Thermogravimetry (TG) of Cellulose Nanofibers
Aplikace | 2020 | ShimadzuInstrumentace
Cellulózová nanovlákna (CNF) představují obnovitelnou, uhlíkově neutrální alternativu k tradičním materiálům díky své nízké hmotnosti, vysoké pevnosti a tuhosti. Termostabilita CNF je klíčová pro rozšíření jejich praktického využití například v automobilovém či konstrukčním průmyslu.
Studie se zaměřila na hodnocení tepelné stability různých typů CNF odvozených z buničiny i bakteriální výroby a karboxymethylcelulózy (CMC). Hlavním cílem bylo stanovit teploty počátku dekompozice a pochopit vliv délky vlákna a způsobu sušení na termické chování.
Analýza byla provedena termogravimetrickou analýzou (TG) v makrobunce s výškou 5 mm, opatřené odvětrávacím krytem. Vzorky CNF sušené při 80 °C po předem stanovenou dobu podstoupily TG měření při řízeném nárůstu teploty, přičemž se sledovaly hmotnostní ztráty.
Termogravimetrie odhalila dvoufázový průběh hmotnostních ztrát: počáteční odpaření zbytkové vody do cca 200 °C a následnou dekompozici materiálu od 250 °C. U CNF z buničiny se teplota 5% ztráty hmotnosti pohybovala mezi 285 °C (standardní vlákna) až 312 °C (extra-krátká vlákna), přičemž kratší vlákna vykazovala vyšší tepelnou odolnost. U TEMPO-oxidované CNF a NFBC došlo při dlouhodobém sušení (8 h při 80 °C) k předčasné degradaci, což eliminovalo vakuové sušení, jež posunulo počátek rozkladu z 182 °C na 222 °C. CMC vykazovala nižší tepelnou odolnost (5% ztráty při 243 °C) než čistá celulóza (~303 °C).
Termogravimetrie umožňuje rychlé a spolehlivé stanovení tepelné stability různých typů CNF, identifikaci vlivu délky vláken a optimalizaci sušení. Tyto poznatky jsou klíčové pro návrh výrobních procesů a aplikací CNF v průmyslových kompozitech, automobilovém sektoru či biomedicíně.
Další rozvoj se předpokládá v integraci TG s technikami, jako je DSC nebo FTIR, pro detailnější pochopení mechanismů degradace. Modifikace povrchových skupin a optimalizace sušení mohou dále zlepšit termostabilitu CNF a rozšířit jejich použití v náročných podmínkách.
Termogravimetrická analýza prokázala významnou variabilitu tepelné stability CNF v závislosti na jejich původu, délce vláken a podmínkách sušení. Tyto poznatky podporují vývoj odolnějších materiálů a efektivnějších výrobních technologií.
Termální analýza
ZaměřeníMateriálová analýza
VýrobceShimadzu
Souhrn
Význam tématu
Cellulózová nanovlákna (CNF) představují obnovitelnou, uhlíkově neutrální alternativu k tradičním materiálům díky své nízké hmotnosti, vysoké pevnosti a tuhosti. Termostabilita CNF je klíčová pro rozšíření jejich praktického využití například v automobilovém či konstrukčním průmyslu.
Cíle a přehled studie
Studie se zaměřila na hodnocení tepelné stability různých typů CNF odvozených z buničiny i bakteriální výroby a karboxymethylcelulózy (CMC). Hlavním cílem bylo stanovit teploty počátku dekompozice a pochopit vliv délky vlákna a způsobu sušení na termické chování.
Použitá metodika a instrumentace
Analýza byla provedena termogravimetrickou analýzou (TG) v makrobunce s výškou 5 mm, opatřené odvětrávacím krytem. Vzorky CNF sušené při 80 °C po předem stanovenou dobu podstoupily TG měření při řízeném nárůstu teploty, přičemž se sledovaly hmotnostní ztráty.
