是植物纤维的主要组成部分,纤维素是地球上最丰富的有机化合物。1作为一个结果的特殊的机械性能、生物降解性、自然丰度,提高和成本低、纤维素被认为是一个有前途的环保的替代品传统的以石油为原料的聚合物与应用程序潜在的在水凝胶等广泛的领域,气凝胶、高强力粘胶或透明的电影。2
当制造业纤维素基产品,挑战,如纤维素的高熔点,使它不可能融化而不分解。
因此,塑造纤维素材料通常要求纤维素聚合物的溶解和亚博网站下载再生。例如,再生纤维素纤维干喷湿纺从离子液体的解决方案。
因此关键理解任何结构性变化在生产过程中纳米级。在这种背景下,广角和小角x射线散射(蜡和粉煤灰)测量是很好的探测技术,有能力揭示微观结构的演变和水晶的秩序。
此外,大多数纤维素基产品的机械性能很大程度上取决于纤维素之间接口的微尺度和纳米结构表面和其他材料,尤其是在潮湿的状态随着关节的发展,然后在干燥过程中巩固。亚博网站下载4
掠入射x射线小角散射分析(GISAXS)是一个多功能的工具在埋接口,为纳米对象的特征表面或薄膜。
这篇文章描述了如何粉煤灰和蜡的测量已使用:
- 揭示了在干燥过程中发生结构变化的纤维素珠子肿胀与各种水/乙醇混合物,包含不同的纤维素的浓度,
- 建立了再生纤维素纤维的结晶度差异生成使用不同的比率。
Nanostructural纤维素珠子的进化在干燥调查一枝
最近,一个研究小组从j中子散射中心和生物物质和k皇家理工学院进行了全面研究纳米结构演化的模型系统的再生纤维素珠子。
的目标是评估影响纤维素浓度和无溶剂类型和浓度。2、3
纤维素珠子被引入生产纤维素/氯化锂溶液(氯化锂)/ N, N-dimethylacetamide (DMAc)转换为无溶剂(乙醇或水)。
此后,时间分辨测量粉煤灰对水和乙醇的珠子被用来监控出现在干燥的纳米结构变化。
由于粉煤灰水曲线的形状,三个干燥政权water-swollen珠子,即可只有两个政权ethanol-swollen同行相比之下。
定量评估在干燥过程中发生的结构性变化,使用Guinier-Porod数据评估模型。跟踪的进化的一些作为干燥时间的函数拟合参数有助于增强对每个政权结构变化的理解。
无花果保证1(一)——(d)的进化两个特征长度尺度(Rg1和Rg2(s)和两个维度参数1和s2干燥时间的函数和非溶剂。(e)图解积分法构造演化的非溶剂蒸发。图片来源:ACS Nano, 2020年,DOI: 10.1021 / acsnano.0c00171。
了解纤维素结构和数量级的基本面,这两个特征长度尺度,Rg1和Rg2,可以与纤维素单体的大小和一个扩展的大小总体结构(见图1 (e))。
类似的散射物体的形状是由s1和s2,这两个维度参数:
- 球面对称的年代1=年代2= 0,
- 圆柱形物体年代1= 1,年代2= 0,
- 薄片以同样的宽度和长度1= 2,年代2= 0。在无溶剂的蒸发,可以描述的构造演化解释所有的参数的值在每个政权(如图1所示(一)- (d))。
水珠子进化肿胀(图1 (a)和(c))
政权(蒸发时间< 18分钟)
干燥过程开始前,纤维素单体表现出层状堆积结构的大小在1纳米(对应于R的顺序g1)结合大扩展结构与最短的体积大约3 nm (Rg2)。
政权II(蒸发时间18 - 28分钟)
加速减少的年代1和s20信号与球形对称结构的形成。这些大的结构形成通过合并现有扩展总量,增加展示的Rg1和Rg2。
政权III(蒸发时间> 28分钟)
更小的特征尺寸的对象形成棒状结构的大小约0.5纳米,而较大的保持球形对称。
乙醇-珠子进化肿胀(图1 (b)和(d))
