Nagyenergiájú sugárzás és lúgos kezelés hatása a cellulóz tulajdonságaira

NAGYENERGIÁJÚ SUGÁRZÁS ÉS LÚGOS KEZELÉS HATÁSA A CELLULÓZ TULAJDONSÁGAIRA

Doktori (PhD) értekezés

készült a Veszprémi Egyetem FK 2 doktori iskola keretében

Készítette: Földváry Csilla Magdolna

7pPDYH]HW

Dr. Takács Erzsébet Prof. Dr. Horváth Attila

MTA KK Izotóp- és Felületkémiai Intézet, Budapest Veszprémi Egyetem, Általános és Szervetlen Kémia Tanszék

2003

NAGYENERGIÁJÚ SUGÁRZÁS ÉS LÚGOS KEZELÉS HATÁSA A CELLULÓZ TULAJDONSÁGAIRA

Értekezés doktori (PhD) fokozat elnyerése érdekében Írta:

Földváry Csilla Magdolna

Készült a Veszprémi Egyetem FK2 iskolája keretében

7pPDYH]HW Dr. Takács Erzsébet Dr. Horváth Attila Elfogadásra javaslom: (igen/nem) (igen/nem)

……… ………

aláírás aláírás

A jelölt a doktori szigorlaton ………%-ot ért el, Veszprém,

.……...……….………

A Szigorlati Bizottság elnöke Az értekezést bírálóként elfogadásra javaslom:

Bíráló neve: ……….. ……… igen/nem

………...………….

aláírás Bíráló neve: ……….. ……… igen/nem

………...………….

aláírás A jelölt az értekezés nyilvános vitáján …………..%-ot ért el

Veszprém,

………

A Bíráló Bizottság elnöke

$GRNWRUL3K'RNOHYpOPLQ VtWpVH««««««

………

Az EDT elnöke

Köszönetnyilvánítás

6]HUHWQpN N|V]|QHWHW PRQGDQL 'U 7DNiFV (U]VpEHW WpPDYH]HW QHN DNL

doktori disszertációm elkészítése során jól szervezett irányító munkájával hathatós segítséget nyújtott mind az elméleti anyag feldolgozásánál, mind a kísérleti munka kivitelezésénél.

Köszönet illeti Dr. Wojnárovits László igazgató urat, aki mindvégig hatékonyan segítette munkámat.

Külön köszönöm Dr. Borsa Judit professzor asszonynak és Dr. Horváth Attila professzor úrnak, hogy újító ötleteikkel és javaslataikkal segítették szakmai munkámat.

Köszönetet mondok Dr. Hargittai Péternek a pásztázó elektronmikroszkóppal készített képek felvételéhez és Dr. Sajó Istvánnak a röntgendiffrakciós mérésekhez nyújtott segítségéért.

Szeretnék köszönetet mondani Papp Zoltánnak a minták besugárzásáért, valamint Gonter Katalin, Koczogné Horváth Éva és Baranyai Lajosné technikusoknak, hogy megkönnyítették laboratóriumi munkámat, segítettek a

PpU P Vzerek kezelésében és a kísérleti munka kivitelezésében.

Tartalomjegyzék

Kivonatok 7

Nagyenergiájú sugárzás és lúgos kezelés hatása a cellulóz tulajdonságaira 7 Effect of high-energy radiation and alkali treatment on the properties of cellulose 8 Der Effekt der hoch-energien Bestrahlung und der laugigen Behandlung auf die

Eigenschaften der Zellulose 8

1. Bevezetés 9

2. Irodalmi összefoglaló 11

2.1. A sugárzás 11

2.1.1. Radioaktív sugárzás 13

2.1.2. Részecskegyorsítók 14

2.1.3. A nagyenergiájú sugárzás ipari hasznosítása 16

2.2. A cellulóz 18

2.2.1. A cellulóz felépítése 19

2.2.2. A cellulóz kristályszerkezete 22

2.2.3. A cellulóz nedvesedése, szorpciós folyamatai 27 2.3. A cellulóz szerkezetváltozása NaOH- és TMAH (tetrametil-ammónium-

hidroxid)-oldat hatására 28

2.4. A cellulóz degradációja sugárzás és savas hidrolízis hatására 30

2.4.1. 3ROLPHUL]iFLyIRNOiQFW|UGHO GpV 30

2.4.2. *\|NNpS] GpVJ\ U IHOQ\tOiV 34

2.5. $FHOOXOy]KR]]iIpUKHW VpJHV]HUNH]HWYiOWR]iVDVXJiU]iVpV1D2+-oldat

hatására 37

2.6. A cellulóz funkciós csoportjainak meghatározása spektroszkópiás

módszerekkel 39

2.6.1. A FTIR (Fourier-transzformációs infravörös) spektroszkópiával meghatározható

változások 39

2.6.2. Röntgendiffrakcióval meghatározható változások 46

2.6.3. UV-9,6VSHNWURV]NySLiYDOPpUKHW YiOWR]iVRN 49

3. &pONLW ]pVHN 51

4. Kísérleti rész 53

4.1. Felhasznált anyagok, sugárforrás 53

4.2. MintaHO NpV]tWpVPpUpVLPyGV]HUHN 55

4.2.1. Az elnyelt dózis meghatározása 55

4.2.2. Polimerizációfok mérés 55

4.2.3. Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópiás (FTIR) mérések 55

4.2.4. Röntgendiffrakciós mérések 56

4.2.5. Ultraibolya-látható (UV-VIS) spektroszkópiás mérések 56

4.2.6. Tömegveszteség mérések 56

4.2.7. Elektronmikroszkópos felvételek 57

4.2.8. Sztereomikroszkópos felvételek 57

5. Eredmények és értékelésük 58

5.1. Degradáció 58

5.1.1. Polimerizációfok 58

5.1.2. Az oxigén jelenlétének hatása a degradációra 61

5.1.3. A cellulóz degradációja vizes közegben 61

5.1.4. .DUERQLOFVRSRUWRNNpS] GpVHaz elektronsugárzás és a γ-sugárzás hatásának

összehasonlítása 62

5.1.5. A karbonil- és karboxilcsoportok koncentrációjának változása 66 5.1.6. A karbonilcsoportok átalakulása lúgos kezelés hatására karboxilcsoportokká 68

5.1.7. $SDPXWFHOOXOy]ILEULOOiULVV]LQW YiOWR]iVDL 70

5.1.8. A cellulóz tömegvesztesége sugárzás hatására 74 5.1.9. A cellulóz tömegvesztesége sugárzás és lúgozás hatására 75 5.1.10. A NaOH-oldat és a TMAH-oldat hatásának összehasonlítása 78

5.2. A kristályszerkezet változása 83

5.2.1. Kristályszerkezet átalakulás sugárzás és lúgozás hatására 85 5.2.2. A cellulóz II tartalom növekedése sugárzás és lúgozás hatására, valamint az

elektronsugárzás és a γ-sugárzás hatásának összehasonlítása 87 5.2.3. A NaOH- és a TMAH-ROGDWKDWiViUDOpWUHM|Y NULVWiO\V]HUNH]HWiWDODNXOiV 91

6. Összefoglalás 97

7. Irodalomjegyzék 100

8. Tézisfüzet 105

9. Melléklet 121

Kivonatok

Nagyenergiájú sugárzás és lúgos kezelés hatása a cellulóz tulajdonságaira

$] pUWHNH]pVEHQ |VV]HIRJODOW NXWDWiVL WpPD I LUányvonala a cellulóz

VXJiU]iVpVO~JR]iVKDWiViUDYpJEHPHQ GHJUDGiFLyMiQDNpVV]HUNH]HWYiOWR]iViQDN PHJKDWiUR]iVD D FHOOXOy] WXODMGRQViJDLQDN PpO\HEE V]LQW PHJLVPHUpVH pV D WH[WLOLSDUEDQ KDV]QiODWRV PHUFHUH]pV IRO\DPDWiQDN PyGRVtWiVD ~M PHUFHUH] V]HU

bevezetésével.

A nagyenergiájú sugárzás a cellulóz degradációját okozza, azaz a

FHOOXOy]OiQFRN HOV]DNDGQDN D JONRSLUDQy] J\ U N IHOQ\tOQDN $] iWDODNXOiVRN

köztitermékeiként reaktív, szabad gyökök keletkeznek. A cellulóz degradációja a polimerizációfok csökkenésében, a szabad karbonil- és karboxilcsoportok

V]iPiQDN Q|YHNHGpVpEHQ pV D FHOOXOy]RQ PpUKHW W|PHJYHV]WHVpJEHQ PXWDWNR]LN

meg, amely tulajdonságok viszkozimetriás polimerizációfok méréssel, FTIR spektroszkópiával és tömegméréssel határozhatók meg. A besugárzás dózisát növelve a cellulóz egyre nagyobb mértékben degradálódik, az elemi szálak degradációja elektronmikroszkóp segítségével szemmel láthatóvá válik.

NaOH-oldattal vagy más lúgos oldattal kezelve a cellulózt, a

NULVWiO\V]HUNH]HWEHQ ILJ\HOKHW Peg változás. Röntgendiffrakciós és FTIR

PpUpVHNNHO LJD]ROYD PRQGKDWy KRJ\ D QDJ\REE KR]]iIpUKHW VpJHW EL]WRVtWy FHOOXOy] ,,NULVWiO\WtSXVV]i]DOpNRVDUiQ\DQ D1D2+-koncentráció függvényében.

$ VXJiU]iVRV HO NH]HOpV Q|YHOL D GX]]DV]WiV KDWiVIRNiW D O~JRzás hatására

NHOHWNH] FHOOXOy] ,, PHQQ\LVpJH Q D VXJiU]iVL Gy]LV IJJYpQ\pEHQ $] ~M PHUFHUH] V]HUNpQW EHYH]HWHWW 70$+ WHWUDPHWLO-ammónium-hidroxid) minden esetben hatékonyabbnak bizonyult a NaOH-nál.

$ VXJiU]iVRV HO NH]HOpV KLEDKHO\HNHW RNR] D FHOOXOy] kristályos

WDUWRPiQ\iEDQ H]pUW D FHOOXOy] DO~JROGDWRN V]iPiUD MREEDQ KR]]iIpUKHW Yp YiOLN tJ\ VXJiU]iVRV HO NH]HOpVW DONDOPD]YD D O~JRV NH]HOpV KDWiVIRND Q PLQGNpW PHUFHUH] V]HU HVHWpEHQ $ QDJ\HQHUJLiM~ VXJiU]iV pV D PHUFHUH]pVL OpSpV

kombinálásával a jelenleg használt eljárásnál hatékonyabban lehet a cellulóz

IHOGROJR]iViWHOYpJH]QLtJ\DMHOHQOHJDONDOPD]RWWO~JW|PpQ\VpJFV|NNHQWKHW

Effect of high-energy radiation and alkali treatment on the properties of cellulose

The main effect of high-energy radiation on cellulose is degradation, which can be followed by the decrease in the degree of polymerization. An increase of the free carbonyl and carboxyl group content with increasing radiation dose can be detected by FTIR spectroscopy.

The treatment of cellulose with aqueous solutions of both NaOH and TMAH (tetramethyl-ammonium-hydroxide) results in a change of its crystalline structure. The crystal structure transition is more significant after treatment with TMAH. The combination of preirradiation and alkali treatment proved to be the most effective on the crystal structure transformation.

Der Effekt der hoch-energien Bestrahlung und der laugigen Behandlung auf die Eigenschaften der Zellulose

Die hoch-energie Bestrahlung degradiert die Zellulose und der Grad der Polymerisation nimmt ab. Die Degradation wurde durch die viskosimetrische Polymerisationsgradbestimmung gemessen. Die Konzentration der Carbonyl und Carboxyl-Gruppen nimmt mit steigern der Strahlendose zu. Die Konzentrationen wurden mit FTIR Spektroskopie gemessen.

Die Behandlung mit NaOH und der neuen merzerischen Lösung, TMAH (tetramethyl-ammonium-hydroxyd) bewirkt die Veränderung der Kristallstruktur in der Zellulose. Die Veränderung der Kristallstruktur ist effizienter wenn die Behandlung mit TMAH durchgefürht wird. Die Kombination der Strahlung und der laugigen Behandlung bewirkt die größte Veränderung der Kristallstruktur.

1. Bevezetés

Napjaink egyre fontosabbá váló kérdése a mesterséges polimerek által okozott környezetszennyezés. A PHVWHUVpJHV SROLPHUHN P DQ\DJRN HJ\LN OHJQDJ\REEHO Q\HKRJ\DWHUPpV]HWHVIRO\DPDWRNNDOV]HPEHQHOOHQiOOyDNGHH]D WXODMGRQViJXN KiWUiQQ\i YiOLN DPLNRU D P DQ\DJEyO KXOODGpN OHV] 7HUPpV]HWHV

körülmények között lebomlásuk igen lassú, égetésük jelent V PpUWpN OHYHJ V]HQQ\H]pVW RNR] $ WHUPpV]HWHV N|UIRUJiVEDQ HO IRUGXOy SROLPHUHN

lebomlása a természet által már megoldott, ezért alkalmazásuk minél szélesebb körben kívánatos. Fontos minél jobban megismerni a természetes anyagok tulajdonságait, különböz IL]LNDL NpPLDL KDWiVRNUD DGRWW YiODV]UHDNFLyLNDW 0D D

XXI. század elején, amikor a környezetvédelem nagy hangsúlyt kap a mindennapi

pOHWQNEHQ YDODPLQW D YLOiJ JOREiOLV OHYHJ V]HQQ\H]pVL pV KXOODGpNHOKHO\H]pVL

problémával küszködik, akkor különös, hogy egy olyan fontos, és hozzánk

N|]HOiOOy SROLPHUU O PLQW D FHOOXOy] PHJOHKHW VHQ KLiQ\RVDN D] LVPHUHWHLQN QHP WXGMXN IHOPpUQL D FHOOXOy]EDQ UHMO OHKHW VpJHNHW LSDUL IHOKDV]QiOKDWyViJiQDN

széles körét. A kémiai kutatásban a cellulóz mint az egyik legfontosabb természetes

SROLPHU NLHPHOW ILJ\HOPHW pUGHPHO $ FHOOXOy] NpW WHUPpV]HWHV IRUUiVEyO Q\HUKHW D] HJ\LN D SDStULSDU iOWDO KDV]QiOW IDFHOOXOy] D PiVLN D J\DSRWEyO Q\HUKHW

textilipari alapanyag a pamutcellulóz. A cellulóz papír- illetve textilipari

IHOKDV]QiOiVD VRUiQ D FHOOXOy] PyGRVtWiVDNRU KR]]iIpUKHW VpJpQHN Q|YHOpVHNRU D]

HKKH] KDV]QiOW YHJ\V]HUHN MHOHQW V Yt]V]HQQ\H]pVW RNR]QDN (] D NpW LSDUiJ D

legtöbb vizet használó ágazatok közé tartozik, egy papírgyár vízigénye például egy kisebb patak teOMHV Yt]KR]DPiYDO HJ\HQpUWpN (]HQ D NpW LSDUiJRQ NtYO D] pOHW

számos területén találkozhatunk még cellulóz alapú termékekkel, több iparág – pl.

bútoripar – nyersfa felhasználásán alapul. Jelen kutatási munkában ezen iparágak nem kapnak hangsúlyos szerepet, mivel technológiájukban a cellulózt kémiai átalakítás nélkül használják fel, csak a faanyag megmunkálásával foglalkoznak.

$ FHOOXOy] WXODMGRQViJDLQDN PLQpO DODSRVDEE PHJLVPHUpVH OHKHW Yp WHV]L D

ma használatos cellulózipari technológiák módosítását, megváltoztatását. A

NXWDWyPXQND VLNHUHV HO UHKDODGiViW QDJ\ WLV]WDViJ~ FHOOXOy] IHOKDV]QiOiViYDO OHKHW

biztosítani, ezért érdemes a nagyon jó modellanyagnak bizonyuló pamutcellulózt választani a kísérletek alapanyagának. A jelen dolgozatban tárgyalt tudományos munka a cellulóz tulajdonságainak változását mutatja be nagyenergiájú besugárzás,

pVD]WN|YHW O~JRVNH]HOpVKDWiViUD

2. Irodalmi összefoglaló

$ VXJiUNpPLD W|UWpQHOPH PpJ D ;,; V]i]DG YpJpQ NH]G G|WW -ben Röntgen felfedezte a röntgensugarakat és ezzel útjára indította a sugárzások

WHUPpV]HWpYHO IRJODONR]y IL]LNDL pV NpPLDL WXGRPiQ\RN IHMO GpVpW $] H]W N|YHW

évben Becquerel meghatározta a radioaktivitás fogalmát, majd 1898-ban Pierre és Marie Curie fedezett fel és izolált két új radioaktív elemet, a polóniumot és a rádiumot [1]. 1925-ben Coolidge gyorsított elektronokkal végzett kísérleteket, amelyekhez 250 kV-RV IHV]OWVpJHW KDV]QiOW .pW pYYHO NpV EE YROW D] HOV DNLQHN VLNHUOW NH9 HQHUJLiM~ HOHNWURQVXJiU]iVW HO iOOtWDQLD PDMG D] 30-as évek elején Van de Graaf megalkotta elektrosztatikus generátorát. A kezdeti

OpSpVHNHWN|YHW HQDUpV]HFVNHJ\RUVtWyNIHMO GpVHW|UHWOHQPDUDGW>@(]LG DODWW D P~OW V]i]DG HOV IHOpEHQ WRYiEE IRO\WDN D UDGLRDNWtY L]RWySRN WXODMGRQViJDLQDN

feltárására irányuló kísérletek, majd 1950 és 1975 között a sugárkémiával foglalkozó kutatások, tudományos publikációk, könyvek, a témához kapcsolódó

NRQIHUHQFLiNV]iPDHU WHOMHVQ|YHNHGpVWPXWDWRWW>@

2.1. A sugárzás

A sugárkémiai gyakorlatban egyaránt alkalmaznak elektromágneses és részecske sugárzásokat. Az elektromágneses sugárzás energiája a 2.1. egyenlet szerint függ a hullámhossztól [1].

λ

E= hc (2.1.)

ahol E – energia

h – Planck-állandó c – fénysebesség λ – hullámhosszúság

A 2.1. táblázat a sugárzástípusok hullámhossz szerinti felsorolását tartalmazza, a sugárzás energiájának feltüntetésével.

2.1. táblázat: A sugárzások rendszere hullámhosszúság és energia szerinti csoportosításban [3]

Sugárzás fajtája Hullámhossz (m) energia (eV) Elektromágneses sugárzások:

Kozmikus sugárzás <10^-14 >10⁸ Gamma-sugárzás 10^-14-10^-10 10⁸-10⁴ Röntgensugárzás 10^-12-10^-9 10⁶-10³ Ibolyántúli sugárzás (UV) 10^-9-8·10^-7 10³-6 Látható sugárzás 8·10^-7-4·10^-7 6-3 Infravörös sugárzás (IR) 4·10^-7- 5·10^-4 3-5·10^-3 Mikrohullámú sugárzás 5·10^-4-5·10^-1 5·10^-3-7·10^-6

Rádióhullámok >5·10^-1 <7·10^-6

Részecskesugárzások:

Gyorsított elektronok 10⁵-10⁷

A sugárzás hatására reaktív köztitermékek – ionok, molekulák, szabad gyökök – keletkeznek [1]. Az XOWUDLERO\D OiWKDWy WDUWRPiQ\ED HV NLV HQHUJLiM~

sugárzás hatására a besugárzott anyag egy fotont abszorbeál [4], ezek a sugárzástípusok csak a leggyengébb kémiai kötéseket képesek felszakítani. A kis hullámhosszúságú, azaz nagy energiájú UV-sugárzás, valamint a γ-, elektron- és

U|QWJHQVXJiU]iV HQHUJLiMD HOQ\HO GpVHNRU PiU HU VHEE N|WpVHN IHOV]DNtWiViUD LV OHKHW VpJ Q\tOLN >@ $ U|QWJHQ- és a γ-sugárzás tartományában 0,5 MeV

HQHUJLDV]LQW DODWW D] DQ\DJEDQ QDJ\ YDOyV]tQ VpJJHO IRWRHOHNWURPRV HIIHNWXV

játs]yGLN OH D]D] D VXJiU]iV KDWiViUD HJ\ N|W HOHNWURQ NLO|N GLN H]]HO LRQL]iFLyW

eredményezve. 0,5 MeV és 10 MeV között az elektronok és a fotonok között rugalmas ütközés jön létre, amit Compton-hatásnak hívnak [4]. Az 1,03 MeV-nél nagyobb energiatartománybDQ SiUNpS] GpV PHKHW YpJEH >@ DPLNRU HJ\ HOHNWURQ-

SR]LWURQ SiU NHOHWNH]LN PDMG D SR]LWURQ D N|]HJ PROHNXOiLYDO W|UWpQ WN|]pVHN

során elveszti kinetikus energiáját, és az elektronnal egyesülve elektromágneses sugárzássá alakul [4].

