Нанофибриллы целлюлозы, окисленной с помощью TEMPO

Древесную целлюлозу можно превратить в отдельные нанофибриллы шириной 3–4 нм и длиной не менее нескольких микрометров, то есть с отношением длины к ширине более 100, посредством окисления с помощью TEMPO (2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксильного радикала) и последующей мягкой дезинтеграции в воде. В статье рассмотрены методы получения и основные характеристики нанофибрилл целлюлозы, окисленной с помощью TEMPO (TOCN). При таком окислении на поверхности каждой микрофибриллы целлюлозы избирательно образуется значительное количество карбоксилатных групп при сохранении исходной кристалличности древесной целлюлозы (около 74%) и ширины кристаллитов. Электростатическое отталкивание и/или осмотические эффекты между отрицательно заряженными микрофибриллами целлюлозы, дзета-потенциал которых в воде составляет около −75 мВ, позволяют при мягкой механической дезинтеграции окисленных волокон древесной целлюлозы получить полностью разделённые нанофибриллы TOCN, диспергированные в воде. Самонесущие плёнки из TOCN прозрачны и гибки; их прочность при растяжении составляет 200–300 МПа, а модуль упругости — 6–7 ГПа. Кроме того, плёнки из полимолочной кислоты с покрытием из TOCN обладают крайне низкой кислородопроницаемостью. Новые нанофибриллы на основе целлюлозы, получаемые уменьшением размеров исходных целлюлозных волокон посредством окисления с помощью TEMPO, могут применяться в высокотехнологичных областях как экологически безопасные новые наноматериалы биологического происхождения.