Carbon fibers have been produced for the first time from a commercially available kraft lignin, without any chemical modification, by thermal spinning followed by carbonization. A fusible lignin with excellent spinnability to form a fine filament was produced with a thermal pretreatment under vacuum. Blending the lignin with poly(ethylene oxide) (PEO) further facilitated fiber spinning, but at PEO levels greater than 5%, the blends could not be stabilized without the individual fibers fusing together. Carbon fibers produced had an over-all yield of 45%. The tensile strength and modulus increased with decreasing fiber diameter, and are comparable to those of much smaller diameter carbon fibers produced from phenolated exploded lignins. In view of the mechanical properties, tensile 400–550 MPa and modulus 30–60 GPa, kraft lignin should be further investigated as a precursor for general grade carbon fibers.

There is significant interest in biodegradable and transparent UV protection films from renewable resources for many different applications. Herein, the preparation and characterization of semitransparent flexible cellulose films containing low amounts of covalently bonded lignin with UV-blocking properties are described. Azide modified cellulose dissolved in dimethylacetamide/lithium chloride (DMAc/LiCl) was reacted with propargylated lignin to produce 0.5%, 1%, and 2% by weight lignin containing materials. Cellulose-lignin films were prepared by regeneration in acetone. These covalently bonded cellulose-lignin films were homogeneous, unlike the simple blends of cellulose and lignin. Prepared films showed high UV protection ability. Cellulose film containing 2% lignin showed 100% protection of UV-B (280–320 nm) and more than 90% of UV-A (320–400 nm). The UV protection of prepared films was persistent when exposed to thermal treatment at 120 °C and UV irradiation. Thermogravimetric analysis of the films showed minimal mass loss up to 275 °C. The tensile strength of the neat cellulose film was around 120 MPa with about a 10% strain to break. Treated cellulose films with 2% lignin showed lower tensile strength (90 MPa). The described methods demonstrate a straightforward procedure to produce renewable based cellulose-lignin UV-light-blocking films.

Cellulose nanocrystals (CNCs) from ramie fibers are studied as stabilizers of oil-in-water emulsions. The phase behavior of heptane and water systems is studied, and emulsions stabilized by CNCs are analyzed by using drop sizing (light scattering) and optical, scanning, and freeze-fracture electron microscopies. Water-continuous Pickering emulsions are produced with cellulose nanocrystals (0.05-0.5 wt%) grafted with thermo-responsive poly(NIPAM) brushes (poly(NIPAM)-g-CNCs). They are observed to be stable during the time of observation of 4 months. In contrast, unmodified CNCs are unable to stabilize heptane-in-water emulsions. After emulsification, poly(NIPAM)-g-CNCs are observed to form aligned, layered structures at the oil-water interface. The emulsions stabilized by poly(NIPAM)-g-CNCs break after heating at a temperature above the LCST of poly(NIPAM), which is taken as indication of the temperature responsiveness of the brushes installed on the particles and thus the responsiveness of the Pickering emulsions. This phenomenon is further elucidated via rheological measurements, in which viscosities of the Pickering emulsions increase on approach of the low critical solution temperature of poly(NIPAM). The effect of temperature can be counterbalanced with the addition of salt which is explained by the reduction of electrostatic and steric interactions of poly(NIPAM)-g-CNCs at the oil-water interface.

Cellulose nanocrystals (CNCs) or nanowhiskers produced from sulfuric acid hydrolysis of ramie fibers were used as substrates for surface chemical functionalization with thermoresponsive macromolecules. The CNCs were grafted with poly(N-isopropylacrylamide) brushes via surface-initiated single-electron transfer living radical polymerization (SI-SET-LRP) under various conditions at room temperature. The grafting process was confirmed via Fourier transform IR spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy and the different molecular masses of the grafts were quantified and found to depend on the initiator and monomer concentrations used. No observable damage occurred to the CNCs after grafting, as determined by X-ray diffraction. Size exclusion chromatography analyses of polymer chains cleaved from the cellulose nanocrystals indicated that a higher degree of polymerization was achieved by increasing initiator or monomer loading, most likely caused by local heterogeneities yielding higher rates of polymerization. It is expected that suspension stability, interfacial interactions, friction, and other properties of grafted CNCs can be controlled by changes in temperature and provide a unique platform for further development of stimuli-responsive nanomaterials.

Abstract The growing interest in bamboo fibers for pulp, paper, and board production in the USA necessitates a comprehensive financial viability assessment. This study conducts a detailed technoeconomic analysis (TEA) of bamboo fiber production, primarily for the consumer hygiene tissue market although it is also applicable to other industrial uses. The economic viability of two pulping methods – alkaline peroxide mechanical pulping (APMP) and ammonium bisulfite chemical pulping (ABS) – was explored within three different pulp mill settings to supply pulp to two nonintegrated tissue and towel mills in South Carolina, USA. The target was to produce wet lap bamboo bleached pulp at 50% consistency and 70% ISO brightness. Despite higher initial capital invesment and operating costs, ABS achieved a lower minimum required selling price – USD 544 to 686 per bone dry metric ton (BDt = 1000 BDkg) – in comparison with USD 766 to 899 BDt −1 for APMP. This price advantage is partly due to an additional revenue stream (lignosulfonate byproduct), which not only boosts revenue but also circumvents the need for expensive chemical recovery systems. When compared with traditional kraft pulping, both methods require significantly lower capital investments, with minimum required selling prices (estimated to achieve 16% IRR) below current market rates for extensively used bleached kraft pulps in the USA tissue industry. The economic benefits derive from several factors: the low cost of bamboo as raw material, reduced capital needs for new pulping technologies, lower transportation costs from the pulp mill to tissue and towel manufacturing facilities, and the high market price of bleached kraft pulp.

As the global population continues growing, the demand for textiles also increases, putting pressure on cotton manufacturers to produce more natural fiber from this already undersupplied resource. Synthetic fibers such as polyester (PET) can be manufactured quickly and cheaply, but these petroleum-based products are detrimental to the environment. With increased efforts to encourage transparency and create a more circular textile economy, other natural alternatives must be considered. This article discusses the existing condition and future possibilities for man-made cellulosic fibers (MMCFs), with an emphasis on using non-woody alternative feedstocks as a starting material. This work focuses on conversion technology suitable for producing textile-grade fibers from non-wood-based dissolving pulp, which may be different in nature from its woody counterpart and therefore behave differently in spinning processes. Derivatization and dissolution methods are detailed, along with spinning techniques and parameters for these processes. Existing research related to the spinning of non-woody-based dissolving pulp is covered, along with suggestions for the most promising feedstock and technology combinations. In addition, an emerging method of conversion, in which textile fibers are spun from a hydrogel made of an undissolved nano/micro-fibrillated fiber suspension, is briefly discussed due to its unique potential. Methods and concepts compiled in this review relate to utilizing alternative feedstocks for future fibers while providing a better understanding of conventional and emerging fiber spinning processes for these fibers.