A sugárzástípusok közül a radioaktív sugárzás és az elektrongyorsítóval

HO iOOtWRWWHOHNWURQVXJiU]iVNO|QIHMH]HWEHQNHUOEHPXWDWiVUD

2.1.1. Radioaktív sugárzás

A radioaktív sugárzás fogalomkörébe tartozik minden természetben

PHJWDOiOKDWy YDJ\ PHVWHUVpJHV ~WRQ HO iOOtWRWt radioaktív anyagból származó sugárzás. A radioaktív atomok α-, β- és γ-sugárzást bocsáthatnak ki. A radioaktív izotópok párhuzamosan adhatnak egyszerre többféle sugárzást is [1]. A sugárzás a közegen áthaladva energiát ad le, ennek egysége a sugárzás dózisa, a Gray (Gy), (1 Gy = 1 J kg^-1), ami az egységnyi tömeg által abszorbeált energiát jelenti [2].

Az α-sugárzás során a sugárzó izotóp egy 2⁴He²⁺-atommagot emittál. Az emittált sugárzás energiája meghatározott, diszkrét, a kibocsátó atommagra

MHOOHP] 0LYHO QDJ\ D]α-részecskék tömege, szilárd vagy folyékony közegbe jutva kis távolságon belül elvesztik energiájukat, lokálisan nagy hatást

HUHGPpQ\H]YH -HOOHP] HQα-sugárzást kibocsátó radioaktív izotópok a ²¹⁰Po, a

222Rn és a ²²⁶Ra [1].

A β-sugárzó elemek gyors elektronokat bocsátanak ki. A β-részecskék, ellentétben az α-részecskékkel, nem azonos energiaértéken hagyják el az atomot: az energia zérus és E_βmax energiaértékek között változik. E_βmax értéke az adott elemre

MHOOHP] 0RQRHQHUJHWikus elektronok konverziós vagy Auger-elektronok formájában lépnek ki az atomból. A konverziós elektronok a γ-sugárzás és az

DWRPSiO\iQ OpY HOHNWURQ N|OFV|QKDWiViYDO NpS] GQHN $] $XJHU-elektronok úgy

NHOHWNH]QHN KRJ\ HJ\ HOHNWURQ NLO|N GLN D] HJ\LN EHOV KpMUyO DPLQHN D KHO\pW HJ\ NOV DWRPSiO\iUyO pUNH] HOHNWURQ W|OWL NLpV D] tJ\ Q\HUW HQHUJLDW|EEOHWHW D]

atom vagy röntgensugárzás formájában vagy Auger-elektron kilökésével veszti el.

A ¹³⁷Cs, ³H, ³²P, ⁹⁰Sr, ⁹⁰Y és ³⁵S olyan izotópok, amelyek domináns sugárzása β-sugárzás [1].

A radioaktív izotópok által kibocsátott sugárzások harmadik fajtája a γ-sugárzás, ami nyugalmi tömeg nélküli fotonokból álló elektromágneses sugárzás [1, 5]. A γ-sugárzás behatolási képessége jóval nagyobb, mint amekkora α-, vagy

β-sugárzás esetében tapasztalható [5]. A radioaktív izotópok néhány diszkrét energiaértéken bocsátanak ki γ-VXJiU]iVW DPLE O D OHJIRQWRVDEEDN D 2.2.

táblázatban szerepelnek [1].

2.2. táblázat: 5DGLRDNWtYL]RWySRNMHOOHP] J-sugárzása

Izotóp J-sugárzás energiája (MeV) Egyéb sugárzás

60Co 1,332

1,173

α-sugárzás β-sugárzás

137Cs 0,662 β-sugárzás

226Ra 0,188 α-sugárzás

A radioaktív izotópok közül ma a ⁶⁰Co-sugárforrást használják a

OHJV]pOHVHEE N|UEHQ DPHO\HW ~J\ iOOtWDQDN HO KRJ\ D NREDOWRW &R-59-izotóp) atomreaktorban neutronokkal besugározzák [1]. A ⁶⁰Co-izotóp felezési ideje 5,27 év [4]. Az egyetemek, kutatóintézetek leggyakrabban 1-5 Ci g^-1 fajlagos aktivitású Co-izotópot használnak, de a fajlagos aktivitás elérheti akár a 40 Ci g^-1 értéket is [1].

A radioaktív források nagyenergiájú γ-fotonjai másodlagos elektronokat

iOOtWDQDN HO PDMG H]HN HOHNWURQJHUMHV]WHWW pV LRQL]iOW PROHNXOiNDW KR]QDN OpWUH D]

anyagban. Mivel γVXJiU]iV HVHWpQ LV I NpQW QDJ\HQHUJLiM~ HOHNWURQRN LQLFLiOMiN D

kémiai reakciókat az elektronsugárzás és a γ-sugárzás azonos módon változtatja meg a besugárzott anyag kémiai szerkezetét [1]. Sugárhatás-kémiai szempontból az

HOV GOHJHVIRO\DPDWRNDJHUMHV]WpVpVD]LRQL]iFLyDPHO\HNDVXJiU]iVpVD]DQ\DJ

kölcsönhatásakor 10^-16 másodperc alatt lejátszódnak, míg az ezeket N|YHW OpSpVEHQ YpJEHPHQ J\|NNpS] GpV OpQ\HJHVHQ ODVV~EE -12

másodpercet is igénybe vesz [6].

2.1.2. Részecskegyorsítók

0HVWHUVpJHVHQ HO iOOtWRWW VXJiU]iVW UpV]HFVNHJ\RUVtWyN KDV]QiODWiYDO

hozható létre [1]. A részecskegyorsítással kapott sugárzás el Q\H D] L]RWySRNEyO

V]iUPD]y VXJiU]iVVDO V]HPEHQ D] KRJ\ V]pOHV HQHUJLDWDUWRPiQ\EDQ iOOtWKDWy HO

ion-, elektron- YDJ\ SR]LWURQQ\DOiE >@ D] HOpUKHW Gy]LVWHOMHVtWPpQ\

nagyságrendekkel nagyobb lehet az izotópsugárzáshoz képest, valamint a kibocsátott sugárzás bármikor leállítható, a gyorsítóberendezés kikapcsolásával a

VXJiU]iVD]RQQDOPHJV] QLN>@

A részecskegyorsítók többféle rendszer szerint osztályozhatók.

Besorolhatók elektron- és iongyorsítók csoportjába aszerint, hogy milyen részecske gyorsítására alkalmasak. Az osztályozást a gyorsított részecske energiája alapján végezve kis-, közepes- és nagyenergiájú, a részecskenyaláb teljesítménye alapján készítve kis-, közepes-pVQDJ\WHOMHVtWPpQ\ J\RUVtWyNOpWH]QHN$J\RUVtWiVLG EHOL

lefolyása szerint iPSXO]XV pV IRO\WRQRV ]HP J\RUVtWyNUD PtJ D J\RUVtWRWW

részecske pályája szerint lineáris és ciklikus gyorsítókra bonthatók. Az imént

IHOVRUROW FVRSRUWRVtWiVRN QHP HJ\pUWHOP HN VRNV]RU D J\RUVtWyN HJ\V]HUUH W|EE

csoportba is besorolhatók, ezért a felosztást leggyakrabban a részecske gyorsításakor használt fizikai alapelvek szerint végzik. A részecskék gyorsításához

HOHNWURPRV YDJ\ PiJQHVHV WHUHW DONDOPD]QDN 7HUPpV]HWHVHQ D] HOV RV]WiO\R]iV

után a részecskegyorsítók további csoportokba sorolhatók. Az elHNWURPRVHU WpUUHO P N|G J\RUVtWyN QDJ\IHV]OWVpJ GLUHNW pV QDJ\IUHNYHQFLiV LQGLUHNW J\RUVtWyN

csoportjára bonthatók. A részecskék gyorsításához, az indukciós gyorsítók

KDV]QiOQDNPiJQHVHVHU WHUHW>@

$ IHOKDV]QiOiV NtYiQDOPDLQDN PHJIHOHO HQ PHJYiOasztható, hogy az

HOHNWURQJ\RUVtWy VXJiU]iVD IRO\DPDWRV YDJ\ LPSXO]XVV]HU OHJ\HQ $] LPSXO]XV

]HPPyGEDQ P N|G HOHNWURQJ\RUVtWyN QDJ\REE SLOODQDWQ\L Gy]LVWHOMHVtWPpQ\W

adnak, mint a folyamatos sugárzást kibocsátó gyorsítók [1]. A gyorsított elektronok energiáját eV (1 eV = 1,60208 10^-19 J) mértékegységben szokták megadni [6]. A gyorsított elektronok energiája kis energiájú gyorsítók esetén 0,1-0,8 MeV, míg nagyobb energiájú gyorsítókat használva akár a néhány 100 MeV értéket is elérheti [5]. Az iparban alkalmazott nagyfrekvenciás gyorsítókkal MeV-TeV

HQHUJLDWDUWRPiQ\WLVHO OHKHWiOOtWDQL>@$]HOHNWURQJ\RUVtWyEHUHQGH]pVHNPpUHWH pViUDD]HOHNWURQHQHUJLiMiQDNIJJYpQ\pEHQH[SRQHQFLiOLVDQQ >@

2.1.3. A nagyenergiájú sugárzás ipari hasznosítása

Az utóbbi évtizedekben a ⁶⁰Co-γ besugárzók mellett az ipar számos területén alkalmazzák az elektrongyorsítókat [1, 2]. A nagyenergiájú sugárzás fontosabb felhasználási területeit az adott iparágban használt sugárzási dózis nagyságával együtt a 2.3. táblázat tartalmazza.

