Design of cellulose nanofibre-based composites with high barrier properties

海泡石 材料科学 复合材料 复合数 纤维素 氧气 高岭石 化学工程 化学 有机化学 工程类 冶金 原材料
作者
Luís Alves,Ana Ramos,Eduardo Ferraz,Paulo J. Ferreira,Maria G. Rasteiro,José A. F. Gamelas
出处
期刊:Cellulose [Springer Nature]
卷期号:30 (16): 10157-10174 被引量:10
标识
DOI:10.1007/s10570-023-05495-z
摘要

Abstract Gas barrier properties are very relevant in composite materials for applications so diverse such as food packaging, electronics, or old document restoration. In the present work, four different types of cellulose nanofibres (CNFs), two types of clay minerals used individually (sepiolite) or combined (sepiolite + kaolinite), and the influence of pH, were explored in the production of composite films. Neat CNFs, only mechanically treated or prepared by enzymatic pre-treatment, gave films with good mechanical and barrier properties, but the addition of minerals led to a dramatic loss of these properties. Contrarily, the use of thin and functionalized fibrils (TEMPO-oxidised or cationized CNFs) gave composite films with good mechanical, thermal and barrier properties. Superior oxygen barrier properties (oxygen transmission rate (OTR) < 0.4 cm 3 m −2 day −1 ) were obtained using TEMPO-oxidised CNF and 20% sepiolite, and, in general, for all the composite films containing the TEMPO CNF (OTR ≤ 1.8 cm 3 m −2 day −1 ). The cationic CNF-based composites also showed a very good oxygen barrier (OTR ≤ 8.2 cm 3 m −2 day −1 ). The high oxygen barrier could be explained by the compactness of the films and better entanglement of the more fibrillated nanocelluloses with the mineral particles. A decrease in the pH of the suspensions led to a decrease in the film preparation time, without a major negative impact on the composite film’s properties.

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