Eredmények és értékelésük

A sugárzással és a NaOH- illetve TMAH-ROGDWWDO HO NH]HOW SDPXWFHOlulóz tulajdonságainak változását vizsgáltam polimerizációfok méréssel, tömegméréssel, FTIR-, UV-VIS spektroszkópiával, röntgendiffrakcióval, elektron- és sztereomikroszkóppal. Ebben a fejezetben a mérések eredményeit, a megfigyelt változásokat, és ezek okainak lehetséges magyarázatait tárgyalom.

5.1. Degradáció

5.1.1. Polimerizációfok

$ VXJiU]iV KDWiViUD D FHOOXOy]EDQ YpJEHPHQ GHJUDGiFLy OHJMREEDQ D

SROLPHUL]iFLyIRN PpUpVpYHO N|YHWKHW Q\RPRQ >@ $] 5.1. ábra mutatja a

FHOOXOy] SROLPHUL]iFLyIRNiQDN YiOWR]iViW D Gy]LV IJJYpQ\pEHQ NO|QE|]

kezelések alkalmazása mellett.

Az 5.1. ábrán látható, hogy a polimerizációfok csökkenése már kis

Gy]LVRNQiO LV MHOHQW V N*\ EHVXJiU]iV KDWiViUD D SROLPHUL]iFLyIRN -ról 800-ra csökkent, amely ellentmond annak az állításnak, hogy 10 kGy dózis alatt a cellulóz nem degradálódik, hanem a cellulózszálak között keresztkötések jönnek létre [16]. Ebben az esetben a polimerizációfoknak nem lenne szabad csökkennie,

HVHWOHJHQ\KHQ|YHNHGpVWNHOOHQHPXWDWQLD$OHYHJ QEHVXJiU]RWWPLQWiNHVHWpQ D

polimerizációfok 10 kGy-nél már a harmadára esett vissza, ami kis dózisoknál is degradációt mutat. Az 5.1. ábra adatait a mellékletben a 9.1. táblázat tartalmazza.

Az 5.2. ábrán a saját mérési eredmények az irodalomban található mérési eredményekkel összehasonlítva láthatók logaritmikus ábrázolásban. A szaggatott vonallal meghúzott egyenesek mutatják az irodalmi értékeket, míg az folytonos vonallal összekötött pontok jelölik az általam mért adatokat.

5.1. ábra: A polimerizációfok változása a sugárzási dózis függvényében lúgozatlan cellulóz szövetminták esetén. A besugárzás J-sugárzással történt [75]

Az 5.2. ábrán logaritmikus léptékben ábrázolt pontokra húzott egyenesek meredekségét az egyenes két vége közti értékkülönbség és a sugárzási dózis hányadosa alapján számítottam. A meredekség alapján a mérési sorozatok

HUHGPpQ\HL N|QQ\HEEHQ |VV]HYHWKHW N $] HJ\HQHVHN PHUHGHNVpJHLW WJα) az 5.1.

táblázat tartalmazza.

5.2. ábra: A cellulóz polimerizációfokának változása a sugárzási dózis függvényében, szakirodalomban található értékekkel összevetve, logaritmusos ábrázolásában

5.1. táblázat: A polimerizációfok mérésnél kapott görbék meredekségei és a mért polimerizációfok értékek

Nitrogénben besugárzott 3,041 2,376 1,7 0,391

CUEN-oldatban besugárzott 3,041 2,127 1 0,914

Szakirodalomban található mérési eredmények: N₂-ben besugárzott, (saját)

CUEN-oldatban besugárzott, (saját)

log polimerizációfok

log dózis (kGy)

pamutcellulóz, levegõn besugározva [41]

fehérített facellulóz pép, levegõn besugározva [43]

tisztított pamutcellulóz, N₂-ben besugározva, [13]

Az 5.1. táblázat adataiból és az 5.2. ábra HJ\HQHVHLE O OiWKDWy KRJ\ D NO|QE|] HO NH]HOpVHNPLO\HQPpUWpN GHJUDGiFLyWRNR]WDNDFHOOXOy]EDQ$VDMiW PpUpVL HUHGPpQ\HN pV D] H]HNE O V]iPtWRWW PHUHGHNVpgek nem mutatnak teljes összhangot az irodalmi adatokból [13, 41, 43] meghatározott tgα értékkel,

OHJLQNiEE D OHYHJ Q EHVXJiU]RWW SDPXWFHOOXOy] PLQWiN PHUHGHNVpJHL N|]|WW YDQ

hasonlóság.

5.1.2. Az oxigén jelenlétének hatása a degradációra

Méréseink nem igazolják azt az állítást, miszerint az oxigén jelenléte befolyásolja a cellulóz polimerizációfokban megnyilvánuló degradációját, hiszen az 5.1. ábráQ OiWKDWy KRJ\ D SROLPHUL]iFLyIRN pUWpNHNEHQ QLQFV HJ\pUWHOP HOWpUpV D

két görbe logaritmikus ábrázolásából számított meredekségek is közel vannak egymáshoz. A 2.4.1. pontban kifejtettem, hogy az oxigén jelenlétének hatásáról a

NO|QE|] V]DNLURGDOPDN HOWpU YpOHPpQ\HNHW tUQDN $]5.2. ábrán feltüntetett –

OHYHJ Q pV 12-atmoszférában – meghatározott irodalmi eredmények meredekségei

N|]|WW WDOiOKDWy MHOHQW V HOWpUpV DQQDN WXGKDWy EH KRJ\ H]HN QHP D]RQRV

körülmények között készült, nem azonos alapanyagot használó mérések eredményei. A N2-atmoszférában besugárzott cellulóz kiinduási polimerizációfoka 4400, míg D OHYHJ Q EHVXJiU]RWW PLQWiNQiO YROW D NH]HOHWOHQ DQ\DJ SROLPHUL]iFLyIRND (QQ\LUH NO|QE|] WXODMGRQViJ~ DQ\DJRNQiO QHP LV YiUKDWy KRJ\ KDVRQOy PpUWpN GHJUDGiFLyW PXWDVVDQDN H]]HO HOOHQWpWEHQ D] iOWDODP

meghatározott értékek, azonos körülmények között készült, azonos alapanyagot használó mérések eredményei.

5.1.3. A cellulóz degradációja vizes közegben

Az oldószeres közegben végzett besugárzás polimerizációfok mérése

MHOHQW V HOWpUpVW PXWDW D OHYHJ Q EHVXJiU]RWW PLQWiN SROLPHUL]iFLyIRNiWyO (] D]

HUHGPpQ\ D]RQEDQ QHKH]HQ YHWKHW |VV]H 1HDO pV .UlVVLJ >@ iOWDO PpUW

polimerizációfok csökkenéssel, hiszen facellulóz alapanyagot használtak, valamint

nem oldat, hanem cellulózpép besugárzásával határozták meg a polimerizációfok csökkenést, amelyben lényegesen kevésbé mozgékonyak a cellulóz molekulák, és

NLVHEE NRQFHQWUiFLyEDQ IRUGXOQDN HO D] ROGyV]HUE O NpS] G UHDNWiQV J\|N|N LRQRN $] ROGyV]HU MHOHQOpWH D EHVXJiU]iV KDWiViUD NHOHWNH] J\|N|N J\RUV

reakcióját biztosítja, így a makrogyökök nem tudnak egymással rekombinálódni.

Ezzel párhuzamosan az oldószerben a cellulózmolekulák rendezettsége megbomlik,

D NULVWiO\RV Ii]LV LV KR]]iIpUKHW Yp YiOLN D] ROGyV]HUPROHNXOiN V]iPiUD H]pUW D

sugárzás okozta degradáció során a kristályos fázisban keletkezett bomlástermékek

LV UHDNFLyED OpSQHN DPL QDJ\REE PpUWpN SROLPHUL]iFLyIRN FV|NNHQpVW

eredményez.

5.1.4. .DUERQLOFVRSRUWRNNpS] GpVHD]HOHNWURQVXJiU]iVpVDγ^-sugárzás hatásának összehasonlítása

Mint már arról a 2.4. pontban szó volt, a besugárzás során kép] G|WWJ\|N|N PHQWpQ D FHOOXOy]OiQF N|QQ\HQ HOV]DNDGKDW D J\ U N IHOQ\tOQDN +D D EHVXJiU]iV OHYHJ Q W|UWpQLN DNNRU D IULVVHQ NpS] G|WW J\|N|N UHDJiOKDWQDN D OHYHJ

oxigénjével, ami az alábbi mechanizmussal magyarázható.

