1. IntroductionCellulose is one of

1. Introduction

Cellulose is one of the most important biopolymers. It is widely used because of its availability, biocompatibility, biological degradability, and sustainability. Cellulose fibers exhibit a unique structural hierarchy derived from their biological origin. They are composed of nanofiber assemblies with a diameter that range from 2 to 20 nm, and a length of more than a few micrometers. These nanometer-sized single fibers of cellulose, which are commonly referred to as nanocrystals, whiskers, nanowhiskers, microfibrillated cellulose, microfibril aggregates or nanofibers (reviewed in Azizi Samir et al., 2005, Eichhorn et al., 2010 and Siró and Plackett, 2010), can be obtained from various sources such as wood fibers (Abe, Iwamoto, & Yano, 2007), cotton (de Morais Teixeira et al., 2010), potato tuber cells (Dufresne, Dupeyre, & Vignon, 2000), both cladodes and spines from Opuntia ficus-indica ( Malainine et al., 2003), prickly pear fruits of O. ficus-indica ( Habibi, Heux, Mahrouz, & Vignon, 2008), lemon and maize ( Rondeau-Mouro et al., 2003), soybean ( Wang & Sain, 2007), wheat straw and soy hulls ( Alemdar & Sain, 2008), hemp fiber ( Wang, Sain, & Oksman, 2007), coconut husk fibers ( Rosa et al., 2010), branch-barks of mulberry ( Li et al., 2009), pineapple leaf fibres ( Cherian et al., 2010), banana rachis ( Zuluaga et al., 2009), sisal ( Morán, Alvarez, Cyras, & Vázquez, 2008), pea hull fibre ( Chen, Liu, Chang, Cao, & Anderson, 2009) and sugar beet ( Dinand et al., 1999 and Dufresne et al., 1997). The individualization of cellulose nanofibers from renewable sources has gained more attention in recent years because of their exceptional mechanical properties (high specific strength and modulus), large specific surface area, low coefficient of thermal expansion, high aspect ratio, environmental benefits, and low cost ( Nishino et al., 2004 and Orts et al., 2005). Suitable applications of cellulose nanofibers, such as reinforcement components in flexible display panels ( Iwamoto et al., 2007 and Yano et al., 2005) and oxygen-barrier layers ( Fukuzumi et al., 2009 and Syverud and Stenius, 2009), have been proposed as well.

Several processes have been used to extract highly purified nanofibers from cellulosic materials. These methods include mechanical treatments, e.g., cryocrushing (Chakraborty et al., 2005 and Chakraborty et al., 2006), grinding (see Abe et al., 2007, Abe et al., 2009, Abe and Yano, 2009, Abe and Yano, 2010 and Nogi et al., 2009 and references therein), and high-pressure homogenizing (see Herrick et al., 1983, Nakagaito and Yano, 2004, Nakagaito and Yano, 2005, Nakagaito and Yano, 2008a, Nakagaito and Yano, 2008b and Turbak et al., 1983 and references therein); chemical treatments, e.g., acid hydrolysis (for example, Araki et al., 2000, Elazzouzi-Hafraoui et al., 2007 and Liu et al., 2010); biological treatments, e.g., enzyme-assisted hydrolysis (see Hayashi et al., 2005, Henriksson et al., 2007 and Pääkkö et al., 2007 and references therein); TEMPO-mediated oxidation on the surface of microfibrils and a subsequent mild mechanical treatment (see Iwamoto et al., 2010, Saito et al., 2009, Saito et al., 2007 and Saito et al., 2006 and references therein); synthetic and electrospinning methods (for example, Frenot et al., 2007, Kim et al., 2006 and Ma et al., 2005); as well as a combination of two or several of the aforementioned methods. All these methods lead to different types of nanofibrillar materials, depending on the cellulose raw material and its pretreatment, and more importantly, depending on the disintegration process itself.

Recently, the ultrasonic technique as an emerging method to isolate cellulose nanofibers has been sufficiently described (Cheng et al., 2010, Cheng et al., 2007, Cheng et al., 2009, Wang and Cheng, 2009 and Zhao et al., 2007). Ultrasound energy is transferred to cellulose chains through a process called cavitation, which refers to the formation, growth, and violent collapse of cavities in water. The energy provided by cavitation in this so-called sonochemistry is approximately 10–100 kJ/mol, which is within the hydrogen bond energy scale (Tischer, Sierakowski, Westfahl, & Tischer, 2010). Thus, the ultrasonic impact can gradually disintegrate the micron-sized cellulose fibers into nanofibers. However, because of the complicated multilayered structure of plant fibers and the interfibrillar hydrogen bonds (Manley, 1964 and Somerville et al., 2004), the fibers obtained by these methods are aggregated nanofibers with a wide distribution in width (Cheng et al., 2009).

