All-Cellulose Composite Fibers Obtained by Electrospinning Dispersions of Cellulose Acetate and Cellulose Nanocrystals

Abstract

Las fibras compuestas totalmente de celulosa se produjeron mediante dispersiones electrospinning que contenían acetato de celulosa (CA) y nanocristales de celulosa (CNC). Las matrices de polímero precursor se obtuvieron después de la dispersión de CA con diferentes grados de sustitución en una mezcla binaria de disolventes orgánicos. Las fibras obtenidas de CA cargadas con CNC tenían anchuras típicas en la escala nano y micro y presentaban una temperatura de transición vítrea de 145 ° C. El componente CA se convirtió en celulosa mediante el uso de hidrólisis alcalina para producir fibras compuestas de celulosa que conservaron la morfología original del sistema precursor. Junto con las huellas dactilares de la Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier, el comportamiento térmico de las fibras compuestas totalmente de celulosa indica la conversión completa de acetato de celulosa a celulosa regenerada. Cambios notables en la térmica se observaron propiedades superficiales y químicas tras la desacetilación. No solo desaparecieron las transiciones térmicas de acetato de celulosa, sino que el ángulo inicial de contacto con el agua de la banda se redujo drásticamente. En general, proponemos un método simple para producir fibras compuestas de celulosa que se espera que muestren propiedades termomecánicas mejoradas, manteniendo al mismo tiempo las características únicas del polímero de celulosa.

All-cellulose composite fibers were produced by electrospinning dispersions containing cellulose acetate (CA) and cellulose nanocrystals (CNCs). Precursor polymer matrices were obtained after dispersion of CA with different degrees of substitution in a binary mixture of organic solvents. The obtained fibers of CA loaded with CNCs had typical widths in the nano- and micro-scale and presented a glass transition temperature of 145 °C. The CA component was converted to cellulose by using alkaline hydrolysis to yield all-cellulose composite fibers that preserved the original morphology of the precursor system. Together with Fourier Transform Infrared Spectroscopy fingerprints the thermal behavior of the all-cellulose composite fibers indicated complete conversion of cellulose acetate to regenerated cellulose. Noticeable changes in the thermal, surface and chemical properties were observed upon deacetylation. Not only the thermal transitions of cellulose acetate disappeared but the initial water contact angle of the web was reduced drastically. Overall, we propose a simple method to produce all-cellulose composite fibers which are expected to display improved thermo-mechanical properties while keeping the unique features of the cellulose polymer.