Lyhyillä kuiduilla lujitettujen täysselluloosakomposiittien valmistus käyttäen NaOH-vesiliuosta liuottimena

Oona Korhonen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Huoli ympäristöstä on kasvattanut painetta käyttää materiaalien valmistuksessa uusiutuvia luonnonvaroja öljypohjaisten raaka-aineiden sijaan. Tässä väitöskirjassa tutkittiin lyhyillä kuiduilla lujitettujen täysselluloosakomposiittien valmistusta dispersiomenetelmällä, käyttäen kaupallisia selluja raaka-aineena ja natriumhydroksidin (NaOH) vesiliuosta liuottimena. Tavoitteena oli tutkia täysselluloosakomposiittien koko valmistusketjua ja pyrkiä ymmärtämään sellujen laadun, natriumhydroksidin liuotinominaisuuksien sekä prosessiparametrien vaikutusta komposiittien ominaisuuksiin. Tutkimuksessa tarkasteltiin epätäydellisen liukenemisen vaikutusta selluloosa-NaOH-liuosten geeliytymiseen, tutkittiin eri kuivausmenetelmien käyttöä täysselluloosa-komposiittien valmistuksessa ja selvitettiin monikerrosmenetelmällä toteutetun pinta-hydrofobisoinnin vaikutusta komposiittien ominaisuuksiin. Natriumhydroksidin vesiliuos todettiin sopivaksi liuottimeksi täysselluloosakomposiittien valmistukseen, kunhan matriisiin saavutettiin riittävä liuenneen selluloosaan konsentraatio. Selluloosa-NaOH-liuoksiin jäljelle jääneiden liukenemattomien kuidunosien sekä lisättyjen kuitujen todettiin vahvistavan muotoutuvia geelejä. Kuitenkin kiinteän selluloosan pitoisuuden kasvu nopeutti geeliytymistä, mikä on huomioitava valmistusprosessia suunniteltaessa. Täysselluloosakomposiittien lujuusominaisuuksien todettiin riippuvan pääasiassa niiden tiheydestä. Puristimella kuivaaminen johti 8 GPa:n enimmäiskimmomoduuliin ja 53 MPa:n -vetolujuuteen. Sekä ylikriittisissä olosuhteissa hiilidioksidilla kuivattujen että kylmäkuivauksella valmistettujen huokoisten täysselluloosakomposiittien tapauksessa lisättyjen lujitekuitujen huomattiin pienentävän ominaispinta-alaa merkittävästi. Epätäydellisestä liukenemisesta jäljelle jääneiden kuidunosien läsnäolo kuitenkin vahvisti komposiitteja ja ylikriittisellä kuivauksella saavutettiin enimmäispuristusmoduuli 8 MPa ominaispinta-alan säilyessä samansuuruisena (335 m2/g). Kylmäkuivauksella voitiin valmistaa tätä lujempia materiaaleja, mutta ominaispinta-ala oli merkittävästi pienempi matriisin suurikokoisten huokosten vuoksi. Lisäksi lujitteen alkuperän huomattiin vaikuttavan komposiittien ominaisuuksiin vähemmän kuin kuitujen konsentraation, riippumatta siitä, olivatko ne peräisin matriisin liukenemattomista kuidunosista tai lisätyistä kuiduista. Täysselluloosakomposiittien pinnoittamisen monikerrosmenetelmällä kationista tärkkelystä ja karnaubavahaa käyttäen todettiin johtavan hydrofobiseen pintaan. Prosessioptimoinnin ansiosta korkea vesikontaktikulma (122°) voitiin saavuttaa ilman lujuusominaisuuksien heikentymistä. Tässä työssä saavutetut tulokset osoittavat, että lyhyillä kuiduilla lujitettujen täys-selluloosakomposiittien ominaisuuksia voidaan säädellä ja hallita. Materiaalia voidaan siis muokata monipuolisesti eri käyttösovellusten vaatimuksien mukaan.
Julkaisun otsikon käännösLyhyillä kuiduilla lujitettujen täysselluloosakomposiittien valmistus käyttäen NaOH-vesiliuosta liuottimena
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Budtova, Tatiana, Vastaava professori
  • Sixta, Herbert, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-3876-6
Sähköinen ISBN978-952-60-3877-3
TilaJulkaistu - 2020
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • aerogeeli
  • geeliytyminen
  • hydrofobisointi
  • lujuusominaisuudet

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Lyhyillä kuiduilla lujitettujen täysselluloosakomposiittien valmistus käyttäen NaOH-vesiliuosta liuottimena'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä