Selluloosapohjaisten materiaalien kaksiulotteinen järjestyminen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Työn tarkoituksena oli tutkia systemaattisesti selluloosapohjaisten materiaalien kaksiulotteista järjestymistä sekä kaksiulotteisten rakenteiden vastetta erilaisissa olosuhteissa. Synteettisten materiaalien korvaaminen uusiutuvilla luonnonmateriaaleilla oli yksi tutkimuksen kantavista motiiveista. Luonnonpolymeerien uusien rakenteiden ja niiden käyttäytymisen perustutkimus on välttämätöntä, jotta biopohjaisia polymeerejä voitaisiin hyödyntää uusien toiminnallisten materiaalien valmistamisessa. Trimetyylisilyyliselluloosan (TMSC), selluloosatriasetaatin (CTA), selluloosa-asetaattipropionaatin (CAP) ja selluloosa-asetaattibutyraatin (CAB) järjestymistä Langmuir-Schaefer(LS)-menetelmän mukaisessa ohutkalvon kasvatuksessa kartoitettiin laajalti. Nanorakenteiden syntymistä siirrettäessä yhden molekyylikerroksen paksuinen ohutkalvo vesi/ilma-rajapinnalta kiinteälle substraatille tutkittiin muuntelemalla kiinteän alustan pintaenergiaa. Tulokset osoittivat, että alhaisemman pintaenergian alustat johtivat ohutkalvon vetäytymiseen (dewetting) pinnalla ja lopulta fraktaalirakenteiden muodostumiseen. Vastaavaa ilmiötä ei havaittu CTA:lla, CAP:llä eikä CAB:llä, mutta asetaattiryhmien sekä jäljellä olevien hydroksyyliryhmien merkitys kaksiulotteisten rakenteiden järjestymisessä pystyttiin osoittamaan varsin tarkasti. Selluloosajohdannaisten ohutkalvojen morfologiaa pystyttiin lisäksi ohjaamaan regeneroinnilla, altistamalla kalvo vedelle tai säätämällä LS-menetelmän pintapainetta. Selluloosaesterien (CTA, CAP ja CAB) käyttäytymistä vesi/ilma-rajapinnalla tutkittiin lisäksi puristamalla kalvoa eri nopeuksilla. Selluloosan käyttäytymistä vesiympäristössä tutkittiin myös käyttämällä luonnossa esiintyvää selluloosaa ohutkalvon rakennusaineena. Selluloosan natiivikiteestä koostuvia selluloosan nanokiteitä (CNC) ja TMSC:stä regeneroitua amorfista selluloosaa sekä näiden seoskalvoja altistettiin vesihöyrylle, ja ohutkalvoissa tapahtuvia muutoksia analysoitiin kvartsikidemikrovaa'alla (QCM-D) sekä spektroskooppisella ellipsometrillä (SE). Kvantitatiivinen tulosten tulkinta osoitti, että CNC-kalvoissa yksittäisen CNC:n ympärille rikastuu kolmen molekyylikerroksen paksuinen vesikerros. Ohutkalvojen vesihöyryvaste muuttui huomattavasti monimutkaisemmaksi CNC:stä ja amorfisesta selluloosasta koostuvissa seoskalvoissa. Kiteisen ja amorfisen selluloosan suhde oli kriittinen tekijä vesihöyryn adsorptiossa ohutkalvoihin suhteellisen kosteuden funktiona. Kun amorfinen/kiteinen -suhde oli samankaltainen kuin kasvin soluseinässä (~50/50), kiteisen selluloosan määrän suhteellinen kasvattaminen lisäsi vesihöyryn adsorption määrää. Jos taas kalvossa oli amorfista selluloosaa huomattavasti ylimäärin, CNC:n määrän kasvatus vähensi vesihöyryn adsorptiota.
Julkaisun otsikon käännösSelluloosapohjaisten materiaalien kaksiulotteinen järjestyminen
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Kontturi, Eero, Vastuuprofessori
  • Wilson, Ben, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-6673-8
Sähköinen ISBN978-952-60-6674-5
TilaJulkaistu - 2016
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • selluloosan johdannaiset
  • itsejärjestyminen
  • selluloosananokiteet
  • LS-menetelmä
  • QCM-D
  • ellipsometria

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Selluloosapohjaisten materiaalien kaksiulotteinen järjestyminen'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä