Obrázek 42: Nanovlákenná vrstva částečně zaslepená celulózou; vlevo 20.000x zvětšeno;
vpravo 5.000x zvětšeno [vlastní zpracování]
Obrázek 43: Nanovlákenná vrstva kompaktně prostoupená celulózou, 5.000x zvětšeno
Závěr
Pro pokusy byla vybrána kyselina sírová, která je snadno dostupnou látkou a díky své vysoké aktivitě je vhodná k použití za nízkých teplot. Kyselina sírová je rovněž netěkavá a recyklovatelná.
Po testování různých koncentrací kyseliny sírové byly využívány koncentrace v rozmezí 40 – 80% a časy od jedné minuty až jednoho dne. Tyto podmínky byly aplikovány na plošné celulózové textilie, konkrétně na tkaniny z bavlněných, viskózových a lyocelových vláken.
Pro analýzu vzorků byla použita řada instrumentálních metod, jako například elektronová mikroskopie, infračervená spektroskopie, stanovení poškození celulózy pomocí měďného čísla, měření prodyšnosti atd.
Během pokusů s 80% kyselinou sírovou bylo prokázáno, že dochází k rychlé depolymeraci a destruktivnímu rozpouštění celulózy. Tím roste porozita vlákenné struktury a v přímém důsledku například i její prodyšnost.
V rámci experimentů bylo prokázáno, že 60 – 70% kyselina sírová vede k rychlému bobtnání a poškozování celulózy prakticky v celém objemu vláken.
Po usušení materiál ztrácí svou opětovnou bobtnavost a tvrdne v tuhou fólii s minimální prodyšností. Výše popsané neporézní struktury lze například využít ve zdravotnictví jako bariéru zabraňující průniku mikroorganismů do ran, jako nosiče nanočástic či léčiv, nebo ochranu proti větru.
Na základě orientačních pokusů lze kolapsu gelu při vysychání zabránit tím, že budou ponechány v mokrém stavu.
Při delších časech působení takto koncentrované kyseliny dochází k rozpuštění celulózy nejprve na roztok s nízkým stupněm depolymerace (viskozita je vysoká, jde o pasty) a následně na roztok s vysokým stupněm depolymerace (viskozita je nízká).
Z těchto roztoků je možné celulózu snadno získat přidáním vody.
Zajímavé je rozpuštění celulózy v kyselině sírové a využití této směsi, s konzistencí pasty, pro nános na další celulózovou textilii. To lze provádět tiskem, klocováním nebo tiskem rezervou a takto vytvořené 3D struktury použít jako nosiče
nanočástic. Po použití pasty k zátěru vzniká struktura se zajímavě kombinovanými vlastnostmi, a to například pevnost s ohebností, ale zejména pak jednostranně ztužená až zalepená struktura s velmi nízkou prodyšností vzduchu. Jako možné využití se nabízí vrchní krytí pro vlhké hojení ran, které by například sloužilo současně jako nosič pro antibakteriální částice stříbra.
Připravené roztoky celulózy jsou zajímavé pro přípravu gelů a tenkých vrstev.
Při depozici těchto vrstev na celulózová vlákna je dosahováno vysoké adheze.
Těchto celulózových roztoků lze využít i ke kotvení nanočástic na vlákenné povrchy. Experimentálně to bylo ověřeno na nanočásticích TiO2 s vysokou fotoaktivitou. Takto připravené textilie vykazovaly vynikající samočisticí / fotokatalytické vlastnosti.
Získané poznatky budou sloužit k dalšímu vývoji nových materiálů na celulózové bázi pro technické a zdravotnické účely.
