Endre søk
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Impact of lignin source on the performance of thermoset resins
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi, Ytbehandlingsteknik. KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Centra, Wallenberg Wood Science Center. (Mats Johansson)ORCID-id: 0000-0002-8127-9183
Deutsches-Elektronen Synchrotron (DESY).ORCID-id: 0000-0002-5772-8065
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi, Fiberprocesser. Deutsches-Elektronen Synchrotron (DESY). (Stephan Roth)ORCID-id: 0000-0001-6465-2188
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi, Ytbehandlingsteknik. Deutsches-Elektronen Synchrotron (DESY).ORCID-id: 0000-0002-6940-6012
Vise andre og tillknytning
2023 (engelsk)Inngår i: European Polymer Journal, ISSN 0014-3057, E-ISSN 1873-1945, Vol. 194, s. 112141-112141, artikkel-id 112141Artikkel i tidsskrift (Fagfellevurdert) Published
Abstract [en]

A series of different technical hardwood lignin-based resins have been successfully synthesized, characterized, and utilised to produce thiol-ene thermoset polymers. Firstly, technical lignin was fractionated and allylated, whereafter it was crosslinked with a trifunctional thiol. Structural and morphological characteristics of the lignin fractions were studied by 1H NMR, 31P NMR, SEC, FTIR, DSC, TGA, and WAXS. The hardwood lignin fractions have a high content of C5-substituted OH groups. The WAXS studies on lignin fractions revealed the presence of two π-π stacking conformations, sandwiched (4.08–4.25 Å) and T-shaped (6.52–6.91 Å). The presence of lignin superstructures with distances/sizes between 10.5 and 12.8 Å was also identified. The curing reaction of the thermosets was investigated by RT-FTIR. Almost all thermosets (excepting one fraction) reached 95% of the thiol conversion in less than 17 h, revealing the enhanced reactivity of the allylated hardwood lignin samples.

The mechanical properties of the thermosets were investigated by DMA. The curing performance, as well as the final thermoset properties, have been correlated to variations in chemical composition and morphological differences of lignin fractions. The described results clearly demonstrate that technical hardwood lignins can be utilized for these applications, but also that significant differences compared to softwood lignins have to be considered for material design.

sted, utgiver, år, opplag, sider
Elsevier BV , 2023. Vol. 194, s. 112141-112141, artikkel-id 112141
Emneord [en]
Hardwood lignin, Solvent fractionation, Allylation, Thiol-ene thermosets, Wide-angle X-ray scattering, π-π stacking interactions
HSV kategori
Forskningsprogram
Kemi
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-327220DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2023.112141ISI: 001000190100001Scopus ID: 2-s2.0-85159278832OAI: oai:DiVA.org:kth-327220DiVA, id: diva2:1758399
Forskningsfinansiär
KTH Royal Institute of Technology
Merknad

QC 20230524

Tilgjengelig fra: 2023-05-22 Laget: 2023-05-22 Sist oppdatert: 2023-06-26bibliografisk kontrollert
Inngår i avhandling
1. Lignin-Based Thermosets with Tunable Mechanical and Morphological Properties: A Study of Structure-Property Relationships
Åpne denne publikasjonen i ny fane eller vindu >>Lignin-Based Thermosets with Tunable Mechanical and Morphological Properties: A Study of Structure-Property Relationships
2023 (engelsk)Doktoravhandling, med artikler (Annet vitenskapelig)
Abstract [en]

Nowadays, there is an urgent need to decrease our dependence on fossilresources and shift towards the use of renewable resources for advancingsustainable development. Utilizing renewable and bio-based raw materials,such as lignocellulosic biomass, for designing new materials is a promisingapproach to promote this objective. The main components of lignocellulosicbiomass are cellulose, hemicellulose, and lignin. Lignin is the most abundantaromatic biopolymer in nature and it is produced on a large scale fromchemical pulping processes as technical lignin. Lignin has the potential as asustainable and renewable alternative to fossil-based aromatics in variousapplications, e.g. thermosetting resins.

