On the Role of Chemical Affinity on the Dispersion, Self-Assembly, and Interfacial Behavior of Colloidal Cellulose Nanocrystals

Les nanocristaux de cellulose (CNCs) sont des nanoparticules à hauts aspects de forme qui comptent au rang des nouveaux « ors verts » de la transition écologique. Depuis la conception des premières usines pilotes au cours de la dernière décennie, ces nanomatériaux biosourcés et biodégradables sont produits à l'échelle industrielle (plus d'une tonne par jour) et suscitent de fortes attentes pour leurs propriétés en milieux aqueux : les nanocristaux se (re)dispersent aisément dans l'eau pour y former des suspensions colloïdales stables, des cristaux liquides, ou des hydrogels en fonction de leurs niveaux de concentration. Les CNCs peuvent notamment servir de rhéoépaississants ou d'émulsificateurs, et leurs suspensions aqueuses agir comme intermédiaires pour la production par évaporation de nanocomposites et de matériaux autoassemblés.

Abstract

Cellulose nanocrystals (CNCs), often described as plants' building blocks, are biosourced and biodegradable rod-like nanomaterials whose production rate has been scaled up from a few kilograms to >1 ton/day within the last decade. They carry high expectations that arise from their properties in water: a solvent in which CNCs are readily dispersible and form stable isotropic colloidal suspensions at dilute levels, then liquid crystals and gels as higher concentrations. These aqueous suspensions are a platform towards a broad range of applications: CNCs may hence act as fillers in nanocomposites, as templating agents for self-assembled materials, as rheological modifiers, or as Pickering emulsifiers.