Partial Amorphization of Cellulose through Zinc Chloride Treatment: A Facile and Sustainable Pathway to Functional Cellulose Nanofibers with Flame-Retardant and Catalytic Properties

纤维素 阻燃剂 纳米纤维 材料科学 牙髓(牙) 纤维素纤维 化学工程 纤维素乙醇 氧化纤维素 催化作用 有机化学 复合材料 化学 医学 工程类 病理
作者
Dennis Burger,Armin Winter,Guruprakash Subbiahdoss,Josua T. Oberlerchner,Marco Beaumont,Yasushi Tamada,Thomas Rosenau
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:8 (36): 13576-13582 被引量:41
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.0c03492
摘要

This work established an energy-saving and straightforward treatment of cellulosic pulp to obtain functional cellulose nanofibers equipping them at the same time with catalytic activity and flame-retardant properties. For this purpose, dried cellulose pulp was mixed with a recyclable swelling agent, ZnCl2 hydrate, at room temperature. The mild treatment affected the crystal structure through a partial amorphization, yielding a mix of native cellulose I and regenerated cellulose II. This treatment tremendously facilitated the fibrillation into a cellulose nanofiber (CNF) network. In comparison to fibrillated cellulose from nontreated pulp, the ZnCl2-treated counterpart featured higher viscosity, film transparency, better mechanical properties, and higher heat stability. Films produced from these nanofibers showed flame-retardant properties without any further modification. The ZnCl2–CNF showed also high reactivity in fiber surface acetylation and allowed a fast and efficient reaction while using very mild conditions. All in all, we propose a simple and resource-efficient cellulose treatment to obtain a nanostructured cellulose. These nanofibrils are decorated with ZnCl2 which imposes flame-retardant properties and confined catalytic activity at the fibril surface.
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