Seznam zdrojů
[1] CARRAHER, CH.E., SEYMOUR, R.B., Seymour/Carraher's polymer chemistry, sedmé vydání, Boca Raton, CRC Press, 2008, 738 s. ISBN 1-4200-5102-4
[2] MLEZIVA, J., KÁLAL, J., Základy makromolekulární chemie, první vydání, Praha, SNTL – Nakladatelství technické literatury, 1986
[3] MATHER, R.M., WARDMAN, R.H., The Chemistry of Textile Fibres, druhé vydání, The Royal Society of Chemistry, 2015, 439 s., ISBN 978-1-78262-023-5 [4] TILLEY, R.J.D., Understanding Solids: The Science of Materials, první vydání,
John Wiley & Sons, 2013, 584 s., ISBN 978-1-118-42328-8
[5] TARCHESKY, I.A., MARCHENKO, G.N., Cellulose: Biosynthesis and
Structure, ilustrované vydání, Springer Science & Business Media, 2013, 322 s., ISBN 978-3-642-75476-0
[6] HLADÍK, V. a kolektiv, Textilní vlákna, první vydání, Praha, SNTL – Nakladatelství technické literatury, 1970, 299 s.
[7] ZUGENMAIER, P., Crystalline Cellulose and Derivatives: Characterization and Structures, ilustrované vydání, Springer Science & Business Media, 2008, s. 1-2, ISBN 978-3-540-73933-3
[8] WERTZ, J-L., BÉDUÉ, O., MERCIER, P., Cellulose science and technology, první vydání, Italy, EPFL Press 2010, s. 21-23, ISBN 978-1-4200-6688-3 [9] RUDIN, A., CHOI, P., The elements of Polymer Science & Engeneering, třetí
vydání, London, Academic Press, Inc., 2012, ISBN 978-0-12-382178-2
[10] KRÄSSIG, H.A., Cellulose: structure, accessibility, and reaktivity, první vydání, Philadelphia, Gordon and Breach Science, 1993, 376 s. ISBN 2-88124-798-9 [11] Britannica, Rayon, Textile fibre [online] dostupné na Internetu:
http://www.britannica.com/topic/rayon-textile-fibre [citace 2015-08-08]
[12] FETTES, E.M., Chemical Reactions of Polymers, High Polymers, svazek XIX, Monroeville, John Wiley & Sons, Inc, 1964, 1034 s.
[13] WIENER, J., PRŮŠOVÁ, M., KRYŠTŮFEK, J., Chemicko-textilní rozbory, skriptum TU Liberec, 2008, 121 s., ISBN 978-80-7372-338-5
[14] Patentdocs, Preparation Method of Bioresorbable Oxidized Cellulose [online]
dostupné na Internetu: http://www.faqs.org/patents/app/20090306363 [citace 2015-10-19]
[15] Česká televize, České hlavy, [online] dostupné na Internetu:
http://www.ceskatelevize.cz/ivysilani/1185979869-ceske-hlavy/206562210400139-obvazy-pro-narocne-operace/titulky [citace 2015-10-19]
[16] Univerzita J.E.Purkyně v Ústí nad Labem, Katedra chemie, Celulóza a její deriváty, [online] dostupné na Internetu:
http://chemistry.ujep.cz/userfiles/files/CELULOSA.pdf [citace 2015-10-25]
[17] TUL, KMI, Vlastnosti vláken, 2.přednáška, Militký, Vaníček [online] dostupné na Internetu: http://www.kmi.tul.cz/studijni_materialy/data/2013-04-15/11-10-54.pdf [citace 2015-10-25]
[18] MISHRA, S.P., A Text Book of Fibre Science and Technology, New Delhi, New Age Intenational Limited, první vydání, 2000, 363 s. ISBN 978-81-224-1250-5 [19] ZIEGLER, R. G., FOEGEDING, E. A., Advancs in food & nutrition research,
The gelation of proteins, svazek 34., San Diego: Academic Press, Inc., 1990. s.
204 ISBN 978-0-080-56779-2
[20] KRAMER, O., ALMDAL, K., Dyre, J., Hvidt, S., Polymer Gels and Networks, článek Towards a phenomenological definition of the term ‘gel’ vydání 1, 1993, s.
5-17
[21] LI, H. Smart Hydrogel Modelling, ilustrované vydání Heidelberg: Springer Science & Business Media, 2009. s. 2-3 ISBN 978-3-642-02367-5
[22] RATNER, BUDDY, D., HOFFMAN, ALLAN, S., SCHOEN, FREDERICK, J., LEMONS, JACK, E., Biomaterials Science: An Introduction to Materials in Medicine, 3rd edition Oxford: Academic Press, 2013. ISBN 978-0-12-374626-9 [23] MARK, H. F., Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Concise, 3.
přepracované vydání, New Jersey: John Willey & Sons, Inc., Hoboken, 2007, s.