2.3. táblázat: A nagyenergiájú sugárzás ipari felhasználása [2]

Ipari eljárás Energia (MeV) Dózis (kGy)

Polietilén térhálósítása 0,3-4 50-300

+ UH]VXJRURGyWHUPpNHNHO iOOtWiVD 0,3-4 100-250

)HG UpWHJHNV]LOiUGtWiVD 0,15-0,5 20-500

Ojtásos polimerizáció 0,3-2,5 10-300

Textilek módosítása 0,3-1,5 5-50

hYHJV]iODVDQ\DJRNHO iOOtWiVD 0,5-1 10-400

Gumi vulkanizálása 0,5-15 50-300

Orvosi felszerelések sterilizálása 1-10 20-50

Gabonafélék rovartalanítása 1 0,5-1

Szennyvízkezelés 0,54 0,5-1

Füstgázok tisztítása 0,3-1,5 10-15

Míg egyéb iniciálási módszer alkalmazásakor a polimerizáció nagy

Q\RPiVRQ pVYDJ\ PDJDV K PpUVpNOHWHQ PHJ\ YpJEH DGGLJ D SROLPHUL]iFLyV

reakciókat sugárzásos aktiválással, a láncnövekedési reakciók optimális

K PpUVéklet- és nyomástartományában tudják végrehajtani [2].

Sugárzásos eljárással kezelik a PVC-SDGOy IHG UpWHJpW H]W D] HOMiUiVW DONDOPD]]iN RSWLNDL V]iODN YpG EXUNRODWiQDN LOOHWYH HOHNWURPRV V]LJHWHOpVHN WpUKiOyVtWiVDNRU >@ W|EEUpWHJ IyOLiN HO iOOtWiVDNRr, valamint a festék- és lakkrétegek térhálósításakor is. Nagyenergiájú sugárzás alkalmazásával kiválthatók

D V]iUtWiVKR] KDV]QiOW QDJ\ HQHUJLDLJpQ\ NHPHQFpN YDODPLQW FV|NNHQWKHW D IRO\DPDWW|EEyUiVLG WDUWDPDpVN|OWVpJH

Ojtásos polimerizációnál az ojtandó polimert besugározva szabad gyököket képeznek, ezek iniciálják a hozzáadott monomer ojtási reakcióját. A besugárzás folyamata több úton történhet. A besugárzott polimert adják hozzá a folyadék vagy

gáz fázisú monomerhez, vagy a monomer és a polimer összekeverése után történik a besugárzás. Végezhetik a besugárzást inert illetve oxigén atmoszférában is, az

HO EEL HVHWEHQ V]DEDG J\|N|N NHOHWNH]QHN R[LJpQ MHOHQOpWpEHQ KLGURSHUR[L YDJ\

SHUR[L J\|N|N NpS] GQHN H]HN PHOHJtWpV KDWiViUD HOERPODQDN pV D] tgy keletkezett gyökök reagálnak a monomerrel [2].

Sugárzásos eljárást alkalmaznak szénszállal, természetes szálakkal, illetve

PiV V]iODNNDO HU VtWHWW NRPSR]LW DQ\DJRN HO iOOtWiVDNRU $ M|Y EHQ YiUKDWy D

társított polimer hulladékok újrahasznosításának, feldolgozásának megoldása,

YDODPLQW NO|QE|] V]LQWHWLNXV pV WHUPpV]HWHV SROLPHUHN |WY|]pVpYHO ~M WtSXV~

SROLPHUHN HO iOOtWiVD DPHO\ VXJiU]iVRV WHFKQROyJLD DONDOPD]iViYDO LSDUL

méretekben is életképes formában megvalósítható [8].

A 2.3. táblázatban a textilek módosításánál feltüntetett energia és dózis értékekkel dolgozva a textilek bizonyos tulajdonságait tudják befolyásolni, úgymint

D J\ U GpVHOOHQiOOy NpSHVVpJHW D W ]iOOyViJRW D V]HQQ\H] GpV pV URWKDGiV HOOHQL

ellenállóképességet, valamint az elektrosztDWLNXV IHOW|OW GpVW (] D Gy]LVWDUWRPiQ\

NHUHV]WN|WpVHN OpWUHKR]iViUD pV D V]tQH]pNHN PHJN|WpVpQHN HO VHJtWpVpUH DONDOPDV

[2], de a cellulóz degradációjához illetve más tulajdonságok megváltoztatásához más dózisértékekkel kell dolgozni. A viszkózgyártásban sugárzásos eljárással

FV|NNHQWKHW D] HO iOOtWiVKR] V]NVpJHV N|UQ\H]HWV]HQQ\H] YHJ\V]HUHN PHQQ\LVpJH >@ $ YLV]Ny]V]iODW V]iOHU VtWpVNpQW SROLSURSLOpQ PiWUL[ED WpYH D

keveréket gyorsított elektronokkal besugározva, a tiszta polipropilénhez képest nagyobb hajlítószilárdságú kompozitot eredményez [10].

Gumik vulkanizálásakor a többi polimerhez hasonlóan keresztkötések jönnek létre, sugárzás hatására stabilisabb szerkezetet kapnak, mint a hagyományos

K NH]HOpVVHO DPHO\ KRVV]~ NpQ-hidakat hagy az anyagban. A besugárzott

JXPLNQDN MREE D K iOOyViJXN D] |UHJHGpV- pV LG MiUiViOOyViJXN pV PDJDV K PpUVpNOHWHQNHYpVEpGHIRUPiOyGQDNPLQWDK NH]HOWJXPLN>@

Az orvosi felszerelések, kellékek sterilizálásán kívül a sugárzást használják élelmiszerek sterilizálására, illetve tartósítására is [4]. Az élelmiszeriparban alkalmazott sugárzásokat többféle céllal is felhasználják. A terméshozam növelése céljából végzett stimulálásánál 0,1-10 Gy nagyságú dózissal kezelik a növényeket,

míg a növényi gumók csírázásának gátlásához 0,05-0,4 kGy nagyságú dózist használnak. A gabonafélék, szárított zöldségek és gyümölcsök rovartalanítását 0,75 kGy dózissal végzik, de a hímek sterilezéséhez, azaz ahhoz, hogy ne tudjanak szaporodóképes utódokat létrehozni 0,05-0,2 kGy dózis is eleJHQG -10 kGy

QDJ\ViJ~VXJiU]iVVDODK~VIpOpNEHQWRMiVRNEDQHO IRUGXOyV]DOPRQHOODIDMRNDWLVHO

lehet pusztítani [11]. Az elektronsugárzást és az ionsugárzást egyaránt terápiás módszerekre, rosszindulatú daganatok kezelésére is használják [2].

A nagyenHUJLiM~ VXJiU]iV D V]HQQ\YL]HNEHQ OpY QHKH]HQ OHERPOy

szintetikus adalékanyagok és felületaktív anyagok lebomlását könnyíti meg azáltal, hogy a nagy szerves molekulákat kisebb, könnyebben eltávolítható részekre bontja.

A füstgázok nagyenergiájú sugárzássaOW|UWpQ WLV]WtWiViWIpO]HPLPpUHWEHQ

már több országban is alkalmazzák. A füstgázok kén-dioxidot és nitrogén-oxidokat tartalmaznak. A SO2 gáz alkáli-ROGDWRNNDO NLPRVKDWy D UHQGV]HUE O GH D 12x-ok eltávolítása – kis reaktivitásuk miatt – nehéz. A füstgázokhoz ammóniát adnak, majd a keveréket besugározzák. A sugárzás hatására ammónium-sók (ammónium- nitrát és ammónium-V]XOIiW NpS] GQHN >@ $ 2.3. táblázatban felsorolt felhasználási területeken kívül nagyenergiájú sugárzást használnak nyomtatott áramkörökNpV]tWpVHNRUpVIDDODSDQ\DJ~NRPSR]LWRNHO iOOtWiVDNRULV>@

2.2. A cellulóz

A cellulóz napjaink egyik legfontosabb természetes polimere. Felhasználása igen széles körben elterjedt. A cellulózok családjába tartozik a pamut, a fa és a

NO|QE|] KiQFVURVWRNEyO iOOy PiV Q|YpQ\L HUHGHW FHOOXOy] LV $ YLOiJRQ

felhasznált szálas anyagok 50 %-át a pamut teszi ki [13].

