С увеличением доли
кристалличности (X) приведены в табл. 2. У всех
нанокристаллической целлюлозы в композите
композитов наблюдается небольшое увеличение
размер кристаллитов поликапролактона увели-
значений Tcryst и Tm по сравнению с чистой плен-
чивается. Данные рентгеноструктурного анализа
кой поликапролактона, а значение X возрастает для
подтверждают данные ДСК о действии нанокри-
обеих систем с увеличением доли нанокристалли-
сталлической целлюлозы в качестве инициатора
ческой целлюлозы. Увеличение значений Tcryst и X
кристаллизации полимера.
может быть обусловлено проявлением способно-
Поликапролактон характеризуется большой
сти нанокристаллической целлюлозы иницииро-
относительной деформацией при разрыве (более
вать кристаллизацию и рост кристаллитов полимера.
700%) [15]. Образец поликапролактона, отлитый
Данные ТГ показывают минимальное влияние
из смеси растворителей ДМФА-ТГФ, имеет отно-
нанокристаллической целлюлозы на температуру
сительное удлинение 133%, предел прочности при
термической деструкции поликапролактона, хотя
растяжении - 2.1 МПа, модуль Юнга - 27 МПа. В
нанокристаллическая целлюлоза разлагается при
образце, отлитом из раствора в ДМФА, относи-
значительно более низкой температуре (начало
тельное удлинение уменьшается до 53%. Добавка
ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 5 2021
790
СУРОВ и др.
нанокристаллической целлюлозы в обоих случа-
ях приводит к резкому уменьшению относитель-
ного удлинения, но увеличивает модуль Юнга до
436 МПа (рис. 2, табл. 3). Следовательно, добав-
ка нанокристаллической целлюлозы значительно
уменьшает относительное удлинение, материал
становится менее эластичным и более хрупким. В
то же время при увеличении доли нанокристалли-
ческой целлюлозы прочность и модуль Юнга за-
метно возрастают, следовательно, механические
свойства композита в условиях небольших линей-
ных деформаций улучшаются.
Таким образом, нанокристаллическая цел-
люлоза увеличивает площадь поверхности и пори-
стость полученных композиционных материалов,
Рис. 2. Прочностные характеристики образцов по-
а также делает их более гидрофильными. При об-
ликапролактона (ПКЛ) и композитов поликапролак-
разовании композитов она действует как инициа-
тон-нанокристаллическая целлюлоза (ПКЛ/НКЦ, %),
тор кристаллизации полимера, увеличивая размер
отлитых из ДМФА (Д) и из смеси ДМФА-ТГФ (ДТ):
кристаллов поликапролактона, что отражается на
1 - ПКЛ(Д); 2 - ПКЛ/НКЦ-15(Д); 3 - ПКЛ(ДТ); 4 -
ПКЛ/НКЦ-15(ДТ).
механических свойствах композита: с увеличени-
ем доли нанокристаллической целлюлозы умень-
шается удлинение при разрыве, но увеличивается
62%-ном водном растворе серной кислоты (1 г ми-
прочность и модуль Юнга.
крокристаллической целлюлозы в 40 мл раствора)
при 50°C в течение 2 ч при интенсивном переме-
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
шивании. Полученную суспензию отмывали от
В работе использовали поликапролактон про-
кислоты дистиллированной водой многократным
изводства фирмы «Sigma-Aldrich» (М ~80000).
центрифугированием до достижения постоянного
Для получения нанокристаллической целлюлозы
значения pH (~2.4) надосадочной жидкости. Далее
была использована коммерческая микрокристал-
суспензию нанокристаллической целлюлозы очи-
лическая целлюлоза (Cellulose, powder ~20 micron,
щали с помощью ионообменной смолы (ТОКЕМ
Sigma-Aldrich), бидистиллированная вода и серная
МВ-50(R), Германия), обрабатывали ультразвуком
кислота (ХЧ, ГОСТ 4204-77, Химмед). Растворите-
(Sonorex DT100, Bandelin, Германия) 15-30 мин и
ли: диметилформамид (ДМФА), тетрагидрофуран
использовали для получения композитных пленок
(ТГФ) (Sigma-Aldrich), ацетон (Химмед) квалифи-
поликапролактон-нанокристаллическая целлюлоза.
кации ХЧ или ОСЧ - применяли без дополнитель-
Ацетоновый гель нанокристаллической цел-
ной очистки.