558, ISBN 978-0-470-04610-4
[24] VAVŘÍKOVÁ, E., VINŠOVÁ, J., Chemické listy, článek Chitosan a jeho farmaceutické aplikace, vydání 103, 2009, s. 56-65
[25] BHATTACHARYA, S., Conventional and Advanced Food Processing
Technologies, Oxford: Jong Wiley & Sons, Ltd., 2015. ISBN 978-1-118- 40632-8 [26] Technický týdeník, 2014-08-01, Léčivý polymerní gel a hydrogel ve zdravotnictví
[online] dostupné na Internetu: http://www.technickytydenik.cz/rubriky/archiv-
medicinska-technika/lecivy-polymerni-gel-a-hydrogel-ve-zdravotnictvi_26028.html [citace 2015-05-24]
[27] Technický týdeník, 2015-02-26, Využití kyseliny hyaluronové v medicíně [online]
dostupné na Internetu: http://www.technickytydenik.cz/rubriky/medicina/vyuziti-kyseliny-hyaluronove-v-medicine_29606.html [citace 2015-05-24]
[28] Remedia, 2008-04, Implantáty jako lékové transportní systémy – klinické uplatnění implantátů obsahujících léčivo [online] dostupné na Internetu:
http://www.remedia.cz/Archiv-rocniku/Rocnik-2008/4-2008/Implantaty-jako- lekove-transportni-systemy-klinicke-uplatneni-implantatu-obsahujicich-lecivo/e-9q-a4-jK.magarticle.aspx [citace 2015-05-28]
[29] Technický týdeník, 2014-09-10, Nejnovější trend v léčbě břišní kýly – lepení!
[online] dostupné na Internetu: http://www.technickytydenik.cz/rubriky/denni-zpravodajstvi/nejnovejsi-trend-v-lecbe-brisni-kyly-lepeni_26808.html [citace 2015-05-24]
[30] ICAC, Cotton this month [online] dostupné na Internetu:
https://www.icac.org/cotton_info/publications/updates/2015/English/ectm10_15.p df [citace 2015-10-31]
[31] HLADÍK, V., KOZEL, T., MIKLAS, Z., a kolektiv, Textilní materiály, druhé vydání, Praha, SNTL – Nakladatelství technické literatury, 1984, 224 s.
[32] MILITKÝ, J., Textilní vlákna; Klasický a speciální, TU Liberec, 2002, 268 s., ISBN 80-7083-644-X
[33] TUL, KMI, Rostlinná vlákna, 6.přednáška [online] dostupné na Internetu:
http://www.kmi.tul.cz/studijni_materialy/data/2013-10-04/08-12-52.pdf [citace 2015-10-31]
[34] TUL, Turbo CDV, Textilní zbožíznalství 1 [online] dostupné na Internetu:
https://turbo.cdv.tul.cz/mod/book/view.php?id=2363&chapterid=3442 [citace 2015-11-08]
[35] WOODINGS, C., Regenerated Cellulose Fibres, ilustrované vydání, Woodhead Publishing ve spolupráci s The Textile Institute, Cambridge, 2001, 336 s., ISBN 1-85573-459-1
[36] Bakalářská práce, Veronika Skalová, TUL FT, Liberec 2011, Porovnání
mechanických vlastností vláken z regenerované celulózy při různých hodnotách vlhkosti
[37] T-UNI, CxI získalo unikátní mikroskop za 20 milionů [online] dostupné na
Internetu: https://tuni.tul.cz/rubriky/univerzita/ustav-pro-nanomaterialy-pokrocile-technologie-a-inovace/id:12858/cxi-ziskalo-unikatni-mikroskop-za-20-milionu [citace 2015-12-01]
[38] VOHLÍDAL, J., HLÁSNÝ, J., PROCHÁZKA, K., Chemické tabulky pro střední průmyslové školy chemické a s chemickým zaměřením, třetí, opravené vydání, Praha: SNTL – nakladatelství technické literatury, 1988, s. 277
