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Erschienen in: Cellulose 9/2020

18.04.2020 | Original Research

Cellulose acetate with CTA I polymorph can be defibrated into nanofibers to produce a highly transparent nanopaper

verfasst von: Shogo Taira, Masataka Tsuruhara, Ryo Saito, Keiichi Koda, Yasumitsu Uraki, Haruo Konno, Shu Shimamoto

Erschienen in: Cellulose | Ausgabe 9/2020

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Abstract

Acetylated cellulose nanofibers (Ac-CNFs) were prepared by heterogenous acetylation of wood pulp and cellulose powder in toluene with acetic anhydride and a small amount of sulfuric acid as a catalyst, followed by defibration with a high-pressure homogenizer, but the resultant Ac-CNFs were thermally unstable due to the release of sulfuric acid from the sulfate ester group at elevated temperature. The sulfate ester group was removed before defibration by acidic hydrolysis to yield cellulose acetate (CA) with high thermal stability. The thermal decomposition temperature at 5% weight loss increased from 170 to 284 °C, and the crystalline structure was cellulose triacetate I (CTA I) after annealing at 230 °C. However, only thick Ac-CNFs with a diameter of more than 20 nm and many bundles were obtained by defibration of the desulfated CA. Thin Ac-CNFs with a diameter of 10 nm were obtained by changing the preparation process to defibration of CA followed by desulfation, probably due to the electrostatic repulsion and/or osmotic effect of the anionic sulfate ester group. Transparent nanopapers could be fabricated by slow evaporation of water from the Ac-CNF aqueous suspension. The obtained nanopapers revealed more than 80% transmittance in the visible light region and showed higher tensile strength and modulus than commercial CA films.

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Literatur
Zurück zum Zitat Dorée C (1933) The methods of cellulose chemistry: including methods for the investigation of the compound celluloses. Chapman & Hall, London Dorée C (1933) The methods of cellulose chemistry: including methods for the investigation of the compound celluloses. Chapman & Hall, London
Zurück zum Zitat Hess K, Haller R, Katz JR (1928) Die Chemie der Zellulose und ihrer Begleiter. Akademische Verlagsgesellschaft, Leipzig Hess K, Haller R, Katz JR (1928) Die Chemie der Zellulose und ihrer Begleiter. Akademische Verlagsgesellschaft, Leipzig
Zurück zum Zitat Rydholm SA (1965) Pulping processes. J. Wiley, New York Rydholm SA (1965) Pulping processes. J. Wiley, New York
Zurück zum Zitat U.S. Environmental Protection Agency (2005) Toxicological review of toluene U.S. G.P.O. Washington, DC U.S. Environmental Protection Agency (2005) Toxicological review of toluene U.S. G.P.O. Washington, DC
Metadaten
Titel
Cellulose acetate with CTA I polymorph can be defibrated into nanofibers to produce a highly transparent nanopaper
verfasst von
Shogo Taira
Masataka Tsuruhara
Ryo Saito
Keiichi Koda
Yasumitsu Uraki
Haruo Konno
Shu Shimamoto
Publikationsdatum
18.04.2020
Verlag
Springer Netherlands
Erschienen in
Cellulose / Ausgabe 9/2020
Print ISSN: 0969-0239
Elektronische ISSN: 1572-882X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10570-020-03156-z

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