•

Az 5.4. egyenlet a 2.9. ábráQ IHOWQWHWHWW J\ U IHOQ\tOiVL UHDNFLyNQDN PHJIHOHO HUHG UHDNFLyVpPD7HUPpV]etesen az itt feltüntetett egyenleteken kívül a cellulózgyökök még számos egyéb, a 2.4.2. pontban ismertetett reakciókban vehetnek részt. Az imént ismertetett egyenletekkel teljes egyezést mutat az a tény, hogy a cellulózban található nem konjugált karbonilcsoportok mennyisége a dózis

IJJYpQ\pEHQ Q $ OiQFYpJL NDUERQLOFVRSRUWRNDW GLII~] UHIOH[LyV IHOWpWHW

alkalmazva FTIR spektroszkópiával mutattam ki. Az 5.3. ábrán a pamutcellulóz

LQIUDY|U|V VSHNWUXPD OiWKDWy D FHOOXOy]EDQ YpJEHPHQ YiOWR]iVRNDW MHO] FV~csok megjelölésével.

5.3. ábra: A pamutcellulóz DRIFT feltéttel készített infravörös spektruma kezeletlen

iOODSRWEDQEHVXJiU]iVWLOOHWYHEHVXJiU]iVWpVO~JR]iVWN|YHW HQ

Az 5.3. ábrán látható a zöld nyíllal jelölt karbonilcsoportok (ν = 1730 cm^-1) és a narancssárga nyíllal jelölt karboxilcsoportok (ν = 1640 cm^-1 MHOOHP]

fényelnyelésének változása, sugárzás illetve lúgozás hatására. Lila nyíllal a ν = 896 cm^-1 KXOOiPKRVV]~ViJQiO OHY FV~FVRW MHO|OWHP D FV~FV LQWHQ]LWiV -változásából a cellulóz I – cellulóz II átalakulásra lehet következtetni [76, 77].

A besugárzást elektrongyorsítóval és γ-sugárzással is elvégeztem, így a

4000 3000 2000 1000 0

220 kGy,

1,65 mol dm^-3 TMAH 220 kGy, lúgozatlan kezeletlen

intenzitás

hullámszám (cm^-1)

NpWIpOHVXJiU]iVLWtSXV|VV]HKDVRQOtWiViUDLVOHKHW VpJQ\tOLN$]5.4. ábra mutatja a karbonilcsoport mennyiségének növekedését a sugárzási dózis függvényében. Az ábra mérési adatai a melléklet 9.2. táblázatában is megtalálhatók.

5.4. ábra: A karbonilcsoport mennyiségének növekedése a sugárdózis függvényében, a besugárzás elektrongyorsítóval illetve J-sugárzással (Co-60) történt. A meghatározást pamutcellulóz szöveten, FTIR diffúz reflexiós méréssel végeztem.

Az 5.4. ábra Y-WHQJHO\HLW Qp]YH D]RQQDO IHOW QLN KRJ\ Dγ-sugárzással kezelt minták esetében a karbonilcsoportok mennyisége nagyobb értéket mutat azonos besugárzási dózisnál, mint ami az elektrongyorsítóval besugárzott mintáknál

WDSDV]WDOKDWy $ NpWIpOH VXJiU]iV N|]WL OHJMHOHQW VHEE NO|QEVpJ D VXJiU]iVRN Gy]LVWHOMHVtWPpQ\pEHQ YDQ $ J\RUVtWy QDJ\ Gy]LVWHOMHVtWPpQ\pQHN N|V]|QKHW HQ D

pamutszövet rövid ideig volt kitéve a sugár]iVQDN SpOGiXO D] N: WHOMHVtWPpQ\

gyorsítóval a 260 kGy nagyságú dózist mintegy 40 perc leforgása alatt lehet besugározni. A γ-besugárzás során 1 kGy/óra dózisteljesítményt alkalmaztam, tehát

0 50 100 150 200 250 300

a 260 kGy dózissal besugárzott minták 260 órán keresztül voltak kitéve a

VXJiU]iVQDN ËJ\ D N*\ Gy]LVVDO EHVXJiU]RWW PLQWiNQiO D VXJiU]iVL LG EHQ

yUDHOWpUpVWNDSWDPDWWyOIJJ HQKRJ\D VXJiU]iVWHOHNWURQJ\RUVtWyYDOYDJ\

γ-sugárzással végeztem-H (] D QDJ\ LG NO|QEVpJ RNR]]D D]W D] HOWpUpVpW KRJ\

γ-suJiU]iVWKDV]QiOYDDNDUERQLOFVRSRUWRNPHQQ\LVpJHKR]]iYHW OHJHVHQNpWV]HUHVH

az elektrongyorsítóval végzett besugárzáshoz képest. Az elektrongyorsítós besugárzás ideje alatt, a nagy dózisteljesítmény miatt nagy gyökkoncentrációk alakulnak ki, és ez kedvez a gyök-gyök reakcióknak, ellentétben a gyök-oxigén

