Rheology of cellulose nanocrystal and nanofibril suspensions

触变性 流变学 粘弹性 纳米纤维素 材料科学 蠕动 剪切速率 纤维素 悬挂(拓扑) 动态力学分析 复合材料 粘度 流变仪 化学工程 聚合物 数学 工程类 同伦 纯数学
作者
Jiatong Xu,Pengguang Wang,Baihua Yuan,Hongbin Zhang
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier BV]
卷期号:324: 121527-121527 被引量:68
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2023.121527
摘要

Nanocellulose is a sustainable nanomaterial and a versatile green platform that has attracted increasing attention. Although the wide applications of its aqueous suspensions are closely related to rheology, comprehensive studies of their rheological behavior, especially the yielding behavior, are still limited. Herein, to investigate the relationship between structure and rheological properties, the viscoelasticity, thixotropy and yielding behavior of two commonly used nanocelluloses, rod-shaped cellulose nanocrystals (CNCs) and filamentous cellulose nanofibrils (CNFs), were systematically investigated. The viscosity, viscoelasticity and thixotropic behavior of the suspensions were analyzed by steady-state shear, frequency sweep, creep-recovery, hysteresis loop, and three-interval thixotropic recovery tests. The yielding behaviors were evaluated through creep, steady-state shear, step shear rate, stress ramps, amplitude sweep, and large amplitude oscillatory shear tests. The rheological properties of the two typical suspensions showed a strong dependence on concentration and time. However, compared to CNC suspensions, CNF suspensions exhibited stronger thixotropy and higher yield stress due to the higher aspect ratio of CNF and the stronger structural skeleton of the suspensions as supported by Simha's equation and micromorphology analysis. This work provides a theoretical rheology basis for the practical applications of nanocellulose suspensions in various fields.
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