Polymer Science, Series BPolymer Science, Series BВысокомолекулярные соединения. Серия Б2308-11392412-9852The Russian Academy of Sciences65087110.31857/S2308113923600041CQYZPOКОМПОЗИТЫUnknownBoron(III)-Containing Composite Hydrated Cellulose Fibers As Precursors of Carbon MaterialsКОМПОЗИТНЫЕ ВОЛОКНА НА ОСНОВЕ ГИДРАТЦЕЛЛЮЛОЗЫ, СОДЕРЖАЩИЕ БОР (III) КАК ПРЕКУРСОРЫ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВEgorovYu. A.ЕгоровЮ. А.yuegor@googlemail.comBondarenkoG. N.БондаренкоГ. Н.yuegor@googlemail.comVinogradovM. I.ВиноградовМ. И.yuegor@googlemail.comKulichikhinV. G.КуличихинВ. Г.yuegor@googlemail.comTopchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of SciencesИнститут нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук0109202365534736201022025Copyright ©; 2023, Ю.А. Егоров, Г.Н. Бондаренко, М.И. Виноградов, В.Г. КуличихинCopyright ©; 2023, Ю.А. Егоров, Г.Н. Бондаренко, М.И. Виноградов, В.Г. Куличихин2023Ю.А. Егоров, Г.Н. Бондаренко, М.И. Виноградов, В.Г. КуличихинЮ.А. Егоров, Г.Н. Бондаренко, М.И. Виноградов, В.Г. Куличихинhttps://journals.eco-vector.com/2308-1139/article/view/650871

Composite fibers containing boron(III) have been obtained based on solid solutions of cellulose in N-methylmorpholine-N-oxide and orthoboric acid with their subsequent transformation into a viscous-flow state. The rheological behavior of cellulose solutions with different content of orthoboric acid and water studied under conditions of continuous and dynamic shear loading has confirmed the intermolecular interaction between the components. It has been shown that the mechanical characteristics of the composite fibers obtained from a 16% solution in N-methylmorpholine-N-oxide are comparable to these for hydrated cellulose fibers. The process of transformation of the composite fibers of various compositions into carbon fiber has been investigated by means of thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. Chemical, structural and morphological properties of composite hydrated cellulose fibers and carbon fibers obtained from them have been studied using FTIR-spectroscopy, X-ray diffraction, and scanning electron microscopy. The influence of boron(III) compounds on the carbonization process and the formation of graphite-like structures in carbon fiber has been investigated by Raman-spectroscopy.

На основе твердых растворов целлюлозы в N-метилморфолин-N-оксиде и ортоборной кислоты с последующим их переводом в вязкотекучее состояние получены композитные волокна, содержащие бор (III). Исследовано реологическое поведение растворов целлюлозы, отличающихся содержанием ортоборной кислоты и воды в условиях непрерывной и динамической сдвиговой нагрузки, подтверждающее межмолекулярное взаимодействие между компонентами. Показано, что физико-механические характеристики композитных волокон, полученных из 16%-ного раствора в N-метилморфолин-N-оксиде, сопоставимы с аналогичными показателями для гидратцеллюлозных волокон. Методами термогравиметрического анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии исследован процесс превращения композитных волокон различного состава в углеродное волокно. Химические и структурно-морфологические свойства композитных гидратцеллюлозных и полученных из них углеродных волокон исследованы методами ИК-фурье-спектроскопии, рентгенофазового анализа и электронной микроскопии. Методом спектроскопии комбинационного рассеяния установлено влияние соединений бора (III) на процесс карбонизации и образование графитоподобных структур в углеродном волокне.

