Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Chuẩn bị aerogel nanofibril cellulose được liên kết chéo với khả năng hấp thụ nước và phục hồi hình dạng
Tóm tắt
Aerogel nanofibril cellulose (CNF) là vật liệu hứa hẹn cho nhiều ứng dụng do đặc tính xốp cao và siêu nhẹ của chúng. Mạng lưới sợi của aerogel CNF được liên kết với nhau thông qua liên kết hydro và sự rối rắm cơ học của các sợi kề nhau dễ dàng bị phá hủy khi tiếp xúc với nước. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã chuẩn bị aerogel CNF liên kết chéo bằng axit maleic và natri hypophosphite làm tác nhân liên kết. Trong bước đầu xử lý, CNF phân tán trong nước đã được phản ứng với axit maleic để tạo ra một liên kết este. Sau đó, natri hypophosphite được thêm vào dung dịch CNF đã được chức năng hóa bằng axit maleic và dung dịch này được làm đông nhanh bằng nitơ lỏng. Aerogel CNF đã thu được sau quá trình đông khô. Liên kết chéo của cellulose được hình thành thông qua phản ứng giữa liên kết đôi cacbon-cacbon của CNF đã chức năng hóa bằng axit maleic và hypophosphite. Aerogel CNF liên kết chéo thể hiện độ ổn định mạng tốt trong nước và khả năng đàn hồi sau khi nén.
Từ khóa
#aerogel nanofibril cellulose #liên kết chéo #khả năng hấp thụ nước #phục hồi hình dạngTài liệu tham khảo
Alemdar A, Sain M (2007) Isolation and characterization of nanofibers from agricultural residues—wheat straw and soy hulls. Bioresour Technol 99(6):1664–1671. doi:10.1016/j.biortech.2007.04.029
Aulin C, Netrval J, Wågberg L, Lindström T (2010) Aerogels from nanofibrillated cellulose with tunable oleophobicity. Soft Matter 6(14):3298–3305. doi:10.1039/C001939A
Cai J, Liu S, Feng J, Kimura S, Wada M, Kuga S, Zhang L (2012) Cellulose-silica nanocomposite of TEMPO-oxidized MFC and CTMP fibres. Angew Chem Int Ed 51(9):2076–2079. doi:10.1002/anie.201105730
Cervin NT, Aulin C, Lasson PT, Wågberg L (2012) Ultra porous nanocellulose aerogels as separation medium for mixtures of oil/water liquids. Cellulose 19(2):401–410. doi:10.1007/s10570-011-9629-5
Chen W, Lickfield GC, Yang CQ (2004) Molecular modeling of cellulose in amorphous state. Part I: model building and plastic deformation study. Polymer 45(3):1063–1071. doi:10.1016/j.polymer.2003.11.020
Chen W, Haipeng Y, Qing L, Yixing L, Jian L (2011) Ultralight and highly flexible aerogels with long cellulose I nanofibers. Soft Matter 7(21):10360–10368. doi:10.1039/C1SM06179H
Dufresne A, Cavaillé JY, Helbert W (1997) Thermoplastic nanocomposites filled with wheat Straw cellulose whiskers. Part II: effect of processing and modeling. Polym Compos 18(2):198–210. doi:10.1002/pc.10274
Heiskanen L, Backfolk K, Vehviläinen M, Kamppuri T, Nousiainen P (2012) Process for producing microfibrillated cellulose. Eur Pat 2011004301:28
Henriksson M, Henriksson G, Berglund LA, Lidström T (2007) An environmentally friendly method for enzyme-assisted preparation of microfibrillated cellulose (MFC) fibers. Eur Polym J 43(8):3434–3441. doi:10.1016/j.eurpolymj.2007.05.038
Herrick FW, Casebier RL, Hamilton JK, Sandberg KR (1983) Microfibrillated cellulose: morphology and accessibility. J Appl Polym Sci: Appl Polym Symp 37:797–813
