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Preparation of zwitterionic cellulose nanofibers with betaine-oxalic acid DES and its multiple performance characteristics

纳米纤维 纤维素 甜菜碱 草酸 材料科学 化学工程 高分子化学 化学 有机化学 复合材料 工程类
作者
Hongxiang Xie,Yutong Fan,Dexiang Lu,Hongbin Yang,Yang Zou,Xumei Wang,Xingxiang Ji,Chuanling Si
出处
期刊:Cellulose [Springer Science+Business Media]
卷期号:30 (17): 10953-10969 被引量:9
标识
DOI:10.1007/s10570-023-05566-1
摘要

In this study, the zwitterionic cellulose nanofibers (Z-CNFs) were prepared by pretreating bleached softwood kraft pulp (BSKP) with a deep eutectic solvent (DES) composed of betaine and anhydrous oxalic acid and then high-pressure homogenization. Some carboxyl groups from oxalic acid and quaternary ammonium groups from betaine were introduced onto the surface of cellulose by esterification in this pretreatment process, which endows cellulose nanofibers (CNFs) with zwitterionic characteristic. A significant feature is that the zeta potential of as-prepared CNFs approaches − 4 eV, so that Z-CNFs are prone to aggregation. The Z-CNFs maintain cellulose Iβ crystal form with a width of 5–15 nm and a length of > 1 μm, and demonstrate good thermal stability (Ton = 188–190 °C, Tmax = 359–363 °C). The steady rheological analysis and modulus analysis show that all Z-CNF suspensions are pseudoplastic fluid with shear-thinning behavior, and have weak fibril network structure but still exhibit solid like behavior under low shear conditions at a concentration of 1.2%. The Z-CNF films fabricated from Z-CNFs exhibit good light transmittance (76–83%), high haze (87–90%) and high tensile strength (96 MPa). Therefore, an efficient green pretreatment method was developed for preparation of zwitterionic cellulose nanofibers, which could be used in the field of various fluid and film materials.
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