UHDNFLyNNDO $ KRVV]DEE LGHM EHVXJiU]iV OHKHW Yp WHV]L D] R[LJpQ GLII~]LyYDO W|UWpQ XWiQSyWOiViWDPLDNDUERQLOFVRSRUWRNNLDODNXOiViKR]V]NVpJHV

Az 5.5. ábrán a saját mérési eredményeket az irodalmi adatokkal vetettem össze, log-log ábrázolásban. A karbonilcsoport mennyiségének növekedését leíró közleményben [7] a karbonilcsoport tartalmat egy önkényesen választott értékskálán %-ban adták meg, ahonnan hiányzik a 100 %-os érték definíciója, így a közölt adatok nehH]HQ pUWHOPH]KHW N $ N|]OHPpQ\EHQ PHJMHOHQW DGDWRN N|]O D OHJQDJ\REE pUWpN DGDW tJ\ HQQHN PHJIHOHO HQ D VDMiW PpUpVL HUHGPpQ\HNHW

is relatív értékskálán adtam meg, a legmagasabb abszorbancia értéket tekintve 90 %-nak. Az átszámítás eredményeként az értékek egy nagyságrendbe esnek, ami megkönnyíti ábrázolásukat, de a dózis függvényében megadott növekedés ütemének összehasonlítása így sem lehetséges, hiszen nem ugyanarra a maximális értékre vonatkoznak. Ezért a két elektrongyorsítóval besugárzott méréssorozat

HUHGPpQ\H QHP YHWKHW |VV]H FVDN D]W OHKHW PHJiOODStWDQL KRJ\ PLQGNpW HVHWEHQ

Q|YHNY WHQGHQFLDWDSDV]WDOKDWyDVXJiU]iVLGy]LVIJJYpQ\pEHQ

Az 5.5. ábrán látható, hogy a saját mérési eredmények közül a γ-sugárzással kezelt minták esetében növekszik meredekebben a karbonilcsoport tartalom. A logaritmikus ábrázolásban a saját mérési eredmények lineáris növekedést mutatnak,

PtJ D] LURGDORPEDQ WDOiOW NDUERQLOFVRSRUW WDUWDORP WHOtWpVL J|UEpQHN PHJIHOHO HQ

növekedést mutat.

5.5. ábra: Karbonilcsoport mennyiségének növekedése a dózis függvényében, saját mérési eredmények és irodalmi adatok [7] alapján

5.1.5. A karbonil- és karboxilcsoportok koncentrációjának változása

$ VXJiU]iV KDWiViUD NHOHWNH] NDUERQLOFVRSRUWRN MHOHQOpWpW LJD]ROMD D]5.6.

ábra, amelyen lúgozatlan cellulózpor karbonil- és karboxilcsoport változása látható a dózis függvényében. A méréseket DRIFT feltét segítségével végeztem. Az 5.6.

ábra mérési eredményei a 9.3. táblázatban is megtalálhatók.

A FTIR spektrumokban látható intenzitásváltozások egyenes arányban vannak a karbonil-, illetve a karboxilcsoportok koncentrációjának változásával. Az 5.6. ábrán szépen kirajzolódik, hogy a sugárzási dózis növelésével a karbonilcsoportok mennyiVpJH QDJ\ PpUWpN Q|YHNHGpVW PXWDW PtJ D

karboxilcsoportok száma alig változik, ami megegyezik az irodalmi közleményben

1 10 100

1 10 100

karbonilcsoport tartalom (%)

log dózis (kGy)

elektrongyorsító

γ-sugárzás

elektrongyorsító [7]

[62] leírtakkal. Az 5.6. ábrát az 5.4. ábrával csak a görbe lefutásában, tendeciájában érdemes összehasonlítani, hiszen az 5.6. ábrán bemutatott eredmények nem cellulózszövet, hanem cellulózpor besugárzásával készültek.

0LYHODSRUtWRWWFHOOXOy]EDQQLQFVHQHNKRVV]~|VV]HIJJ V]iODNtJ\DNULV]WDOOLWRN

mérete kisebb, mint a szövet esetén, a makromolekulák viselkedése eltér a pamutszövetnél tapasztaltaktól. Az átlagos krisztallit méret szövet esetén 9 nm, cellulózpor esetén 5 nm volt. A krisztallitok méretét a röntgendiffrakciós mérések

DODSMiQSURILOLOOHV]WpVHVPyGV]HUUHODYRQDONLV]pOHVHGpVE OKDWiUR]WDPPHJ

5.6. ábra: A karbonil- és a karboxilcsoport mennyiségének változása a dózis függvényében, lúgozatlan MN 300 cellulózpor esetén. J-besugárzás, DRIFT feltét.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

