Синтез и сульфатирование сульфаминовой кислотой аэрогелей из целлюлоз древесины березы и хлопка

Abstract

Впервые проведено сопоставление строения и свойств целлюлозных аэрогелей, полученных из целлюлоз древесины березы и хлопка в среде экологически безопасного растворителя – водного раствора полиэтиленгликоля и гидроксида натрия, а также продуктов их сульфатирования аэрогелей нетоксичным комплексом сульфаминовая кислота – мочевина. Аэрогели на основе целлюлоз березы и хлопка имеют близкие значения кажущейся плотности (0,071–0,078 г/см3) и пористости (около 95 %). Продукты сульфатирования целлюлозных аэрогелей в отличие от исходных целлюлоз березы и хлопка полностью растворимы в воде, причем их выход и степень замещения выше при использовании аэрогеля из целлюлозы березы. Путем сушки растворенных продуктов сульфатирования целлюлозных аэрогелей получены гладкие и прозрачные пленки. Строение и морфология полученных аэрогелей и пленок установлены с использованием методов сканирующей электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии. Аэрогель из целлюлозы березы (АЦБ) имеет сетчатую микрофибриллированную пористую структуру, а аэрогель из целлюлозы хлопка (АЦХ) – губчатую структуру, в которой наблюдается больше полостей и трещин, чем в образце АЦХ. Поверхность пленки, полученной на основе сульфатированного АЦБ, сформирована частицами длиной 100–200 нм и шириной 50–70 нм, а пленки на основе сульфатированного АЦХ – частицами сферической формы с диаметром 70–100 нм. Разработанный способ получения сульфатированных целлюлозных пленок может использоваться в медицине при создании антикоагулянтных покрытий

Firstly, the structure and properties of cellulose aerogels produced from birch-wood and cottoncellulose and of, and products of their sulfation with a non-toxic sulfamic acid-urea complex in an environmentally safe solvent – a mixture of polyethylene glycol and sodium hydroxide are compared. Aerogels based on birch and cotton celluloses have similar values of apparent density (0,071–0,078 г/см3) and porosity (near 95 %). The products of sulfating of cellulose aerogels, in contrast to the originalbirch and cotton celluloses, are completely soluble in water. Their yield and degree of substitution are higher when using birch cellulose aerogel. By drying the dissolved products of sulfating of cellulose aerogels, smooth and transparent films were produced. The structure and morphology of the obtained aerogels and films were established by metods of scanning electron microscopy and atomic force microscopy. Birch cellulose aerogel (BCA) has a reticular microfibrillated porous structure, and cotton cellulose aerogel (CCA) has a spongy structure in which more cavities and cracks are observed than in the case of CCA. The surface of the film of sulfated BCA is formed by particles with a length 100–200 nm and width of 50–70 nm, and the films of sulfated CCA is formed by spherical particles with a diameter of 70–100 nm. The developed methods for obtaining sulfated cellulose films can be used in medicine to oreate anticoagulant coatings