[39] Gymnázium Český Těšín, Chemie – Materiály pro žáky [online] dostupné na Internetu: http://www.gmct.cz/files/chemie/64miseniroztoku.pdf [citace 2015-06-17]
[40] Natural Fibres 2009 [online] dostupné na Internetu:
http://www.naturalfibres2009.org/en/index.html [citace 2015-12-01]
[41] BÜCHI, Mini Spray Dryer B-290, [online] dostupné na Internetu:
http://www.buchi.com/en/products/spray-drying-and-encapsulation/mini-spray-dryer-b-290 [citace 2015-12-06]
[42] THERMO SCIENTIFIC, Mini Spray Dryer B-290, [online] dostupné na Internetu:
http://www.thermoscientific.com/en/product/nalgene-reusable-filter-holders-receiver.html [citace 2015-12-06]
[43] TUL, Ústav pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace, Fyzikálně chemická laboratoř, Infračervený mikroskop iN10 MX, [online] dostupné na Internetu: http://cxi.tul.cz/fyzikalne-chemicka-laborator-nanomaterialu-prof-ing-josef-sedlbauer-phd.html [citace 2015-12-06]
[44] ČSN EN ISO 139 (80 0056): Textilie - Normální ovzduší pro klimatizování a zkoušení. Praha: Český normalizační institut, 2005
Seznam obrázků
Obrázek 1: Schematicky naznačená distribuční křivka molekulových hmotností polymeru; Mn – početně
střední molární hmotnost, Mw – hmotnostně střední molární hmotnost polymeru ... 14
Obrázek 2: Zleva α-glukopyranóza, β-glukopyranóza ... 15
Obrázek 3: Molekulární struktura celulózy ... 17
Obrázek 4: Oxidační poškození za vzniku nejprve aldehydické a následně i karboxylové skupiny ... 21
Obrázek 5: Struktura nitrátu celulózy ... 23
Obrázek 6: Schéma struktury hydrogelu ... 28
Obrázek 7: Expanze a kontrakce smart hydrogelu v reakci na vnější podnět ... 28
Obrázek 8: Zleva - příčný řez a podélný řez bavlněným vláknem ... 33
Obrázek 9: Zleva - příčný řez a podélný řez viskózovým vláknem ... 35
Obrázek 10: Ternální diagram voda; celulóza; NMMO ... 36
Obrázek 11: Zleva - příčný řez a podélný řez lyocelovým vláknem ... 37
Obrázek 12: Váha OHAUS Adventurer Pro ... 39
Obrázek 13: Carl Zeiss ULTRA Plus s mikroanalytickým systémem OXFORD Instruments ... 39
Obrázek 14: Sprejová sušárna Büchi Mini Spray Dryer B-290 ... 40
Obrázek 15:Filtrační systém Thermo Scientific – Nalgene ... 40
Obrázek 16: Infračervený mikroskop Thermo Scientific Nicolet iZ10 ... 40
Obrázek 17: Máčení vzorků v destilované vodě ... 44
Obrázek 18: Zleva působení kyseliny sírové na viskózu; vzniklá pasta ... 45
Obrázek 19: Příprava pro nános zátěru přes papírovou šablonu ... 46
Obrázek 20: Nános pasty zátěrem ... 46
Obrázek 21: Obarvená suspenze celulózy ... 48
Obrázek 22: Graf vývoje průměrných hmotnostních změn suchých vzorků po působení H2SO4 při stejných časech pro všechny koncentrace ... 49
Obrázek 23: Graf vývoje hmotností suchých vzorků po působení H2SO4 ... 50
Obrázek 24: Graf vývoje průměrných hmotnostních přívažků po máčení ve vodě vzorků po působení H2SO4 při stejných časech pro všechny koncentrace ... 51
Obrázek 25: Graf hmotnostních přívažků po máčení ve vodě ... 51