政权我和第三
结构类似于water-swollen珠子是肿胀的状态(政权)。它是由把单体和较大的扩展结构。此外,没有明显的结构性变化在蒸发过程中观察到的。
纤维素的结晶顺序进化珠子在干燥调查蜡
蜡测量被用于调查是否结晶形成的蒸发过程。
water-swollen珠子,三峰中可以看到图2所示的光谱(a)和(b):从水中散射峰(q = 20海里1相关)和两个山峰(110)(q = 8.8海里1)和(110)(q = 14.6海里1)晶体纤维素II层结构。
水峰显示显著降低强度作为蒸发时间的函数,如预期,而纤维素山峰只出现在政权II(18分钟)和强度不断增加整个干燥过程的其余部分。
沿(110)峰转变方向(图2 (A)),这表明在政权II,纤维素II水合物结构形式,伴随着一个连续过渡到纤维素II结构。
图2。(a)、(b)蜡曲线在不同的时间记录在干燥过程的水和乙醇的珠子,分别为1.5 wt %纤维素浓度。图片来源:ACS Nano, 2020年,DOI: 10.1021 / acsnano.0c00171。
另一方面,乙醇的珠子,在干燥过程中晶体结构形式。在这种情况下,只改变强度的乙醇(q = 15.5海里1)和纤维素(q = 14.6海里1)的峰值是在无溶剂的蒸发。
此外,进行粉煤灰/蜡实验纤维素样肿胀与各种水/乙醇混合物含有不同纤维素浓度,可以开发一个相图(图3),促进再生纤维素的干燥行为容易预测。
图3。相图显示的构造演化在干燥纤维素珠的函数非溶剂混合物。洋红色的点对应于一个两步干燥过程没有改变纤维素的结构,而绿点代表一个三步干燥过程包括一个锋利的结构性变化。图片来源:ACS Nano, 2022年,DOI: 10.1021 / acsnano.1c09338。
再生纤维素纤维的结晶度
最近,一项研究再生纤维素纤维的结晶度是由一群来自阿尔托大学的研究人员,隆德大学研究所的结晶学和巴里大学的。5
一般来说,聚合物的结晶与只有部分对齐的分子链通过冷却、机械拉伸,或溶剂蒸发。因此,结果是无定形和结晶领域,由工艺参数可调的比例,如拉伸倍数(博士)。
拉伸比的影响对再生纤维素纤维的结晶度评估使用广角x射线散射测量。
精确地确定纤维结晶度的程度(ϕc),比如晶体的体积分数域,蜡模式被分解成非晶态和晶态的贡献是提出了图4的插图。
图4。纤维结晶度获得在不同画口粮(博士)。(插图)个人贡献的蜡模式晶体和无定形域博士记录在15个样本。图片来源:IUCrJ 2022 DOI: 10.1107 / S205225252200570X。
增加拉伸比的函数,ϕc大幅增加了博士= 5,饱和值ϕc所有更高的画比率= 0.6±0.05。这种行为对应于纤维的力学性能的演变生成使用不同的DRs。
演示的抗拉强度提高2倍画比例较低(< 5),其次是较慢的,博士连续增加了更高。6
结论
的干燥动力学纤维素珠子含有多种纤维素浓度和肿胀在各种无溶剂水/乙醇混合物,与粉煤灰的应用综合评估和蜡的测量。
这些结果显示整个干燥过程的不同结构的演进取决于纤维素浓度和无溶剂使用。此外,它是测量表明,蜡是一种特殊的工具来探测再生纤维素纤维的结晶度水平创建不同的比率。
这项工作提供了宝贵的信息机制,发生在整个干燥再生纤维素和工艺参数的影响。这些见解至关重要的生产过程中各种纤维素基产品。
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引用和进一步阅读
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