Fabrication de bruts et de silanes

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 2517 (2023) Citer cet article

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Dans cette étude, des nanocristaux de cellulose (CNC) ont été extraits de tiges d’herbe Napier, puis fonctionnalisés en nanocristaux de cellulose carboxylés (XCNC) en utilisant une méthode respectueuse de l’environnement, à savoir la réaction redox KMnO4/acide oxalique. Le XCNC a ensuite été modifié avec du triéthoxyvinylsilane (TEVS), appelé VCNC, en utilisant une irradiation par ultrasons. La caractérisation des XCNC et VCNC préparés a été réalisée. La forme en forme d'aiguille de XCNC a été observée avec un diamètre et une longueur moyens de 11,5 et 156 nm, respectivement. XCNC avait une teneur en carboxyle d'environ 1,21 mmol g−1. Le traitement au silane n'a montré aucun effet significatif sur le diamètre et la longueur du XCNC. Lorsqu'ils sont incorporés dans du caoutchouc naturel (NR), le XCNC et le VCNC présentent un renforcement très élevé, comme en témoignent les augmentations substantielles du module et de la dureté des biocomposites, même avec de très faibles charges de charges. Cependant, en raison de la polarité élevée du XCNC, la résistance à la traction n'a pas été significativement améliorée avec une charge croissante du XCNC jusqu'à 2 phr, au-dessus de laquelle elle a diminué rapidement en raison de l'agglomération des charges. Pour le VCNC, le traitement au silane a réduit le caractère hydrophile et amélioré la compatibilité avec le NR. Le groupe vinyle hautement réactif à la surface du VCNC participe également à la vulcanisation du soufre, conduisant à de fortes liaisons covalentes entre le caoutchouc et le VCNC. Par conséquent, le VCNC a montré un meilleur renforcement que le XCNC, comme en témoignent la résistance à la traction et le module nettement plus élevés, par rapport à une charge de charge égale. Cette étude démontre les réalisations dans la préparation d'une bio-charge hautement renforçante (VCNC) pour NR à partir d'herbe Napier en utilisant une méthode respectueuse de l'environnement et suivie d'une méthode sonochimique rapide et simple.

L'herbe à napier (Pennisetum purpureum) est l'une des cultures fourragères les plus importantes pour le bétail en raison de ses faibles besoins en eau et en nutriments pour une croissance rapide. Cette culture est considérée comme une matière hautement cellulosique car elle est composée d'environ 46 % de cellulose et 34 % d'hémicellulose1,2,3. Diverses techniques, c'est-à-dire des traitements chimiques et/ou mécaniques, ont été utilisées pour extraire la cellulose en séparant et en éliminant la lignine et l'hémicellulose4,5,6. Le traitement alcalin avec de l'hydroxyde de sodium concentré (NaOH) suivi d'un blanchiment avec de l'hypochlorite de sodium (NaClO2) est l'une des méthodes les plus populaires pour obtenir une cellulose de haute pureté. La cellulose purifiée peut ensuite être transformée en cellulose nanostructurée via diverses réactions chimiques, par exemple l'hydrolyse acide sulfate7,8, l'oxydation médiée par le 2,2,6,6-tétraméthylpypéridine-1-oxyl (TEMPO)9 et le persulfate d'ammonium (APS). ) oxydation10. Ces méthodes ont été largement utilisées et semblent efficaces pour la préparation de cellulose de haute pureté avec une cristallinité élevée supérieure à 70 %. Cependant, l’hydrolyse acide sulfate nécessite une quantité massive d’acide sulfurique concentré, ce qui a un impact négatif sur l’environnement. L'oxydation médiée par TEMPO est compliquée et doit être réalisée à un pH élevé de 10 à 11 avec plusieurs réactifs toxiques pouvant polluer l'environnement. L'oxydation de l'APS gaspille également une grande quantité d'APS11. En raison du grand souci de l’environnement, une nouvelle méthode respectueuse de l’environnement, à savoir la réaction redox permanganate de potassium (KMnO4)/oxalique, a été récemment introduite12,13. Généralement, le KMnO4 dans l'acide sulfurique dilué est utilisé comme oxydant vert car MnO4− et Mn3+ peuvent oxyder le composant amorphe de la cellulose. Cependant, Mn3+ peut être facilement réduit en Mn2+ et, par conséquent, l’utilisation de KMnO4 seul nécessite un temps de réaction relativement long. L'ajout d'acide oxalique transformera Mn3+ en [Mn(C2O42−)]+, qui est un oxydant plus puissant, conduisant à un temps de réaction plus court et à la formation de nanocristaux de cellulose carboxylés (XCNC).