ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНОМЕРОВ ПОЛИУРЕТАНА С ЛИГНИНОМ БИОМОДИФИЦИРУЕМОГО ЛЬНЯНОГО ВОЛОКНА: РАЗМЕРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ТЕРМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ РЕАГЕНТОВ
Аннотация
В данной работе представлено исследование, посвященное оценке возможности преобразования капиллярной системы льняного волокна с помощью лигнина, трансформируемого в условиях ферментативной модификации волокнистого материала, и полиуретановых дисперсий Аквапол 11 и Аквапол 12 с целью формирования 3d межфазного слоя с внедрением крафт-сополимера в поровую структуру волокна. Предлагаемая для биомодификации волокна полиферментная композиция обеспечивает деградацию углеводных соединений с использованием редуцирующих свойств сахаров для разрушения сетчатых структур лигнина, дислоцированных в межволоконном матриксе лубяных пучков. Размеры частиц экстрагированного диоксан-лигнина и применяемых полиуретановых дисперсий были проанализированы методом динамического рассеяния света. Динамика превращений лигнина оценена при варьировании длительности обработки от 15 до 30 мин. Результаты демонстрируют перевод микрометровых фракций полимера в нанодисперсное состояние, обеспечивающее внедрение нанолигнина в поровые пространства льняного волокна. Анализ фракционного состава препаратов Аквапол 11 и Аквапол 12 показал, что 41% и 85% частиц соответственно способны диффундировать в поры набухшего льняного волокна. Оценка термического поведения бикомпонентных систем методом дифференциальной сканирующей калориметрии позволила определить температурные параметры взаимодействия лигнина и полиуретана. Эффективность протекания сополимеризации в структуре волокна оценена по изменению упруго-деформационных свойств высоколигнифицированной льняной ткани. Образование сополимера способствует увеличению длины мостиков, сшивающих макромолекулы целлюлозы. Комплексная обработка льняной ткани уменьшает ее жесткость в 1,9-2,4 раза, повышает несминаемость в сухом и мокром состоянии в 1,8-2,3 раза при существенном сокращении потерь механической прочности.
Для цитирования:
Алеева С.В., Шипова С.Е., Шаммут Ю.А., Кокшаров С.А. Взаимодействие иономеров полиуретана с лигнином биомодифицируемого льняного волокна: размерные параметры и термическое поведение реагентов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 2. С. 92-103. DOI: 10.6060/ivkkt.20266902.7281.
Литература
Ajayi N.E., Rusnakova S., Ajayi A.E., Ogunleye R.O., Stanley A.O., Amenaghawon A.N. A comprehensive re-view of natural fiber reinforced polymer composites as emerging materials for sustainable applications. Appl. Mater. Today. 2025. V. 43. P. 102666. DOI: 10.1016/j.apmt.2025.102666.
Latypova A.R., Barannikov M.V. Syntesis of polyaniline, polyphenilenediamine, polytoluidine and textile composite materials on their basis. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 10. P. 105-112 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216410.6458.
Gusev E.V., Naboyshchikova N.A., Ageeva T.A. Technological background for obtaining a composite material based on hard synthetic resins and f-ber filler. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 6. P. 58-63 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226506.6553.
Gregoire M., De Luycker E., Ouagne P. Elementary liber fibres characterisation: bias from the noncylindricity and morphological evolution along the fibre. Fibers. 2023. V. 11. N 5. P. 45. DOI: 10.3390/fib11050045.
Notta-Cuvier D., Lauro F., Bennani B., Nciri M. Impact of natural variability of flax fibres proper-ties on mechanical behaviour of short-flax-fibre-reinforced polypropylene. J. Ma-ter. Sci. 2016. V. 51. P. 2911–2925. DOI: 10.1007/s10853-015-9599-3.
Chalard M., Goudenhooft C., Melelli A., Scheel M., Weitkamp T., D’arras P., Bourmaud A., Baley C. Flax fi-bre bundle: A remarkable multiscale unidirectional composite material. Compos. Part A. Appl. Sci. Manuf. 2025. V. 196. P. 108990. DOI: 10.1016/j.compositesa.2025.108990.