Since cellulose nanofibers are embedded in matrix substances such as hemicellulose and lignin, a number of researchers have been removing the matrix substances using chemical methods before the fibrillation process and keeping the material in the water-swollen state. As a result, cellulose nanofibers with a uniform width can be obtained (Abe et al., 2007, Abe and Yano, 2009 and Abe and Yano, 2010). Although chemical pretreatments have been successfully used in isolating nanofibers from cellulose or chitin (Fan et al., 2008 and Ifuku et al., 2009) through the integration of grinding or the homogenizing process, there has been insufficient research on ultrasonic treatment. This study aims to individualize cellulose nanofibers from wood using high-intensity ultrasonication combined with chemical pretreatments. The morphological and structural characteristics of isolated nanofibers were analyzed through SEM and TEM, respectively. FTIR spectroscopy, XRD, and TGA experiments were performed to characterize the changes in the as-prepared products during the processing procedures

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

1. แนะนำ

เซลลูโลสเป็น biopolymers สำคัญอย่างใดอย่างหนึ่ง อย่างกว้างขวางใช้เนื่องจากความพร้อมใช้งาน biocompatibility ชีวภาพ degradability และความยั่งยืน เส้นใยเซลลูโลสแสดงลำดับชั้นโครงสร้างเฉพาะมาจากจุดกำเนิดของชีวภาพ จะประกอบด้วยส่วนประกอบ nanofiber มีเส้นผ่าศูนย์กลางเป็นที่ตั้งแต่ 2 ถึง 20 nm และความยาวของคัลไมโครมิเตอร์แบบหลาย นี่ขนาด nanometer เดียวเส้นใยของเซลลูโลส ซึ่งโดยทั่วไปอย่างเป็น nanocrystals หนวด nanowhiskers, microfibrillated เซลลูโลส microfibril ผล หรือ nanofibers (ทานใน Azizi ซา et al. ปี 2005, Eichhorn et al., 2010 และ Siró และ Plackett, 2010), ได้จากแหล่งต่าง ๆ เช่นเส้นใยไม้ (อะเบะ Iwamoto & Yano, 2007), ฝ้าย (เด Morais Teixeira et al., 2010), เซลล์หัวมันฝรั่ง (Dufresne, Dupeyre & Vignon, 2000), cladodes และ spines จาก Opuntia ฟิคัส-indica (Malainine et al., 2003), ผลไม้ลูกแพร์ prickly ของโอฟิคัส indica (Habibi, Heux, Mahrouz & Vignon, 2008), มะนาวและข้าวโพด (Rondeau Mouro et al., 2003), ถั่วเหลือง (วัง& Sain, 2007), hulls ฟางและถั่วเหลืองข้าวสาลี (Alemdar & Sain, 2008), ใยป่าน (วัง Sain & Oksman, 2007), ใยมะพร้าวแกลบ (โรร้อยเอ็ด al., 2010), สาขาเปลือกของใบหม่อน (Li et al., 2009), สับปะรดใบใย (เชน et al., 2010), กล้วย rachis (Zuluaga et al., 2009), ศรนารายณ์ (Morán, Alvarez, Cyras & Vázquez, 2008), ถั่วตัวเรือไฟเบอร์ (เฉิน หลิว ช้าง เกา &แอนเดอร์สัน 2009) และนทาน (Dinand et al., 1999 และ Dufresne et al, 1997) สร้างลักษณะเฉพาะตัวของเซลลูโลส nanofibers จากแหล่งทดแทนได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้นในปีที่ผ่านมาเนื่องจากคุณสมบัติทางกลพิเศษ (เฉพาะแข็งแรงและโมดูลัส) ของพวกเขา บริเวณพื้นผิวขนาดใหญ่ สัมประสิทธิ์ต่ำความร้อนขยายตัว สูงอัตรา สิ่งแวดล้อม ประโยชน์ ต้นทุนต่ำ (al. et กรุณา 2004 และ Orts et al., 2005) เหมาะใช้เซลลูโลส nanofibers เช่นคอมโพเนนต์เสริมในแบบยืดหยุ่นแสดงแผง (Iwamoto et al., 2007 และ Yano et al., 2005) และชั้นอุปสรรคออกซิเจน (Fukuzumi et al., 2009 และ Syverud และ Stenius, 2009) ได้รับการเสนอชื่อเป็น

