A Morphological View of the Sodium 4,4 `-Distyrylbiphenyl Sulfonate Fluorescent Brightness Distribution on Regenerated Cellulose Fibers

Evidence of the sorption of the whitening agent sodium 4,4`-distyrylbiphenyl sulfonate in the presence of the anionic surfactant sodium dodecylsulfate or the cationic surfactant dodecyl trimethyl ammonium chloride on regenerated cellulose fibers is given by several microscopy techniques. Scanning electron microscopy provided images of the cylindrical fibers with dimensions of 3.5 cm (length) and 13.3 mu m (thickness), with empty cores of 1 mu m diameter and a smooth surface. Atomic force microscopy showed a fiber surface with disoriented nanometric domains using both tapping-mode height and phase image modes. Atomic force microscopy also showed that the whitening agent and surfactant molecules were sorbed onto the fiber surface, in agreement with the adsolubilization sorption model. Transmission electron microscopy showed fibers with nanometric parallel cylinders, surrounded by holes where the fluorescent whitening molecules accumulated. On the basis of these techniques, we conclude that the sorption process occurs preferentially on the fiber surface in contact with the water solution, and under saturated conditions, the whitening agent penetrates into the pores and are simultaneously sorbed on the pore walls bulk, forming molecular aggregates. (C) 2010 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 2321-2327, 2010

Self-reinforced composites obtained by the partial oxypropylation of cellulose fibers. 1. Characterization of the materials obtained with different types of fibers

The in-depth oxypropylation of different types of cellulose fibers, namely Avicel, Rayon, Kraft, and Filter Paper, was investigated. New biphasic mono-component materials were obtained, which could be hot-pressed to form films of cellulose fibers dispersed into a thermoplastic matrix. The success of this chemical modification was assessed by FTIR spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy. differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis and contact angle measurements. The optimization of this process led to the establishment of the optimal molar ratio between the cellulose CH groups and propylene oxide, which varied as a function of the specific morphology of the fibers. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Self-reinforced composites obtained by the partial oxypropylation of cellulose fibers. 2. Effect of catalyst on the mechanical and dynamic mechanical properties

This work describes the partial oxypropylation of filter paper cellulose fibers, employing two different basic catalyst, viz., potassium hydroxide and 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane, to activate the hydroxyl groups of the polysaccharide and thus provide the anionic initiation sites for the ""grafting-from"" polymerization of propylene oxide. The success of this chemical modification was assessed by FTIR spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis and contact angle measurements. The study of the role of the catalyst employed on the extent of the modification and on the mechanical properties of the ensuing composites, after hot pressing, showed that both the Bronsted and the Lewis base gave satisfactory results, without any marked difference.

Image analysis of modified cellulose fibers from sugarcane bagasse by zirconium oxychloride

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Use of cellulose fibers from hemp core in fiber-cement production. Effect on flocculation, retention, drainage and product properties

The aim of this paper is to study the feasibility of using cellulose fibers obtained from an agricultural waste, hemp core (Cannabis Sativa L), through different new environmental friendly cooking processes for fiber-cement production. The physical and mechanical properties of the fiber reinforced concrete, which depend on the nature and morphology of the fibers, matrix properties and the interactions between them, must be kept between the limits required for its application. Therefore, the morphology of the fibers and how its use affects the flocculation, retention and drainage processes in the fiber-cement manufacture, and the mechanical and physical properties of the fiber-cement product have been studied. The use of pulp obtained by means of the hemp core cooking in ethanolamine at 60% concentration at 180 degrees C during 90 min resulted in the highest solids retention and the best mechanical properties among the studied hemp core pulps. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Cellulose micro/nano fibers conformational effects probed by nematic liquid crystal droplets

Probing micro-/nano-sized surface conformations, which are ubiquitous in biological systems, by using liquid crystal droplets, which change their ordering and optical appearance in response to the presence of more than ten times smaller cellulose based micro/nano fibers, might find new uses in a range of biological environments and sensors. Previous studies indicate that electrospun micro/nano cellulosic fibers produced from liquid crystalline solutions could present a twisted form [1]. In this work, we study the structures of nematic liquid crystal droplets threaded by cellulose fibers prepared from liquid crystalline and isotropic solutions as well as droplets pierced by spider-made fibers [2]. Planar anchoring at the fibers and planar and homeotropic at the drop surfaces allowed probing cellulose fibers different helical structures as well as aligned filaments.