A facellulózt a faanyag közvetlen kitermelésével nyerik, háncstalanítás után a fát fizikai módszerekkel átalakítva, kevés vegyszert használva a technológia során a fafeldolgozó és a bútoripar hasznosítja, míg a papíriparban és a viszkózgyártás során [14] a fából kinyert cellulózt pépesítik és „cellulózpép” formájában dolgozzák fel, a fát olyan kémiai és fizikai kezeléseknek vetve alá, amely során a fa

HUHGHWLV]HUNH]HWHpVNOV PHJMHOHQpVHWHOMHVHQPHJV] QLN$)|OG|QpO QpSHVVpJ

HJ\UH QDJ\REE OpWV]iPD pV D] H]]HO DUiQ\RVDQ Q|YHNY |NROyJLDL LJpQ\EHYpWHO

miatt a papíriparban egyre nagyobb szerepet kap a nem-fa alapú szálasanyagok feldolgozása, DPHO\ HJ\~WWDO D PH] JD]GDViJL KXOODGpNRN KDV]QRVtWiViW LV MHOHQWL PHJHO ]YH H]]HO D FHOOXOy]WDUWDOP~ KXOODGpNRN HOpJHWpVpE O V]iUPD]y OHYHJ V]HQQ\H]pVWLV>@

A pamutcellulózt legnagyobb mennyiségben a textiliparban dolgozzák fel [16], az innen kikerüOWWHUPpNHNV]|YHWHNPLQGHQQDSLpOHWQNEHQMHOHQW VV]HUHSHW

töltenek be. A pamutcellulózt a gyapot magszálából nyerik. A gyapotot régebben

Np]]HO V]HGWpN PD JpSSHO DUDWMiN PDMG H]W N|YHWL D PHJIHOHO WLV]WtWiV D]D] D

szálak elválasztása a magtól [17]. A cellulóz felhasználhatóságát behatárolják a

FHOOXOy] WXODMGRQViJDL >@ DPHO\HN D IHOKDV]QiOiV FpOMiWyO IJJ HQ OHKHWQHN KiWUiQ\RVDN pV HO Q\|VHN $ FHOOXOy] URVV] WXODMGRQViJDL N|]p VRUROKDWy D QHGYHV

körülmények között mutatott kis szilárdság, a kis rugalmasság és a más anyagokhoz

W|UWpQ NDSFVROyGiVNRUPXWDWRWWNLVDGKp]LyVNpSHVVpJ1HJDWtYXPNpQWWQWHWWpNIHO

a cellulóz rossz alaktartóképességét is [16], amely viszont egyes iparágakban – például a ruhaiparban – DODSYHW HQ PHJKDWiUR]y WpQ\H] )HOKDsználásának gátat szab a kémiai vegyszerekkel és mikroorganizmusokkal szemben mutatott gyenge

HOOHQiOOyNpSHVVpJH >@ DPHO\ YLV]RQW HO Q\|VQHN PRQGKDWy D FHOOXOy]WDUWDOP~

hulladékok lebontásakor, megsemmisítésekor.

2.2.1. A cellulóz felépítése

A pamutceOOXOy] D J\DSRW PHJIHOHO WLV]WtWiVD XWiQ -os tisztaságú, szennyezésként csak elvétve kerül bele a gyapot magja, vagy egyéb növényi rész.

Ezzel szemben a növényi szárakból kinyert cellulóz esetében, illetve a facellulóz

WHUPpV]HWHV HO IRUGXOiVL IRUPiMiban a cellulóz mellett hemicellulóz és lignin is található [15]. Nyomnyi mennyiségben természetes színezékek, szerves savak,

IHKpUMpN YLDV]RN pV iVYiQ\L DQ\DJRN LV HO IRUGXOQDN >@ $ IDFHOOXOy]RN

40-50 %-ban tartalmaznak cellulózt, ennek mennyisége a nöYpQ\IDMWyO IJJ HQ

változik [13].

A cellulózmolekula egyenesláncú polimermolekula, amely β-D-glükóz

HJ\VpJHNE O pSO IHO(2.1. ábra). Az egységek β-1,4-es kötéssel kapcsolódnak egymáshoz, az összekapcsolódás vízkilépéssel megy végbe [19].

2.1. ábra: A E-D-glükóz szerkezete [17]

A glükóz egységek egy oxigén atomon keresztül kapcsolódva cellobióz (2.2. ábra) PROHNXOiW NpSH]QHN H] WHNLQWKHW D FHOOXOy] PRQRPHUpQHN >@ $

β-D-glükóz szerkezetében minden OH-FVRSRUW HNYDWRULiOLV KHO\]HW YDODPLQW D

létrejöY -HVN|WpVLVHNYDWRULiOLVKHO\]HW OHV]DJONy]J\ U NK|]YLV]RQ\tWYD

A glikozidos kötés kötésszöge β-változat esetén 30º [21].

2.2. ábra: A cellobióz szerkezete [22]

A cellobiózból további β-1,4-HV JOLNR]LGRV N|WpVHN OpWUHM|WWpYHO NpS] GLN D

hosszú láncú cellulózmolekula. A cellobióz egységek között intramolekuláris H-kötések jönnek létre, míg a molekulaláncokat intermolekuláris H-kötések tartják

össze (2.3. ábra)>@$]tJ\NpS] G|WWVtNRNDWQDJ\REEWpUV]HUNH]HWLHJ\VpJHNHW

Van der Waals er NNDSFVROMiN|VV]H>@$FHOOXOy]OiQFRN|VV]HNDSFVROyGiViYDO

jönnek létre a mikrofibrillák. Egy mikrofibrillában 100-DV QDJ\ViJUHQG

cellulózmolekula található [21].

2.3. ábra: A cellulóz I szubmikroszkópikus szerkezete ( kovalens- és hidrogén-kötések) [21]

A 2.3. ábrán bemutatott cellulóz szerkezeti rajzon C(1)-C(6) illetve O(1)-

2EHW NMHO|OLND]HJy β-D-glükóz egységen belüli szén- illetve oxigénatomokat, míg a szomszédos β-D-glükóz egység atomjait a C' illetve az O' jelek mutatják. A

O(2) O(1)

C(1)

C(2) C(3)

O(3) C(4)

O(4) C(5) O(5) C(6)

O(6)

O’(2) C’(2) C’(3)

C’(4)

C’(6) C’(5)

O’(5) C’(1) O’’(3)

V]RPV]pGRV FHOOXOy]OiQFEDQ OpY β-D-glükóz egység atomjait a C'' illetve az O''

EHW NMHO|OLN

Minden cellulózláncbaQ PHJNO|QE|]WHWKHW HJ\ UHGXNiOy pV HJ\

nem-redukáló vég. A cellulózláncokat a β-^D-glükóz molekulákat összekapcsoló oxigénhídnál, azaz az 1-4 glikozidos kötésnél bontva, a C(1)-es szénatommal

YpJ] G OiQFUpV]OHW OHV] D UHGXNiOy YpJ OiQF DPHO\ N|QQ\HQ Opp kémiai reakciókba. A kötés felszakítása után, a másik láncfél végén, a nem-redukáló végen a C(4)-es szénatom található, ennek reaktivitása messze elmarad a redukáló vég reaktivitásától, és a kémiai reakciók során változatlan formában marad a rendszerben [13].

2.2.2. A cellulóz kristályszerkezete

Röntgendiffrakciós módszerrel facellulózt vizsgálva, 1913-ban Shoji Nishikawa fedezte fel a cellulózszálak kristályos szerkezetét [23]. A cellulózban a kristályos részek között amorf cellulóz található. A kristályos fázisban rendezetten helyezkednek el a molekulák és háromdimenziós rácsszerkezetet képeznek, míg az

DPRUIWDUWRPiQ\EDQKRVV]~WiY~UHQGH]HWWVpJQHPILJ\HOKHW PHJ$NULVWiO\RVUpV]

nagyon tömör, a kémiai kezelések során a legtöbb vegyszer számára csak az amorf

Ii]LVpVDNULVWiO\RVWDUWRPiQ\IHOV]tQHKR]]iIpUKHW >@

$ WHUPpV]HWEHQ HO IRUGXOy FHOOXOy] NULVWiO\PyGRVXODWRW FHOOXOy] ,-nek nevezték el, amely monoklin elemi cellákból áll. A cellulóz I kristály elemi

FHOOiMiQDN SDUDPpWHUHLW HOV NpQW 0H\HUés Misch írták le 1937-ben, szerintük egy elemi cellába két cellobióz egység tartozik [17]. A cellulóz II a cellulóz I-hez

KDVRQOyDQ PRQRNOLQ HOHPL FHOOiNEyO pSO IHO pV PHJIHOHO N|UOPpQ\HN N|]|WW D

cellulóz I-E OiOOtWKDWyHO $NpWNULVWiO\WtSXVN|]|tt az elemi cellák paramétereiben [17], szimmetriájukban valamint az inter- és intramolekuláris H-kötések

HOUHQGH] GpVpEHQYDQNO|QEVpJ>@$]HOHPLFHOOiNSDUDPpWHUHLWD2.4. táblázat tartalmazza. A táblázatban szerepelnek a cellulóz II kristályforma elemi cellájának paraméterei is.

2.4. táblázat: $FHOOXOy],pVDFHOOXOy],,HOHPLFHOOiMiQDNMHOOHP] SDUDPpWHUHL0H\HU

és Misch szerint [17]

Az elemi cella paraméterei Cellulóz I [17] Cellulóz II [17]

a [nm] 0,835 0,783

b [nm] 0,790 0,918

c [nm] 1,030 1,034

γ szög [°] 96 117,3

A H-kötések hosszai:

O(3)-H....O'(5) [nm] 0,275 0,269

O'(2)-H....O(6) [nm] 0,287 0,273

O(6)-H....O"(3) [nm] 0,279 0,267

O(6)-H....O'(2) [nm] 0,276

O(2)-H....O"(2) [nm] 0,277

$ WHUPpV]HWEHQ D FHOOXOy]W WHUPHO V]HUYezetek rendszerint cellulóz I kristályformát képeznek, egyes tengeri szervezetek képesek vegyes cellulózt, azaz

FHOOXOy] , pV FHOOXOy] ,, NULVWiO\PyGRVXODW NHYHUpNpW HO iOOtWDQL GH H] NLYpWHOHV SpOGDNpQW HPOtWKHW %L]RQ\RV HVHWHNEHQ HO IRUGXO KRJ\ D FHOlulóz II kristályszerkezet nagyobb részarányt foglal el, mint a cellulóz I [21].

A cellulóz I kristályszerkezet laboratóriumi és ipari körülmények között is átalakítható cellulóz II formába, vizes lúgoldatokkal kezelve a cellulózt. A cellulóz a folyamat során megduzzad, ezt az alkáli-oldatokban mutatott duzzadóképességét

0HUFHO IHGH]WH IHO >@ (QQHN N|V]|QKHW HQ D WH[WLOLSDUEDQ KDV]QiOW

NaOH-oldattal végzett kezelést mercerezésnek, a kezelt pamutszövetet pedig mercerezett szövetnek, illetve mercerezett cellulóznak hívják [17].

$ WHUPpV]HWEHQ NpS] G FHOOXOy] , HVHWpEHQ D2.3. ábra szerint látható módon helyezkednek el a cellulózláncok, amelyek intermolekuláris H-kötéseken

NHUHV]WO NDSFVROyGQDN HJ\PiVKR] $] tJ\ NpS] G|WW VtNRNDW 9DQ GHU :DDOV IpOH HU N WDUWMiN |VV]H $ FHOOXOy] ,, NULVWiO\V]HUNH]HWEHQ OpY 9DQ GHU :DDOV-kötések

HU VHEEHN PLQW D] iWDODNXOiV HO WWL FHOOXOy] , V]HUNH]HWEHQ >@ $ FHOOXOy] ,-E O D

mercerezési folyamat révén létrehozott cellulóz II kristályszerkezetben a H-kötések elhelyezkedéVHPHJYiOWR]LNDFHOOXOy]OiQFRNDONRWWDVtNRNUDPHU OHJHVHQLVM|QQHN

létre H-kötések, melyek ezáltal stabilisabb szerkezetet biztosítanak. A 2.4. és a 2.5.

ábrán a cellulóz I és a cellulóz II szerkezete látható vázlatos formában.

Cellulóz I Cellulóz II

2.4. ábra: A cellulóz I és a cellulóz II szerkezete [20]

Cellulóz I Cellulóz II

3DUDOHOHOUHQGH] GpV $QWLSDUDOHOHOUHQGH] GpV

2.5. ábra: A cellulóz I és a cellulóz II elemi cellájának szerkezete [24]

A celluly] DONRWyHOHPH D JONRSLUDQy] J\ U IOH[LELOLV[21], azonban a cellulózláncon belül és a cellulózláncok között H-kötések vannak, így ezek

PHJDNDGiO\R]]iND]ROGDOFVRSRUWRNV]DEDGURWiFLyMiW$&V]pQJONy]J\ U K|]

viszonyított helyzete meghatározza a molekula elhelyezkedését a szomszédos cellulózmolekulához képest [17]. A molekulák szimmetriáját tekintve létezik

SDUDOHO pV DQWLSDUDOHO NRQIRUPiFLy &HOOXOy] , HVHWpEHQ D PROHNXOiN HOUHQGH] GpVH

paralel, míg a cellulóz II kristálymódosulatnál található az antiparalel konformáció.

A paralel és antiparalel szerkezet a 2.5. ábrán látható.

$ O~JRV NH]HOpV KDWiViUD YpJEHPHQ FHOOXOy] ,– cellulóz II átalakuláshoz szükséges NaOH-ROGDWW|PpQ\VpJpWLOOHW HQDV]DNLURGDORPHOOHQWPRQGiVRV$2.5.

táblázat a különböz IRUUiVRNEyO V]iUPD]y D FHOOXOy] ,,-vé alakításhoz szükséges NaOH-oldat töménységeket tartalmazza.

2.5. táblázat: A cellulóz II keletkezéséhez szükséges NaOH-oldat töménysége

NaOH-oldat töménysége (mol dm^-3) 6]HU]

2-2,5 [25]

2,5 mol dm^-3-nél maximális oldékonyság (cellulóz II) [25]

3 [26]

2,5-4 [27]

4 mol dm^-3I|O|WWPiUFVDNFHOOXOy],,IRUGXOHO [27]

2,75-4,12 [28]

4,12 mol dm^-3-nél csak cellulóz II található [28]

4,5-5 [14]

5,5 [17]

6,25 mol dm^-3-nél teljesen cellulóz II-vé alakul [17]

6,25 [29]

4,5-17,5 [20]

A 2.5. táblázat adataiból is látható, hogy igencsak széles skálán mozognak az irodalomban megadott, cellulóz II-vé alakításhoz szükséges NaOH koncentrációk. Kowsaka és mtársai [25] 2,5 mol dm^-3 koncentrációjú NaOH-oldattal kezelve a cellulózt, már teljes cellulóz II-vé alakulást tapasztaltak.

2-2,5 mol dm^-3W|PpQ\VpJ 1D2+-oldatban a cellulóz átalakulása mellett a cellulóz

NLV PpUWpN ROGyGiViW LV PHJILJ\HOWpN YpOHPpQ\N V]HULQW D FHOOXOy] NLV

molekulasúlyú frakciója oldódik. Saafan és mtársai [20] a cellulóz II keletkezésének megindulását is csak 4,5-5 mol dm^-3 koncentrációnál figyelték meg.

A NaOH-ROGDWWDOW|UWpQ NH]HOpVWQHPV]REDK PpUVpNOHWHQYpJH]YHKDQHP

a lúgoldattal forralva a cellulózt több, mint 4 %-os tömegveszteség tapasztalható, amely annak az eredménye, hogy a rövid láncú molekulák feloldódnak, az oldódási folyamat egyik mechanizmusa a β-alkoxi-karbonil-elimináció, amelyet a 2.2.

reakcióséma ír le [13]:

[ ]

|

|

|

|

|

|

2 1

2 2 1

2 1

2 RO C C R

O H R C C O R OH

R C C O

R − − − + → − − − +  →^H^O + = −

|

|

|

|

−

−

−

−

α β

(2.2.)

A cellulózt NaOH-oldattal kezelve, a NaOH hatására lejátszódó láncszakadás az amorf térrészben indul meg, és a reakció a kristályos fázis határáig folytatódik, ahová a NaOH már nem képes behatolni, így a reakció leáll [13].

A cellulóz duzzadása lehet interkrisztallitos és intrakrisztallitos.

Interkrisztallitos duzzadásnál a víz, a NaOH vagy más duzzasztószer csak az amorf tartományban fejti ki hatását, míg ha a kristályos fázisba is belép a duzzasztószer, akkor az az intrakrisztallitos duzzadás [17]. Mivel az amorf és a kristályos fázisban sokszor ugyanannak a cellulózláncnak a két vége található [9], ezért hiába veszi teljesen körbe az oldószer az amorf fázisban a molekulát, a cellulózlánc nem szakad

HOWHOMHVHQDV]LOiUGIi]LVWyOKLV]HQDNULVWiO\RVWDUWRPiQ\EDQOpY UpV]HRWWWDUWMD$

duzzasztás során a cellulózmolekulák mozgékonyságának részleges növelése megy

YpJEH>@+DPHJIHOHO ROGyV]HUWYiODV]WYDVLNHUOHOpUQQNDFHOOXOy]KDWiUWDODQ

duzzadását, akkor a cellulóz feloldódik [17].

2.2.3. A cellulóz nedvesedése, szorpciós folyamatai

A textilipari kezelések legtöbbször a szálasanyag valamilyen nedvesítésével

NH]G GQHN pV D]RN PHJV]iUtWiViYDO IHMH] GQHN EH >@ $ SDPXWFHOOXOy] NOV

falában, a primer falban a mikrofibrillák gyantával, pektinekkel, fehérjékkel és más nem-FHOOXOy] DQ\DJRNNDO HJ\WW NHYHUYH IRUGXOQDN HO 7HUPpV]HWHV N|UOPpQ\Hk között ezek jelenléte biztosít a cellulóz számára hidrofób védelmet [13]. A

WHUPpV]HWHV MiUXOpNRV DQ\DJRNDW D WH[WLONpPLDL P YHOHWHN HOV OpSpVHNpQW D]

HO NpV]tWpV LOOHWYH D IHKpUtWpV IRO\DPDWD DODWW WiYROtWMiN HO 0HJIHOHO HO NpV]tWpV

hatására a pamutcHOOXOy] Yt]IHOYHY NpSHVVpJH QHGYHVHGpVL WXODMGRQViJDL QDJ\

mértékben javulnak [17].

A cellulóz szerkezetében minden anhidroglükóz egységben három hidroxilcsoport található, amelyek hidrofil tulajdonságú csoport lévén a vízzel hidrogénhíd-kötést képesek létesíteni a 2.6. ábráQDNPHJIHOHO HQ>@

2.6. ábra: $JONy]J\ U Yt]DGV]RUSFLyMD

$] HOV PHJN|W|WW Yt]UpWHJKH] D2.7. ábra szerinti elrendezésben további

Yt]PROHNXOiN NDSFVROyGKDWQDN D Yt]PROHNXOiN N|]|WW OpWUHM|Y KLGURJpQKtG- kötésekkel [30].

2.7. ábra: $W|EEUpWHJ Yt]DGV]RUSFLy

A cellulózt nedves légtérben tárolva a cellulóz az egyensúlyi érték eléréséig

Yt]J ]W N|W PHJ >@ $ NULVWiO\RV WpUUpV]HNEHQ WDOiOKDWy PROHNXOiN UHQdezetten helyezkednek el, és az aktív csoportjaik inter- és intramolekuláris H-kötésekben vesznek részt, így a vízmolekula nem képes ebbe a tartományba behatolni [30]. A víz számára éppúgy, mint a NaOH számára a cellulóz amorf tartománya és a kristályos téUUpV]HN IHOOHWH D KR]]iIpUKHW >@ $ FHOOXOy] ,, NULVWiO\V]HUNH]HWEHQ

bizonyos fokig lehetséges a vízadszorpció, azaz három glükózegységenként egy

Yt]PROHNXOD PHJN|WpVpUH Q\tOLN OHKHW VpJ DPHO\ D NULVWiO\V]HUNH]HW WRYiEEL PyGRVtWiViYDO~J\Q|YHOKHW Kogy két glükózegységre három vízmolekula is képes rákapcsolódni [30].

