ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ НАНОЦЕЛЛЮЛОЗЫ

PROSPECTS FOR THE USE OF NANOCELLULOSE IN CONSTRUCTION

Nikolay Maslov

student, Don State Technical University,

Russia, Rostov-on-Don

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается возможность применения наноцеллюлозы в строительстве. Описываются свойства наноцеллюлозы, ее характеристики для использования в строительстве, принцип обработки, а также способы применения на практике.

ABSTRACT

This article discusses the possibility of using nanocellulose in construction. The properties of nanocellulose, its characteristics for use in construction, the principle of processing, as well as methods of application in practice are described.

Ключевые слова: строительство, материал, нанокристаллическая целлюлоза, волокно.

Keywords: construction, material, nanocrystalline cellulose, fiber.

В настоящее время приходится разрабатывать бетоны с индивидуальными свойствами, отвечающими требованиям устойчивости и устойчивости инфраструктурных систем. Таким образом, нанобетон, включающий наноцеллюлозные материалы, может раскрыть новые направления исследований для создания свойств, необходимых для устойчивых цементных композитов.

Наноцеллюлоза является перспективным наноармированием для цементных композитов с хорошими механическими характеристиками, одновременно способствуя развитию экологических строительных материалов.

Наноцеллюлоза – это легкое твердое вещество, полученное из растительного сырья, которое содержит наноразмерные целлюлозные фибриллы. Этот новый материал является псевдопластиком и обладает свойством определенных видов жидкостей или гелей. Размеры наноцеллюлозы варьируются от 5 до 20 нм (Рис.1).

Рисунок 1. Нанокристаллическая целлюлоза

Свойства наноцеллюлозы перечислены ниже:

• легкий материал;
• электропроводящий;
• нетоксичный;
• кристаллическая форма прозрачна и газонепроницаема;
• его можно произвести в больших количествах (рентабельно);
• он имеет очень высокую прочность на растяжение – в 8 раз больше, чем сталь;

Наноцеллюлоза обычно производится из древесной массы, хотя она также может быть получена из любого целлюлозного исходного материала.

Наноцеллюлозу получают с использованием следующих стадий:

1. Сначала происходит удаление нецеллюлозных примесей из древесной массы с помощью гомогенизатора. Гомогенизаторы высокого давления, используемые в производственном процессе, помогают расслаивать клеточные стенки волокон и отделять наноразмерные фибриллы.
2. Далее идет отделение целлюлозных волокон, слегка взбивая смесь.
3. После, волокна образовывают густую пасту из игольчатых кристаллов или спагетти-подобную структуру целлюлозных фибрилл.
4. Полученную густую пасту можно формовать и легко использовать для ламинирования поверхностей.

Исследователи таким образом разработали процесс, который позволяет наноцеллюлозе высыхать без образования грубых комков. Таким образом, этот процесс предотвращает слипание целлюлозных волокон и позволяет им сохранять свои механические свойства.

Разработано большое количество методов и способов получения наноматериалов. В последнее время активно разрабатываются методы получения наноматериалов с использованием механического воздействия различных сред. К ним относятся кавитационногидродинамический, вибрационные способы, способ ударной волны, измельчение ультразвуком, детонационный синтез.

Методом кавитационного-гидродинамического воздействия возможно получение суспензий нанопорошков в различных дисперсных средах. Кавитационные эффекты, вызванные образованием и разрушением газовых микропузырьков в течение 10-3-10-5 секунд при действии давления 100-1000 МПа, приводит к разогреву в ходе процесса диспергируемого материала. Ударное воздействие, вакуум, повышенная температура вызывают измельчение материала. Разрушающее действие кавитационных ударов используется также в способе измельчание материалов ультразвуком.

Если разрушать волокона целлюлозы до нанофибрилл, которые примерно в тысячу раз меньше, чем сами волокна, то можно получить трехмерную сетку неразветвленных длинных нитей молекул целлюлозы, которые удерживаются с помощью водородных связей. Водородные связи между молекулами целлюлозы являются достаточно сильными, чтобы придать прочность и жесткость нанокристаллам целлюлозы.

Из этих нанофибрилл формируются секции, в которых молекулы упорядочены, а целлюлозные цепочки расположены параллельно друг другу. В некоторых из этих областей появляются одиночные нанофибриллы, отделенные аморфной областью, которые не имеют большую степень упорядоченности. Такие индивидуальные нанокристаллы легко удаляются путем растворения аморфных областей с помощью сильных кислот.

Технология получения модифицированных строительных смесей должна гарантировать точное дозирование небольших количеств функциональных добавок, их равномерное введение и распределение по всей массе смеси в скоростном смесителе.

Список литературы:

1. Nanocrystalline cellulose (NCC). Europages.en URL: https://www.europages.co.uk/Nanocrystalline-cellulose-NCC/NAVITAS-DOO/cpid-5698338.htmlWiley J. «Engineering Mechanics», New York, 2002. – 280. (дата обращения 17.10.2022)
2. Наноматериалы: учебное пособие / Под ред. Рыжинков Д.И. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. – 365 с. (дата обращения 17.10.2022)