люлозы получали из гидрозолей постепенной за-
Нанокристаллическая целлюлоза. Водные
меной воды на ацетон. Органический раствори-
суспензии нанокристаллической целлюлозы полу-
тель осторожно добавляли на поверхность водной
чали гидролизом микрокристаллической целлюло-
суспензии, чтобы предотвратить перемешивание
зы в серной кислоте [23]. Гидролиз проводили в
и обеспечить образование органического слоя над
Таблица 3. Прочностные характеристики композитов
Образец
Прочность на разрыв, МПа
Относительное удлинение, %
Модуль Юнга, МПа
ПКЛ(Д)
2.9
53
78
ПКЛ/НКЦ-15(Д)
11.2
15
436
ПКЛ(ДТ)
2.1
133
27
ПКЛ/НКЦ-15(ДТ)
5.6
34
136
ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 5 2021
СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
791
водной суспензией. Ацетон заменяли 1-2 раза в
фере сухого аргона (скорость потока 30 мл/мин)
сутки до тех пор, пока нанокристаллическая цел-
при скорости нагрева 10 град/мин. Термические
люлоза на дне не собиралась в однородный гель
свойства композитов изучали на дифференциаль-
(обычно за 5-7 сут). Во время процесса органи-
ном сканирующем калориметре теплового потока
ческий слой слегка встряхивали для облегчения
DSC 204 F1 Foenix Netzsch (Германия). Калориме-
обмена растворителей. Количество нанокристал-
трический эксперимент проводили в атмосфере
лической целлюлозы в ацетоновом геле, опреде-
сухого аргона марки ОСЧ (99.998%) при скорости
ленное гравиметрически, составляло 6%.
потока 25 мл/мин в стандартных алюминиевых
Композиты поликапролактон-нанокри-
тиглях. Скорость нагрева 10 град/мин. Калибров-
сталлическая целлюлоза. Смешивали 0.5 г по-
ку калориметра проводили по температурам плав-
ликапролактона, 10 мл растворителя (ДМФА или
ления 5 эталонов (ртуть, дифенил, индий, олово,
смесь ДМФА-ТГФ, 6:4) и некоторое количество
висмут). Точность взвешивания ±0.01 мг (весы
ацетонового геля нанокристаллической целлюло-
марки Sartorius M2P).
зы. Полученную смесь перемешивали 1 сут при
Размеры кристаллитов поликапролактона рас-
комнатной температуре, отливали в полистироль-
считывали по формуле Шеррера (1) [24].
ные чашки Петри и сушили при комнатной темпе-
L = 0.9λ/(βcosθ).
(1)
ратуре. Получали 2 серии образцов: с использова-
Здесь λ - длина волны рентгеновского излучения,
нием в качестве растворителя ДМФА (Д) и смеси
нм; β - полная ширина дифракционного пика, из-
ДМФА-ТГФ, 6:4 (ДТ). В маркировке образцов
меренная на его полувысоте, рад; θ - угловое поло-
приведены числа, указывающие долю нанокри-
жение рефлекса, град.
сталлической целлюлозы в композите (%). На-
Степень кристалличности поликапролактона в
пример, образец с маркировкой ПКЛ(Д) - пленка
составе композита может быть вычислена по урав-
чистого поликапролактона, отлитого из ДМФА;
нению (2) [25].
образец ПКЛ/НКЦ-10(ДТ) - пленка композита,
отлитого из смеси ДМФА-ТГФ, с долей нанокри-
X = ΔHm/wΔH0m.
(2)
сталлической целлюлозы 10%.
Здесь w - массовая доля поликапролактона в
Морфологию композитов изучали с использо-
композите, ΔHm - тепловой эффект плавления
ванием сканирующего электронного микроскопа
композита и ΔH0m - тепловой эффект плавления
VEGA3 TESCAN (Чехия), детектор вторичных
100%-ного кристаллического поликапролактона
электронов при ускоряющем напряжении 5 кВ в
(157 Дж/г [26]).
режиме высокого вакуума.
Степень кристалличности поликапролактона
Пористую структуру пленок изучали методом
и его композитов рассчитывали с использовани-
низкотемпературной адсорбции азота. Для опре-
ем пакета программного обеспечения DIFFRAC.
деления площади поверхности, размера и объе-
SUITE.