Hlavní výsledky a diskuse
Termogravimetrie odhalila dvoufázový průběh hmotnostních ztrát: počáteční odpaření zbytkové vody do cca 200 °C a následnou dekompozici materiálu od 250 °C. U CNF z buničiny se teplota 5% ztráty hmotnosti pohybovala mezi 285 °C (standardní vlákna) až 312 °C (extra-krátká vlákna), přičemž kratší vlákna vykazovala vyšší tepelnou odolnost. U TEMPO-oxidované CNF a NFBC došlo při dlouhodobém sušení (8 h při 80 °C) k předčasné degradaci, což eliminovalo vakuové sušení, jež posunulo počátek rozkladu z 182 °C na 222 °C. CMC vykazovala nižší tepelnou odolnost (5% ztráty při 243 °C) než čistá celulóza (~303 °C).
Přínosy a praktické využití metody
Termogravimetrie umožňuje rychlé a spolehlivé stanovení tepelné stability různých typů CNF, identifikaci vlivu délky vláken a optimalizaci sušení. Tyto poznatky jsou klíčové pro návrh výrobních procesů a aplikací CNF v průmyslových kompozitech, automobilovém sektoru či biomedicíně.
Budoucí trendy a možnosti využití
Další rozvoj se předpokládá v integraci TG s technikami, jako je DSC nebo FTIR, pro detailnější pochopení mechanismů degradace. Modifikace povrchových skupin a optimalizace sušení mohou dále zlepšit termostabilitu CNF a rozšířit jejich použití v náročných podmínkách.
Závěr
Termogravimetrická analýza prokázala významnou variabilitu tepelné stability CNF v závislosti na jejich původu, délce vláken a podmínkách sušení. Tyto poznatky podporují vývoj odolnějších materiálů a efektivnějších výrobních technologií.
Reference
- Application News No. S30: Observation of Cellulose Nanofibers and Measurement of Fiber Length/Width, Shimadzu Corporation
- Application News No. Q121: Characterization of Fiber Length and Dispersibility of Cellulose Nanofibers, Shimadzu Corporation
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Solutions for Cellulose Nanofibers
2019|Shimadzu|Příručky
C10G-E076 Cellulose Nanofibers Solutions for Cellulose Nanofibers Application Notebook Introduction Cellulose nanofibers (CNF) are plant-derived carbon-neutral materials which are light-weight and strong, yet they also exhibit high elasticity and resistance to heat. Furthermore, the main component of CNF, cellulose, can…
Klíčová slova
cnf, cnffiber, fibercellulose, celluloseobservation, observationlength, lengthmeasurement, measurementdispersibility, dispersibilityfibers, fibersflexural, flexuraldefibrating, defibratingnews, newsnanofibers, nanofibersdefibration, defibrationreinforced, reinforcedhdpe
Thermal Characterization of Virgin and Recycled PET
2025|Shimadzu|Aplikace
Differential Scanning Calorimeter Simultaneous TG/DTA Application News Thermal Characterization of Virgin and Recycled PET Atsuko Naganishi User Benefits The DSC-60 Plus differential scanning calorimeter can evaluate the melting temperature and crystallization temperature of materials. Thermal stability can be…
Klíčová slova
pet, petheating, heatingfibers, fibersrecycled, recycledvirgin, virgindta, dtamelting, meltingcooling, coolingdsc, dscfirst, firstinquiry, inquirybehavior, behaviorthermal, thermalsecond, secondtemperature
Reaction Rate Analysis by Thermal Analysis
2020|Shimadzu|Aplikace
Application News No. Thermal Analysis Reaction Rate Analysis by Thermal Analysis T158A Thermal stability tests of polymer materials and medical supplies require considerable time. However, it is possible to make predictions of the reaction rate in a short time (isothermal…
Klíčová slova
activation, activationdehydration, dehydrationreaction, reactionenergy, energycuring, curingdsc, dscエネルギー, エネルギーreactions, reactionsthermal, thermalpet, petpentahydrate, pentahydraterate, ratepredictions, predictionstemperature, temperatureepoxy
Recycled Plastic Analysis Solutions
2024|Shimadzu|Brožury a specifikace
C10G-E105 Recycled Plastic Analysis Solutions Recycled Plastic Various plastic recycling measures are being implemented in response to growing awareness about needing to establish a carbon-free and recycling-oriented society. The typical process involves collecting, sorting, shredding, washing, drying, and otherwise processing…
Klíčová slova
plastic, plasticpla, plaannealing, annealingmeasurement, measurementabs, absmold, moldhardness, hardnessftir, ftirspectrophotometer, spectrophotometerray, rayresin, resinextract, extractsorting, sortingfourier, fourieranalysis