Hüsing N, Schubert U (1998) Aerogels—airy materials: chemistry, structure, and properties. Angew Chem Int Ed 37(1–2):22–45. doi:10.1002/(SICI)1521-3773(19980202)37:1/2<22:AID-ANIE22>3.0.CO;2-I
Isogai T, Saito T, Isogai A (2011) Wood cellulose nanofibrils prepared by TEMPO electro-mediated oxidation. Cellulose 18(2):421–431. doi:10.1007/s10570-010-9484-9
Iwamoto S, Nakagaito AN, Yano H, Nogi M (2005) Optically transparent composites reinforced with plant fiber-based nanofibers. Appl Phys A 81(6):1109–1112. doi:10.1007/s00339-005-3316-z
Iwamoto S, Nakagaito AN, Yano H (2007) Nano-fibrillation of pulp fibers for the processing of transparent nanocomposites. Appl Phys A 89(2):461–466. doi:10.1007/s00339-007-4175-6
Kang K, Kim H (2012) Effects of temperature and relative humidity on the physical properties of electronic copying paper. J Korea TAPPI 44(3):70–78
Kim H, Choi W, Um G (2006) The effect of atmospheric conditions on the physical and mechanical properties of linerboard. J Korea TAPPI 38(5):60–65
Kistler SS (1931) Coherent expanded aerogels and jellies. Nature 127:741. doi:10.1038/127741a0
Missoum K, Belgacem MN, Bras J (2013) Nanofibrillated cellulose surface modification: a review. Materials 6(5):1745–1766. doi:10.3390/ma6051745
Nakagaito AN, Yano H (2004) The effect of morphological changes from pulp fiber towards nano-scale fibrillated cellulose on the mechanical properties of high-strength plant fiber based composites. Appl Phys A 78(4):547–552. doi:10.1007/s00339-003-2453-5
Pääkkö M, Ankerfors M, Kosonen H, Nykänen A, Ahola S, Österberg M (2007) Enzymatic hydrolysis combined with mechanical shearing and high-pressure homogenization for nanoscale cellulose fibrils and strong gels. Biomacromolecules 8(6):1934–1941. doi:10.1021/bm061215p
Pääkkö M, Vapaavuori J, Silvennoinen R, Kosonen H, Ankerfors M, Lindström T, Berglund LA, Ikkala O (2008) Long and entangled native cellulose I nanofibers allow flexible aerogels and hierarchically porous templates for functionalities. Soft Matter 4:2492–2499. doi:10.1039/B810371B
Pierre AC, Pajonk GM (2002) Chemistry of aerogels and their applications. Chem Rev 102(11):4243–4266. doi:10.1021/cr0101306
Saito T, Nishiyama Y, Putaux J, Vignon M, Isogai A (2006) Homogeneous suspensions of individualized microfibrils from TEMPO-catalyzed oxidation of native cellulose. Biomacromolecules 7(6):1687–1691. doi:10.1021/bm060154s
Saito T, Kimura S, Nishiyama Y, Isogai A (2007) Cellulose nanofibers prepared by TEMPO-mediated oxidation of native cellulose. Biomacromolecules 8(8):2485–2491. doi:10.1021/bm0703970
Sakurada I, Nukushina Y, Ito T (1962) Experimental determination of the elastic modulus of crystalline regions in oriented polymers. J Polym Sci 57(165):651–660. doi:10.1002/pol.1962.1205716551
Sehaqui H, Salajková M, Zhou Q, Berglund LA (2010) Mechanical performance tailoring of tough ultra-high porosity foams prepared from cellulose I nanofiber suspensions. Soft Matter 6(8):1824–1832. doi:10.1039/B927505C
Shibata M, Nakai M (2010) Preparation and properties of biocomposites composed of bio-based epoxy resin, tannic acid, and microfibrillated cellulose. J Polym Sci B 48(4):425–433. doi:10.1002/polb.21903
