Włókna celulozowe o właściwościach luminescencyjnych

Abstract

Głównym celem przedstawionej rozprawy doktorskiej było otrzymanie włókien celulozowych modyfikowanych organicznymi i nieorganicznymi związkami luminescencyjnymi do zastosowania w dokumentach i tekstyliach. Podstawowym celem badań było zbadanie wpływu rodzaju, stężenia i rozproszenia modyfikatorów w matrycy polimerowej włókna na jego mechaniczne i luminescencyjne właściwości, jak również na kolor emisji otrzymanych włókien. Włókna otrzymywane były z użyciem sucho-mokrej metody formowania z roztworów celulozy, otrzymanych poprzez bezpośrednie rozpuszczenie celulozy w N-tlenku-N-metylomorfoliny (NMMO). Modyfikatory luminescencyjne dodawane były podczas procesu przygotowania płynów przędzalniczych. Zbadano właściwości otrzymanych luminescencyjnych włókien. Widma wzbudzenia i emisji zostały wykonane na spektrofotometrze fluorescencyjnym. Charakterystyki rozmiaru cząstek modyfikatora i ich rozproszenia w matrycy włókien zostały przestudiowane z użyciem transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM). Wyznaczono również właściwości mechaniczne modyfikowanych włókien, jak również zbadano wpływ testów starzeniowych na właściwości luminescencyjne i mechaniczne włókien. Biorąc pod uwagę potencjalne zastosowanie otrzymanych włókien, przygotowano w warunkach laboratoryjnych próbki papieru zawierającego włókna luminescencyjne. Zbadano właściwości zmodyfikowanego papieru oraz wykonano analizę jego mikrostruktury z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). W wyniku przeprowadzonych prac otrzymano włókna ze specjalnymi luminescencyjnymi właściwościami, gdzie związek luminescencyjny zamknięty jest w matrycy polimerowej włókien. Otrzymane włókna charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi i luminescencyjnymi, z różnymi kolorami emisji. Testy starzeniowe wykazały, iż szacunkowa trwałość włókien wynosi nie mniej niż 10 lat oraz ich właściwości luminescencyjne zostają zachowane. Analiza SEM struktury papieru zawierającego luminescencyjne włókna pokazała, iż włókna są trwale wbudowane w jego strukturę i nie mają negatywnego wpływu na właściwości papieru. Dodatek włókien do papieru zapewnia możliwości zastosowania, takie jak: zabezpieczenia dokumentów i tekstyliów oraz znacznik kontroli anizotropii w procesie produkcji papieru.

The main aim of the dissertation was to obtain cellulose fibers modified with luminescent organic and inorganic compounds for documents and papers application. The basic purpose of the research was to examine the influence of modifiers type, concentration and distribution in the polymer matrix of the fibers on their mechanical and luminescent properties, as well on the emission colour of obtained fibers. The fibers were formed with the use of dry-wet spinning method from cellulose solutions, obtained by direct dissolution of cellulose in Nmethylomorpholine- N-oxide (NMMO). Luminescent modifiers were added during spinning dope preparation process. The properties of obtained luminescent fiberswere examined. The excitation and emission spectra were performed on fluorescence spectrophotometer. The characteristics of modifiers particles size and distribution in fibers matrix were studied using transmission electron microscopy (TEM). The mechanical properties of modified fibers were also determined, as well as the influence of aging tests on mechanical and luminescent properties of the fibers. Taking into account the potencial applications of obtained fibers, laboratory production paper samples were prepared containing luminescent fibers, in order to examine their behavior as an additive in papermaking process. The properties of modified paper were examined and pictures of microstructure of paper were carried out by scanning electron microscopy (SEM) analysis. As a result of my PhD thesis the fibers with special luminescent properties were prepared. Due to the method of modification the luminescent agent is closed in polymer matrix of the fibers. This provides modification’s durability and increase the fibers usability. Obtained fibers are characterized by good mechanical and luminescent properties, with different colours of emission. Aging tests of the fibers showed that estimated durability of the fibers is no less than 10 years and the mechanical properties of fibers worsens of about 40% whereas the luminescent properties are preserved. SEM analysis of paper containing luminescent fibers showed that the fibers are permanently build into the paper's structure and have no negative influence on it's properties. Addition of the fibers to the paper provides application possibilities like documents and textile protection, as well as marker for anisotropy control in papermaking process.