Nanofibres de cellulose
Étant donné que les nanofibres de cellulose (CNF) offrent des caractéristiques physiques attrayantes, telles que la légèreté, la résistance et la dureté, elles permettent non seulement de créer des matériaux avec des fonctionnalités avancées, mais sont également prévues pour être utilisées comme matériau de renforcement pouvant réduire le poids des matériaux composites. Contrairement aux nanomatériaux avancés fabriqués à partir de combustibles pétrochimiques et de substances inorganiques, les CNF sont fabriquées à partir de biomasse végétale. En plus d'être respectueuses de l'environnement et plus sûres, il a été confirmé qu'elles offrent des performances supérieures.
Le mélange de CNF dans la pâte utilisée pour fabriquer les diaphragmes de haut-parleurs, par exemple, a permis une reproduction sonore de meilleure qualité en améliorant le module de Young du diaphragme et en élargissant la gamme des sons haute fréquence qu'ils peuvent produire. L'ajout de CNF à la semelle intermédiaire des chaussures de course a permis d'obtenir une chaussure plus légère et offrant de meilleures performances d'amorti. Ainsi, les CNF ont commencé à être utilisées dans de nombreux produits du quotidien, tels que les lingettes jetables résistantes aux déchirures, l'encre de stylo à bille, les cosmétiques qui offrent une apparence jeune sans sensation collante, et les masques cosmétiques imperméables pour le visage.
Les applications des CNF devraient continuer à se développer ; des exemples incluent des matériaux composites polymères CNF plus légers et plus résistants utilisés comme matériaux structurels dans les avions et des panneaux CNF transparents améliorés avec des fonctionnalités de conductivité.
Observation morphologique des nanofibres de cellulose
Comme les CNF sont produites par la méthode de broyage, dans laquelle la cellulose est mécaniquement défibrée, l'optimisation des conditions de défibrage est nécessaire pour une production efficace de plus grandes quantités de CNF. Par conséquent, une observation morphologique a été réalisée en se concentrant sur les fibres lors du processus de défibrage, qui n'avaient pas été considérées comme importantes par le passé. Cet article présente un exemple d'observation morphologique des fibres pendant le processus de défibrage mécanique à l'aide d'un microscope à sonde de balayage (SPM) et d'un microscope à balayage laser (LSM).
Les échantillons ont été préparés en défibrant une feuille de pâte de bois à feuilles larges par la méthode de broyage, suivie d'une dispersion dans l'eau. En raison de la grande taille des fibres non traitées et des fibres après un traitement, ces fibres ont été observées par LSM. Les fibres après deux à cinq traitements ont été observées par SPM, et les diamètres moyens des fibres ont été calculés. La Fig. 1 montre les résultats de l'observation. Bien que les fibres non traitées soient en condition de faisceau, on peut voir que les fibres se défont et deviennent progressivement plus fines au fur et à mesure que le traitement de défibrage progresse.
De plus, les fibres obtenues en effectuant le traitement de défibrage cinq fois (Fig. 1, en bas à droite) ont été observées avec une haute résolution par SPM (champ d'observation : 250 nm × 250 nm).
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Les CNF sont théoriquement 1/5 plus légères que l'acier mais cinq fois plus résistantes avec une haute résistance spécifique. En les utilisant comme matériaux composites avec des résines et des caoutchoucs, les CNF peuvent obtenir de meilleures propriétés que les matériaux conventionnels et attirent l'attention en tant que nouveau matériau suivant la fibre de carbone.
La dispersibilité dans l'eau des CNF dépend du diamètre et de la forme des fibres. De plus, comme les groupes fonctionnels modifiés à la surface des nanofibres de cellulose confèrent diverses propriétés, telles que la transparence et la dispersibilité dans l'eau, on peut s'attendre à ce qu'elles soient applicables aux composants automobiles, aux matériaux électroniques et aux matériaux d'emballage.