Technical lignin has a complex and heterogeneous structure, with arelatively low chemical reactivity. It is characterized by a high dispersity, thepresence of various functional groups that are unevenly distributed along thelignin chains, and various interunit linkages between the monoaromatics. Toovercome the challenges associated with lignin heterogeneity, technicallignin can be fractionated and/or chemically modified.

In this work, LignoBoost Kraft lignin was used as a starting material toproduce lignin-based thiol-ene thermosets. Firstly, lignin was fractionatedusing two approaches: 1) sequential solvent fractionation, and 2) microwaveassistedextraction. These fractionation approaches enabled access to ligninfractions with unique and tunable properties. Subsequently, lignin waschemically modified, in particular through allylation. Two allylation reagentswere used: allyl chloride and diallyl carbonate. The use of allyl chlorideenables a selective allylation of the phenolic OH groups, leaving the aliphaticand carboxylic acid OH groups unmodified. On the other hand, diallylcarbonate can react with all the aforementioned OH groups, leading to ahigher degree of allylation. Subsequently, allylated lignin was thermallycross-linked with various polyfunctional thiols, leading to thiol-enethermosets. The structure-property relationships of the thermosets wereinvestigated by varying several parameters, including the lignin source,fractionation approach, chemical modification, and thiol cross-linker. Byadjusting these parameters, various thermosets with tunable mechanical andmorphological properties were produced. Understanding the structurepropertyrelationships of these bio-based materials is crucial for identifyingpotential applications.

Abstract [sv]

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.

sted, utgiver, år, opplag, sider
Stockholm, Sweden: KTH Royal Institute of Technology, 2023. s. 66
Serie
TRITA-CBH-FOU ; 2023:19
Emneord
Softwood, hardwood, technical lignin, solvent fractionation, allylation, thiol-ene thermosets, thioether linkage, wide-angle X-ray scattering, π-π stacking interactions, Barrträ, lövträ, tekniskt lignin, lösningsmedelsfraktionering, allylering, tiol-en-härdplaster, tioeterbindning, vidvinkelröntgenspridning, π-π staplingsinteraktioner
HSV kategori
Forskningsprogram
Fiber- och polymervetenskap
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-327306 (URN)978-91-8040-567-6 (ISBN)
Disputas
2023-06-15, F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm, 10:00 (engelsk)
Opponent
Veileder
Forskningsfinansiär
Knut and Alice Wallenberg Foundation
Merknad

QC 2023-05-23

Tilgjengelig fra: 2023-05-23 Laget: 2023-05-23 Sist oppdatert: 2023-05-25bibliografisk kontrollert

Open Access i DiVA

Impact of lignin source on the performance of thermoset resins(3361 kB)72 nedlastinger
Filinformasjon
Fil ATTACHMENT01.pdfFilstørrelse 3361 kBChecksum SHA-512
c0d8fa09a9036748b67e164f4da138d5f27835dbcbc470cf843eeea69bf95415d807ab888ad8f3c7998cb1d195e9e7187d680ed234f45ede65e06a927df5fdb8
Type attachmentMimetype application/pdf

Andre lenker

Forlagets fulltekstScopushttps://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0014305723003245

Person

Ribca, IulianaBetker, MarieRoth, Stephan V.Lawoko, MartinSevastyanova, OlenaJohansson, Mats

Søk i DiVA

Av forfatter/redaktør
Ribca, IulianaSochor, BenediktBetker, MarieRoth, Stephan V.Lawoko, MartinSevastyanova, OlenaMeier, Michael A.R.Johansson, Mats
Av organisasjonen
I samme tidsskrift
European Polymer Journal

Søk utenfor DiVA

GoogleGoogle Scholar
Antall nedlastinger er summen av alle nedlastinger av alle fulltekster. Det kan for eksempel være tidligere versjoner som er ikke lenger tilgjengelige

doi
urn-nbn

Altmetric

doi
urn-nbn
Totalt: 281 treff
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf