Отримання та характеристика нанофібрильованої целюлози з бамбукового волокна за допомогою ультразвуку

1 Спільний інноваційний центр провінції Чжецзян з питань біохімічного виробництва сільськогосподарських біологічних ресурсів, Науково-технічний університет Чжецзян, Ханчжоу 310023, Китай

нанофібрильованої

Анотація

1. Вступ

В останні роки набагато більше уваги приділяється стійким, зеленим та екологічно чистим матеріалам через зростаючий інтерес громадськості до екологічних проблем та посилення тиску з боку законодавчих установ [1, 2]. Целюлоза є найпоширенішим природним біополімером, що відновлюється на землі, і присутня у великій кількості живих видів, таких як рослини, тварини та деякі бактерії. Целюлоза - це багатофункціональна сировина, яка може самостійно збиратись у чітко визначені архітектури у різних масштабах, від нано- до мікророзміру, і, як очікується, вона зможе замінити багато невідновлюваних матеріалів [3]. Целюлоза в природі не зустрічається як ізольована окрема молекула, але вона зустрічається як збірки окремих клітинних клітинних стінок целюлозного ланцюга. Вищі рослини утворюють висококристалічні целюлозні мікрофібрили, кожна з яких складається з 30–40 повністю витягнутих і лінійних целюлозних ланцюгів і є елементами з другою найменшою шириною (

3 нм) після одиночних целюлозних ланцюгів [4]. Стінки клітин рослин складаються з целюлозних мікрофібрил, наповнених геміцелюлозами та лігніном. Мікрофібрили настільки щільно пов'язані одна з одною множинними водневими зв'язками, що їх екстракція виявилася надзвичайно складною. Застосовуючи жорстку водну механічну або хімічну обробку, деревне волокно може деградуватися і розкриватися в їх субструктурні одиниці, даючи такий матеріал, як мікроволокно і нановолокно.

Термін "наноцелюлоза", як правило, відноситься до целюлозних матеріалів, що мають щонайменше один розмір в нанометровому діапазоні. Існує дві основні структури, а саме: нанофібрильована целюлоза (NFC) та нанокристалічна целюлоза (NCC), як показано на малюнку 1. Неподібність пов’язана з їх морфологією. NCC можна розглядати як кристалічні області NFC. NCC, що має коротку паличкоподібну форму довжиною від 100 до 200 нм та діаметром від 4 до 25 нм, був широко виділений обробкою кислотним гідролізом [5]. NFC має діаметр нижче 100 нм і довжину в кілька мікрон, які можна виділити механічними процесами [6].

NFC складаються з довгої, схожої на павутину структури, що демонструє виняткові механічні властивості [7], включаючи високий модуль Юнга, високу міцність і дуже низький коефіцієнт теплового розширення. НФК викликали великі інтереси завдяки їх поєднанню з відповідним матричним полімером для високоякісного спеціального застосування композитів на біологічній основі. Таким чином, розвиток ефективних методів вилучення НФК з біомаси викликав інтерес, що викликає інтерес.

NFC зазвичай отримували шляхом механічного розпаду за допомогою супершліфувальних машин [8], гомогенізаторів високого тиску [9], мікрофлюїзаторів високого тиску [10] або кріодробування [11]. Однак механічний розпад волокон на нановолокна часто включає кілька проходів через дезінтеграційний пристрій, що призводить до великих витрат енергії. Один метод дезінтеграції страждає від двох основних недоліків. Перша проблема - відносно низький урожай. Другий - гідрофільна природа целюлози, що спричиняє незворотну агломерацію під час сушіння та компаундування в неполярних матрицях.