Studies on nanocellulose - Functional microparticles, threads, and aerogels of cellulose nanofibrils

Julkaisun otsikon käännös: Nanoselluloosa-tutkimuksia: toiminnallisia mikrohiukkasia, lankoja ja aerogeelejä selluloosa-nanofibrilleistä

Henrikki Mertaniemi

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Nanoselluloosalla tarkoitetaan joukkoa lupaavia uusia selluloosapohjaisia materiaaleja. Niillä on monia kiinnostavia ominaisuuksia, kuten suuri mekaaninen kuivalujuus ja kyky muodostaa vedessä jäykkiä, voimakkaasti leikkausohenevia geelejä. Koska runsaasti selluloosaa sisältävää biomassaa on kestävästi saatavilla hyvin suuria määriä, nanoselluloosa voi tulevaisuudessa korvata öljypohjaisia polymeerejä monissa sovelluksissa. Useimmissa nykysovelluksissa nanoselluloosaa käytetään lisäaineena tai pienenä osana seosta. Tämä väitöskirja koostuu kolmesta julkaisusta, joiden tavoitteena on laajentaa nanofibrilloidun selluloosan (NFC) sovellusvalikoimaa sellaisiin toiminnallisiin materiaaleihin, joissa NFC on pääasiallinen ainesosa. Julkaisussa I muokattiin NFC:n pintaa kemiallisesti, valmistettiin NFC:stä vettä hylkiviä mikro-hiukkasia ja tehtiin hiukkaisista kastumisen estäviä pinnoitteita. Tutkimuksessa havaittiin, että tällaisten mikrohiukkaspinnoitteiden pinnanmuoto muistuttaa huomattavan paljon lootuskasvin lehden pintaa, joka on tunnettu malliesimerkki superhydrofobisuudesta ja itsepuhdistuvuudesta. NFC:stä valmistetut pinnat olivat superhydrofobisia, ja vesipisarat liukuvat pois pinnalta sitä vain hieman kallistettaessa. Julkaisussa II NFC:tä ristisilloitettiin märkälujuuden parantamiseksi, jotta sitä voitaisiin käyttää kantasolujen kasvatusalustana lääketieteen tekniikan sovelluksissa. Glutaral-dehydiristisilloituksen havaittiin parantavan märän NFC:n mekaanista kestävyyttä huomattavasti: ristisilloitetut NFC-langat (NFC-X) säilyttävät vedessä liottamisen jälkeen jopa 40 % kuivan NFC:n vetolujuudesta. Oltuaan seitsemän päivää solukasvatusolosuhteissa muokkaamaton NFC on liian heikkoa käsiteltäväksi, kun taas NFC-X on niin vahvaa, että se voidaan esimerkiksi vetää ihon läpi kirurgisissa käytännön kokeissa. NFC-X ei ole myrkyllistä kantasoluille, eikä kantasolujen kasvattaminen NFC-X–lankojen pinnalla aiheuta muutoksia solujen ominaispiirteissä. Julkaisussa III säädeltiin jääkiteiden kokoa aerogeelin valmistuksen aikana korkean konsentraation NFC-hydrogeelien reologisten ominaisuuksien avulla. Havaittiin, että NFC-geelin kiintoainepitoisuutta muuttamalla voi geelin jäykkyyttä säätää useamman kertaluokan alueella, yli 600 kPa:iin asti. Hydrogeelin ominaisuudet puolestaan vaikuttavat pakastekuivaamalla valmistettujen aerogeelien huokosten kokoon. Aerogeelien verrattain suuresta tiheydestä seuraa, että pinta-alan ja tiheyden suhde on erittäin suuri, jopa 3 m2/cm, ja että materiaalin huokosten koko on vain joitain mikrometrejä. Tämä väitöskirja esittää mahdollisia ratkaisuja erilaisiin haasteisiin, joita on ollut nanoselluloosan soveltamisessa käytäntöön. Tulosten perusteella nanoselluloosaa voidaan tulevaisuudessa käyttää esimerkiksi pinnoitteissa, lääketieteen tekniikan sovelluksissa tai toiminnallisena mikrohuokoisena alustana, jolla on erittäin suuri aktiivinen pinta-ala.
Julkaisun otsikon käännösNanoselluloosa-tutkimuksia: toiminnallisia mikrohiukkasia, lankoja ja aerogeelejä selluloosa-nanofibrilleistä
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Ikkala, Olli, Vastuuprofessori
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7247-0
Sähköinen ISBN978-952-60-7246-3
TilaJulkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • nanoselluloosa
  • mikrofibrilloitu selluloosa
  • superhydrofobinen
  • kantasolu
  • aerogeeli

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Nanoselluloosa-tutkimuksia: toiminnallisia mikrohiukkasia, lankoja ja aerogeelejä selluloosa-nanofibrilleistä'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä