Cellulose Nanofibril-Based Materials - Fundamental Properties, Novel Processing Routes, and Potential Applications

Julkaisun otsikon käännös: Selluloosan nanokuituihin perustuvat materiaalit

Matti Toivonen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Selluloosan nanokuidut (SNK) ovat tärkeä nanoselluloosien kategoria ja ovat herättäneet kiinnostusta materiaalitieteissä, koska ne ovat lupaavia uusiutuvia raaka-aineita moniin sovelluksiin. Tässä työssä tutkitaan uusia valmistustapoja SNK:hin pohjautuville materiaaleille erilaisten ominaisuusyhdistelmien mahdollistamiseksi. Valmistustapojen kannalta SNK:jen keskeisinä piirteinä tunnistettiin niiden morfologia ja selluloosalle ominaiset kemiallis-fysikaaliset pintaominaisuudet. Monet polysakkaridit sitoutuvat peruuttamattomasti SNK:jen pinnalle vesi-ympäristössä, mitä hyödyntäen Julkaisussa 1 esitetään yksinkertainen tapa muokata SNK:hin perustuvien materiaalien ominaisuuksia (tässä tapauksessa märkälujuutta) yhdistämällä SNK:t ärsykevasteisen polysakkaridin kanssa. Selluloosan pintaa on mahdollista muokata myös kemiallisesti ja nanofibrillien pintavarausta lisättäessä ne voivat osallistua ioniseen kompleksointiin. Julkaisussa 2 esitetään tapa koostaa SNK:ista ja polyelektrolyyteistä pitkiä kuituja rajapintakompleksoinnilla vedessä. Esitetyllä valmistustavalla on helppoa valmistaa selkeästi osittuneita kaksikomponenttikuituja, jotka voivat muuttaa muotoaan vasteena ilmankosteuden muutoksiin. SNK:t soveltuvat lujien ja jäykkien kuitujen koostamiseen, mutta niiden suuntautuneisuuden lisääminen venyttämällä johtaa kuitenkin tyypillisesti haurastumiseen. Julkaisussa 3 esitetään miten voi suunnata SNK:ja pursotusprosessin aiheuttamilla leikkausvoimilla ja saavuttaa paremmat mekaaniset ominaisuudetilman haurastumista. Näin aikaansaadaan ennennäkemättömän sitkeitä SNK-pohjaisia kuituja. SNK:illa on korkea persistenssipituus ja taipumus sitoutua toisiinsa vetysidoksilla. Nämä ominaisuudet tekevät SNK:ista hyvin sopivia huokoisten materiaalien, kuten aerogeelien, valmistukseen. Julkaisussa 4 esitetään tapa valmistaa SNK:ista läpinäkyviä aerogeelimembraaneja huoneilman olosuhteissa. Nämä membraanit soveltuvat mm. kaasuvirtauksen suodatukseen ja läpinäkyvien ja taipuisien johtimien valmistamiseen.SNK:jen paksuusjakauma riippuu niiden valmistustavasta. Julkaisussa 5 esitetään miten SNK:ihin perustuvien materiaalien valonsirotustehokkuutta voidaan säätää huokoisuuden ja halkaisija-jakauman kautta. Valon eteneminen muuttuu superdiffusiiviseksi voimakkaimmin sirottavissa membraaneissa. Tämä työ tarjoaa näkökulmia suhteeseen, joka vallitsee SNK:jen perusominaisuuksien, niiden käsittelytapojen ja ominaisuusyhdistelmien välillä. Työssä esitetyt käsittelytavat tarjoavat suoria kehityssuuntia kaupallisillekin toimijoille, sekä uudet saavutetut ominaisuuksien yhdistelmät laajentavat mahdollisten sovelluskohteiden kirjoa entisestään.
Julkaisun otsikon käännösSelluloosan nanokuituihin perustuvat materiaalit
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Ikkala, Olli, Vastuuprofessori
  • Ikkala, Olli, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7788-8
Sähköinen ISBN978-952-60-7789-5
TilaJulkaistu - 2018
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • nanoselluloosa
  • selluloosan nanokuidut
  • prosessointi
  • aerogeeli
  • huokoisuus
  • polyelektrolyyttien kompleksointi

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Selluloosan nanokuituihin perustuvat materiaalit'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä