Mecanism pentru reglarea hidrofobicității filmelor de celuloză microfibrilate prin control termic
Vibhore Kumar Rastogi
1 Catedră de inginerie a materialelor bazate pe bio, Facultatea de mediu și resurse naturale, Institutul de cercetare pentru studii avansate din Freiburg (FRIAS), Universitatea din Freiburg, Werthmannstrasse 6, 79085 Freiburg, Germania; E-mail: [email protected]
2 Școala postuniversitară Hermann Staudinger, Universitatea din Freiburg, Hebelstrasse 27, 79104 Freiburg, Germania
Dirk Stanssens
3 Topchim NV, Nijverheidsstraat 98, 2160 Wommelgem, Belgia; E-mail: [email protected]
Pieter Samyn
1 Catedră de inginerie a materialelor bazate pe bio, Facultatea de mediu și resurse naturale, Institutul de cercetare pentru studii avansate din Freiburg (FRIAS), Universitatea din Freiburg, Werthmannstrasse 6, 79085 Freiburg, Germania; E-mail: [email protected]
Date asociate
Abstract
Deși filmele de celuloză microfibrilată (MFC) au proprietăți bune de barieră împotriva oxigenului datorită structurii sale fine a rețelei, proprietățile se deteriorează puternic după absorbția apei. În această lucrare, a fost urmată o nouă abordare pentru reglarea activă a rezistenței la apă a unei rețele de fibre MFC prin includerea nanoparticulelor organice dispersate cu ceară de plante încapsulată. Suspensiile de celuloză modificate au fost turnate în pelicule și ulterior au fost întărite la 40 până la 220 ° C. Ca atare, unghiurile statice de contact cu apa pot fi reglate în mod specific de la 120 la 150 ° prin selectarea temperaturii de întărire în raport cu temperaturile de tranziție intrinseci ale pulpei modificate, determinate de analiza termică. Apariția ceară încapsulată după întărire a fost urmată de o combinație de analiză morfologică, spectroscopie în infraroșu și cartografiere Raman, care arată mecanisme echilibrate de eliberare progresivă și migrare a ceară în rețeaua de fibre care controlează proprietățile suprafeței și unghiurile de contact cu apa. În cele din urmă, apariția nanoparticulelor acoperite cu un strat subțire de ceară după eliberarea termică completă oferă cea mai mare hidrofobitate.
1. Introducere
Celuloza microfibrilată (MFC) posedă numeroase proprietăți interesante atribuite formării unei rețele fibroase dense cu suprafață ridicată și raport de aspect, rigiditate ridicată și rezistență la tracțiune și bune proprietăți de barieră la oxigen. În paralel cu netoxicitatea, biodegradabilitatea și originea sa din diverse resurse regenerabile sau materiale secundare (de exemplu, fibre fine de hârtie sau deșeuri agricole), MCF a devenit un candidat adecvat ca material natural de întărire pentru bio-compozite [1 ] sau în aplicații de ambalare, utilizate ca folie turnată de sine stătătoare [2] sau aditiv pentru acoperire [3]. Cu toate acestea, exploatarea completă a acestor proprietăți este întotdeauna mascată de hidrofilitatea puternică care duce la o afinitate ridicată a fibrelor la fibre și la o aderență sau dispersie slabă într-o matrice nepolară. Deteriorarea proprietăților barierei de oxigen [4] este o altă problemă majoră asociată cu natura hidrofilă a celulozei, care o face sensibilă la adsorbția apei sau a umezelii, ducând astfel la slăbirea și umflarea rețelei de celuloză. În consecință, eforturile majore sunt, în general, mult înainte de a îmbunătăți rezistența la apă a fibrelor de hârtie unicelulosice prin modificări hidrofobe [5].