Механізм регулювання гідрофобності мікрофібрильованих целюлозних плівок за допомогою контрольованого теплового режиму

Вібхор Кумар Растогі

1 кафедра інженерії матеріалів на біологічній основі, факультет навколишнього середовища та природних ресурсів, Фрайбурзький науково-дослідний інститут перспективних досліджень (FRIAS), Фрайбурзький університет, Вертманштрассе 6, 79085, Фрайбург, Німеччина; Електронна пошта: [email protected]

2 Вища школа Германа Штаудінгера, Фрайбурзький університет, Гебельштрассе 27, 79104 Фрайбург, Німеччина

Дірк Станссенс

3 Topchim N.V., Nijverheidsstraat 98, 2160 Wommelgem, Бельгія; Електронна пошта: [email protected]

Пітер Самін

Пов’язані дані

Анотація

Хоча плівки мікрофібрильованої целюлози (MFC) мають хороші кисневі бар'єрні властивості завдяки своїй дрібній сітчастій структурі, властивості сильно погіршуються після поглинання води. У цій роботі було використано новий підхід до активної настройки водостійкості волоконної мережі MFC шляхом включення диспергованих органічних наночастинок з інкапсульованим рослинним воском. Модифіковані суспензії целюлози розливали у плівки і згодом затвердівали при температурі від 40 до 220 ° C. Таким чином, статичні кути контакту з водою можуть бути спеціально налаштовані від 120 до 150 ° за допомогою вибору температури затвердіння у зв'язку з власними температурами переходу модифікованої целюлози, як це визначається термічним аналізом. Поява інкапсульованого воску після затвердіння супроводжувалась комбінацією морфологічного аналізу, інфрачервоної спектроскопії та раманівського картографування, показуючи збалансовані механізми прогресивного вивільнення та міграції воску у волоконну мережу, контролюючи властивості поверхні та кути контакту з водою. Нарешті, поява наночастинок, покритих тонким восковим шаром після повного теплового вивільнення, забезпечує найвищу гідрофобність.

1. Вступ

Мікрофібрильована целюлоза (МФЦ) володіє численними цікавими властивостями, що приписуються утворенню щільної волокнистої мережі з великою площею поверхні та співвідношенням сторін, високою жорсткістю та міцністю на розрив та хорошими кисневими бар’єрними властивостями. Паралельно зі своєю нетоксичністю, біологічною здатністю до біологічного розкладу та походженням з різних відновлюваних ресурсів або вторинних побічних матеріалів (наприклад, тонкого паперового волокна або сільськогосподарських відходів) MCF став придатним кандидатом як природний армуючий матеріал для біокомпозитів [1 ] або в упаковках, застосовується як окремо лита плівка [2] або добавка для покриття [3]. Однак повноцінне використання цих властивостей завжди маскується сильною гідрофільністю, що призводить до високої спорідненості волокна до волокна та поганої адгезії або дисперсії в неполярній матриці. Погіршення властивостей бар’єру кисню [4] - ще одна велика проблема, пов’язана з гідрофільною природою целюлози, що робить її чутливою до адсорбції води або вологи, що призводить до ослаблення та набухання целюлозної мережі. Відповідно, в основному докладаються зусилля для поліпшення водостійкості одиночних целюлозних паперових волокон шляхом гідрофобних модифікацій [5].