การใช้กระบวนการต่าง ๆ ที่กลั่นบริสุทธิ์สูง nanofibers จาก cellulosic วัสดุ วิธีการเหล่านี้รวมถึงรักษาเครื่องจักรกล เช่น cryocrushing (Chakraborty et al., 2005 และ Chakraborty และ al., 2006), บด (ดูอะเบะ et al., 2007 อะเบะ et al. ปี 2009 อะเบะและ Yano ปี 2009 อะเบะ และ Yano, 2010 และ Nogi et al., 2009 และอ้างอิง therein), และปั้ม homogenizing (ดู Herrick et al., 1983, Nakagaito และ Yano, 2004, Nakagaito และ Yano, 2005, Nakagaito และ Yano, 2008a Nakagaito และ Yano, 2008b และ Turbak และ al., 1983 และอ้างอิง therein); เคมีบำบัด เช่น กรดไฮโตรไลซ์ (เช่น Araki et al., 2000, Elazzouzi Hafraoui et al., 2007 และหลิว et al., 2010); บำบัดทางชีวภาพ เช่น ช่วยเอนไซม์ไฮโตรไลซ์ (ดูฮายาชิ et al. ปี 2005, Henriksson et al., 2007 และ Pääkkö et al., 2007 และอ้างอิง therein); ออกซิเดชัน mediated จังหวะบนพื้นผิวของ microfibrils และรักษาเครื่องจักรกลอ่อนภายหลัง (ดู Iwamoto et al., 2010, Saito et al., 2009, Saito et al., 2007 และ al. Saito ร้อยเอ็ด 2006 และอ้างอิง therein); หนังสังเคราะห์และเส้นใยนาโน (เช่น Frenot et al., 2007 คิมและ al., 2006 และ Ma et al., 2005); เป็นการรวมกันของสองหรือหลายวิธีดังกล่าว วิธีเหล่านี้นำไปสู่การแตก nanofibrillar วัสดุ วัตถุดิบเซลลูโลสและการ pretreatment และอื่น ๆ ที่สำคัญ ตามการสลายตัวประมวลผลเอง

เพิ่ง เทคนิคอัลตราโซนิกเป็นวิธีเกิดขึ้นเพื่อแยกเซลลูโลส nanofibers ได้อธิบายไว้พอ (Cheng et al., 2010 เฉิง et al., 2007 เฉิง et al., 2009 วัง และ เฉิง 2009 แล้วเจียว et al., 2007) แล้วโซ่เซลลูโลสผ่านกระบวนการเรียกว่า cavitation ซึ่งหมายถึงกำเนิด เติบโต และยุบรุนแรงของผุน้ำ พลังงานเครื่องอัลตราซาวด์ พลังงานโดย cavitation ใน sonochemistry นี้เรียกว่าเป็นประมาณ 10–100 ล/โมล ซึ่งอยู่ในระดับพลังงานพันธะไฮโดรเจน (Tischer, Sierakowski, Westfahl & Tischer, 2010) ดังนั้น ผลอัลตราโซนิกสามารถค่อย ๆ สลายเส้นใยเซลลูโลสขนาดไมครอนเป็น nanofibers อย่างไรก็ตาม เนื่องจากซับซ้อน multilayered โครงสร้างของเส้นใยพืชและพันธบัตรไฮโดรเจน interfibrillar (Manley, 1964 และ Somerville et al., 2004), เส้นใยที่ได้รับ โดยวิธีการเหล่านี้เป็น nanofibers รวม มีการกระจายกว้างในความกว้าง (Cheng et al., 2009) .

เนื่องจากเซลลูโลส nanofibers ฝังอยู่ในเมทริกซ์สารเช่น hemicellulose และ lignin จำนวนนักวิจัยมีการเอาสารเมทริกซ์โดยใช้วิธีการทางเคมีก่อนการผิดจังหวะ และทำให้วัสดุในรัฐบวมน้ำ ดัง nanofibers เซลลูโลสกว้างสม่ำเสมอได้ (al. et อะเบะ 2007 อะเบะและ Yano 2009 และอะเบะและ Yano, 2010) แม้ pretreatments เคมีสำเร็จใช้ในการแยก nanofibers จากเซลลูโลสและไคทิน (พัดลมร้อยเอ็ด al., 2008 และ Ifuku et al., 2009) โดยรวมของการบดหรือการ homogenizing มีแล้ววิจัยไม่เพียงพอในการบำบัดอัลตราโซนิก การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ individualize nanofibers เซลลูโลสจากไม้ที่ใช้ร่วมกับสารเคมี pretreatments ultrasonication ความเข้มสูง ลักษณะสัณฐาน และโครงสร้างของ nanofibers ที่แยกได้วิเคราะห์ SEM และยการ ตามลำดับ FTIR ก XRD และดำเนินการกำหนดลักษณะการเปลี่ยนแปลงในผลิตภัณฑ์ที่เตรียมเป็นระหว่างขั้นตอนการประมวลผลการทดลอง TGA

