Lignin-Based Thermosets with Tunable Mechanical and Morphological Properties
A Study of Structure-Property Relationships
Tid: To 2023-06-15 kl 10.00
Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Fiber- och polymervetenskap
Respondent: Iuliana Ribca , Ytbehandlingsteknik, Wallenberg Wood Science Center, Mats Johansson
Opponent: Docent Mika Sipponen, Stockholm University
Handledare: Professor Mats Johansson, Wallenberg Wood Science Center, Ytbehandlingsteknik; Professor Martin Lawoko, Fiber- och polymerteknologi, Wallenberg Wood Science Center; Stephan V. Roth, Ytbehandlingsteknik
QC 2023-05-23
Abstract
Nuförtiden finns det ett akut behov av att minska vårt beroende av fossilaresurser och övergå till användningen av förnybara resurser och därmedavancera den hållbara utvecklingen. Att använda förnybara och biobaseraderåvaror, såsom lignocellulosabiomassa, för att designa nya material är ettlovande tillvägagångssätt för att uppnå detta mål. Huvudkomponenterna ilignocellulosabiomassa är cellulosa, hemicellulosa och lignin. Lignin ärnaturens vanligaste aromatiska biopolymer och den produceras i stor skalafrån kemiska massaprocesser som tekniskt lignin. Lignin kan fungera som etthållbart och förnybart alternativ till fossilbaserade aromater i olikatillämpningar, t.ex. g. värmehärdande hartser.
Tekniskt lignin har en komplex och heterogen struktur, med en relativt lågkemisk reaktivitet. Det kännetecknas av en hög dispersitet, närvaron av olikafunktionella grupper som är ojämnt fördelade längs ligninkedjorna, och olikatyper av enhetsbindningar mellan monoaromaterna. För att övervinna deutmaningar som är förknippade med ligninets heterogenitet kan ligninfraktioneras och/eller kemiskt modifieras.
I detta arbete användes LignoBoost Kraft-lignin som utgångsmaterial föratt tillverka ligninbaserade tiol-en-härdplaster. Först har lignin fraktioneratsmed hjälp av två olika metoder: 1) sekventiell lösningsmedelsfraktionering,och 2) mikrovågsassisterad extraktion. Dessa fraktioneringsmetoder gjordedet möjligt att erhålla ligninfraktioner med unika och skräddarsyddaegenskaper. Därefter modifierades ligninet kemiskt genom allylering. Tvåallyleringsreagens användes: allylklorid och diallylkarbonat. Användningenav allylklorid möjliggör selektiv allylering av de fenoliska OH-grupperna,samtidigt som de alifatiska och karboxylsyra-OH-grupperna lämnasomodifierade. Diallylkarbonat kan å andra sidan reagera med alla de tidigarenämnda OH-grupperna, vilket leder till en högre grad av allylering. Däreftertvärbands härdades allylerat lignin termiskt med olika polyfunktionellatioler, för att ge härdplast med tiol-en-tvärbindingar. Strukturegenskapsförhållandenaför härdplasterna undersöktes genom att varieraflera parametrar, inklusive ligninkällan, fraktioneringsmetod, kemiskmodifiering och tioltvärbindare. Genom att justera dessa parametrarproducerades olika härdplaster med skräddarsydda mekaniska ochmorfologiska egenskaper. Att förstå relationerna mellan struktur ochegenskaper av dessa biobaserade material är avgörande för att identifierapotentiella tillämpningar.