Published January 1, 2024 | Version v1
Publication Open

Critical assessment of the thermal stability and degradation of chemically functionalized nanocellulose-based polymer nanocomposites

Creators

  • 1. Universiti Sains Malaysia
  • 2. National Defence University of Malaysia

Description

Abstract In the last century, global awareness of the environmental repercussions associated with petroleum-based polymer composites has surged. This realization urged extensive scientific research directed towards plant-based biomass, particularly nanocellulose, as a reinforcing element in polymer matrices. Global market value of nanocellulose is expected to increase considerably by 2025, to a forecast USD 783 million. Despite nanocellulose's performance benefits, its poor compatibility with hydrophobic polymer matrices poses challenges, limiting thermal stability and impeding widespread commercialization at higher processing temperatures. To overcome these issues, chemical modification or functionalization emerges as a promising solution to enhance nanocellulose-based polymer nanocomposites' thermal stability. The abundance of hydroxyl groups on nanocellulose enables specific chemical modifications, such as grafting functional molecules or forming covalent/ionic bonds with the polymer matrix. The aim of this study is to validate that integrating chemically functionalized nanocellulose into various polymer matrices, including thermoset, thermoplastic, and bio-polymer, enhances the thermal stability of resulting polymer nanocomposites, supported by thermogravimetric analysis (TGA). The study also explores six additional factors influencing TGA in nanocomposites, providing a comprehensive understanding of elements impacting the thermal properties of these materials.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في القرن الماضي، ارتفع الوعي العالمي بالتداعيات البيئية المرتبطة بمركبات البوليمر القائمة على البترول. حث هذا الإدراك على إجراء بحث علمي مكثف موجه نحو الكتلة الحيوية النباتية، وخاصة النانوسليلوز، كعنصر تعزيز في مصفوفات البوليمر. من المتوقع أن ترتفع القيمة السوقية العالمية للنانوسليلوز بشكل كبير بحلول عام 2025، لتصل إلى 783 مليون دولار أمريكي. على الرغم من فوائد أداء النانوسليلوز، فإن توافقه الضعيف مع مصفوفات البوليمر غير الآلفة للماء يشكل تحديات، مما يحد من الاستقرار الحراري ويعيق التسويق على نطاق واسع في درجات حرارة معالجة أعلى. للتغلب على هذه المشكلات، يظهر التعديل الكيميائي أو التنشيط الوظيفي كحل واعد لتعزيز الاستقرار الحراري لمركبات البوليمر النانوية القائمة على النانو سليولوز. تتيح وفرة مجموعات الهيدروكسيل على النانوسليلوز إجراء تعديلات كيميائية محددة، مثل تطعيم الجزيئات الوظيفية أو تكوين روابط تساهمية/أيونية مع مصفوفة البوليمر. الهدف من هذه الدراسة هو التحقق من أن دمج السليلوز النانوي الفعال كيميائيًا في مصفوفات البوليمر المختلفة، بما في ذلك الصلابة الحرارية واللدائن الحرارية والبوليمر الحيوي، يعزز الاستقرار الحراري لمركبات البوليمر النانوية الناتجة، بدعم من تحليل الجاذبية الحرارية (TGA). تستكشف الدراسة أيضًا ستة عوامل إضافية تؤثر على TGA في المركبات النانوية، مما يوفر فهمًا شاملاً للعناصر التي تؤثر على الخصائص الحرارية لهذه المواد.

Translated Description (French)

Résumé Au cours du siècle dernier, la prise de conscience mondiale des répercussions environnementales associées aux composites polymères à base de pétrole a bondi. Cette prise de conscience a nécessité des recherches scientifiques approfondies axées sur la biomasse végétale, en particulier la nanocellulose, en tant qu'élément de renforcement dans les matrices polymères. La valeur de marché mondiale de la nanocellulose devrait augmenter considérablement d'ici 2025, pour atteindre 783 millions USD. Malgré les avantages de la nanocellulose en termes de performances, sa faible compatibilité avec les matrices polymères hydrophobes pose des problèmes, limitant la stabilité thermique et empêchant une commercialisation généralisée à des températures de traitement plus élevées. Pour surmonter ces problèmes, la modification ou la fonctionnalisation chimique apparaît comme une solution prometteuse pour améliorer la stabilité thermique des nanocomposites polymères à base de nanocellulose. L'abondance de groupes hydroxyle sur la nanocellulose permet des modifications chimiques spécifiques, telles que la greffe de molécules fonctionnelles ou la formation de liaisons covalentes/ioniques avec la matrice polymère. L'objectif de cette étude est de valider que l'intégration de nanocellulose fonctionnalisée chimiquement dans diverses matrices polymères, y compris thermodurcie, thermoplastique et biopolymère, améliore la stabilité thermique des nanocomposites polymères résultants, soutenue par l'analyse thermogravimétrique (ATG). L'étude explore également six facteurs supplémentaires influençant le TGA dans les nanocomposites, fournissant une compréhension complète des éléments ayant un impact sur les propriétés thermiques de ces matériaux.

Translated Description (Spanish)

Resumen En el último siglo, ha aumentado la conciencia global sobre las repercusiones ambientales asociadas con los compuestos de polímeros a base de petróleo. Esta realización instó a una extensa investigación científica dirigida a la biomasa de origen vegetal, particularmente la nanocelulosa, como elemento de refuerzo en las matrices poliméricas. Se espera que el valor de mercado global de la nanocelulosa aumente considerablemente para 2025, a un pronóstico de USD 783 millones. A pesar de los beneficios de rendimiento de la nanocelulosa, su escasa compatibilidad con matrices poliméricas hidrófobas plantea desafíos, limitando la estabilidad térmica e impidiendo la comercialización generalizada a temperaturas de procesamiento más altas. Para superar estos problemas, la modificación o funcionalización química surge como una solución prometedora para mejorar la estabilidad térmica de los nanocompuestos de polímeros a base de nanocelulosa. La abundancia de grupos hidroxilo en la nanocelulosa permite modificaciones químicas específicas, como el injerto de moléculas funcionales o la formación de enlaces covalentes/iónicos con la matriz polimérica. El objetivo de este estudio es validar que la integración de nanocelulosa químicamente funcionalizada en varias matrices poliméricas, incluyendo termoestable, termoplástica y biopolimérica, mejora la estabilidad térmica de los nanocompuestos poliméricos resultantes, respaldada por el análisis termogravimétrico (TGA). El estudio también explora seis factores adicionales que influyen en la TGA en nanocompuestos, proporcionando una comprensión integral de los elementos que afectan las propiedades térmicas de estos materiales.

Files

pdf.pdf

Files (6.0 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:9cf3d0d63f293dfa6df22913709c60c4
6.0 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تقييم نقدي للاستقرار الحراري وتدهور مركبات البوليمر النانوية النانوية الفعالة كيميائياً
Translated title (French)
Évaluation critique de la stabilité thermique et de la dégradation des nanocomposites polymères à base de nanocellulose fonctionnalisés chimiquement
Translated title (Spanish)
Evaluación crítica de la estabilidad térmica y la degradación de nanocompuestos poliméricos basados en nanocelulosa químicamente funcionalizados

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4395094670
DOI
10.1515/ntrev-2024-0005

