緑とリサイクル性の高いジカルボン酸を使用して熱的に安定したカルボキシル化セルロースナノ結晶とナノフィブリルの低コスト生産

持続可能な経済発展は、再生可能かつ生分解性である原料を使用していないだけで必要ですが、また、これらの再生可能な原料からバイオ製品および生化学物質の多様性を生成するために緑と環境に優しい製造技術を使用しています。このような再生可能なリグノセルロースから製造されたセルロースナノ結晶（CNC）とセルロースナノフィブリル（CNF）、などのセルロースナノ材料は、生分解性であり、バイオ^1、2の範囲を開発するのに適したユニークな機械的および光学的特性を有しています。そのような濃縮された鉱酸加水分解プロセスを使用して^、3-8または酸化法^9-としてによる非リサイクルまたは処理剤の不十分なリサイクルに純粋な機械的な細動または環境的に持続可能に使用する場合、残念ながら、セルロースナノ材料を製造するための既存の技術は、いずれかのエネルギー集約的です^11。また、酸化方法はまた、環境的に毒性コンポを生成することができますリグノセルロースと反応させることによりunds。リグノセルロース – したがって、セルロースナノ材料を製造するための緑の製造技術を開発することが豊富で再生可能な素材を最大限に活用することが非常に重要です。

ヘミセルロースを溶解し、セルロースを解重合するために酸加水分解を使用すると、セルロースナノ材料を製造するための効果的なアプローチです。固体酸は、酸回収^12,13を容易^にするという利点を有するセルロースから糖産生のために使用されてきました。濃縮された鉱酸を用いた以前の研究は、より低い酸濃度は、CNC収率と結晶^3,5が向上することを示しました。これは、より穏やかな酸加水分解は、CNF ^3、14との一貫生産とCNCのアプローチを使用してプロパティおよびセルロースナノ材料の歩留まりが向上する可能性がありながら、強い酸がセルロース結晶に損傷を与える可能性があることを示唆しています。ここでは、な生産を濃縮固体のジカルボン酸の加水分解を用いた方法を文書化CNF ¹⁵とともに電子CNC。これらのジカルボン酸は、低い又は周囲温度で低い溶解度を有し、したがって、それらは容易に成熟した結晶化技術によって回収することができます。それらはまた、沸騰または圧力容器を用いることなく、濃酸加水分解を促進する高温での良好な溶解性を有します。これらの酸はまた、CNC製造のために使用される典型的な無機酸よりも高いpKaを有し、良好なCNC結晶化におけるそれらの使用の結果、下CNC収率にもかかわらず、繊維状セルロース固形残渣（FCSRまたは部分的に加水分解された繊維）のかなりの量が原因で残っているので不完全なセルロース解重合。 FCSRは、低エネルギー入力を使用して、後続の機械的解繊を通してCNFを製造するために使用することができます。鉱酸を使用することと比較してそのため、糖へのセルロースの損失は最小です。

よくカルボン酸はフィッシャーSpeierのエステル^16を介してセルロースをエステル化することが知られています。セルロースにカルボン酸を適用すると、我々は以前に^15を示しとしてカルボキシルCNCとCNFを生成するために、半酸未架橋のエステル^17（またはカルボキシル化）をもたらすことができます。ここで説明する方法は、比較的簡単で、高い化学的回復を有し、かつ低エネルギー入力を使用しながら、漂白または無漂白のいずれかパルプからも高結晶性であるカルボキシル化および熱的に安定CNFとCNCを生成することができます。