تولید نانوکریستال و نانوفیبریل از خمیرکاغذ سودای رنگبری نشده و رنگبری شده با توالی رنگبری ECF و مقایسه ویژگی های مرفولوژیکی و حرارتی آنها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران

2 دانشیار، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان- دانشکده مهندسی چوب و کاغذ- گروه علوم و مهندسی کاغذ

3 دانشگاه تهران

4 دانشگاه فنی درسدن

5 دانشیار، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران

10.22034/ijwp.2023.1971297.1572

چکیده

در این مطالعه نانوکریستال‌های خمیرکاغذی (PNCs) و نانوفیبریل‌های خمیرکاغذی (PNFs) از خمیرکاغذ سودای رنگبری‌شده با توالی D0EpD1 استخراج و ویژگی‌های آن‌ها با نانوکریستال‌های لیگنوسلولزی (LCNCs) و نانوفیبریل‌های لیگنوسلولزی (LCNFs) حاصل از خمیرکاغذ سودای رنگبری‌نشده مقایسه شدند. نانوکریستال‌ها با روش هیدرولیز اسیدی اسیدسولفوریک (64 درصد) در دمای 45 درجه سانتی‌گراد به مدت 45 دقیقه با نسبت مایع به الیاف 5/17: 1، و نانوفیبریل‌ها از طریق میکروفلودایزر با عبور از سه تیغه‌‌ی50، 100 و 200 میکرومتری به‌مدت 2، 4 و 6 ساعت تولید شدند. تصاویر SEM و AFM تولید نانوکریستال‌ها با ساختارهای سوزنی-کروی‌ شکل و نانوفیبریل‌ها با ساختارهای رشته‌ای در مقیاس نانو را تایید کرد. نتایج XRD نشان داد که رنگبری D0EpD1 بلورینگی نانولیگنوسلولزها را افزایش می‌دهد. آنالیز حرارتی TGA نشان داد که رنگبری D0EpD1 باعث افزایش پایداری حرارتیPNC‌‌ها و کاهش پایداری حرارتی -PNFها می‌شود. همچنین نتایج FTIR بیانگر کاهش مقدار همی‌سلولزها و لیگنین از سطح الیاف پس از رنگبری D0EpD1 بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Salari, N., Hejazi-Mehrizi, M., Behrooz, R., naghavii, H., saffari, M. and fekri, M., 2021. Evaluation of structural, physical and chemical properties of cellulose and nanocrystalline cellulose extracted from pruning palm trees wastes. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 12(1): 95-107. (In Persian).
[2] Jugwanth, Y., Sewsynker-Sukai, Y. and Kana, E.B., 2020. Valorization of sugarcane bagasse for bioethanol production through simultaneous saccharification and fermentation: Optimization and kinetic studies. Fuel, 262:116552.
[3] Yousefi, H., Mashkour, M., Khazaeeian, A. and Tabarsa, T.,2020. Effect of dissolution time and recycled solvent on the nanowelding process of cellulose nanofiber. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 11(3): 395-405. (In Persian).
[4] Nechyporchuk, O., Belgacem, M.N. and Bras, J., 2016. Production of cellulose nanofibrils: A review of recent advances. Industrial Crops & Products, 93: 2–25.
[5] Li, P., Sirviö, J.A., Haapala, A. and Liimatainen, H., 2017. Cellulose nanofibrils from nonderivatizing urea-based deep eutectic solvent pretreatments. ACS, Applied Materials & Interfaces, 9: 2846–2855.
[6] Bian, H., Chen, L., Dai, H. and Zhu,J.Y., 2017. Integrated production of lignin containing cellulose nanocrystals(LCNC) and nanofibrils (LCNF) using an easily recyclable di-carboxylicacid. Carbohydrate Polymers, 167: 167–176
[7] Diop, C.I.K., Tajvidi, M., and Bilodeau, M.A, 2017. Evaluation of the incorporation of lignocellulose nanofibrils as sustainable adhesive replacement in medium density fiberboards. Industrial Crops and Products, 109: 27–36.