2.3. A cellulóz szerkezetváltozása NaOH- és TMAH (tetrametil-ammónium- hidroxid)-oldat hatására

A cellulózt kémiai módszerekkel átalakító feldolgozó iparágakban, azaz a textil-, papíriparban valamint a viszkózgyártás során nagyon fontos a cellulóz

KR]]iIpUKHW VpJpQHN MDYtWiVD KLV]HQ HQQHN IJJYpQ\pEHQ OHV]QHN HJ\UH KDWpNRQ\DEEDND]HOYpJ]HWWP YHOHWHNpVDFHOOXOy]N|QQ\HEEHQNH]HOKHW YpYiOLN

A textiliparban a cellulóz aktiválására a NaOH vizes oldatát használják a legelterjedtebben [31]. Amint arról már szó volt a mercerezés, azaz a NaOH-oldattal való kezelés folyamán a cellulóz I cellulóz II-vé alakul, anélkül,

Cellulóz szál

H₂O H₂O

H₂O H₂O

H₂O H₂O

Közvetlen

Közvetett

H₂O

H₂O

KRJ\ D] DQ\DJ WHOMHVHQ IHOROGyGQD >@ $ PHUFHUH] ROGDWEDQ D FHOOXOy] , NULVWiO\V]HUNH]HW UpV]OHJHVHQ IHOROGyGLN pV D FHOOXOy] , V]HUNH]HW ILEULOOiULV WHQJHO\UH PHU OHJHVHQ D ILEULOOD IHOOHWpQ FHOOXOy] ,, NULVWiO\RN Q|YHNHGQHN $

cellulóz I – cellulóz II átalakulást a megnövekedett számú intermolekuláris hidrogénkötés teszi megfordíthatatlanná. A mercerezés során a kristályszerkezet és

D ILEULOOiULV V]HUNH]HW PyGRVXOiViYDO D FHOOXOy] KR]]iIpUKHW VpJH UHDNWLYLWiVD Q|YHNV]LN 0HJIHOHO W|PpQ\VpJ O~JJDO NH]HOYH D SDPXWV]|YHWHW D] HUHGHWL

mikrofibrillák elemi fibrillákká bomlanak [17]. A mercerezéshez rendszerint 5-6 mol dm^-3 W|PpQ\VpJ 1D2+-oldatot használnak, amellyel növelik a szövet

IpQ\HVVpJpW V]DNtWyV]LOiUGViJiW >@ KR]]iIpUKHW VpJpW H]]HO HJ\WW MDYXO D FHOOXOy] V]tQH]KHW VpJH >@ pV ROGKDWyViJD LV >@ $ FHOOXOyzt lúgos oldattal

NH]HOYH D V]|YHW ]VXJRURGiVD ILJ\HOKHW PHJ H]pUW D PHUFHUH]pV LGHMH DODWW D

szövetet feszítéssel eredeti méretén tartják. A mercerezett szövet tulajdonságai

EHIRO\iVROKDWyNDPHUFHUH]pVK PpUVpNOHWpYHODIHV]tWpVHU VVpJpYHOpVDO~JRldat koncentrációjával is [17].

A textiliparban NaOH-oldat mellett a cellulóz tulajdonságainak javításához

HOV VRUEDQ D IRO\pNRQ\ DPPyQLiW KDV]QiOMiN $ IRO\pNRQ\ DPPyQLD FV|NNHQWL D

cellulóz kristályossági fokát, növeli a cellulóz reaktivitását, ami hatékonyabbá teszi a cellulóz feldolgozása során alkalmazott kémiai és fizikai kezeléseket. A

IRO\pNRQ\ DPPyQLD D]RQEDQ QHP HOpJ HU V O~J DKKR] KRJ\ D +-kötések átrendezésével a natív cellulózban irreverzibilis folyamatokat eredményezzen, azaz a cellulóz I kristályformát átalakítsa cellulóz II szerkezetbe. A cellulózt folyékony ammóniával kezelve cellulóz III szerkezetet kapunk, az elemi cella paraméterei ebben az esetben a = 1,025 nm, b = 0,778 nm, c = 1,034 nm és γ = 122,4°. A cellulóz III könnyedén visszaalakítható cellulóz I formába, ha az ammóniát vízzel

NLPRVVXNDUHQGV]HUE O

A tetraalkil-ammónium-hidroxidok cellulózra gyakorolt hatása kevésbé ismert, viselkedésük eltér az alkáli-hidroxidoktól és a folyékony ammóniától egyaránt. Általános képletük az R4NO+ D VRUR]DW HOV WDJMD D WHWUDPHWLO- ammónium-hidroxid (TMAH). A NaOH-tól és a folyékony ammóniától a TMAH leginkább lipofil karakterében és kationméretében különbözik. A tetraalkil-

ammónium-hidroxidok képesek hidratált ionpárokat képezni, a cellulózt nemcsak duzzasztják, hanem oldják is, ha elég nagy az R alkil csoport [31]. A TMAH-t használják az elektronikai iparban felületek tisztítására. Tánczos és mtársai [32]

kemény- és puhafák ligninmentesítését végezték TMAH-dal, míg Fadl és mtársai [33] a cellulóz I – cellulóz II átalakulást tanulmányozva azt találták, hogy a cellulóz II már 4 mol dm^-3 TMAH koncentrációnál megjelenik, amit NaOH-oldat esetén általában csak nagyobb töménységnél tapasztaltak.

2.4. A cellulóz degradációja sugárzás és savas hidrolízis hatására

$PLQWD]WD]HO ] HNEHQHPOtWHWWHPDSDPXWIHOGROJR]iVDVRUiQDFHOOXOy]W D WHUPpV]HWHV NtVpU DQ\DJRNWyO FpOV]HU HOYiODV]WDQL YDODPLQW D FHOOXOy]

KR]]iIpUKHW VpJpW V]DEDG IHOOHWpW Q|YHOQL NHOO $ FHOOXOy] HO NH]HOpVH YpJH]KHW

enzimatikus hidrolízissel [34], sav-katalizált hidrolízissel [35], fém-katalizált oxidációval [36], hidrogén-peroxidos vagy ózonos fehérítéssel [37], lúgos bontással [38], nagy energiájú sugárzás alkalmazásával [39], illetve termikus bontással [40].

A cellulóz fizikai, NpPLDL HO NH]HOpVH D FHOOXOy] GHJUDGiFLyMiW RNR]]D DPHO\ D OiQFRN V]DNDGiViEDQ >@ PDNURJ\|N|N NpS] GpVpEHQ >@ OiQFYpJL

szabad csoportok koncentrációjának növekedésében [42], a polimerizációfok

FV|NNHQpVpEHQ >@ D JONRSLUDQy] J\ U N IHOQ\tOiViEDQ [44] és aktív helyek

NpS] GpVpEHQ >@ Q\LOYiQXO PHJ $ VXJiU]iVRV NH]HOpV HOYpJH]KHW

elektronsugárzással [46] és radioaktív izotóp (⁶⁰Co) sugárzásával is [26].

2.4.1. 3ROLPHUL]iFLyIRNOiQFW|UGHO GpV

A cellulóz polimerizációfokát rendszerint viszkozimetriás módszerrel

KDWiUR]]iN PHJ D FHOOXOy] PHJIHOHO ROGyV]HUUHO NpV]tWHWW ROGDWiEyO $] -as

pYHN YpJpQ 6WDXGLQJHU YROW D] HOV N HJ\LNH DNL IHOLVPHUWH KRJ\ NLV PHQQ\LVpJ

polimeranyag feloldása esetén kapott nagy viszkozitásnövekedés a makromolekuláNWHUPpV]HWpQHNN|V]|QKHW >@$FHOOXOy]QHKH]HQYLKHW ROGDWED

>@ ROGiVD NO|QE|] V]HUYHV Ei]LVRN IpPNRPSOH[HLYHO OHKHWVpJHV >@ ~J\PLQW

CADACSEN (trietilén-diamin-kadmium-hidroxid) [48], CUEN (trietilén-diamin- réz-I-hidroxid) [43], benzil-trietil-ammónium-hidroxid, vas-III-nátrium-tartarát és CUOXAM (réz-I-tetrammin-hidroxid) [17].

$ QDJ\HQHUJLiM~ VXJiU]iV D W|EEL IL]LNDL NpPLDL HO NH]HOpVL PyGKR]

hasonlóan a cellulóz oxidatív degradációját okozza [13], a cellulózláncok a β-1-4 glikozidos kötésnél elszakadnak, ami a polimerizációfok csökkenésében

PXWDWNR]LN PHJ >@ $ OiQFRN HOV]DNDGiVD YpOHWOHQV]HU HQ W|UWpQLN V]iPXN DUiQ\RV D VXJiU]iVL Gy]LVVDO >@ $ GHJUDGiFLy PpUWpNH HU VHQ IJJ D NLLQGXOiVL DODSDQ\DJWyO >@ DQQDN V]HUNH]HWpW O >@ pVkiindulási polimerizációfokától, de nem függ a rendezettségi foktól [42].

6XJiU]iV KDWiViUD D FHOOXOy]EDQ QHP FVDN GHJUDGiFLy KDQHP D NpS] G|WW

makrogyökök összekapcsolódásával térhálósodás is bekövetkezhet [48], a

GHJUDGiFLy pV D WpUKiOyVRGiV HJ\LG EHQ LV HO IRUGXOKDW XJ\DQDQQiO D] DQ\DJQiO

[50]. A kiindulási anyag és a monomer egységek kémiai tulajdonságai, valamint a sugárzás körülményei, az abszorbeált dózis határozzák meg, hogy melyik folyamat lesz a meghatározó [48]. Wakelyn és mtársai [13] valamint Phillips [44] egyaránt arról számolnak be, hogy pamutcellulózt 0,83 kGy dózisú γ-besugárzással kezelve a polimerizációfok értéke 4400-ról 3100-ra csökken. Neal és Krässig [43] gyorsított elektronokkal besugárzott facellulóz pépet vizsgálva azt kapták, hogy a polimerizációfok a kiindulási 1100-DV pUWpNU O -re esett vissza 6 kGy dózisú

EHVXJiU]iVW N|YHW HQ /LQG pV PWiUVDL >@ N*\yUD Gy]LVWHOMHVtWPpQ\

γ-sugárzással kezelt facellulóz pép viszkozitáscsökkenését mérték.