ма пор образцов использовали автоматический
Рентгеноструктурный анализ проводили на
анализатор удельной поверхности и пористости
дифрактометре Bruker D2 PHASER с использова-
NOVAtouch NT LX Quantachrome (США). Образ-
нием CuKα-излучения (λ 0.1542 нм). Угловой диа-
цы выдерживали в вакууме 3 ч при 50°С. Адсор-
пазон сканирования 2-45° с шагом 0.01°. ИК спек-
бционные и десорбционные изотермы измеряли
тры получены на спектрофотометре VERTEX 80v
при -196°C в интервале относительных давлений
Bruker (Германия) в области частот 4000-400 см-1.
P/P0 0.01-0.95. Удельная поверхность рассчитыва-
Образцы запрессовывали в таблетки (1 мг анали-
ли по адсорбционной изотерме методом Брунауэ-
зируемого вещества на 100 мг бромида калия).
ра-Эммета-Теллера. Распределение пор по разме-
Прочностные характеристики пленок измеряли
рам и объем пор определяли методом BJH.
при комнатной температуре на разрывной машине
Термогравиметрический анализ проводили на
И 1158М-2.5-01-1 (Россия) в режиме растяжения;
термомикровесах TG 209 F1 Iris Netzsch (Герма-
наибольшая предельная нагрузка - 5 кН, скорость
ния) с использованием платиновых тиглей в атмос-
перемещения образца - 1 мм/мин. Изотермы ад-
ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 5 2021
792
СУРОВ и др.
сорбции и десорбции воды на образцах получали
11.
Больбасов Е.Н., Антонова Л.В., Матвеева В.Г.,
при 25°C в условиях контролируемой влажности.
Новиков В.А., Шестериков Е.В., Богомолова Н.Л.,
Головкин А.С., Твердохлебов С.И., Барбараш О.Л.,
Количество воды в образцах определяли гравиме-
Барбараш Л.С. // Биомед. хим. 2016. Т. 62. Вып. 1.
трически.
С. 56. doi 10.18097/PBMC20166201056
БЛАГОДАРНОСТЬ
12.
Cheng L., Ghobeira R., Cools P., Liu Z., Yan K., De
Geyter N., Morent R. // Appl. Surf. Sci. 2020. Vol. 516.
Данные получены с использованием оборудо-
P. 146067. doi 10.1016/j.apsusc.2020.146067
вания Верхневолжского регионального центра фи-
13.
Ahmed F., Saleemi S., Khatri Z., Abroa M.I., Kim I.S. //
зико-химических исследований.
Carbohyd. Polym. 2015. N 115. Р. 388. doi 10.1016/j.
ФОНДОВАЯ ПОДДЕРЖКА
carbpol.2014.09.002
14.
Joshi M.K., Tiwari A.P., Pant H.R., Shrestha B.K.,
Работа выполнена при финансовой поддерж-
Kim H.J., Park C.H., Kim C.S. // ACS Appl. Mater.
ке Российского научного фонда (грант № 17-13-
Interfaces. 2015. N 7. Р. 19672. doi 10.1021/
01240-П).
acsami.5b04682
15.
Boujemaoui A., Sanchez C., Engström J., Bruce C.,
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Fogelström L., Carlmark A., Malmström E. // ACS
Авторы заявляют об отсутствии конфликта
Appl. Mater. Interfaces. 2017. Vol. 9. N 40. P. 35305.
интересов.
doi 10.1021/acsami.7b09009
16.
Воронова М.И., Суров О.В., Рублева Н.В., Кочки-
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
на Н.Е., Захаров А.Г. // Хим. раст. сырья. 2019. № 1.
Дополнительные материалы для этой статьи
С. 39. doi 10.14258/jcprm 2019014240; Voronova M. I.,
Surov O.V., Rubleva N.V., Kochkina N.E., Zakharov A.G. //
доступны по doi
10.31857/S0044460X21050176
Russ. J. Bioorg. Chem. 2020. Vol. 46. N 7. P. 1295. doi
для авторизованных пользователей.
10.1134/S106816202007016X
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
17.
Okura H., Wada M., Serizawa T. // Chem. Lett. 2014.
Vol. 43. P. 601. doi 10.1246/cl.131181
1. Siqueira G., Bras J., Dufresne A. // Polymers-Basel.
2010. N 2. P. 728. doi 10.3390/polym2040728
18.
Kargarzadeh H., Mariano M., Huang J., Lin N.,
2. Tang J., Sisler J., Grishkewich N., Kam Chiu Tam // J.
Ahmad I., Dufresne A., Thomas S. // Polymer. 2017.
Colloid Interf. Sci. 2017. N 494. P. 397. doi 10.1016/j.
Vol. 132. P. 368. doi 10.1016/j.polymer.2017.09.043
jcis.2017.01.077
19.
