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Edge-on (cellulose II) and face-on (cellulose I) adsorption of cellulose nanocrystals at the oil/water interface; a combined entropic and enthalpic process

Authors :
Somia Haouache
Yu Chen
Clara Jimenez-Saelices
Fabrice Cousin
Pan Chen
Yoshiharu Nishiyama
François Jerome
Isabelle Capron
Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP)
Université de Poitiers-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Unité de recherche sur les Biopolymères, Interactions Assemblages (BIA)
Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Beijing Institute of Technology (BIT)
Groupe Diffusion petits angles (GDPA)
Laboratoire Léon Brillouin (LLB - UMR 12)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Centre de Recherches sur les Macromolécules Végétales (CERMAV)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)
ANR-16-CE07-0003,CELLOPLASM,Clivage de la liaison béta-1,4 glycosidique de la cellulose par plasma atmospherique non-thermique: mécanisme et application pour la production d'alkylglycosides(2016)
ANR-15-CE08-0023,BIOPICK,Emulsions de Pickering stabilisées par des nanoparticules issues de la biomasse(2015)
Source :
Biomacromolecules, Biomacromolecules, 2022, 23 (9), pp.3517-3524. ⟨10.1021/acs.biomac.2c00201⟩
Publication Year :
2022
Publisher :
HAL CCSD, 2022.

Abstract

International audience; Nanocelluloses can be used to stabilize oil/water surfaces, forming so-called Pickering emulsions. In this work, we compare the organization of native and mercerized cellulose nanocrystals (CNC-I and CNC-II) adsorbed on the surface of hexadecane droplets dispersed in water at different CNC 2 concentrations. Both types of CNC have an elongated particle morphology and form a layer strongly adsorbed at the interface. However, while the layer thickness formed with CNC-I is independent of the concentration at 7 nm, CNC-II forms a layer ranging from 9 to 14 nm thick with increasing concentration, as determined using small angle neutron scattering with contrast matched experiments. Molecular dynamics (MD) simulations showed a preferred interacting crystallographic plane for both crystalline allomorphs that exposes the CH groups (1 0 0 and 0 1 0) and is therefore considered hydrophobic. Furthermore, this study suggests that whatever the allomorph, the migration of CNCs to the oil-water interface is spontaneous and irreversible, and is driven by both enthalpic and entropic processes.

Details

Language :
English
ISSN :
15257797 and 15264602
Database :
OpenAIRE
Journal :
Biomacromolecules, Biomacromolecules, 2022, 23 (9), pp.3517-3524. ⟨10.1021/acs.biomac.2c00201⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....8a2e92911a90d3a47c7ede8007e74dd0
Full Text :
https://doi.org/10.1021/acs.biomac.2c00201⟩