Sonication of Cellulose Nanocrystals: From Fundamentals Towards Scale-Up

Cellulose nanocrystals (CNCs) are biobased and biodegradable rod-like nanoparticles that have garnered a growing interest over the past few years. Their unique mechanical, rheological and optical properties may be exploited in a wide range of applications: in plastics and composites, food, paints and coatings, construction, among other major fields. In this context, both academics and industrials are carrying out extensive research works to exploit these high value-added materials. Of particular interest is the high aspect ratio of CNCs, a feature shared with many other nanoparticles, which provide them such valuable properties such as a high mechanical strength or iridescence. In addition, the numerous hydroxyl groups on the surface of CNCs confer upon them an interesting versatility as these can host surface modification. However, these two specificities are also an important source of complications when dealing with their dispersion in suspensions. Indeed, CNCs tend to form strong agglomerates when dried after their extraction from the cellulosic source.

Résumé

Les nanocristaux de cellulose (CNCs) sont des nanoparticules biosourcées et biodégradables en forme de bâtonnets qui suscitent un intérêt croissant depuis quelques années. Leurs propriétés uniques, de nature mécanique, rhéologique ou optique, peuvent être exploitées dans une vaste gamme d'applications dans des domaines comme les plastiques et composites, l'alimentaire, les peintures et revêtements ou la construction. Dans ce contexte, des travaux approfondis sont menés par les chercheurs académiques et industriels pour tirer profit de ces matériaux à haute valeur ajoutée. L'une des spécificités intéressantes des CNCs, commune aux autres nanoparticules, est son aspect de forme, qui lui donne ces propriétés considérables, telles qu'une grande résistance mécanique ou un caractère iridescent. De plus, les nombreux groupes hydroxyle sur la surface des CNCs permettent une versatilité intéressante, via la modification de surface. Cependant, ces deux attributs sont aussi source de complications importantes lorsque leur dispersion en suspension est désirée. En effet, les CNCs ont tendance à former de solides agglomérats quand ils sont séchés après avoir été extraits de la source cellulosique.