[8] Shu, F., Guo, Y., Huang, L., Zhou, M., Zhang, G., Yu, H., Zhang, J. and Yang, F., 2022. Production of lignin-containing nanocellulose from poplar using ternary deep eutectic solvents pretreatment. Industrial Crops & Products 177: 11440.
 [9] El Hajam, M., Kandri, N.I., Zerouale, A., Wang, X., Gustafsson, J., Wang, L., Mäkilä, E., Hupa, L. and Xu, Ch., 2022. Lignocellulosic Nanocrystals from Sawmill Waste as Biotemplates for Free-Surfactant Synthesis of Photocatalytically Active Porous Silica. ACS Applied Materials Interfaces, 14(17): 19547-19560.
[10] Jiang, J., Zhu, Y., Zargar, SH., Wu, J., Oguzlu, H., Baldelli, A., Yu, ZH., Saddler, J., Sun, R., Tu, Q. and Jiang, F., 2021. Rapid high-yield production of lignin-containing cellulose nanocrystals using recyclable oxalic acid dehydrate. Industrial Crops and Products, 173: 114148.
[11] Ewulonu, CH., Liu, X., Wu, M. and Huang, Y., 2019. Ultrasound-assisted mild sulphuric acid ball milling preparation of lignocellulose nanofibers (LCNFs) from sunflower stalks (SFS). Cellulose, 26: 4371–4389.
[12] Rojo, E., Peresin, M. S., Sampson, W. W., Hoeger, I. C., Vartiainen, J., Laine, J. and Rojas, O.J., 2015. Comprehensive elucidation of the effect of residual lignin on thephysical, barrier, mechanical and surface properties of nanocellulose films. Green Chemistry, 17(3): 1853–1866.
[13] Kumar, S., Bhardwaj, N.K. and Kumar, P., 2017. Pollution reduction from pulp bleaching effluents by process change. J. Indian Pulp Pap. Tech. Assoc, 28 (2): 68-73.
[14] Huang, B., He, H., Liu, H., Zhang, Y., Peng, X. and Wang, B., 2020. Multi-type cellulose nanocrystals from sugarcane bagasse and their nanohybrids constructed with polyhedral oligomericsilsesquioxane. Carbohydrate Polymers, 227: 115368.
 [15] Herrera, M., Thitiwutthisakul, K., Yang., Rujitanaroj, P., Rojas, R. and Berglund, L., 2018. Preparation and evaluation of high-lignin content cellulose nanofibrils from eucalyptus pulp. Cellulose, 25: 3121–3133.
[16] Chen, Y., Zhang, H., Feng, X., Liang, M., Zhang,Y. and Dai, H., 2021. Lignocellulose nanocrystals from pineapple peel: Preparation, characterization and application as efficient Pickering emulsion stabilizers. Food Research International, 150: 110738
[17] Valencia, L., Arumughan, V., Jalvo, B., Maria, H. J., Thomas, S. and Mathew, A. P., 2019. Nanolignocellulose extracted from environmentally undesired Prosopis juliflora, 4 (2): 4330–4338.
[18] Zhang, B., Huang, Ch., Zhao, H., Wang, J., Yin, C., Zhang, L. and Zhao, Y., 2019. Efects of cellulose nanocrystals and cellulose nanofibers on the structure and properties of polyhydroxybutyrate nanocomposites. Polymers, 11: 2063.
[19] Bilatto, S., Marconcini, J.M., Mattoso, L.H.C. and Farinas, C.S., 2020. Lignocellulose nanocrystals from sugarcane straw. Industrial Crops and Products, 157: 112938.
[20] Chieng, B.W., Lee, SH., Ibrahim, N.A., Then, Y.Y. and Loo, Y.Y., 2017. Isolation and Characterization of Cellulose Nanocrystals from Oil Palm Mesocarp Fiber. Polymers, 9: 355.