Obrázek 26: SEM, původní vzorky ... 53
Obrázek 27: SEM, strukturní změny materiálu po působení H2SO4 ... 53
Obrázek 28: SEM zleva CLY, CO, CV po 2 min působení 60% H2SO4, 50x zvětšeno ... 53
Obrázek 29: SEM, strukturní změny materiálu po působení H2SO4 ... 54
Obrázek 30: SEM zleva CV po 5 min a CLY po 12 min v 80% H2SO4, 50x zvětšeno ... 54
Obrázek 31: Zleva působení 40% a 50% H2SO4 v časech 2, 5 a 12 min ... 55
Obrázek 32: Zleva působení 60% a 70% H2SO4 v časech 2, 5 a 12 min ... 55
Obrázek 33: Působení 80% H2SO4 v časech 2, 5 a 12 min ... 56
Obrázek 34: Graf IČ analýza vzorku CO ... 59
Obrázek 35: Graf IČ analýza vzorku CV ... 59
Obrázek 36: Graf IČ analýza vzorku CLY ... 59
Obrázek 37: Bavlněná textilie s celulózovým zátěrem, zvětšeno 2000x ... 61
Obrázek 38: Bavlněná textilie s celulózovým zátěrem, zvětšeno 2000x ... 61
Obrázek 39: Průřez bavlněnou textilií s celulózovým zátěrem s obsahem TiO2, zvětšeno 2000x ... 62
Obrázek 40: Obarvená bavlněná tkanina s celulózovým zátěrem a příměsí TiO2; důkaz fotokatalýzy ... 63
Obrázek 41: Výsledek sušení suspenze celulózy po homogenizaci ve sprejové sušárně; vlevo běžný snímek na Petriho misce; vpravo snímek z elektronové mikroskopie, 3.000x zvětšeno ... 65
Obrázek 42: Nanovlákenná vrstva částečně zaslepená celulózou; vlevo 20.000x zvětšeno; vpravo 5.000x zvětšeno ... 65
Obrázek 43: Nanovlákenná vrstva kompaktně prostoupená celulózou, 5.000x zvětšeno ... 65
Seznam příloh
Příloha 1: Hmotnosti suchých vzorků po působení kyseliny sírové ... 74Příloha 2: Hmotnosti vzorků po máčení ve vodě ... 75
Příloha 3: Hmotnosti vzorků před a s mokrým zátěrem... 76
Příloha 4: Prodyšnost ... 77
Příloha 5: Sken materiálů ... 78
Příloha 1: Hmotnosti suchých vzorků po působení kyseliny sírové
Hmotnosti suchých vzorků po působení kyseliny sírové [g]
Čas CLY CO CV
Příloha 2: Hmotnosti vzorků po máčení ve vodě
Hmotnosti vzorků po máčení ve vodě [g]
Čas CLY CO CV
Příloha 3: Hmotnosti vzorků před a s mokrým zátěrem
Příloha 4: Prodyšnost
Příloha 5: Sken materiálů
Původní vzorky (LCY, CO, CV)
40% H2SO4_2minuty (LCY, CO, CV)
40% H2SO4_5minut (LCY, CO, CV)
40% H2SO4_7minut (LCY, CO, CV)
40% H2SO4_12minut (LCY, CO, CV)
40% H2SO4_13minut (LCY, CO, CV)
40% H2SO4_50minut (LCY, CO, CV)
50% H2SO4_2minuty (LCY, CO, CV)
50% H2SO4_5minut (LCY, CO, CV)
50% H2SO4_7minut (LCY, CO, CV)
50% H2SO4_9minut (LCY, CO, CV)
50% H2SO4_12minut (LCY, CO, CV)
50% H2SO4_15minut (LCY, CO, CV)
60% H2SO4_2minuty (LCY, CO, CV)
60% H2SO4_5minut (LCY, CO, CV)
60% H2SO4_7minut (LCY, CO, CV)
60% H2SO4_12minut (LCY, CO, CV)
70% H2SO4_6vteřin (LCY, CO, CV)
70% H2SO4_1minuta (LCY, CO, CV)
70% H2SO4_2minuty (LCY, CO, CV)
70% H2SO4_5minuty (LCY, CO, CV)
70% H2SO4_12minut (LCY, CO, CV)
80% H2SO4_30vteřin (LCY, CO, CV)
80% H2SO4_1minuta (LCY, CO, CV)
80% H2SO4_2minuty (LCY, CO, CV)
80% H2SO4_3minuty (LCY, CO, CV)
80% H2SO4_5minuty (LCY, CO, CV)
80% H2SO4_8minuty (LCY, CO, CV)
80% H2SO4_12minut (LCY)