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

1 . บทนำ

เซลลูโลสเป็นหนึ่งในสิ่งสำคัญที่สุดในการต . มันถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย เพราะมีความพร้อมใช้งาน การรวมตัวกัน ของตัวเพียงการสลายตัวทางชีวภาพ และความยั่งยืน เส้นใยเซลลูโลสที่จัดแสดงเฉพาะโครงสร้างลำดับชั้นที่ได้มาจากต้นกำเนิดที่แท้จริงของตน ประกอบด้วยนาโนไฟเบอร์แอสเซมบลีที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางที่ช่วงจาก 1 ถึง 20 นาโนเมตรและมีความยาวมากกว่าไม่กี่ไมโครเมตร เหล่านี้ nanometer ขนาดเดียวเส้นใยเซลลูโลส ซึ่งมักเรียกว่า nanocrystals , เครา , nanowhiskers microfibrillated เซลลูโลสไมโครไฟบริล , มวลรวมหรือเส้นใย ( ดูใน ซีซีซาเมียร์ et al . , 2005 ไอก์เฮิร์น et al . , 2010 และท่านó plackett และ 2010 ) สามารถหาได้จากแหล่งต่างๆ เช่น ไม้ ไฟเบอร์ เอ็บ อิวาโมโตะ& ยาโนะ , 2007 ) , ฝ้าย ( de Morais TEIXEIRA et al . , 2010 ) , หัวมัน ( เดอเฟรน dupeyre & , เซลล์ , vignon , 2000 ) ทั้งคลาโดดหนาม Opuntia Ficus Indica และจาก ( malainine et al . , 2003 ) , ลูกแพร์เต็มไปด้วยหนามของ Ficus indica ( habibi ผลไม้ . heux mahrouz & , , , vignon , 2008 ) , มะนาวและข้าวโพด ( บทกวี Mouro et al . , 2003 ) , ถั่วเหลือง ( วัง&เซน , 2007 ) ฟางข้าวสาลีและถั่วเหลืองเพื่อ&เซน alemdar ,2008 ) , ใยปอ ( หวัง เซน& oksman , 2550 ) , เส้นใยกาบมะพร้าว ( Rosa et al . , 2010 ) , สาขาเปลือกไม้หม่อน ( Li et al . , 2009 ) , เส้นใยจากใบสับปะรด ( เชอเรียน et al . , 2010 ) , กล้วยราคิส ( zuluaga et al . , 2009 ) ป่านศรนารายณ์ ( MOR . kgm N อัลวาเรซ cyras &วาสเควซ , 2008 ) , ถั่วเปลือกไฟเบอร์ ( เฉินหลิวชาง , โจ & แอนเดอร์สัน , 2009 ) และน้ำตาล ( dinand et al . , 1999 และเดอเฟรน et al . , 1997 )ที่ส่วนบุคคลของเซลลูโลสเส้นใยจากแหล่งพลังงานทดแทนได้รับความสนใจมากขึ้นในปีล่าสุด เพราะคุณสมบัติที่พิเศษของพวกเขากล ( แรงที่เฉพาะเจาะจงสูงและโมดูลัส ) , พื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ สัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ , สูงอัตราส่วนผลประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อม และต้นทุนต่ำ ( นิชิโนะ et al . , 2004 และก่อตั้ง et al . , 2005 )การใช้งานที่เหมาะสมของเซลลูโลสเส้นใย เช่น การเสริมแรงชิ้นส่วนในแผงแสดงความยืดหยุ่น ( อิวาโมโตะ et al . , 2007 และยาโนะ et al . , 2005 ) และออกซิเจนกั้นชั้น ( ฟุกุซูมิ et al . , 2009 และ syverud และ stenius , 2552 ) ได้รับการเสนอเช่นกัน

