Impact of Divalent Cations on the Rheology of Cellulose Nanofibrils

Rahmini; Soyoung Juhn; Hyun-A Seong; Soo-Jeong Shin

doi:10.7584/JKTAPPI.2020.04.52.2.78

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저자정보: Rahmini (Chungbuk National University) Soyoung Juhn (Nature Costech) Hyun-A Seong (Chungbuk National University) Soo-Jeong Shin (Chungbuk National University)

저널정보: 한국펄프·종이공학회 펄프·종이기술 펄프·종이기술 제52권 제2호(통권 제193호)

발행연도: 2020.4

수록면: 78 - 86 (9page)

DOI: 10.7584/JKTAPPI.2020.04.52.2.78

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Cellulose nanofibrils (CNFs) hydrogels have been used in various applications due to their ability to form gels via entanglement networks in water. In this study, the rheological properties of CNF gel with various concentrations of divalent cations (Mg2+, Ca2+, and Ba2+) are investigated using a rheometer (MCR 102, Anton Paar, Austria). The addition of divalent cations significantly increased the viscosity, storage modulus, and loss modulus as the concentration of cation increased from 100 to 8,000 ppm that contributed to the formation of stronger gels. This phenomenon indicates that higher cation concentration leads to fibril aggregation and a stiffened network. However, when an excessive amount of cations (10,000 ppm) is added, the CNF starts to coagulate and lose strength. Compared to Ca2+ and Ba2+, Mg2+ has a greater effect on hydrogel strength at 100 ppm, and thus exhibited maximum strength at 5,000 ppm. The maximum strength of Ca2+ occurred at 8,000 ppm, and Ca2+ produced the strongest gel (Mg2+ and Ba2+ were second and third, respectively) between 500 and 1,000 ppm. Ba2+ produced the highest-strength gel with the maximum strength achieved at 8,000 ppm. The impact of divalent ions on the rheological properties of CNF strongly correlated with the kind of cation used and the cation concentration.

#Cellulose nanofibril #rheology #barium #magnesium #calcium

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