Abstrakti
Tässä työssä selluloosan nanokuidusta on valmistettu funktionaalisia ja ulkoisiin olosuhteisiin, reagoivia materiaaleja. Nanoselluloosa on materiaalitieteen kannalta kiinnostava sen mekaanisen lujuuden, nanoskaalan kuiturakenteen, uusiutuvan alkuperän, sekä biologisen yhteensopivuuden vuoksi. Lisäksi nanoselluloosan suuri ominaispinta-ala, ja kuidun pinnalla olevat lukuisat kemiallisesti tai fysikaalisesti muokattavat ryhmät mahdollistavat mitä moninaisimpia funktionaalisia nanoselluloosamateriaaleja.
Natiivin selluloosan nanokuitujen kykyä muodostaa vahvoja hydrogeelejä hyvin alhaisilla konsentraatioilla on tutkittu julkaisussa I. Niiden osoitettiin olevan lujia ja voimakkaasti leikkausohenevia, mikä on tärkeää materiaalien valmistus- ja prosessointimenetelmissä sekä sovelluksissa. Julkaisussa II havainnolistettiin, miten vahva hydrogeeli voidaan kuivata kylmäkuivauksella, jolloin muodostuu aerogeelejä. Natiivin selluloosan nanokuiduista valmistetut aerogeelit ovat muokkautuvia ja taipuisia, huolimatta niiden 98 % huokoisuudesta. Niiden sisärakennetta ja huokoisuutta voidaan muunnella mm. kuivausolosuhteiden avulla, minkä vuoksi ne soveltuvat mitä erilaisimpiin käyttötarkoituksiin. Ne tarjoavat esimerkiksi perkoloivan substraatin johtavalle polymeerille, kuten polyaniliinille, jonka avulla saavutettiin erittäin huokoinen sähköisesti johtava nanoselluloosamateriaali. Lisäksi, päällystämällä aerogeeli titaanidioksilla (TiO2), sen ominaisuuksia voidaan ohjata ulkoisesti. Julkaisussa III osoitettiin, että TiO2-pinnoitetut nanoselluloosa-aerogeelit muuttuvat UV-valon vaikutuksesta vettä hylkivästä vettä superabsorboiviksi. Aerogeelin vaikutus on kaksijakoinen: se toimii sekä alustana että tehostaa omalla rakenteellaan pinnoitteen aiheuttamia ominaisuuksia. Myös TiO2-nanoselluloosa-aerogeelin hyvä fotokatalyyttinen aktiivisuus perustuu suurehkoon ominaispinta-alaan ja hierarkkiseen huokoisuuteen.
Julkaisussa IV tarkasteltiin edelleen nanoselluloosa-aerogeelin rakenteen ja huokoisuuden merkitystä niin hydrofobisuuteen kuin myös oleofobisuuteen fluoraamalla aerogeeli. Julkaisussa V havainnollistetaan miten hydrofobiseksi TiO2:lla pinnoitettu nanoselluloosa-aerogeeli absorboi selektiivisesti öljyä, mutta hylkii vettä. Tällaista veden pinnalla kelluvaa, öljyä imevää materiaalia voidaan käyttää esim. öljyn poistamiseen vedestä öljyvahingoissa.
Tässä työssä tutkitut funktionalisoidut nanoselluloosamateriaalit tarjoavat mahdollisuuksia uusiin erityissovellutuksiin materiaalitieteessä, ja yhtälailla nanoselluloosa luo mahdollisuuksia metsäteollisuuden kilpailukyvyn vahvistamiseen sen muuttuvassa ja haastavassa toimintaympäristössä.
Julkaisun otsikon käännös | Selluloosan Nanokuidut Funktionaalisena Materiaalina |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-60-5255-7 |
Sähköinen ISBN | 978-952-60-5256-4 |
Tila | Julkaistu - 2013 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- nanoselluloosa
- nanofibrillaarinen selluloosa
- mikrofibrillaarinen selluloosa
- aerogeeli
- valo-ohjautuva absorptio
- selektiivinen absorptio