Utilization of cellulosic building blocks in material design

Julkaisun otsikon käännös: Selluloosapohjaiset materiaalit sovellussuunnittelun rakennuspalikoina

Tiia-Maria Tenhunen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Tässä työssä tutkittiin selluloosapohjaisten materiaalien hyödyntämistä materiaalisuunnittelun ja sovelluskehityksen rakennuspalikoina. Työssä hyödynnettiin sellukuituja, nanoselluloosaa sekä polymeeristä selluloosaa perinteisestä käytöstä poikkeavien sovellusten 1D-, 2D- ja 3D-rakenteissa. Lopputuotteen optimoimiseksi materiaalien ominaisuuksia sekä vuorovaikutuksia karakterisoitiin systemaattisesti toisiaan täydentävillä analysointimenetelmillä. Kokonaisia sellukuituja käytettiin rakennuspalikoina uudenlaisen kuitulangan valmistuksessa, kun taas nanoselluloosa mahdollisti muovinkaltaiset kaksiulotteiset kalvorakenteet. Kemiallisesti muokattuja selluloosajohdannaisia (selluloosa-asetaattia ja asetyloitua hydroksipropyyliselluloosaa) voitiin geelimäisinä materiaaleina käyttää 3D-tulostuksessa. Langan valmistuksessa, kuitujen liuotuksen ja saostuksen sijaan, koliinikloridista ja ureasta muodostetun syväeutektisen nesteen ominaisuuksia hyödynnettiin kuitujen dispergoinnissa sekä reologian muokkauksessa kehruuseen soveltuvaksi. Täten saatiin myös säilytettyä selluloosa I kidemuoto sekä sen ominaisuudet lopputuotteessa. Lisäksi tarkasteltiin syväeutektisen nesteen vaikutusta sellukuitujen morfologiaan ja koostumukseen. Tarkastelun tuloksena huomattiin syväeutektisessa nesteessä käytetyn koliiniklorinin sitoutuvan elektrostaattisesti kuituihin vaikuttaen niiden varaukseen ja siten myös vaikuttaen lopputuotteena olevan kuitulangan ominaisuuksiin. Kaksiulotteisissa kalvoissa käytettiin nanomittakaavaan jauhettua lehtipuuselluloosaa, joka sisältää merkittävän määrän hemiselluloosia, erityisesti ksylaania. Ksylaanin vaikutusta kalvon muodostumisen aikaisissa pintavuorovaikutuksissa sekä lopullisen kalvon ominaisuuksissa tutkittiin. Todettiin, että vaikka ksylaanilla on vaikutusta materiaalin pintaominaisuuksiin ja vedenottokykyyn molekyylitasolla, ei sen poistaminen vaikuta valmiin nanosellukalvon ominaisuuksiin. Selluloosajohdannaisten materiaalivuorovaikutuksia tutkittiin molekyylitasolla seuraamalla adsorptiota selluloosamallipintaan sekä makrotasolla mittaamalla adheesio-ominaisuuksia. Tuloksia hyödynnettiin 3D-tulostettavien tekstiilisovellusten suunnittelussa ja niiden perusteella valmistettiin useita prototyyppejä. Kaiken kaikkiaan, saatuja tuloksia voidaan hyödyntää selluloosamateriaalien ominaisuuksien ja vuorovaikutusten laajempaan ymmärtämiseen sekä uusien sovellusten kehittämiseen. Tulokset selventävät molekyylitason vuorovaikutusten merkitystä lopputuotteen makrotason ominaisuuksiin selluloosapohjaisia materiaaleja käytettäessä.
Julkaisun otsikon käännösSelluloosapohjaiset materiaalit sovellussuunnittelun rakennuspalikoina
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Österberg, Monika, Vastuuprofessori
  • Tammelin, Tekla, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7994-3, 978-951-38-8636-3
Sähköinen ISBN978-952-60-7995-0, 978-951-38-8635-6
TilaJulkaistu - 2018
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • selluloosa
  • sellukuitu
  • kuitulanka
  • nanoselluloosakalvo
  • 3D-tulostus
  • selluloosajohdannaiset

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Selluloosapohjaiset materiaalit sovellussuunnittelun rakennuspalikoina'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä