One-Pot Water-Based Hydrophobic Surface Modification of Cellulose Nanocrystals Using Plant Polyphenols

接触角 化学工程 表面改性 动态光散射 纤维素 疏水 Zeta电位 傅里叶变换红外光谱 化学 材料科学 烷基 皮克林乳液 有机化学 纳米颗粒 高分子化学 乳状液 工程类
作者
Zhen Hu,Richard M. Berry,Robert Pelton,Emily D. Cranston
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:5 (6): 5018-5026 被引量:231
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.7b00415
摘要

An environmentally friendly procedure for the surface modification of cellulose nanocrystals (CNCs) in water is presented. Tannic acid (TA), a plant polyphenol, acts as the primer when mixed with CNCs in suspension, which are then reacted with decylamine (DA), the hydrophobe. Schiff base formation/Michael-type addition covalently attaches primary amines with long alkyl tails to CNC-TA, increasing the particle hydrophobicity (contact angle shift from 21 to 74°). After modification, the CNC-TA-DA particles in the water phase separate, allowing for easy collection of modified material. The dried product is readily redispersible in toluene and other organic solvents, as demonstrated by turbidity measurements, dynamic light scattering, optical microscopy, and liquid crystal self-assembly behavior. Electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, solid-state 13 C NMR, and X-ray diffraction support the successful surface modification and indicate that CNC particle morphology is retained. The modified CNCs have a slightly decreased onset of thermal degradation (ca. 10 °C lower) compared with that of unmodified CNCs. We believe that this surface modification strategy presents a scalable, simple, and green approach to the production of hydrophobic biobased nanoparticles which may lend themselves as reinforcing agents in nonpolar polymer composites or stabilizers and rheological modifiers in nonaqueous liquid formulated products.
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