Transforming Nanocellulose Performance through Interfacial Engineering

通过界面工程改变纳米纤维素性能

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2017-05252
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 5.03万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2018-01-01 至 2019-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Due to the scientific drive and social necessity for more environmentally friendly products, the proposed research program focuses on developing novel materials from renewable resources. Specifically, it aims to transform the performance of cellulose nanocrystals (CNCs) through interfacial engineering which will extend the range of applications for an emerging Canadian material from the forest industry. Through close contact with industry, we will elucidate the links between particle chemistry and functionality with an emphasis on imparting new properties which are crucial for commercial products. This research is essential to enable widespread use of nanocellulose in strategic Canadian industries, including pulp & paper, food, cosmetic, pharmaceutical, oil & gas, and manufacturing.******My long term goal is to establish CNCs as a material platform through the development of new science & technology which will lead to new markets for Canadian wood pulp. We will overcome major challenges in CNC development including compatibility/stability, uniform manufacturing, and environmental, health and safety issues. In the short term, 3 PhD and 12 undergraduate students will carry out 3 interconnected projects employing state-of-the-art facilities in McMaster's Biointerfaces, Brockhouse and Manufacturing Research Institutes:******1. Tailoring CNCs for Extreme Thermal & Colloidal Stability. CNCs have potential in oil & gas fluids and composites because they are “green” and their size, shape, and crystallinity lend well to rheological and mechanical control. Findings from this project will decipher stability mechanisms and allow for small changes during industrial CNC production to improve material performance thus bringing CNCs to the energy/construction sector.******2. Developing Design Rules for Auto-adhering Polymers to CNCs. Liquid formulations for food, pharmaceutical and household products can be improved through the addition of CNCs which stabilize interfaces and control viscosity better than surfactants or polymers alone. Understanding polymer adsorption to CNCs will lead to tailorability of CNC emulsions, gels and foams.******3. Assembling CNC Clusters – a New Material for Advanced Rheological Control. Small quantities of anisotropic particles offer superior rheological control; CNCs in inks, adhesives, and biomedical devices are close to commercialization, however, in some markets the use of nanoparticles is discouraged due to insufficient evidence of safety with long-term exposure. This work will control particle assembly by crosslinking CNCs into clusters to broaden “non-nano” applications.******This diverse program spans from chemistry to engineering and can bridge gaps between CNC producers, R&D and commercial receptors of new technology. It provides numerous opportunities for innovative breakthroughs and world-class training in advanced material design & characterization.
由于更环保产品所必需的科学驱动力和社会,因此拟议的研究计划着重于从可再生资源开发新型材料。具体而言,它旨在通过界面工程来改变纤维素纳米晶体(CNC)的性能,这将扩大森林行业新兴材料的应用范围。通过与行业的密切接触,我们将阐明粒子化学和功能之间的联系,重点是赋予对商业产品至关重要的新特性。这项研究对于能够在战略性加拿大行业(包括纸浆和食品,食品,化妆品,药​​品,油气和制造业)等纳米纤维素的宽度使用至关重要。我们将克服CNC开发中的主要挑战,包括兼容性/稳定性,统一制造以及环境,健康与安全问题。在短期内,有3名博士学位和12名本科生将在麦克马斯特的生物区,布罗克豪斯和制造研究机构中使用最先进的设施进行3个相互联系的项目:****** 1。为极端的热和胶体稳定性调整CNC。 CNC在油气液和成分中具有潜力,因为它们是“绿色”,其大小,形状和结晶度很好地借助流变学和机械控制。该项目的发现将破译稳定机制,并允许在工业CNC生产过程中进行微小的变化,以改善材料性能,从而将CNC带到能源/建筑领域。****** 2。开发为CNC自动粘附聚合物的设计规则。通过添加CNC,可以改善食品,药品和家用产品的液体配方,这些CNC稳定界面和控制粘度比单独的表面活性剂或聚合物更好。了解对CNC的聚合物添加吸收将导致CNC乳液,凝胶和泡沫的可调节性。****** 3。组装CNC簇 - 一种用于先进流变系统控制的新材料。少量各向异性颗粒提供了出色的流变控制。墨水,胶粘剂和生物医学设备的CNC接近商业化,但是,由于没有足够的证据表明安全性和长期暴露的证据不足,因此在某些市场中使用纳米颗粒的使用。这项工作将通过将CNC连接到簇中以扩大“非纳米”应用来控制粒子组件。******这个潜水员计划跨越从化学到工程,并且可以弥合CNC生产商,研发和新技术的商业接收者之间的差距。它为高级材料设计和表征方面的创新突破和世界一流的培训提供了许多机会。

项目成果

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    $ 5.03万
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    $ 5.03万
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