Baharvand A., Teuwen J.J.E., Verma A. A review of damage tolerance and mechanical behavior of interlayer hybrid fiber composites for wind turbine blades. Materials. 2025. V. 18. N 10. P. 2214. DOI: 10.3390/ma18102214.
Ismail A.S., Jawaid M., Zainudin E.S., Yahaya R., Alothman O.Y., Abu-Jdayil B., Sain M. Dimensional stability, mechanical and thermal performance of flax/carbon/kevlar reinforced bio-phenolic/epoxy hybrid composites. J. Nat. Fibers. 2025. V. 22. N 1. P. 2461491. DOI: 10.1080/15440478.2025.2461491.
Koksharov S.A., Aleeva S.V., Skobeleva O.A., Kudryashov A.Yu. Polymer components of the scutched flax fiber of the selected fibre flax "Zaryanka" and "Mogilevsky-2". ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2011. V. 54. N 6. P. 93-96 (in Russian).
Koksharov S.A., Aleeva S.V, Lepilova O.V. Biomodification of flax fibrous materials for increase of sorption to organic compounds. Int. J. Chem. Eng. 2019. V. 2019. P. 4137593. DOI: 10.1155/2019/4137593.
Aleeva S.V, Koksharov S.A. Chemistry and technol-ogy of biocatalyzed nanoenginering of linen textile materials. Russ. J. Gen. Chem. 2012. V. 82. N 13. P. 2279-2293. DOI: 10.1134/S1070363212130154.
Krivenko A.P., Vasilkova N.O., Nikulin A.V., Sorokin V.V. Methodology of «green» chemistry in the synthesis of substituted 2-aminopyranes (pyridine)-3-carbonitrile. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 9. P. 13-19 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226509.6526.
Filatova A.V., Dzhurabaev J.T., Azimova L.B., Turaev A.S. Technology of separation of polysaccharides from the shells of the fruits of chestnut horse (Aesculus hippocastanum L.) and the study of its chemical composition. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 7. P. 88-93 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226507.6605.
Medvedeva I.V., Medvedeva O.M., Studenok A.G., Studenok G.A., Tseytlin E.M. New composite materials and processes for chemical, physico-chemical and biochemical technologies of water purification. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 1. P. 6-27 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236601.6538.
Boey J.Y., Baidurah S., Tay G.S. A review on the enhancement of composite’s interface properties through biological treatment of natural fibre/lignocellulosic material. Polym. Polym. Compos. 2022. V. 30. P. 096739112211036. DOI: 10.1177/09673911221103600.
Akindoyo J.O., Pickering K., Mucalo M.R., Beg M.D., Hicks J. Mechanenzymatic production of natural fibre from harakeke (New Zealand flax) and its characterization for potential use in composites for building and construction applications. Ind. Crops Prod. 2024. V. 214. P. 118507. DOI: 10.1016/j.indcrop.2024.118507.
Laskina N.V., Doluda V.Yu., Sulman E.M., Shkileva I.P., Burmatova O.S. Studying the method of processing cellulose and lignin-containing raw materials using cellulolytic enzymes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 1. P. 78-83 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20186101.5454.
Koksharov S., Aleeva S., Lepilova O. Nanostructural bio-chemical modification of flax fiber in the processes of its preparation for spinning. Autex Res. J. 2015. V. 15. N 3. P. 215-225. DOI: 10.1515/aut-2015-0003.
Lepilova О., Spigno G., Aleeva S., Koksharov S. Study of the ability of reducing saccharides to chemically transform lignin. Eurasian Chem.-Technol. J. 2017. V. 19. N 1. P. 31-40. DOI: 10.18321/ectj500.
Feng L., Li G., Yan Y., Hou W., Zhang Y., Tang Y. Direct conversion of C6 sugars to methyl glycerate and glycolate in methanol. RSC Adv. 2018. V. 8. P. 30163-30170. DOI: 10.1039/C8RA05612A.
