Fast and quantitative compositional analysis of hybrid cellulose-based regenerated fibers using thermogravimetric analysis and chemometrics
Julkaisuvuosi
2021
Tekijät
Guizani, Chamseddine; Trogen, Mikaela; Zahra, Hilda; Pitkänen, Leena; Moriam, Kaniz; Rissanen, Marja; Mäkelä, Mikko; Sixta, Herbert; Hummel, Michael
Tiivistelmä
<p>Cellulose can be dissolved with another biopolymer in a protic ionic liquid and spun into a bicomponent hybrid cellulose fiber using the Ioncell<sup>®</sup> technology. Inside the hybrid fibers, the biopolymers are mixed at the nanoscale, and the second biopolymer provides the produced hybrid fiber new functional properties that can be fine-tuned by controlling its share in the fiber. In the present work, we present a fast and quantitative thermoanalytical method for the compositional analysis of man-made hybrid cellulose fibers by using thermogravimetric analysis (TGA) in combination with chemometrics. First, we incorporated 0–46 wt.% of lignin or chitosan in the hybrid fibers. Then, we analyzed their thermal decomposition behavior in a TGA device following a simple, one-hour thermal treatment protocol. With an analogy to spectroscopy, we show that the derivative thermogram can be used as a predictor in a multivariate regression model for determining the share of lignin or chitosan in the cellulose hybrid fibers. The method generated cross validation errors in the range 1.5–2.1 wt.% for lignin and chitosan. In addition, we discuss how the multivariate regression outperforms more common modeling methods such as those based on thermogram deconvolution or on linear superposition of reference thermograms. Moreover, we highlight the versatility of this thermoanalytical method—which could be applied to a wide range of composite materials, provided that their components can be thermally resolved—and illustrate it with an additional example on the measurement of polyester content in cellulose and polyester fiber blends. The method could predict the polyester content in the cellulose-polyester fiber blends with a cross validation error of 1.94 wt.% in the range of 0–100 wt.%. Finally, we give a list of recommendations on good experimental and modeling practices for the readers who want to extend the application of this thermoanalytical method to other composite materials.</p>
Näytä enemmänOrganisaatiot ja tekijät
Julkaisutyyppi
Julkaisumuoto
Artikkeli
Emojulkaisun tyyppi
Lehti
Artikkelin tyyppi
Alkuperäisartikkeli
Yleisö
TieteellinenVertaisarvioitu
VertaisarvioituOKM:n julkaisutyyppiluokitus
A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessäJulkaisukanavan tiedot
Avoin saatavuus
Avoin saatavuus kustantajan palvelussa
Kyllä
Julkaisukanavan avoin saatavuus
Osittain avoin julkaisukanava
Rinnakkaistallennettu
Kyllä
Muut tiedot
Tieteenalat
Kemia; Materiaalitekniikka; Biokemia, solu- ja molekyylibiologia
Avainsanat
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Kustantajan kansainvälisyys
Kansainvälinen
Kieli
englanti
Kansainvälinen yhteisjulkaisu
Ei
Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa
Ei
DOI
10.1007/s10570-021-03923-6
Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen
Kyllä