1 2 3 4 5

6 cellulózpor, lúgozatlan

γ-sugárzás

Kubelka-Munk értékek

dózis (kGy)

karbonilcsoport karboxilcsoport

5.1.6. A karbonilcsoportok átalakulása lúgos kezelés hatására karboxilcsoportokká

Az 5.4. és az 5.6. ábrán bemutattam, hogyan változott lúgozatlan minták

EHVXJiU]iVD HVHWpQ D NDUERQLOFVRSRUW PHQQ\LVpJH $ N|YHWNH] iEUiQ OiWKDWy PL W|UWpQW KD D EHVXJiU]iVW N|YHW HQ 1D2+-oldatos lúgozásnak vetettem alá a cellulózszöveteket. Mint azt az eddigiekben ismertettem, a cellulóz makromolekulák bizonyos térrészekben stabilis kristályszerkezetet alkotnak, így a

FHOOXOy]OiQFRNPR]JiVDNRUOiWR]RWWeSSHQH]pUWPHJIHOHO UHDJHQVKLiQ\iEDQPpJ D QDJ\RQ UHDNFLyNpSHVQHN V]iPtWy PDNURJ\|N|N LV YLV]RQ\ODJ KRVV]~ pOHW HN

lehetnek.

5.7. ábra: A karbonil- és karboxilcsoport mennyiségének DRIFT spektroszkópiával mért változása a dózis függvényében, besugárzott, 3,75 mol dm^-3 NaOH-oldattal

lúgozott cellulózszövet esetében. A besugárzás elektrongyorsítóval történt.

0 50 100 150 200 250 300 Kubelka-Munk értékek karboxilcsoport, ν = 1640 cm-1

14

$ VXJiU]iVW N|YHW HQ 1D2+-oldaWWDO LV HO NH]HOW PLQWiNEDQ – FTIR spektroszkópiával mért – karbonil- és karboxilcsoportok koncentráció változását az 5.7. ábra mutatja, a mérési eredményeket a 9.4. táblázatban adtam meg.

Az ábrán látható, hogy a sugárzás hatására keletkezett karbonilcsoportok lúgozás hatására átalakulnak karboxilcsoporttá. A dózis függvényében a karbonilcsoportok mennyisége folyamatosan csökken, míg a karboxilcsoportok intenzitása növekedést mutat. A méréssorozatban a NaOH-oldat koncentrációját állandó (3,75 mol dm^-3) értéken tartottam, és a sugárzási dózis nagyságát változtattam.

A karbonil- és karboxilcsoportok mennyiségének változását érdemes megnézni a lúgozószer, azaz a NaOH-oldat koncentrációjának függvényében. Az

HJ\V]HU EE iEUi]ROiV pV D N|QQ\HEE pUWHOPH]KHW VpJ NHGYppUW HEEHQ D] HVHWEHQ D

sugárzási dózist tartottam állandó értéken (260 kGy).

5.8. ábra: A karbonil- és karboxilcsoportok változása a NaOH koncentráció függvényében, elektrongyorsítóval besugárzott cellulózszövet esetén

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

karbonilcsoport: ν=1730 cm^-1 karboxilcsoport: ν=1640 cm^-1 CH₂-csoport: ν=2900 cm^-1

Az 5.8. ábrán elektrongyorsítóval besugárzott, majd a sugárzás után NaOH-oldattal lúgozott minták karbonil- és karboxilcsoport változását mutatom be,

D]iEUDV]iPV]HU pUWpNHLDPHOOpNOHWEHQD9.5. táblázatban találhatók.

Az 5.7. és 5.8. ábráEyOHJ\pUWHOP HQNLGHUOKRJ\D1D2+-oldattal végzett lúgozás hatására a besugárzott mintákon a karbonilcsopoUWRN LQWHQ]LWiVD FV|NNHQ WHQGHQFLiW PXWDW PtJ D O~JR]iV N|YHWNH]WpEHQ NpS] G|WW NDUER[LOFVRSRUWRN PHQQ\LVpJH Q ,JD] H] HJ\DUiQW FHOOXOy]V]|YHW pV SRUtWRWW FHOOXOy] LOOHWYH

elektrongyorsítóval és ⁶⁰Co-γ-sugárzással végzett kezelés esetén is. Az 5.6. ábra

HUHGPpQ\pE O OiWKDWy KRJ\ D NDUERQLOFVRSRUWRN PHQQ\LVpJH O~JR]iV QpONOL

minták esetén nem csökken, csak lúgozás hatására indul meg az átalakulás, függetlenül attól, hogy a változások mérése a sugárzási dózis, vagy a NaOH-oldat koncentráció függvényében történik-e.

