Biobased hollow filament by dry jet-wet spun ionic liquids cellulose solution

Abstract

Cellulosic hollow filaments (HFs) were obtained from the dissolved microcrystalline cellulose (MCC) in the Ionic Liquid (IL) 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate ([emim][OAc]) employing the coaxial dry-wet spinning technique. The cellulose was dissolved at different weight percentages (6 wt%, 8 wt%, and 12 wt%) with the respective extrusion rates of 12 mL/min, 10 mL/min, and 6 mL/min. The (HFs) material properties were inspected, by measuring the Segal crystallinity index, and crystal size via wide-angle X-ray scattering (WAXS). The dry and wet strength of the HFs were analyzed during four cycles of wetting and drying. The highest wet modulus and tensile strength were respectively 168 MPa and 30 MPa, with a maximum elongation of 60 % obtained from the 12 wt% HFs spun at 6 mL/ min that surpassing similar reported HFs. The cellulose concentration and the solution/ fluid extrusion velocity are the most relevant factors that directly influence the physical-mechanical properties of the HFs. The stretchability of the HFs increases with the drying and wetting cycles. The dominant factors that directly affected the HF's dry and wet performances were elucidated by DVS measurements. Overall, the fabricated cellulosic HF membranes are expected to contribute to the market of biobased applications like filters, textiles, surgical conduits, or bioreactor media.

Selluloosa ontot filamentit (HFs) saatiin liuenneesta mikrokiteisestä selluloosasta (MCC) Ionic Liquid (IL) 1-etyyli-3-metyyli-imidatsoliumasetaattiin ([emim][OAc]) käyttämällä koaksiaalista kuiva-märkä kehruutekniikkaa. Selluloosa liuotettiin eri painoprosentteina (6 paino-%, 8 paino-% ja 12 paino-%) vastaavilla ekstruusionopeuksilla 12 ml/min, 10 ml/min ja 6 ml/min. (HFs) materiaaliominaisuudet tarkastettiin mittaamalla Segal-kiteisyysindeksi ja kidekoko laajakulmaröntgensironnolla (WAXS). HF:iden kuiva- ja märkälujuus analysoitiin neljän kostutus- ja kuivaussyklin aikana. Suurin märkämoduuli ja vetolujuus olivat vastaavasti 168 MPa ja 30 MPa, ja maksimivenymä oli 60 %, joka saatiin 12 paino-%:n HF:stä, joka kehrättiin nopeudella 6 ml/min, mikä ylittää vastaavat raportoidut HF:t. Selluloosapitoisuus ja liuoksen/nesteen suulakepuristusnopeus ovat tärkeimmät tekijät, jotka vaikuttavat suoraan HF:iden fysikaalis-mekaanisiin ominaisuuksiin. HF:ien venyvyys paranee kuivaus- ja kostutusjaksojen myötä. Hallitsevat tekijät, jotka vaikuttivat suoraan HF:n kuiva- ja märkäsuorituskykyyn, selvitettiin DVS-mittauksilla. Kaiken kaikkiaan valmistettujen selluloosapitoisten HF-kalvojen odotetaan edistävän biopohjaisten sovellusten, kuten suodattimien, tekstiilien, kirurgisten putkien tai bioreaktoriväliaineiden, markkinoita.