Hydrophobization of cellulose for bio-based materials
Tid: Fr 2020-09-04 kl 10.00
Plats: https://kth-se.zoom.us/j/63868851719,, Stockholm (English)
Ämnesområde: Fiber- och polymervetenskap
Respondent: Tianxiao Huang , Träkemi och massateknologi
Opponent: Docent Merima Hasani, Chalmers University of Technology, Department of Chemistry and Chemical Engineering
Handledare: Professor Monica Ek, Fiber- och polymerteknologi
Abstract
Cellulosa, vilken är huvudkomponenten i växter förekommer rikligt i naturen, både på land och i havet. Cellulosabaserade material har i tusentals år använts av människan för dagliga förnödenheter som bränsle och konstruktionsmaterial. Cellulosa isolerades först av den franske forskaren Anselme Payen 1838. I det moderna samhället har applikationerna av cellulosa blivit mer omfattande i och med mer kunskap om cellulosans kemi, vilket även resulterat i modifiering av dess struktur och därmed produkter med nya egenskaper vilka kan möta dagens nya krav. I denna avhandling har kunskap om hur cellulosan kan modifieras, speciellt med avseende på att öka hydrofobiciteten, dvs att minska förmågan att absorbera vatten samt att öka kompabiliteten i kompositmaterial.Cellulosafibrer används ofta som förstärkning i kompositmaterial. I detta arbete användes en ny typ av mikrocellulosa – ett cellulosaderivat, cellulosaoxalat (COX), för framställning av polymersammansättningar. COX hydrofoberades först av maleaterad polypropylen (MAPP) eller oljesyra för att erhålla en bättre kompatibilitet med den hydrofoba matrisen av polypropylen (PP). Det konstaterades att en komposit bestående av 60% PP och 40% MAPP-hydrofoberad COX visade 16% högre draghållfasthet och 106% högre Youngs modul än ren PP. Vid användning av oljesyra för hydrofobering av COX är det möjligt att undvika att använda toxiska katalysatorer för att fullborda förestringen mellan COX och oljesyra, vilket kan leda till en mer miljövänlig process.På samma sätt användes naturligt förekommande föreningar med syftet att framställa hydrofoba cellulosabaserade textilier. Betulin, en naturprodukt isolerad från björkens bark, användes för att modifiera vätbarheten hos cellulosabaserade textilier med tre olika metoder. Textilfibrer modifierades genom att de behandlades i en betulinlösning varefter de torkades och kunde därefter uppvisa en statisk vattenkontaktvinkel (SWCA) på 153°. Därefter ytbehandlades textilfibrer med en betulinbaserad film, vilken uppvisade ett vattenavvisande värde på 80 enligt ett standardtest från American Association of Textile Chemists and Colorists (AATCC). Framställning av betulin-ympad cellulosabaserad textil, visade inte bara hydrofoba egenskaper (SWCA upp till 136°) utan även antibakteriella egenskaper med mer än 99% reduktion av bakterier.Baserat på resultaten från denna avhandling öppnas möjligheter att modifiera cellulosa och erhålla vattenavstötande eller mer kompatibla material för framställning av kompositmaterial. Ökade möjligheter att använda biprodukter, t.ex. betulin och oljesyra, från de skogsindustriella processerna i ett bioraffinaderiperspektiv, kan även bidra till mer hållbara och miljövänliga processer och ökade ekonomiska värden.