Sim K, Ryu J, Youn HY (2015) Structural characteristics of nanofibrillated cellulose mats: effect of preparation conditions. Fibers Polym 16(2):294–301. doi:10.1007/s12221-015-0294-4
Siqueira G, Bras J, Dufresne A (2010) Luffa cylindrica as a lignocellulosic source of fiber, microfibrillated cellulose, and cellulose nanocrystals. BioResources 5(2):727–740
Svagan AJ, Azizi Samir MAS, Berglund LA (2008) Biomimetic foams of high mechanical performance based on nanostructured cell walls reinforced by native cellulose nanofibrils. Adv Mater 20(7):1263–1269. doi:10.1002/adma.200701215
Syverud K, Kirsebom H, Hajizadeh S, Chinga-Carrasco G (2011) Cross-linking cellulose nanofibrils for potential elastic cryo-structured gels. Nanoscale Res Lett 6:626–632. doi:10.1186/1556-276X-6-626
Syverud K, Pettersen SR, Draget K, Chinga-Carrasco G (2015) Controlling the elastic modulus of cellulose nanofibril hydrogels–scaffolds with potential in tissue engineering. Cellulose 22(1):473–481. doi:10.1007/s10570-014-0470-5
Taipale T, Österberg M, Nykänen A, Ruokolainen J, Lainen J (2010) Effect of microfibrillated cellulose and fines on the drainage of kraft pulp suspension and paper strength. Cellulose 17(5):1005–1020. doi:10.1007/s10570-010-9431-9
Turbak AF, Synder FW, Sandberg KR (1983) Microfibrillated cellulose, a new cellulose product: properties, uses, and commercial potential. J Appl Polym Sci: Appl Polym Symp 37:815–827
Uetani K, Yano H (2011) Nanofibrillation of wood pulp using a high-speed blender. Biomacromolecules 12(2):348–353. doi:10.1021/bm101103p
Wang YY, Tian M, Xu HX, Fan P (2014) Influence of moisture on mechanical properties of cellulose insulation paper. Int J Mod Phys B 28(7):1450051-1-1450051-12. doi: 10.1142/S0217979214500519
Yang CQ, Chen D, Guan J, He Q (2010) Cross-linking cotton cellulose by the combination of maleic acid and sodium hypophosphite. 1. Fabric wrinkle resistance. Ind Eng Chem Res 49(18):8325–8332. doi:10.1021/ie1007294
Yano H, Nakahara S (2004) Bio-composites produced from plant microfiber bundles with a nanometer unit web-like network. J Mater Sci 39(5):1635–1638. doi:10.1023/B:JMSC.0000016162.43897.0a
Yao W, Wang B, Ye T, Yang Y (2013) Durable finishing of cotton fabrics with citric acid: enhancement of whiteness and wrinkle recovery by polyol extenders. Ind Eng Chem Res 52(46):16118–16127. doi:10.1021/ie402747x
Zhang W, Yaan Z, Canhui L, Yulin D (2012) Aerogels from crosslinked cellulose nano/micro-fibrils and their fast shape recovery property in water. J Mater Chem 22(3):11642–11650. doi:10.1039/C2JM30688C
Zheng Q, Cai Z, Gong S (2014) Green synthesis of polyvinyl alcohol (PVA)–cellulose nanofibril (CNF) hybrid aerogels and their use as superabsorbents. J Mater Chem A 2(9):3110–3118. doi:10.1039/C3TA14642A
Zimmermann T, Pohler E, Geiger T (2004) Cellulose fibrils for polymer reinforcement. Adv Eng Mater 6(9):754–761. doi:10.1002/adem.200400097
Zimmermann T, Bordeanu N, Strub E (2010) Properties of nanofibrillated cellulose from different raw materials and its reinforcement potential. Carbohydr Polym 79(4):1086–1093. doi:10.1016/j.carbpol.2009.10.045