Polimerizációfokot nem határoztak meg, de a viszkozitás 1,5 kGy dózis hatására 1200 ml/g-ról 900 ml/g értékre esett vissza. Az imént felsorolt mérési eredmények

HOOHQWPRQGDQDN 3UXåLQHF pV PWiUVDL >@ D]RQ iOOtWiViQDN DPHO\ V]HULQW D

degradáció 10 kGy-QpO QDJ\REE Gy]LVRNQiO ILJ\HOKHW PHJ, míg ennél kisebb értékeknél a keresztkötések létrejötte a meghatározó folyamat. Wakelyn és mtársai [13] valamint Phillips [44] közleményében is megtaláljuk, hogy a γ-sugárzás hasonlóan változtatja meg a cellulóz tulajdonságait, mint az elektronsugárzás.

A szakirodalomban található polimerizációfok mérési sorozatokat szemléletes ábrázolásmódban összefoglalva a 2.8. ábra mutatja.

2.8. ábra: A cellulóz polimerizációfokának változása a dózis függvényében, irodalmi adatok alapján, log-log koordinátarendszerben ábrázolva

A degradáció mértékét nemcsak a sugárzási dózis nagysága, hanem más egyéb kémiai, fizikai paraméterek is befolyásolják. Bár a cellulóz oxidatív úton degradálódik oxigén jelenlétében és távollétében egyaránt [13], a szálak oxigént és vizet abszorbeálnak, ami a degradáció mértékét befolyásolja [40]. Walsh és Oraby

>@ N|]OHPpQ\pEHQ D]W WDOiOMXN KRJ\ D FHOOXOy]EDQ NpS] G|WW J\|N|N

oxigénmentes környezetben nagyon hosszú ideig, akár évekig is megmaradhatnak, mivel diffúziójuk nagyon lassú.

Dziedziela és Rosiak [41] szerint az oxigén jelenléte nem befolyásolja a szabad gyökök keletkezését, míg Lind és mtársai [37] kísérleti eredményei azt mutatják, hogy oxigén jelenlétében minden szabad alkil-gyök átalakul peroxi-

J\|NNp 3UXåLQHF pV PWiUVDL >@ Vzerint oxigén jelenlétében a besugárzás megszakítása után is folytatódik a cellulóz degradációja. Glegg és Kertész [51], az

1 10 100

100 1000

pamutcellulóz,

levegõn besugározva [41]

fehérített facellulóz pép, levegõn besugározva [43]

tisztított pamutcellulóz, N₂-ben besugározva, [13]

log polimerizációfok

log dózis (kGy)

HO ] HNKH] KDVRQOyDQ D EHVXJiU]iV PHJV]DNtWiViW N|YHW HQ D]RQRV PpUWpN

degradációt tapasztaltak, mint ami a sugárzás alatt lejátszódott. Velük ellentétben Neal és Krässig [43] nem talált összefüggést a cellulóz degradációja és a besugárzás

XWiQ HOWHOW LG N|]|WW YpOHPpQ\N V]HULQW D GHJUDGiFLy J\RUVDQ D VXJiU]iVVDO HJ\LG EHQMiWV]yGLNOH

A cellulózt vizes közegben besugározva, az oldat viszkozitása nagyobb

PpUWpNEHQFV|NNHQPLQWDPLDV]LOiUGiOODSRW~EHVXJiU]iVWN|YHW HQNpV]tWHWWROGDW

viszkozitásánál tapasztalható [52]. Olkkonen és mtársai [53] megfigyelték, hogy a

FHOOXOy] D N|UQ\H]HWpEHQ NpS] G 2+-gyökök hatására degradálódik, míg Lind és

PWiUVDL >@ D]W iOOtWMiN KRJ\ D GHJUDGiFLy HOV VRUEDQ D V]iO GLUHNW LRQL]iFLyMiQDN N|V]|QKHW pV QHP D Yt]EHQ NHOHWNH] 2+J\|N|NQHN $ VXJiU]iV KDWiViUD NpS] G 2+-gyököknek csak mintegy 25 %-D RNR]]D D FHOOXOy]OiQF W|UGHO GpVpW

nagyobb hányaduk a cellulóz hidrogénjeivel lép reakcióba. Munkájuk során a szárazon besugárzott szálak esetén nagyobb degradációt kaptak, mint a szuszpendált szálaknál, amit a cellulóz által megkötött és a cellulóz üregeiben található víz jelenlétének és reakcióinak tulajdonítottak [37]. Ez a megfigyelésük ellentétben áll a Fei és mtársai [52] által leírtakkal.

$ FHOOXOy] HO NH]HOpVpW PiV IL]LNDL NpPLDL PyGV]HUHNNHO YpJH]YH KDVRQOy GHJUDGiFLyV IRO\DPDWRNDW WDSDV]WDOXQN PLQW D VXJiU]iVRV NH]HOpVW N|YHW HQ $

savas hidrolízis láncszakító lépését a 2.3. egyenlet mutatja, amely a cellulózmolekulák bomlását okozza.

2.3. egyenlet: A cellulóz bomlása savkatalizált hidrolízissel [13]

+ H3O⁺ - H2O

H2O + H3O⁺

2

$ VDYDV KLGUROt]LV HOV VRUEDQ GLPHUHNHW pV WHWUDPHUHNHW HUHGPpQ\H] pV VRNNDONLVHEEPHQQ\LVpJEHQNpS] GQHNWULPHUHNpVSHQWDPHUHN$VDYOHJLQNiEED

láncvégeket támadja, kLV ROGKDWy UpV]HNUH ERQWYD D FHOOXOy]W $ NH]HOpVW N|YHW HQ W|PHJYHV]WHVpJHW PpUWHN GH D SROLPHUL]iFLyIRNEDQ MHOHQW V YiOWR]iVW QHP

figyeltek meg [13].

A γ-VXJiU]iVQ|YHOLDKR]]iIpUKHW VpJHWDVDYV]iPiUD>@N*\Gy]LV~

EHVXJiU]iVW N|YHW HQ D FHOOXlóz savas kezeléssel glükózzá bontható [54].

Guhagarkar [19] V]HULQW D NHOHWNH] JONy] D GHJUDGiFLy VRUiQ FVDN N|]WLWHUPpN DPHO\ NpV EE SHQWy]RNNi ERPOLN $ ERPOiV VRUiQ D FHOOXOy]EyO JONXURQVDY

cellobióz, glükóz majd az öt szénatomszámos arabinóz és xilóz [19], valamint

KDQJ\DVDY pV PDORQGLDOGHKLG NpS] GLN >@ $ FHOOXOy]W NL]iUyODJ VXJiU]iVVDO NH]HOYH D NLLQGXOiVL SROLPHUL]iFLyIRNWyO IJJ HQ NO|QE|] PHQQ\LVpJ

makromolekulák keletkezését tapasztalták [48], 1000 kGy nagyságú dózis esetén

YpJV WHUPpkként monoszacharidokat mutattak ki [38]. Amint arról a 2.1.3.

pontban szó volt, az ipari felhasználás során általában 10-100 kGy-es nagyságrendben alkalmazzák a sugárzásokat, az 500-1000 kGy-es vagy ennél nagyobb dózisú besugárzások ipari hasznosíthatóságDPHJNpUG MHOH]KHW

2.4.2. *\|NNpS] GpVJ\ U IHOQ\tOiV

2.9. ábra: $FHOOXOy]PDNURJ\|N|NE OR[LJpQKDWiViUDNpS] G SHUR[LJ\|N|N[55]

$ EHVXJiU]iVNRU D FHOOXOy]EDQ HO V]|U D VXJiU]iV HQHUJLiMD ORNDOL]iOyGLN

majd ez eredményezi a cellulóz dehiGURJpQH] GpVpWpVD]DQKLGUR-glükóz egységek

bomlását [44].

$ FHOOXOy]EDQ VXJiU]iV KDWiViUD NpS] G|WW PDNURJ\|N|NE O R[LJpQ

jelenlétében gyors oxigénaddicióval peroxigyökök keletkeznek a 2.9. ábrának

PHJIHOHO HQ>@3pOGDNpQWDFHOOXOy]&-ös szénatomjiQNHOHWNH] PDNURJ\|N|W

a 2.10. ábra mutatja.

2.10. ábra: $FHOOXOy]&V]pQDWRPMiQNpS] G J\|N [4]

2.11. ábra: A karbonilcsoportok mennyiségének növekedése a sugárzási dózis növelésével [7]

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 20 40 60 80 100

Karbonil-csoport mennyisége (%)

dózis (kGy)

karbonil-csoport

$ J\ U IHOQ\tOiVW D V]DEDG NDUERQLOFVRSRUWRN PHQQ\LVpJének növekedésével lehet igazolni, amely a 2.11. ábrán látható telítési görbének

PHJIHOHO HQ Q D Gy]LV IJJYpQ\pEHQ pV D2.4. egyenlet V]HULQWL J\ U IHOQ\tOiVL IRO\DPDWWDO PDJ\DUi]KDWy >@ %HVXJiU]iV KDWiViUD D JONRSLUDQy] J\ U N

felnyílása bármely két V]RPV]pGRV V]pQDWRP N|]|WW OpY NRYDOHQV N|WpV

felszakadásával megtörténhet.

2.4. egyenlet: *\ U IHOQ\tOiVHOHNWURQVXJiU]iVKDWiViUDFHOOXOy]EDQ [7]

2.12. ábra: $FHOOXOy]&V]pQDWRPMiQNpS] G PDNURJ\|NE ONHOHWNH]

bomlástermék gyökök (a, b, [44]LOOHWYHQHPJ\|N|VN|]WLWHUPpNE O J\ U IHOQ\tOiVVDONHOHWNH] YpJWHUPpNHNc, d [53])

A 2.10. ábráQ IHOWQWHWHWW PDNURJ\|NE O NLLQGXOYD W|EEIpOH GHJUDGiFLyV

termék keletkezik, amelyeket a 2.12. ábra a és b része mutat be. A cellulózt

y]RQQDO DNWLYiOYD D J\ U IHOQ\tOiV D2.12. ábra c és d részén látható folyamat

c d

O₃

a

b

elektronsugárzás +H2