Articol complet Pregătirea membranelor compozite de celuloză de înaltă performanță din solvent LiOHurea

articol de cercetare

Articol complet
Cifre și date
Referințe
Citații
Valori
Licențierea
Reimprimări și permisiuni
PDF

Abstract

Abstract grafic

Introducere

Polimerii folosiți pe scară largă precum polietilena (PE), polipropilena (PP), polistirenul (PS) și clorura de polivinil (PVC) sunt materiale pe bază de petro, ceea ce nu este durabil. În plus, aceste materiale polimerice nu au putut fi biodegradate și vor rămâne mult timp în mediul înconjurător, odată ce au fost abandonate, provocând poluarea mediului în creștere și probleme de epuizare a resurselor [1, 2]. Evident, este important să se dezvolte materiale ecologice și regenerabile, care ar putea înlocui polimerii tradiționali în unele sau chiar toate aspectele.

Fiind cea mai abundentă resursă de polimeri naturali de pe pământ [3], celuloza atrage o atenție crescândă [4, 5]. Celuloza prezintă proprietăți excelente, cum ar fi densitatea redusă, rezistența ridicată, foarte hidrofilă, modificarea chimică ușoară și biodegradabilitatea, ceea ce o face ideală pentru prepararea materialelor de înaltă performanță [6]. Cu toate acestea, datorită cristalinității ridicate și a legăturilor puternice de hidrogen intermoleculare, celuloza nu a putut fi topită sau dizolvată în solvenți obișnuiți, ceea ce limitează aplicațiile lor. Au fost preparate unele materiale bazate pe celuloză de dimensiuni nanometrice și celuloză modificată chimic [7-9]. Cu toate acestea, costurile de producție trebuie reduse semnificativ pentru a-și extinde gama de aplicații.

În ultimii ani, au fost dezvoltate mai multe tipuri de solvenți care ar putea dizolva celuloză cu succes [10-12], făcând posibilă obținerea unor materiale funcționale de celuloză regenerată. Acești solvenți ar putea fi împărțiți în două categorii: solvenți derivați și solvenți nondivivați [13]. Solventul derivat ar putea realiza dizolvarea prin formarea unei legături covalente cu celuloza, cum ar fi NaOH/CS2 și sistemul alcalin/uree. Acestea sunt utilizate pe scară largă în industria filării de viscoză, dar CS2 toxic ar fi generat atunci când materialele celulozice au fost produse prin procesul de dizolvare - regenerare. Între timp, solvenții nondivivați, cum ar fi NMMO (N-metil-morfolină-N-oxid), DMAc/LiCl și lichide ionice, formează forțe intermoleculare puternice cu celuloza, distrug astfel legătura de hidrogen și, în final, dizolvă celuloza. Unele materiale regenerate de celuloză au fost preparate cu succes din acei solvent. De exemplu, Sam și colab. [14] Membrane antimicrobiene preparate din amestec m - aramid/celuloză din DMAc/LiCl pentru dezinfectarea apei. Kim și colab. [15] compus preparat oxid de grafen (GO)/celuloză cu conductivitate electrică prin regenerarea compozitelor din N-metilmorfolină-N-oxid (NMMO).

Cu toate acestea, metastabilitatea sistemului de soluții alcaline/uree/celuloză limitează conținutul de celuloză și provoacă defecte în timpul procesului de regenerare. Astfel, cauzând rezistență mecanică scăzută pentru aceste materiale de celuloză [21]. Mai mult, aceste defecte ale celulozei regenerate nu au putut fi vindecate prin recoacere. Aceste dezavantaje limitează aplicarea materialelor de celuloză regenerate dintr-un astfel de sistem. Utilizarea materialelor de umplutură pentru a spori performanța mecanică a acestor materiale de celuloză este o modalitate viabilă de a extinde aplicarea acestora. Din păcate, mediul puternic alcalin și apos face dificilă alegerea materialelor de umplutură adecvate. Umpluturile tradiționale precum nanotuburile de carbon (CNT) și fibra de sticlă (GF) nu sunt adecvate pentru acest sistem. Prin urmare, investigarea noilor materiale de umplutură este esențială.