Is supplement to
https://openalex.org/W4376956758 (Other)
https://openalex.org/W4368367348 (Other)
https://openalex.org/W3208134773 (Other)
https://openalex.org/W2950548371 (Other)
https://openalex.org/W2290271039 (Other)
https://openalex.org/W2149097537 (Other)
https://openalex.org/W2029428427 (Other)
https://openalex.org/W2000066892 (Other)
https://openalex.org/W1496521971 (Other)
https://openalex.org/W1011778062 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W1047920593
  • https://openalex.org/W1144206478
  • https://openalex.org/W1852134226
  • https://openalex.org/W1969095770
  • https://openalex.org/W2000402360
  • https://openalex.org/W2016855998
  • https://openalex.org/W2043998262
  • https://openalex.org/W2052029917
  • https://openalex.org/W2059365448
  • https://openalex.org/W2069263451
  • https://openalex.org/W2092674910
  • https://openalex.org/W2115554139
  • https://openalex.org/W2190652351
  • https://openalex.org/W2213725882
  • https://openalex.org/W2312493969
  • https://openalex.org/W2322271692
  • https://openalex.org/W2333400478
  • https://openalex.org/W2466296010
  • https://openalex.org/W2485636251
  • https://openalex.org/W2495127294
  • https://openalex.org/W2513573147
  • https://openalex.org/W2531142325
  • https://openalex.org/W2537144351
  • https://openalex.org/W2559201087
  • https://openalex.org/W2618425934
  • https://openalex.org/W2703686672
  • https://openalex.org/W2731567280
  • https://openalex.org/W2735202962
  • https://openalex.org/W2737217596
  • https://openalex.org/W2754267533
  • https://openalex.org/W2756672088
  • https://openalex.org/W2760050253
  • https://openalex.org/W2761987876
  • https://openalex.org/W2765182371
  • https://openalex.org/W2767268741
  • https://openalex.org/W2802613448
  • https://openalex.org/W2810746033
  • https://openalex.org/W2886447798
  • https://openalex.org/W2887117078
  • https://openalex.org/W2888341443
  • https://openalex.org/W2889663862
  • https://openalex.org/W2890668069
  • https://openalex.org/W2900687927
  • https://openalex.org/W2902864535
  • https://openalex.org/W2904739514
  • https://openalex.org/W2907307018
  • https://openalex.org/W2907931955
  • https://openalex.org/W2945395103
  • https://openalex.org/W2948346914
  • https://openalex.org/W2965167615
  • https://openalex.org/W2985659168
  • https://openalex.org/W2999812266
  • https://openalex.org/W3004725919
  • https://openalex.org/W3005734371
  • https://openalex.org/W3016891922
  • https://openalex.org/W3017227791
  • https://openalex.org/W3018433697
  • https://openalex.org/W3022429852
  • https://openalex.org/W3024777384
  • https://openalex.org/W3032247154
  • https://openalex.org/W3035471858
  • https://openalex.org/W3054738424
  • https://openalex.org/W3102405043
  • https://openalex.org/W3113602138
  • https://openalex.org/W3127623144
  • https://openalex.org/W3129622139
  • https://openalex.org/W3130526093
  • https://openalex.org/W3153198652
  • https://openalex.org/W3155984894
  • https://openalex.org/W3168237369
  • https://openalex.org/W3179499076
  • https://openalex.org/W3212332023
  • https://openalex.org/W4214859763
  • https://openalex.org/W4221046909
  • https://openalex.org/W4225383311
  • https://openalex.org/W4255075270
  • https://openalex.org/W4256031018
  • https://openalex.org/W4282979804
  • https://openalex.org/W4285390506
  • https://openalex.org/W4289920322
  • https://openalex.org/W4296007949
  • https://openalex.org/W4303959083
  • https://openalex.org/W4307982697
  • https://openalex.org/W4309736736
  • https://openalex.org/W4318261902
  • https://openalex.org/W4318305708
  • https://openalex.org/W4318306020
  • https://openalex.org/W4322619718
  • https://openalex.org/W4362471751
  • https://openalex.org/W4366091784
  • https://openalex.org/W4379800371
  • https://openalex.org/W4382982612
  • https://openalex.org/W4384460980
  • https://openalex.org/W4386527823
  • https://openalex.org/W4388437659
  • https://openalex.org/W4389298032