$ EHVXJiU]iVW N|YHW O~JRV NH]HOpV VRUiQ D PpJ PHJPDUDGW J\|N|N

elreagálnak. A lúgos kezelés megváltoztatja a láncvégi csoportokat is, a sugárzás során keletkezett karbonilcsoportok a NaOH-oldat vagy más lúgos oldat hatására átalakulnak karboxilcsoportokká.

5.1.7. $SDPXWFHOOXOy]ILEULOOiULVV]LQW YiOWR]iVDL

A cellulózszálak degradációja az elektronmikroszkópos felvételeken válik

V]HPPHO OiWKDWyYi $ NpSHNHQ WHUPpV]HWHVHQ QHP D PROHNXOiULV V]LQW GHJUDGiFLy

látható, amelyet a polimerizációfok mérésénél és eredményeinél tárgyaltam, hanem a sugárzásnak az elemi szálakat, fibrillákat roncsoló hatása. Az 5.9. ábrán egy besugározatlan cellulóz elemi szál képét mutatom be.

A kezeletlen cellulóz elemi száláról készült felvételt nézve látható (5.9.

ábra), hogy a szálak teljesen épek, természetes, csavarodott formában helyezkednek el. A még nem feldolgozott pamutcellulóz szálai minden esetben ezt a csavarodott szerkezetet mutatják, ami duzzasztószerek hatására kicsavarodik. A kezeletlen szálak felülete teljesen ép, sima.

5.9. ábra: A besugározatlan cellulóz elemi szál elektronmikroszkópos képe

Az 5.10. ábrán γ-sugárzással, 200 kGy dózissal besugárzott elemi szálról

NpV]OWIHOYpWHOOiWKDWy$EHPXWDWRWWV]iOXJ\DQDEEyODSDPXWV]|YHWE OYDOyPLQW

az 5.9. ábrán látható elemi szál, tehát a kiindulási anyag azonos volt a két felvétel készítésekor.

Az 5.10. ábrán a besugárzott szövet elemi száláról készített felvétel

PHU EHQ HOWpU D] 5.9. ábráQ OiWRWW NH]HOHWOHQ V]iO NpSpW O $ V]iO IHOOHWpQ

hibahelyek EHYiJyGiVRN ILJ\HOKHW N PHJ YDODPLQW D FVDYDURGRWW V]iO NpSH VHP

tükrözi a kezeletlen szál természetes szépségét, a kereszt- és hosszirányú méretek harmónikus arányát. A kezeletlen szál szépen ívelt gömbölyded felületén, sugárzás hatására élek kialakulása látható.

$ SDPXWFHOOXOy] V]iODNDW O~JRV ROGDWED WpYH PHJILJ\HOKHW D V]iODN

duzzadása, kicsavarodása. Az 5.11. ábrán egy besugározatlan, de lúgos kezelésnek kitett szövet elemi szálairól készült képet mutatok be.

5.10. ábra: 200 kGy dózissal besugárzott cellulóz elemi szálának elektronmikroszkópos képe

5.11. ábra: Besugározatlan, 5 mol dm^-3 koncentrációjú NaOH-oldattal kezelt pamutszövet elektronmikroszkópos képe, 1500-szoros nagyításban

Az 5.11. képen látható, hogy a lúg hatására kicsavarodik és megduzzad a szál. A pamutceOOXOy]UD MHOOHP] YHVH DODN~ V]iO NHUHV]WPHWV]HWL NpS PpJ IHOLVPHUKHW GH D PpO\HGpV N|]HO VHP DNNRUD PLQW D O~JR]DWODQ FHOOXOy] HVHWpQ

Az 5.9. ábráQ EHPXWDWRWW NH]HOHWOHQ FHOOXOy]QiO H]]HO PHJHJ\H] QDJ\tWiV PHOOHWW

egy egész csavarodás látható a képen, míg ennél az ábránál az elemi szál teljesen

HJ\HQHV $ VXJiU]iVVDO pV O~JR]iVVDO HJ\DUiQW HO NH]HOW FHOOXOy]UyO NpV]OW

elektronmikroszkópos képet az 5.12. ábra mutatja.

5.12. ábra: 200 kGy dózisú J-sugárzással besugárzott, 5 mol dm^-3 koncentrációjú NaOH-oldattal kezelt pamutcellulóz elektronmikroszkópos képe, 1500-szoros

nagyításban.