Chakrabarty A., Teramoto Y. // Polymers. 2018. Vol. 10.
3. Kargarzadeh H., Huang J., Lin N., Ahmad I.,
P. 517. doi 10.3390/polym10050517
Mariano M., Dufresne A., Thomas S., Gałęski A. //
20.
Ferreira F.V., Dufresne A., Pinheiro I.F., Souza D.H.S.,
Progr. Polym. Sci. 2018. N 87. P. 197. doi 10.1016/j.
Gouveia R.F., Mei L.H.I., Lona L.M.F. // Eur.
progpolymsci.2018.07.008
Polym. J. 2018. Vol. 108. P. 274. doi 10.1016/j.
4. Klemm D., Kramer F., Moritz S., Lindström T.,
eurpolymj.2018.08.045
Ankerfors M., Gray D., Dorris A. // Angew. Chem. Int.
Ed. 2011. N 50. P. 5438. doi 10.1002/anie.201001273
21.
Ahmed F., Saleemi S., Khatri Z., Abro M., Kim I. //
5. Habibi Y., Lucia L., Rojas O. // Chem. Rev. 2010.
Carbohyd. Polym. 2015. N 115. P. 388. doi 10.1016/j.
Vol. 110. N 6. P. 3479. doi 10.1021/cr900339w
carbpol.2014.09.002
6. Wohlhauser S., Delepierre G., Labet M., Morandi G.,
22.
Алешина Л.А., Глазкова С.В., Луговская Л.А., Подой-
Thielemans W., Weder C., Zoppe J. // Macromolecules.
никова М.В., Фофанов А.Д., Силина Е.В. // Хим. раст.
2018. N 51. P. 6157. doi 10.1021/acs.macromol.8b00733
сырья. 2001. № 1. С. 5.
7. Woodruff M., Hutmacher D. // Progr. Polym. Sci. 2010.
23.
Bondeson D., Mathew A., Oksman, K. // Cellulose. 2006.
N 35. P. 1217. doi 10.1016/j.progpolymsci.2010.04.002
Vol. 13. N 2. P. 171. doi 10.1007/s10570-006-9061-4
8. Siqueira G., Fraschini C., Bras J., Dufresne A.,
24.
Xu X., Wang H., Jiang L., Wang X., Payne S.A.,
Prud’homme R., Laborie M. // Eur. Polym. J. 2011.
Zhu J.Y., Li R. // Macromolecules. 2014. N 47. P. 3409.
N 47. P. 2216. doi 10.1016/j.eurpolymj.2011.09.014
9. Xiong R., Hameed N., Guo Q. // Carbohyd. Polym.
doi 10.1021/ma402627j
2012. N 90. P. 575. doi 10.1016/j.carbpol.2012.05.080
25.
Guo Q., Zheng H. // Polymer. 1999. Vol. 40. N 3. P. 637.
10. Sheng L., Jiang R., Zhu Y., Ji Y. // J. Macromol.
doi 10.1016/S0032-3861(98)00326-7
Sci. (B). 2014. Vol. 53. N 5. P. 820. doi
26.
Dufresne A. // Can. J. Chem. 2008. N 86. P. 484. doi
10.1080/00222348.2013.861311
10.1139/V07-152
ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 5 2021
СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
793
Some Properties of Polycaprolactone Composites
with Cellulose Nanocrystals
O. V. Surova,*, E. O. Lebedevab, N. V. Rublevaa, M. I. Voronovaa, and A. G. Zakharova
a G.A. Krestov Institute of Solution Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Ivanovo, 153045 Russia
b Ivanovo State University of Chemistry and Technology, Ivanovo, 153000 Russia
*e-mail: ovs@isc-ras.ru
Received March 10, 2021; revised March 17, 2021; accepted March 28, 2021
Composites of polycaprolactone with cellulose nanocrystals were produced. The morphological, thermal and
strength characteristics of the composites were studied. It was found that nanocrystalline cellulose as a filler
increases the porosity of the obtained composite materials. Based on the analysis of the data obtained, it was
concluded that nanocrystalline cellulose can act as an initiator of polycaprolactone crystallization and affect
the growth of the polymer crystallites. It was found that the incorporation of cellulose nanocrystals into the
polycaprolactone matrix increased the hydrophilicity of the material and promoted an increase in water sorption,
but made the composite more brittle: the values of elongation and tensile strength at break decreased.
Keywords: cellulose nanocrystals, polycaprolactone, polymer composite, structure-property relationship
ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 5 2021