Mercerisation of Rapeseed Straw Investigated with the Use of WAXS Method

• Autorzy: Paukszta D.

Warianty tytułu

PL

Merceryzacja słomy rzepakowej badana techniką szerokokątowej dyfrakcji promieni rentgenowskich

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this research project was to investigate the mercerisation process of natural rapeseed straw used to manufacture composites with thermoplastic polymers. Alkali treatment of the native cellulose causes polymorphic transition to cellulose II and, consequently, improvement of mechanical properties of natural lignocellulosic materials. Different concentrations of alkali solutions were employed in the course of the rape (Brassica napus) mercerisation of Kaszub and Californium varieties: 5, 10, 12.5, 15, 17.5, 20, & 25%, and the process lasted for 1, 2, 3 4, 5, 7.5, 10, 15, 30, 60, 90 and 120 minutes, respectively. The structural transformation from cellulose I to cellulose II for rapeseed straw after alkali treatment with sodium hydroxide was investigated by means of the wide-angle X-ray scattering (WAXS) method. The X-ray diffraction pattern was recorded within the angle range of 5 - 30° 2Θ. The polymorphic transition was calculated on the basis of the individual areas under the peaks of both cellulosic forms. It was found that the amount of cellulose II in wooden parts of rapeseed straw depended on the concentration of alkali solution as well as on the time of chemical treatment. It was further found that the great efficiency of Cellulose I → Cellulose II transition (over 50%) was observed for both experimental varieties at a wide range of the concentrations applied, from 12.5 to 20%, when the process was conducted for at least 5 minutes. This result indicates a different behaviour of rapeseed straw in comparison with such other lignocellulosic materials as wood or natural fibres. There were no structural differences found between various rapeseed straw varieties in the mercerisation process. On the basis of the degree of cellulose crystallinity in rapeseed straw after alkali treatment, no degradation of lignocellulosic material was found to occur in the above-mentioned conditions.

PL

Celem pracy było zbadanie procesu merceryzacji rozdrobnionej słomy rzepakowej mogącej znaleźć zastosowanie jako lignocelulozowy napełniacz kompozytów z termoplastyczną osnową. Proces ten powoduje przemianę polimorficzną celulozy natywnej w celulozę II cechującą się lepszymi właściwościami mechanicznymi. Badaniom poddano słomę rzepakową dwóch odmian Kaszub oraz Californium, stosując stężenia zasady NaOH od 5 do 25% w czasie prowadzenia procesu od 1 minuty do 120 minut. Badania przemiany polimorficznej przeprowadzono metodą szerokokątowej dyfrakcji promieni rentgenowskich. Stwierdzono, że zawartość celulozy II w zdrewniałych częściach słomy rzepakowej zależy zarówno od zastosowanego stężenia zasady jak i od czasu prowadzenia procesu. Największa efektywność przejścia fazowego Celuloza I → Celuloza II (ponad 50%) została stwierdzona przy stosowaniu stężeń w zakresie 12,5 – 20%, przy procesie alkalizacji trwającym nie mniej niż 5 minut. Wyniki badań wskazują, że proces merceryzacji słomy rzepakowej zachodzi w odmienny sposób niż dla innych materiałów lignocelulozowych, na przykład dla naturalnych włókien czy drewna. Ponadto na podstawie wyznaczonego stopnia krystaliczności celulozy stwierdzono, że w stosowanych warunkach nie wystąpiły procesy degradacji słomy rzepakowej pod wpływem środowiska alkalicznego.

Słowa kluczowe

EN

rapeseed straw; composite fillers; mercerisation; cellulose; polymorphic transition; WAXS

PL

słoma rzepakowa; kompozytowe wypełniacze; merceryzacja; celuloza; przemiana polimorficzna; WAXS

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 21, no. 5 (101)
• Strony: 19--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Paukszta D.

• Institute of Chemical Technology and Engineering, Poznan University of Technology, Poznań, Poland

Bibliografia

• 1. Polish Patent, patent application P. 358038, 2002.
• 2. Paukszta D. Investigations of Lignocellulosic Materials from Rape for the Purpose of Producing Composites with Thermoplastic Polymers. Fibres & Textiles in Eastern Europe 2005; 13, 5: 90-92.
• 3. Paukszta D. Oilseed Crops 2005; XXVI: 499.
• 4. Borysiak S, Paukszta D. Mol. Cyst. Liq. Cyst. 2008; 484: 379.
• 5. Paukszta D, Zielińska-Maćkowiak J.
• 6. Paukszta D, Drzewiecka R. Przemysł Chemiczny 2012; 10: 91.
• 7. Kijeńska M, Kowalska E, Pałys B, Ryczkowski J. Polym. Deg. & Stab. 2010; 95: 536.
• 8. Borysiak S, Garbarczyk J. Applying the WAXS method to estimate the supermolecular structure of cellulose fibres after mercerization. Fibres & Textiles in Eastern Europe 2003; 11, 5: 104-106.
• 9. Meshitsuka G, Isogai A. Chemical Modification of Lignocellulosic Materials. Ed. David N.-S. Hon, Copyright 1996 by M. Dekker, Inc, USA.
• 10. Gangoly P. J. Text. Inst. 1993; 84: 349.
• 11. Ouajaji S, Shanks RA. Polym. Degrad. & Stability 2005; 89: 327.
• 12. Mwaikambo LY, Ansell M.,J. Appl. Polym. Sci. 2002; 84: 2222.
• 13. Błędzki AK, Gassan J. Progr. Polym. Sci. 1999; 24: 221.
• 14. Wang HM. Textile Res. J. 2003; 73: 664.
• 15. Pan MZ, Zhou DG, Deng J, Hang SY. J. Appl. Polym. Sci. 2009; 114: 3049.
• 16. Gassan J, Błędzki AK. Composites Science & Technology 1999; 59: 1303.
• 17. Gassan J, Błędzki AK. Apel. Composite Mat. 2000; 7: 373.
• 18. Van de Weyenberg I, Chi Truong T, Vangrimde B, Verpoest I. Composites Part A 2006; 37: 1368.
• 19. Mwaikambo LY, Martuscelli E, Apella M. Polimer Testing 2000; 19: 905.
• 20. Borysiak S, Doczekalska B. Fibres & Textiles in Eastern Europe 2005; 13, 5(53): 87-89.
• 21. Borysiak S, Doczekalska B. Fibres & Textiles in Eastern Europe 2008; 16, 6(71): 101-103.
• 22. Suardana NPG, Yingjun Piao, Jae Kyoo Lim. Materials Physics and Mechanics 2011; 1: 11.
• 23. Borysiak S, Doczekalska B, Holz RohWerkstoff 2006; 64: 451.
• 24. Borysiak S, J. Therm. Anal. Calorim. 2012; DOI 10.1007/s10973-012-2221x.
• 25. Paukszta D, Borysiak S. e-Polymers 2006; 1618-7229, 1.
• 26. Hindeleh AM, Johnson DJ. Polymer 1974; 15: 697.
• 27. Rabiej S. Eur. Polym. 1991; 27: 947.
• 28. Paukszta D. SPIE 2000; 38: 4240.
• 29. Mansikkamaki P, Lahtinen M, Rissanen K. Cellulose 2005; 12: 233.
• 30. Dinand E, Vignon M, Chanzy H, Heux L. Cellulose 2002; 7, 9: 7.
• 31. Paukszta D. Oilseed Crops 2006; XXVII: 143.
• 32. Paukszta D. Conference XIPS 2007, Cracow, 66.