Cellulose nanocomposites with nanofibres isolated from pineapple leaf fibers for medical applications

Nanocellulose is the crystalline domains obtained from renewable cellulosic sources, used to increase mechanical properties and biodegrability in polymer composites. This work has been to study how high pressure defibrillation and chemical purification affect the PALF fibre morphology from micro to nanoscale. Microscopy techniques and X-ray diffraction were used to study the structure and properties of the prepared nanofibers and composites. Microscopy studies showed that the used individualization processes lead to a unique morphology of interconnected web-like structure of PALF fibers. The produced nanofibers were bundles of cellulose fibers of widths ranging between 5 and 15 nm and estimated lengths of several micrometers. Percentage yield and aspect ratio of the nanofiber obtained by this technique is found to be very high in comparison with other conventional methods. The nanocomposites were prepared by means of compression moulding, by stacking the nanocellulose fibre mats between polyurethane films. The results showed that the nanofibrils reinforced the polyurethane efficiently. The addition of 5 wt% of cellulose nanofibrils to PU increased the strength nearly 300% and the stiffness by 2600%. The developed composites were utilized to fabricate various versatile medical implants. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Alkaline treatment of the cellulose fiber affecting membrane column behaviour for high-performance immunoaffinity chromatography

The original cellulose fibers and those treated by alkaline solution were both used to prepare the acrylic membranes. The two kinds of membranes were packed into the columns for high-performance immunoaffinity chromatography by the immobilization of protein A on them. It was observed that the alkaline treatment of the cellulose fiber decreased the pressure resistance of the membrane to the mobile phases and greatly increased the accessible volume to the proteins, but affected the adsorption capacity of human IgG on the protein A membrane columns less. There is little difference between those two kinds of membranes on the adsorption capacities of HIgG, which means that the alkaline treatment of the cellulose fiber only significantly changes the void volume inter-membrane, and the porosity and surface area of membrane less. Alkaline treatment of the cellulose fiber reduced the membrane-column efficiency significantly. Some typical examples for the immunoaffinity analysis of IgG from human and dog plasma on the protein A membrane columns are illustrated. Copyright (C) 2000 John Wiley & Sons, Ltd.