Az 5.12. ábrán bemutatott elemi szálakon láthatók a sugárzás okozta

VpUOpVHN YDODPLQW D O~JR]iV KDWiViUD YpJEHPHQ GX]]DGiV pV NLFVDYDURGiV $]

5.12. képD]HO ] HNEHQOiWRWWNpSHNNHOPHJHJ\H] QDJ\tWiVEDQNpV]OWpVD]5.11.

ábrához hasonlóan a képen csavarodás nem látható. A többi képpel összehasonlítva az 5.12. ábráQ OiWRWW HOHPL V]iODNQiO ILJ\HOKHW PHJ D OHJQDJ\REE PpUWpN URQFVROyGiVW DPL QHP PHJOHS KLV]HQ H]HNHW D V]iODNDW NpWIpOH HO NH]HOpVQHN

tettem ki. Az 5.10. ábráQOpY FHOOXOy]KR]NpSHVWH]HNDV]iODNGX]]DGWDEEWHOWHEE

formát mutatnak, ami a NaOH-oldatos kezelés eredménye. Az 5.12. felvételen

OiWKDWy V]iODN HO NH]HOpVH VRUiQ DONDOPD]RWW VXJiUGy]LV pV D lúgkoncentráció is

YLV]RQ\ODJ QDJ\ GH D] HO ] HNEHQ EHPXWDWRWW NpSHNHQ OpY FHOOXOy]V]iODNQiO LV XJ\DQLO\HQ Gy]LV~ EHVXJiU]iVW LOOHWYH D]RQRV W|PpQ\VpJ 1D2+-oldatot

KDV]QiOWDP D] HO NH]HOpVNK|] $ V]DNLURGDORPEDQ D FHOOXOy] HOHPL V]iODLUyO

készült felvételeken a kezeletlen cellulóz szálak és a duzzasztás hatására kicsavarodott szálak képeit mutatják be [4, 13]. A sugárzás hatására a szálakon látható hibahelyek bemutatásával a szakirodalom áttanulmányozása során nem találkoztam.

5.1.8. A cellulóz tömegvesztesége sugárzás hatására

Az 5.13. ábrán a cellulózpor %-ban kifejezett tömegveszteségét mutatom be, ahol a kiindulási anyag száraz tömegét tekintettem 100 %-nak. A

W|PHJYHV]WHVpJHW D EHVXJiU]iV HO WWL pV XWiQL V]iUD] W|PHJHN NO|QEVpJpE O

határoztam meg [78]. Az ábrázolt értékeket a melléklet 9.6. táblázata tartalmazza.

$ NH]HOpVHN KDWiViUD D FHOOXOy]EDQ YpJEHPHQ W|PHJYHV]WHVpJU O D O~JR]iV KDWiViUD NLROGyGy ERPOiVWHUPpNHNU O D NH]HOpVW N|YHW HQ D O~JROGDWRN

UV-9,6 VSHNWURV]NySLiV PpUpVHLU O NHYpV DGDWRW WDOiOWDP D] LURGDORPEDQ $

témával foJODONR]yNXWDWyN>@QHPIHNWHWWHNQDJ\KDQJV~O\WD]HO EEHPOtWHWW PpUpVLHOMiUiVRNUDSHGLJH]HNNHODPyGV]HUHNNHOLVIRQWRVLVPHUHWHNV]HUH]KHW ND

cellulóz degradációjára vonatkozóan.

Az 5.13. ábráQPHJILJ\HOKHW KRJ\DGy]LVQ|YHOpVpYHOIRO\DPDWRVDQQ D

lúgozatlan cellulózpor tömegvesztesége. 100 kGy dózisú γ-sugárzás hatására kevesebb, mint 1 % tömegveszteség tapasztalható. Ipari alkalmazhatósága – gazdasági okok miatt – FVDN D QpKiQ\ V]i] N*\ QDJ\ViJUHQG Gy]LVRNNDO YpJ]HWW

kísérleteknek van. Mivel a néhány száz kGy dózisú besugárzás hatására keletkezett

tömegveszteség az 1 %-ot sem éri el, ebben a tartományban nagyobb a mérési pontatlanság, így az 1000 kGy dózisnál nagyobb értékek segítségével határozható meg, hogy a cellulóz tömegvesztesége közel lineárisan változik a sugárzási dózis függvényében.

