Производство необработанного и силана

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2517 (2023) Цитировать эту статью

1129 Доступов

4 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В этом исследовании нанокристалл целлюлозы (CNC) был извлечен из стеблей травы Napier и впоследствии функционализирован в нанокристалл карбоксилированной целлюлозы (XCNC) с использованием экологически чистого метода, а именно окислительно-восстановительной реакции KMnO4/щавелевой кислоты. Впоследствии XCNC был модифицирован триэтоксивинилсиланом (TEVS), названным VCNC, с использованием ультразвукового облучения. Была проведена характеризация полученных XCNC и VCNC. Игольчатая форма XCNC наблюдалась со средним диаметром и длиной 11,5 и 156 нм соответственно. XCNC имел содержание карбоксила около 1,21 ммоль г-1. Обработка силаном не оказала существенного влияния на диаметр и длину XCNC. При включении в натуральный каучук (НК) как XCNC, так и VCNC показали очень высокое усиление, о чем свидетельствует существенное увеличение модуля и твердости биокомпозитов даже при очень низких нагрузках наполнителя. Однако из-за высокой полярности XCNC прочность на разрыв существенно не улучшалась при увеличении нагрузки XCNC до 2 частей на час, выше которой она быстро снижалась из-за агломерации наполнителя. Для VCNC обработка силаном снизила гидрофильность и улучшила совместимость с NR. Высокореактивная винильная группа на поверхности VCNC также участвует в серной вулканизации, что приводит к образованию прочных ковалентных связей между каучуком и VCNC. Следовательно, VCNC показал лучшее армирование, чем XCNC, о чем свидетельствует заметно более высокая прочность на разрыв и модуль упругости по сравнению с равной нагрузкой наполнителя. Данное исследование демонстрирует достижения в приготовлении высокоармирующего бионаполнителя (VCNC) для NR из травы Нейпира с использованием экологически чистого метода с последующим быстрым и простым сонохимическим методом.

Корневищ луговой (Pennisetum purpureum) является одной из наиболее важных кормовых культур для скота из-за низкой потребности в воде и питательных веществах для быстрого роста. Эта культура считается высокоцеллюлозным материалом, поскольку она состоит примерно из 46% целлюлозы и 34% гемицеллюлозы1,2,3. Для извлечения целлюлозы путем разделения и удаления лигнина и гемицеллюлозы использовались различные методы, например, химическая и/или механическая обработка4,5,6. Щелочная обработка концентрированным гидроксидом натрия (NaOH) с последующей отбеливанием гипохлоритом натрия (NaClO2) является одним из наиболее популярных методов получения целлюлозы высокой чистоты. Очищенную целлюлозу затем можно превратить в наноструктурированную целлюлозу с помощью различных химических реакций, например, гидролиза сульфатной кислоты7,8, окисления, опосредованного 2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксилом (TEMPO)9, и персульфата аммония (APS). ) окисление10. Эти методы получили широкое распространение и оказались эффективными для получения целлюлозы высокой чистоты с высокой кристалличностью более 70%. Однако гидролиз сульфатной кислоты требует огромного количества концентрированной серной кислоты, что оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Окисление, опосредованное TEMPO, сложное и его необходимо проводить при высоком значении pH 10–11 с использованием нескольких токсичных реагентов, которые могут загрязнять окружающую среду. Окисление APS также приводит к потере большого количества APS11. Из-за большой заботы об окружающей среде недавно был внедрен новый экологически чистый метод, а именно окислительно-восстановительная реакция перманганата калия (KMnO4)/щавелевой кислоты12,13. Обычно KMnO4 в разбавленной серной кислоте используется в качестве зеленого окислителя, поскольку MnO4- и Mn3+ могут окислять аморфный компонент целлюлозы. Однако Mn3+ легко восстанавливается до Mn2+, поэтому использование одного только KMnO4 требует относительно длительного времени реакции. Добавление щавелевой кислоты превратит Mn3+ в [Mn(C2O42-)]+, который является более сильным окислителем, что приведет к более короткому времени реакции и образованию нанокристаллов карбоксилированной целлюлозы (XCNC).