Preparation of new materials by heterogeneous modification of cellulose

O presente trabalho teve como principal objectivo estudar a modificação química heterogénea controlada de fibras de celulose com diferentes reagentes de modo a alterar as suas propriedades de superfície, em especial em termos da criação de um carácter hidrofóbico e lipofóbico, preservando, sempre que possível, as suas propriedades mecânicas e, consequentemente, abrindo novas perspectivas de aplicação. O desenvolvimento do trabalho envolveu três abordagens principais, envolvendo, em cada caso, o estudo de diferentes condições reaccionais. Na primeira abordagem foram utilizados como reagentes de modificação compostos perfluorados, nomeadamente o anidrido trifluoroacético (TFAA), o cloreto de 2,3,4,5,6-pentafluorobenzoílo (PFBz) e o cloreto de 3,3,3- trifluoropropanoílo (TFP), para promover a acilação heterogénea da superfície das fibras. A segunda estratégia usada consistiu na preparação de híbridos de celulose do tipo orgânico-inorgânico classe-II, através da modificação das fibras de celulose com o (3-isocianatopropil)trietoxissilano (ICPTEOS), um reagente organossilano bifuncional. A ligação às fibras de celulose foi efectuada através das funções isocianato e, posteriormente, os grupos etoxissilano foram sujeitos a tratamentos de hidrólise ácida, como tal ou na presença de outros siloxanos, nomeadamente o tetraetoxissilano (TEOS) e o 1H,1H,2H,2Hperfluorodeciltrietoxissilano (PFDTEOS). Finalmente, a última abordagem foi baseada na modificação das fibras com triclorometilssilano (TCMS), através de uma reacção gás-sólido, que dispensou assim o uso de solventes orgânicos. A ocorrência de modificação química foi em cada caso confirmada por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier e Reflectância Total Atenuada (FTIR-ATR), Análise Elementar (EA) e determinação de ângulos de contacto. Adicionalmente, e dependendo de cada caso específico, diversas outras técnicas foram empregues na caracterização aprofundada dos materiais preparados, nomeadamente Ressonância Magnética Nuclear CPMAS no Estado Sólido (RMN), Espectroscopia de Difracção de Raios-X (XRD), Análise Termogravimétrica (TGA), Espectrometria de Massa de Iões Secundários com Análise de Tempo de Vôo (ToF-SIMS), Espectroscopia Fotoelectrónica de Raios-X (XPS) e Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM). Relativamente à acilação das fibras de celulose com reagentes perfluorados, o sucesso da reacção foi comprovado por FTIR-ATR, EA, XPS e ToF-SIMS. Neste contexto, obtiveram-se fibras modificadas possuindo graus de substituição (DS) compreendidos entre 0.006 e 0.39. Verificou-se por XRD que, em geral, mesmo para os valores de DS mais elevados, a cristalinidade das fibras não foi afectada, indicando que a modificação foi limitada às camadas mais superficiais das mesmas ou a regiões amorfas das suas camadas mais internas. Adicionalmente, observou-se por ToF-SIMS que a distribuição dos grupos perfluorados à superfície das fibras foi, de facto, bastante heterogénea. Todos os derivados de celulose perfluorados apresentaram elevada hidrofobicidade e lipofobicidade, tendo-se atingido ângulos de contacto com água e diiodometano de 126º e 104º, respectivamente. Um aspecto interessante relativo a estes materiais é que a elevada omnifobicidade foi observada mesmo para valores de DS muito reduzidos, não se mostrando significativamente afectada pelo aumento dos mesmos. Em consonância, verificou-se por XPS que a cobertura da superfície das fibras de celulose com grupos perfluorados aumentou apenas ligeiramente com o aumento do DS, apontando para a esterificação de camadas mais internas das fibras, associada, neste caso, predominantemente aos seus domínios amorfos. No que diz respeito à estabilidade hidrolítica destes derivados, obtiveram-se dois tipos distintos de comportamento. Por um lado, as fibras de celulose trifluoroacetiladas são facilmente hidrolisáveis em meio neutro, e, por outro, as fibras pentafluorobenzoiladas e trifluoropropanoiladas mostram-se bastante resistentes face a condições de hidrólise em meio neutro e ácido (pH 4), podendo, contudo, ser facilmente hidrolisadas em meio alcalino (pH 9 e 12, para derivados do PFBz e do TFP, respectivamente). Na segunda abordagem verificou-se a ocorrência de reacção por FTIR-ATR e EA. Em geral, a modificação química com ICPTEOS ocorre predominantemente nas zonas mais superficiais das fibras de celulose ou em regiões amorfas. Contudo, em condições reaccionais mais severas (maior quantidade de reagente e tempo de reacção), esta atingiu também regiões cristalinas, afectando, consequentemente, a estrutura cristalina das fibras, como verificado por XRD. Por RMN de 29Si observou-se que após reacção com o ICPTEOS já existiam indícios de alguma hidrólise dos grupos etoxissilano, e que a sua subsequente condensação parcial tinha levado à formação de uma película inorgânica em redor das fibras (verificado por SEM), constituída maioritariamente por estruturas lineares, com uma contribuição mais modesta de estruturas “diméricas” e outras mais ramificadas. Consequentemente, este revestimento inorgânico transformou as fibras de celulose em materiais híbridos com elevada hidrofobicidade (ângulos de contacto com água entre 103-129º). A hidrólise ácida dos restantes grupos etoxissilano, como tal ou na presença de TEOS, originou híbridos de celulose com elevada hidrofilicidade, sendo impossível medirem-se os ângulos de contacto com água dos produtos finais, devido à presença maioritária de grupos silanol (Si-OH) e ligações Si-O-Si à superfície, os quais contribuíram para o consequente aumento de energia de superfície. No entanto, quando a hidrólise foi realizada na presença de PFDTEOS, obtiveram-se materiais híbridos com elevada hidrofobicidade e lipofobicidade (ângulos de contacto com água e diiodometano de 140º e 134º, respectivamente), devido à combinação da presença de grupos perfluorados e micro- e nano-rugosidades na superfície das fibras de celulose, conforme confirmado por SEM. Finalmente, a última abordagem permitiu preparar materiais derivados de celulose altamente hidrofóbicos e lipofóbicos (ângulos de contacto com água e diiodometano de 136º e 109º, respectivamente) por um processo simples, envolvendo tempos de tratamento tão curtos como 0.5 min. Este comportamento omnifóbico foi gerado pelo efeito sinergético entre a diminuição de energia de superfície das fibras, devido à presença de grupos metilo dos resíduos de TCMS ligados a estas, e a condensação dos resíduos de TCMS na forma de micro- e nano-partículas inorgânicas, que levou à criação de um revestimento rugoso à superfície das fibras, conforme observado por RMN de 29Si e SEM, respectivamente. A pré-humidificação das fibras de celulose demonstrou desempenhar um importante papel de “acelerador” dos processos de hidrólise e condensação das moléculas de TCMS. Nestas condições, o tempo de tratamento foi um dos parâmetros mais relevantes, pois para tempos de tratamento muito curtos (0.5 min) os materiais resultantes não apresentaram quaisquer diferenças a nível de propriedades físico-químicas em relação ao substrato de partida (a humidade em excesso consumiu todo o TCMS antes que este conseguisse reagir com os grupos hidroxilo das fibras de celulose), possuindo, por exemplo, valores de ângulos de contacto com água idênticos. Para tempos de tratamento mais longos, como 30 min, os materiais finais apresentaram a maior quantidade de componentes inorgânicos, tal como verificado por EA e TGA. Assim, o controlo da humidade das fibras é imperativo para se poder moldar as propriedades finais dos produtos. Esta última abordagem é particularmente promissora uma vez que tem como base um sistema simples e “verde” que pode ser facilmente implementado. Em conclusão, este trabalho permitiu demonstrar que a modificação química heterogénea controlada das fibras de celulose representa uma iniciativa promissora para a preparação de novos materiais obtidos a partir de recursos renováveis, com propriedades interessantes e passíveis de ser potencialmente aplicados em diferentes áreas. Para além do mais, as estratégias de modificação estudadas podem também ser precursoras de novos estudos que possam vir a ser desenvolvidos dentro do mesmo âmbito.

