Adsorption of polysaccharides on nanocellulose

Abstract

Polysakkaridien adsorptiokäyttäytymistä selluloosan nanofibrillien pinnalle tutkittiin kvartsikidemikrovaa'an (QCM-D) ja atomivoimamikroskopian (AFM) avulla. Tavoitteena oli vertailla erilaisten polysakkaridien adsorptiota selluloosaan ja löytää tärkeimmät adsorptioon vaikuttavat tekijät. Työssä tutkittiin galaktomannaanien, ksyloglukaanin, ksylaanin, kitosanin ja karboksimetyyliselluloosan adsorptiokäyttäytymistä eri molekyylimassoilla. Työssä otettiin myös selvää suolapitoisuuden ja pHn vaikutuksesta varautuneiden polysakkaridien adsorptioon ja NFC -pintaan.

Tutkitut polysakkaridit adsorboituivat pysyvästi selluloosaan. Ominaisuuksia, jotka johtivat polysakkaridien pysyvään adsorptioon selluloosapinnalle, olivat lineaarinen glukaani- tai mannaaniketju, vesiliukoisuus ja neutraalisuus. Varauksellisten polysakkaridien adsorptiota oli mahdollista parantaa adsorptio-olosuhteita optimoimalla. CMCn adsorptiota selluloosapinnalle voitiin parantaa suolapitoisuutta nostamalla. Suolapitoisuuden nosto ei kuitenkaan lisännyt ksylaanin adsorptiota, vaikka ksylaani on myös anioninen. Kitosan pystyi adsorboitumaan selluloosapinnalle korkeassa pHssa.

Polysakkaridien sivuryhmät, kuten galaktaani ja arabinoosi, vaikuttavat merkittävästi polysakkaridien liukoisuusominaisuuksiin ja konformaatioon, mutta ne eivät pysty sitoutumaan selluloosaan. Adsorption määrään vaikuttaa polysakkaridien rakenne ja mahdollisuus muodostaa sidoksia selluloosaan. Kokeissa voitiin myös havaita, että molekyylimassalla on vaikutusta polysakkaridien adsorptioon. Galaktomannaanit adsorboituvat selluloosaan luultavasti vetysidoksin. Ksyloglukaani adsorboituu nopeammin NFC -pinnalle kuin galaktomannaanit, mikä luultavasti johtuu ksyloglukaanin konformaatiosta. Varautuneet polysakkaridit adsorboituvat selluloosaan vain optimaalisissa olosuhteissa.