Cellulose Fiber with Enhanced Mechanical Properties: The Role of Co-Solvents in Gel-like NMMO System

纤维素 结晶度 溶剂 材料科学 分子间力 纤维 化学工程 氢键 纤维素纤维 流变学 高分子化学 有机化学 化学 复合材料 分子 工程类
作者
Suhnue Kim,D.E. Lee,Hyungsup Kim
出处
期刊:Gels [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:10 (9): 607-607 被引量:2
标识
DOI:10.3390/gels10090607
摘要

Cellulose has garnered attention in the textile industry, but it exhibits limitations in applications that require high strength and modulus. In this study, regenerated cellulose fiber with enhanced mechanical properties was fabricated from a gel-like N-methylmorpholine N-oxide (NMMO)–cellulose solution by modulating the intermolecular interaction and conformation of the cellulose chains. To control the interaction, two types of co-solvents (dimethyl acetamide (DMAc) and dimethyl formamide (DMF)) were added to the cellulose solutions at varying concentrations (10, 20, and 30 wt%). Rheological analysis showed that the co-solvents reduced the solution viscosity by weakening intermolecular interactions. The calculated distance parameter (Ra) in Hansen space confirmed that the co-solvent disrupted intermolecular hydrogen bonding within cellulose chains. The solutions were spun into fiber via a simple wet spinning process and were characterized by X-ray diffraction (XRD) and universal testing machine (UTM). The addition of co-solvent led to an increased crystallinity index (C.I.) owing to the extended cellulose chains. The modulus of the resulting fiber was increased when the co-solvent concentration was 10 wt%, regardless of the co-solvent type. This study demonstrates the potential for enhancing the mechanical properties of cellulose-based products by modulating the conformation and interaction of cellulose chains through the addition of co-solvent.
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