หลายกระบวนการได้ถูกใช้เพื่อแยกสูง แยกเส้นใยจากวัสดุเซลลูโลส .วิธีการเหล่านี้รวมถึงการรักษาเครื่องจักรกล เช่น cryocrushing ( Chakraborty et al . , 2005 และ Chakraborty et al . , 2006 ) บด ( เห็นอาเบะ et al . , 2007 , Abe et al . , 2009 , อาเบะกับยาโนะ 2009 อาเบะกับยาโนะ 2010 และ โนกิ et al . , 2009 อ้างอิง ) การผสมยาง และแรงดันสูง ( ดู Herrick et al . , 1983 และ nakagaito ยาโนะ ปี 2004 และ 2005 nakagaito ยาโนะ nakagaito กับยาโนะ 2008a , ,และ nakagaito ยาโนะ 2008b และ turbak et al . , 1983 อ้างอิง ) ; สารเคมี เช่น กรด ( ตัวอย่างเช่น อารากิ et al . , 2000 , elazzouzi hafraoui et al . , 2007 และ Liu et al . , 2010 ) ; การรักษาทางชีวภาพ เช่น เอนไซม์ช่วยย่อย ฮายาชิ et al ( ดู . , 2005 , henriksson et al . , 2007 และ P ää kk ö et al . , 2007 และอ้างอิง )จังหวะโดยปฏิกิริยาบนพื้นผิวของไมโครไฟบริลและต่อมาอ่อนกลการ ( ดูโต้ et al . , 2010 , ไซโตะ et al . , 2009 , ไซโตะ et al . , 2007 และไซโตะ et al . , 2006 และอ้างอิง ) ; วิธีการสังเคราะห์และเส้นใย ( ตัวอย่างเช่น frenot et al . , 2007 , คิม et al . , 2006 และ ma et al . , 2005 ) ; รวมทั้งการรวมกันของสองหรือหลายวิธีดังกล่าวข้างต้นวิธีเหล่านี้นำในประเภทที่แตกต่างกันของวัสดุ nanofibrillar ขึ้นอยู่กับเซลลูโลสดิบและปรับสภาพ และที่สำคัญ ขึ้นอยู่กับกระบวนการการสลายตัวเอง

เมื่อเร็ว ๆนี้เทคนิคอัลตราโซนิคเป็นวิธีใหม่เพื่อแยกเส้นใยเซลลูโลสได้พออธิบาย ( เฉิง et al . , 2010 , เฉิง et al . , 2007 , เฉิง et al . , 2009หวังเฉิง 2009 และจ้าว et al . , 2007 ) การบำบัดโดยใช้อุลตราซาวด์พลังงานจะถูกโอนย้ายไปยังเซลลูโลสโซ่ผ่านกระบวนการที่เรียกว่าโพรง ซึ่งหมายถึงการเจริญเติบโต การพัฒนา และการล่มสลายที่รุนแรงของโพรงน้ำ พลังงานโดย Cavitation ใน sonochemistry ที่เรียกว่านี้ประมาณ 10 – 100 kJ / mol ซึ่งอยู่ภายในพลังงานพันธะไฮโดรเจนขนาด ( tischer sierakowski westfahl , , ,& tischer , 2010 ) ดังนั้นผลกระทบเสียงค่อย ๆสลายตัวไมครอนขนาดเส้นใยเซลลูโลสเป็นเส้นใย . อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโครงสร้างที่ซับซ้อนของพืชเส้นใยมัลติเลเยอร์และพันธะไฮโดรเจน interfibrillar ( Goldsborough 1964 กับ Somerville et al . , 2004 ) , เส้นใยที่ได้จากวิธีการเหล่านี้รวมกับเส้นใยกระจายกว้างกว้าง ( เฉิง et al . ,2009 ) .

เนื่องจากเซลลูโลสเส้นใยฝังอยู่ในเมทริกซ์ เช่น เฮมิเซลลูโลสและลิกนินจำนวนนักวิจัยได้รับการลบเมทริกซ์โดยใช้วิธีการทางเคมีสารก่อนการรักษากระบวนการและวัสดุในน้ำบวม รัฐ ผลคือ เส้นใยเซลลูโลสที่มีความกว้างชุดได้ ( อาเบะ et al . , 2007 , อาเบะ และ ยาโนะอาเบะกับยาโนะ 2009 และ 2010 ) แม้ว่าสารเคมีได้ใช้ประสบความสำเร็จในการแยกการเตนาโนจากเซลลูโลส หรือ ไคติน ( พัดลม et al . , 2008 และ ifuku et al . , 2009 ) โดยการบดหรือการเติมกระบวนการ มีงานวิจัยที่เพียงพอในการรักษาการศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ individualize นาโนเซลลูโลสจากไม้ โดยใช้ความเข้มสูงรวมกับการเต ultrasonication เคมี . ลักษณะทางสัณฐานวิทยาและโครงสร้างของการแยกเส้นใยโดยใช้ SEM และ TEM ตามลำดับ FTIR spectroscopy , XRD ,และ TGA ทดลองเพื่อวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงในเป็นเตรียมผลิตภัณฑ์ ในระหว่างการประมวลผลขั้นตอน