hydrated celluloseN-methylmorpholine-N-oxidemorphologycomposite fiberscarbon fibersNewcomb B.A. // Composites A. 2016. V. 91. P. 262.Newell J.A. // Encyclopedia of Polymer Science and Technology. New York: Wiley, 2005. V. 9. P. 91.Конкин А.А. Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы. М.: Химия, 1974. С. 39.Fitzer E. // Carbon. 1989. V. 27. P. 621.Johnson D.L. // Pat. 3, 447, 956 USA. 1969.Lenz J., Schurz J., Wrentschur E. // J. Appl. Polym. Sci. 1988. V. 35. P. 1987.Coulsey A., Smith S.B. // Lenzinger Ber. 1996. V. 75. P. 51–61.Fink H.-P., Weigel P., Purz H.J., Ganster J. // Progr. Polym. Sci. 2001. V. 26. P. 1473.Bredereck K., Hermanutz F. // Rev. Progr. Color Rel. Top. 2005. V. 35. № 1. P. 59.Peng S., Shao H., Hu X. // J. Appl. Polym. Sci. 2003. V. 90. P. 1941.Kulichikhin V.G., Golova L.K., Makarov I.S., Bondarenko G.N., Berkovich A.K., Il’in S.O. // Polymer Science C. 2016. V. 58. № 1. P. 74.Hermanutz F., Gaehr F., Uerdingen E., Meister F., Kosan B. // Macromol. Symp. 2008. V. 262. P. 23.Sammons R.J., Collier J.R., Rials T.G., Spruiell J.E., Petrovan S. // J. Appl. Polym. Sci. 2013. V. 128. № 2. P. 951.Ingildeev D., Effenberger F., Bredereck K., Hermanutz F. // J. Appl. Polym. Sci. 2013. V. 128. № 6. P. 4141.Spörl J.M., Ota A., Son S., Massonne K., Hermanutz F., Buchmeiser M.R. // Mater. Today Commun. 2016. V. 7. P. 1.Brunner P.H., Roberts P.V. // Carbon. 1980. V. 18. P. 217.Konkin A.A. // Handbook of Composites / Ed. by W. Watt, B.V. Perov. Amsterdam: Elsevier, 1985. V. 1. P. 275.Kilzer F.J., Broido A. // Pyrodynamics. 1965. V. 2. P. 151.Tomlinson J.B., Theocharis C.R. // Carbon. 1992. V. 30. P. 907.Kandola B.K., Horrocks A.R., Price D., Coleman G.V. // J. Macromol. Sci. Polym. Rev. 1996. V. 36. P. 721.Weil E.D., Levchik S.V. // J. Fire Sci. 2008. V. 26. P. 243.Day M., Wiles D.M. // J. Therm. Insul. 1978. V. 2. P. 30.Satonaka S., Endoh T. // Res. Bull.College Experiment Forests Hokkaido Univ. 1983. V. 40. № 3. P. 529.Xie K., Gao A., Zhang Y. // Carbohydr. Polym. 2013. V. 98. P. 706.Karacan I., Soy T. // J. Mater. Sci. 2013. V. 48. P. 2009.Karacan I., Guel A. // J. Mater. Sci. 2014. V. 49. P. 7462.Morozova A.A., Brezhneva Y.V. // Fibre Chem. 1997. V. 29. P. 31.Hina K., Zou H., Qian W., Zuo D. // Cellulose. 2018. V. 25. P. 607.Zeng F., Pan D., Pan N. // J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 2005. V. 15. P. 261.Plaisantin H., Pailler R., Guette A., Birot M., Pillot J.-P., Daude G., Olry P.J. // Mater. Sci. 2006. V. 41. P. 1959.Lysenko A.A., Piskunova I.A., Astashkina O.V. // Fibre Chem. 2003. V. 35. P. 189.Spörl J.M., Beyer R., Abels F., Cwik T., Müller A., Hermanutz F., Buchmeiser M.R. // Macromol. Mater. Eng. 2017. V. 302. 1700195.McKee D.W. // Carbon. 1986. V. 24. № 6. P. 737.Sogabe T., Okada O., Kuroda K., Inagaki M. // Carbon. 1997. V. 35. № 1. P. 67.Chanzy H., Paillet M., Hagege R. // Polymer. 1990. V. 31. N. 3. P. 400.Egorov Y.A., Makarova V.V., Shandryuk G.A., Kulichikhin V.G. // Polymer Science A. 2022. V. 64. № 1. P. 38.Куличихин В.Г., Голова Л.К. // Научные основы химической технологии углеводов / Отв. ред. А.Г. Захаров. М.: Изд-во ЛКИ, 2008. С. 223.Wendler F., Persin Z., Stana-Kleinschek K., Reischl M., Ribitsch V., Bohn A., Fink H.-P., Meister F. // Cellulose. 2011. V. 18. P. 1165.Голова Л.К. // Рос. хим. журн. 2002. Т. 46. № 1. С. 49.Xue Y., Li W., Yang G., Lin Z., Qi L., P., Yu J., Chen J. // Polymers. 2022. V. 14. № 10. P. 2030.Lim K.Y., Seong Y.J., Kim B.C. // Polym. J. 2003. V. 35. P. 691.Acharia S., Liyanage S., Parajuli P., Rumi S.S., Shamshina J.L., Abidi N. // Polymers. 2021. V. 13. № 24. P. 4344.Golova L.K. // Fibre Chem. 1996. V. 28. № 1. P. 5.Kaldor A., Porter R.F. // Inorg. Chem. 1971. V. 10. P. 775.Dumanli A.G., Windle A.H. // J. Mater. Sci. 2012. V. 4. P. 4236.Isogai A., Usuda M., Kato T., Uryu T., Atalla R.H. // Macromolecules. 1989. V. 22. P. 3168.Yang H., Yan R., Chen H., Lee D.H., Zheng C. // Fuel. 2007. V. 86. P. 1781.Gandini A., Belgacem M.N. // Adv. Polym. Sci. 2016. V. 271. P. 169.Takaku A., Shioya M. // J. Mater. Sci. 1990. V. 25. P. 4873.Cuesta A., Dhamelincourt P., Laureyns J., Martínez-Alonso A., Tascón J.M.D. // Carbon. 1994. V. 32. № 8. P. 1523.Wang Y., Serrano S., Santiago-Avilés J. J. // Synth. Met. 2003. V. 138. № 3. P. 423.Li Z.Q., Lu C.J., Xia Z.P., Zhou Y., Luo Z. // Carbon. 2007. P. 45. P. 1686.Kobets L.P., Deev I.S. // Compos. Sci. Technol. 1998. V. 57. № 12. P. 1571.