Prome F.S., Hossain F., Rana S., Islam M., Ferdous M. Different chemical ireatments of natural fiber composites and their impact on water absorption behavior and mechanical strength. Hybrid Adv. 2025. V. 8. N 1. P. 100379. DOI: 10.1016/j.hybadv.2025.100379.
Terekhov I.V., Chistyakov E.M. Binders used for the manufacturing of composite materials by liquid composite molding. Polymers. 2022. V. 14. N 1. P. 87. DOI: 10.3390/polym14010087.
Kornilova N., Bikbulatova A., Koksharov S., Aleeva S., Radchenko O., Nikiforova E. Multifunctional polymer coatings of fusible interlinings for sewing products. Coatings. 2021. V. 11. N 6. P. 616. DOI: 10.3390/coatings11060616.
Koksharov S.A., Bikbulatova A.A., Kornilova N.L., Aleeva S.V., Lepilova O.V., Nikiforova E.N. Justification of an approach to cellulases application in enzymatic softening of linen fabrics and clothing. Text. Res. J. 2022. V. 92. N 21-22. P. 4208-4229. DOI: 10.1177/00405175221101018.
Manian A., Cordin M., Pham T. Extraction of cellulose fibers from flax and hemp: a review. Cellulose. 2021. V. 28. N 13. P. 8275-8294. DOI: 10.1007/s10570-021-04051-x.
Solodushenkova T.S, Kornilova N.L., Koksharov S.A., Radcenko O.V. Influence of linen fiber polymeric components on the rigidity of woven fabric. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Teknol. Tekstil. Promyshl. 2022. V. 400. N 4. P. 128-135 (in Russian). DOI: 10.47367/0021-3497_2022_4_128.
Aleeva S.V., Shipova S.E., Shammut Yu.A., Kornilova N.L., Koksharov S.A. Study of polyurethane ionomers transformations in the bio-softening of materials for linen clothing. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N 7. P. 125-137 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20256807.7205.
Paulsson M., Parkås J. Review: Light-induced yellowing of lignocellulosic pulps – Mechanisms and preventive methods. BioRes. 2012. V. 7. N 4. P. 5995-6040. DOI: 10.15376/biores.7.4.5995-6040.
Panov Yu.Т., Еrmolaeva Е.V., Chizhova L.А. Effect of fillers on the characteristics of single-component sealants based on si lylated polyurethanes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 9. P. 110-115 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236609.6804.
Bakirova I.N., Mineeva T.A. Synthesis of thermoplastic polyurethane using aromatic diols as a chain extender and de velopment of adhesive compositions based on it. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 11. P. 106-113 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246711.7040.
Tran Y.D.T., Zenitova L.A., Hoang T.D., Do T.H., Cuong V.T. Thermal characterizations of polymer composite materials polyurethane foamchitin. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 6. P. 111-122 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236606.6719.
Bakirova I.N., Mineeva T.A. Influence of chain extender structure and rigid block size on structure and properties of ester urethane thermoplastic elastomers for constructional purposes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N 6. P. 117-125 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20256806.7192.
Koksharov S.A. On the application of the dynamic light scattering method to estimate the size of nanoparticles in a bicomponent hydrosol. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2015. V. 58. N 1. P. 33-36 (in Russian).
Koksharov S.A., Aleeva S.V., Lepilova O.V., Kalinin E.N., Kornilova N.L. How to transform lignin into a useful component of flax fiber for composite materials. Ind. Crops Prod. 2023. V. 192. P. 116088. DOI: 10.1016/j.indcrop.2022.116088.
Aleeva S.V., Radchenko O.V., Koksharov S.A., Solodushenkova T.S, Zobnina E.V. The use of enzymatic softening in the production of linen dresses and blouses. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Teknol. Tekstil. Promyshl. 2023. V. 407. N 5. P. 155-163 (in Russian). DOI: 10.47367/0021-3497_2023_5_155.