5.13. ábra: Az MN 300 cellulózpor tömegvesztesége J-besugárzás hatására a dózis függvényében

5.1.9. A cellulóz tömegvesztesége sugárzás és lúgozás hatására

A sugárzás és lúgozás hatására lejátszódó degradációt mutatja a sugárzás

HO WWL pV XWiQL YDODPLQW D O~JR]iV HO WWL pV XWiQL Ii]LVEDQ OpY V]|YHWPLQták

W|PHJPpUpVHLV$EHVXJiU]iVKDWiViUDV]HPPHOPHJILJ\HOKHW DFHOOXOy]SRULOOHWYH

a szövet sárgulása, nagyobb dózisú besugárzás esetén barnulása. A besugárzást

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

0 2 4 6 8 10

γ-sugárzás

tömegveszteség (%)

dózis (kGy)

MN 300 cellulózpor

N|YHW O~JR]iV VRUiQ D EDUQXOiVW RNR]y WHUPpNHN HJ\ UpV]H NLROGyGLN D V]|YHWE O

és a folyadékfázisba kerül. Az imént leírt folyamatokból származó anyagok

Q\RPRQN|YHWpVpUH D NH]HOpVHN HO WW pV XWiQ PpUWHP D FHOOXOy] W|PHJpW pV

nedvességtartalmát, továbbá a NaOH-oldatba került termékeket UV-VIS spektroszkópiás mérésekkel vizsgáltam. A cellulózszövet tömegveszteségének mérésekor fontos a nedvességtartalom meghatározása is, azért hogy a mért

W|PHJHNHW D FHOOXOy] V]iUD]DQ\DJWDUWDOPiUD OHKHVVHQ YRQDWNR]WDWQL pV D OHYHJ

nedvességtartalma ne befolyásolja az eredményeket.

Az 5.14. ábráQ VXJiU]iVRV HO NHzelés nélküli és 100 kGy nagyságú

VXJiU]iVVDO HO NH]HOW O~JR]RWW PLQWiN W|PHJYHV]WHVpJHLW WQWHWWHP IHO D PpUW

értékeket a melléklet 9.7. táblázatában adtam meg.

5.14. ábra: A cellulóz tömegvesztesége lúgozás hatására pamutcellulóz esetén,

J-besugárzást alkalmazva.

0 20 40 60 80 100 120

0 5 10 15 20

25 γ-sugárzás pamutszövet

tömegveszteség (%)

lúgozási idõ (perc)

0 kGy, 3,75 mol dm^-3 NaOH 0 kGy, 3,75 mol dm^-3 TMAH 100 kGy, 3,75 mol dm^-3 NaOH 100 kGy, 3,75 mol dm^-3 TMAH

Az 5.14. ábráQOiWKDWyKRJ\D]RQRVO~JNRQFHQWUiFLyQiODNO|QE|] O~JRN

másképp hatnak a szövetre, hiszen a TMAH-oldattal lúgozott minták esetén nagyobb tömegveszteség tapasztalható, mint NaOH-oldattal végezve a kísérleteket.

6]HPEHW Q D] D WpQ\ LV KRJ\ D NO|QE|] O~JRN KDWiVD N|]WL NO|QEVpJ OpQ\HJHVHQ NLVHEE PLQW D EHVXJiU]iV N|YHWNH]WpEHQ YpJEHPHQ YiOWR]iVRN (] D

megállapítás Krässig [26] elméletét igazolja, miszerint sugárzás hatására a

FHOOXOy]EDQKLEDKHO\HNNpS] GQHNDOiQFRNHlszakadásával megbomlik a kristályos

WDUWRPiQ\W|P|UHJ\VpJHH]]HODFHOOXOy]MREEDQKR]]iIpUKHW YpYiOLNDO~JROGDWRN

számára (2.13. ábra). A TMAH-ROGDW HU V GX]]DV]WyKDWiViW PRVWDQiEDQ NH]GLN

felismerni a kutatók, az utóbbi években kezdenek megjelenni a TMAH-oldatos kezeléssel foglalkozó publikációk [31, 32], de ezen a kutatási területen még csak az

HOV OpSpVHNHWWHWWpNPHJ

Az 5.13. és 5.14. ábra adatait összevetve látható, hogy csak besugárzás

KDWiViUD MyYDO NLVHEE PpUWpN D W|PHJYHV]WHVpJ PLQW DPLNRr a besugárzást

N|YHW HQ O~JRV NH]HOpVW LV DONDOPD]WXQN $] 5.2. táblázatban a könnyebb

iWOiWKDWyViJ pV pUWHOPH]KHW VpJ NHGYppUW |VV]HIRJODOWDP D] HO EE HPOtWHWW

iWOiWKDWyViJ pV pUWHOPH]KHW VpJ NHGYppUW |VV]HIRJODOWDP D] HO EE HPOtWHWW

In document Nagyenergiájú sugárzás és lúgos kezelés hatása a cellulóz tulajdonságaira (Pldal 58-115)