Green fabrication of thermally-stable oxidized cellulose nanocrystals by evolved Fenton reaction and in-situ nanoreinforced thermoplastic starch

材料科学 热塑性塑料 淀粉 极限抗拉强度 反应挤出 微晶纤维素 纤维素 化学工程 结晶度 热稳定性 聚合物 水解 挤压 纳米复合材料 复合材料 有机化学 化学 工程类
作者
Bingbing Gao,Jiahui Yang,Shuidong Zhang,Xiangyu Li
出处
期刊:Cellulose [Springer Science+Business Media]
卷期号:28 (13): 8405-8418 被引量:13
标识
DOI:10.1007/s10570-021-04039-7
摘要

High performance fibers and improved interfacial interaction can enhance the properties of polymer composites. Herein, microcrystalline cellulose (MCC) was oxidized by H2O2/CuSO4, a new Fenton process, to achieve oxidized MCC (OCNCs) with 16 ± 1% carboxyl content. Noteworthy, the thermal stability of OCNCs was superior to CNCs prepared by acid hydrolysis. Interestingly, the primary alcohol groups of MCC were selectively oxidized and OCNCs achieved 11.0 nm, 231.6 nm and 72% of average diameter, length and degree of crystallinity, respectively. Then glycerol, starch and OCNCs were reactive extruded to fabricate TPS/OCNC bionanocomposites and their structure and performance were evaluated systematically. Strikingly, significant improvement in glass transition temperature (from 63.1 to 94.5 °C) and notch impact strength (from 1.3 to 3.9 kJ/m2) were noted for the amorphous TPS/OCNCs with 1 wt % OCNCs, and its tensile strength achieved 20.5 MPa, simultaneously. The improved performance was ascribed to in situ formation of “carboxyl-hydroxyl” hydrogen bonds that acted as cross-links and improved the interfacial compatibility. We showcase the Fenton reaction and reactive extrusion as a facile strategy to prepare sustainable and biodegradable TPS/OCNC bionanocomposites with properties more suitable for everyday applications to replace petroleum-based plastic and eliminate the pollution by “microplastics”.
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