DRIFT and DRUV spectroscopy methods for studying the interaction of metal compounds with native cellulose

Dissertação de mestrado, Qualidade em Análises, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Cellulose swelling by aprotic and protic solvents: What are the similarities and differences?

The swelling of microcrystalline, native and mercerized cotton and eucalyptus celluloses by 16 aprotic solvents was investigated. The number of moles of solvent/anhydroglucose unit, nSw, correlates well with solvent molar volume, basicity and dipolarity/polarizability. Swelling is sensitive to cellulose crystallite size, surface area and the presence of its chains in parallel or anti-parallel arrangements. Use of solvatochromic parameters is a superior alternative to the use of other descriptors, such as Hildebrand`s solubility parameters and Gutmann`s donor numbers. The calculated nSw for 28 protic and aprotic solvents correlated well with their experimental counterparts, although hydrogen bond donation by the solvent was not included.

Extraction of cellulose whiskers from cassava bagasse and their applications as reinforcing agent in natural rubber

In this work cassava bagasse, a by-product of cassava starch industrialization was investigated as a new raw material to extract cellulose whiskers. This by-product is basically constituted of cellulose fibers (17.5 wt%) and residual starch (82 wt%). Therefore, this residue contains both natural fibers and a considerable quantity of starch and this composition suggests the possibility of using cassava bagasse to prepare both starch nanocrystals and cellulose whiskers. In this way, the preparation of cellulose whiskers was investigated employing conditions of sulfuric acid hydrolysis treatment found in the literature. The ensuing materials were characterized by transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction experiments. The results showed that high aspect ratio cellulose whiskers were successfully obtained. The reinforcing capability of cellulose whiskers extracted from cassava bagasse was investigated using natural rubber as matrix. High mechanical properties were observed from dynamic mechanical analysis. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Cellulose-Based Bio- and Nanocomposites: A Review

Cellulose macro- and nanofibers have gained increasing attention due to the high strength and stiffness, biodegradability and renewability, and their production and application in development of composites. Application of cellulose nanofibers for the development of composites is a relatively new research area. Cellulose macro- and nanofibers can be used as reinforcement in composite materials because of enhanced mechanical, thermal, and biodegradation properties of composites. Cellulose fibers are hydrophilic in nature, so it becomes necessary to increase their surface roughness for the development of composites with enhanced properties. In the present paper, we have reviewed the surface modification of cellulose fibers by various methods. Processing methods, properties, and various applications of nanocellulose and cellulosic composites are also discussed in this paper.