Abstrakt

Produkte der Zellulosehydrolyse, hergestellt durch Behandlung des Ausgangsmaterials mit konzentrierten Schwefelsäurelösungen

Michael Ioelovich

Die Wirkung der Schwefelsäurekonzentration (SA) und der Temperatur auf Struktur und Eigenschaften von Zellulose wurde untersucht. Untersuchungen zeigten, dass nach der Behandlung von Zellulose mit konzentrierten SA-Lösungen eine merkliche Depolymerisation zu beobachten war. Die Löslichkeit der Ausgangsprobe bei Raumtemperatur stieg im Bereich der Säurekonzentration von 50 bis 60 Gew. % SA allmählich an. Bei einer SA-Konzentration von 65 Gew. % löste sich die Zelluloseprobe vollständig auf. Amorphisierte Zellulose, die durch Regeneration aus 65 Gew. % SA hergestellt wurde, war durch hohe enzymatische Verdaulichkeit gekennzeichnet. Bei erhöhter Hydrolysetemperatur von 45 °C stiegen der Gehalt an Sulfongruppen und die Zelluloselöslichkeit in SA, während Ausbeute und DP sanken. Nach der Hydrolyse von Zellulose mit heißer 50- bis 60 Gew.-% SA änderte sich der Kristallinitätsgrad der erhaltenen Zelluloseproben leicht, und diese Proben behielten hauptsächlich den kristallinen Polymorph CI. Als die SA-Konzentration jedoch 65 Gew.-% erreichte, löste sich die Zellulose auf und die regenerierte Zellulose wies ein CII-Polymorph, eine verringerte Kristallinität und einen niedrigen DP auf. Unter optimalen Bedingungen der Säurebehandlung (C = 57–60 Gew.-%, T = 45 °C; t = 1 h) in Kombination mit der Hochleistungszerkleinerung konnte die CI-Nanozellulose mit erhöhter Ausbeute gewonnen werden; dieses Nanoprodukt besteht aus kristallinen Zellulosepartikeln mit Größen von 150–200 × 10–20 nm.