Синтез и свойства органических гелей на основе таннинов коры лиственницы и целлюлозы древесины сосны

Abstract

Разработан новый метод синтеза смешанных органических гелей на основе таннинов коры лиственницы и целлюлозы древесины сосны с использованием формальдегида в качестве сшивающего агента. Методами термогравиметрии, СЭМ, БЭТ изучено влияние содержания целлюлозы на морфологию, пористую структуру, термохимические и адсорбционные свойства таннин-целлюлозных гелей. Изотермы адсорбции–десорбции азота на таннин-целлюлозных гелях соответствуют материалам с преимущественно мезопористой структурой. В случае образцов, приготовленных с использованием раствора целлюлозы, пористая структура гелей представлена однородными по форме мезопорами, с преимущественными размерами от 10 до 30 нм. В смешанных гелях, приготовленных с использованием порошковой целлюлозы, преобладающее количество мезопор имеет размеры 5–10 нм. Введение раствора целлюлозы в количестве 10 и 20 мас.% при синтезе таннин-формальдегидного геля приводит к возрастанию его удельной поверхности от 4 м2/г до 87 и 118 м2/г, объема мезопор до 0.39 и 0.50 см3/г и к снижению кажущейся плотности с 0.60 до 0.21 и 0.24 г/см3 соответственно. По данным сканирующей электронной микроскопии, гель, содержащий 10 мас.% целлюлозы, имеет более однородную трехмерную структуру, чем образец, содержащий 20 мас.% целлюлозы. Скорость терморазложения таннин-целлюлозного геля в температурном диапазоне 280–380 °C (–6.4 %/мин) значительно выше, чем образца таннин-формальдегидного геля, не содержащего целлюлозу (–1.4 %/мин)

A new method for the synthesis of mixed organic gels based on larch bark tannins and pine wood cellulose, and formaldehyde as a crosslinking agent has been developed. The effect of cellulose content on the morphology, porous structure, thermochemical and adsorption properties of tannin-cellulose gels was studied by thermogravimetry, SEM and BET methods.The isotherms of nitrogen adsorption–desorption on tannin–cellulose gels correspond to materials with a predominantly mesoporous structure. In the case of samples prepared using a cellulose solution, the porous structure of the gels is represented by mesopores uniform in shape, with predominant sizes from 10 to 30 nm. In mixed gels prepared using cellulose powder, the predominant number of mesopores has 5–10 nm in size. The introduction of a cellulose solution in an amount of 10 and 20 wt% during the synthesis of tannin-formaldehyde gels increase their specific surface area from 4 m2/g to 87 and 118 m2/g, the volume of mesopores up to 0.39 and 0.50 cm3/g, and decrease their apparent density from 0.60 to 0.21 and 0.24 g/cm3, respectively. According to scanning electron microscopy data, the gel containing 10 wt% cellulose has a more uniform three-dimensional structure than the sample containing 20 wt% cellulose. The rate of thermal decomposition of tannin-cellulose gel in the temperature range of 280–380 °C (–6.4 %/min) is significantly higher than that of a cellulose-free tannin-formaldehyde gel sample (–1.4 %/min)