Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Specific surface area increase during cellulose nanofiber manufacturing related to energy input
KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Fiber- och polymerteknologi. Valmet AB, Sweden.
KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Fiber- och polymerteknologi.
KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Fiber- och polymerteknologi.ORCID-id: 0000-0002-2900-4713
2016 (Engelska)Ingår i: BioResources, ISSN 1930-2126, E-ISSN 1930-2126, Vol. 11, nr 3, s. 7124-7132Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

Softwood fibers pretreated with a monocomponent endoglucanase were used to prepare a series of cellulose nanofiber qualities using a microfluidizer and 2 to 34 MWh ton-1 of energy input. The specific surface area was determined for the series using critical point drying and gas adsorption. Although the specific surface area reached a maximum of 430 m2 g-1 at 11 MWh ton-1, the nanofiber yield and transmittance continued to increase beyond this point, indicating that more energy is required to overcome possible friction caused by an interwoven nanofiber network unrelated to the specific surface area. A new method for estimating the surface area was investigated using xyloglucan adsorption in pure water. With this method it was possible to follow the disintegration past the point of maximum specific surface area. The technical significance of these findings is discussed.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
North Carolina State University , 2016. Vol. 11, nr 3, s. 7124-7132
Nyckelord [en]
Cellulose, Cellulose nanofibers, Homogenization, Nano, Specific surface area, Xyloglucan
Nationell ämneskategori
Polymerteknologi Pappers-, massa- och fiberteknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-195543DOI: 10.15376/biores.11.3.7124-7132Scopus ID: 2-s2.0-84988493706OAI: oai:DiVA.org:kth-195543DiVA, id: diva2:1048636
Anmärkning

QC 20161121

Tillgänglig från: 2016-11-21 Skapad: 2016-11-03 Senast uppdaterad: 2019-09-20Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Manufacturing and Characterization of Cellulose Nanofibers
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Manufacturing and Characterization of Cellulose Nanofibers
2018 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

The usage of wood has been a dominant driving force during the evolution of the human species. It allowed us to cook food, build tools, put roofs over our head and explore the world. The fibers making up the tree has been the most important way to store and transmit knowledge in the form of paper for centuries. It may not be considered as the most interesting or hi-tech of fields, although, nothing could be further from the truth. One of society's most significant issue is how to live sustainably, which is coincidentally exactly what trees can solve. We can live in tall buildings made from wood, locking up vast amounts of carbon dioxide - we can replace many of the plastics we use today with sustainable alternative from the components making up the tree - we could even make clothes from our trees and stop being reliant on the untenable cotton production - only our imagination is holding us back from what can be made from trees.

Cellulose is the structural component in trees, the molecule arranges itself in a complex hierarchical structure that forms the wood-cells, or fibers. Breaking down this hierarchical structure down to its smallest structural units leaves us with tiny fibers, no longer than a few micrometers and with a width of merely four nanometers. These are cellulose nanofibers, and this work has aimed to understand how and what it takes to liberate these fine fibers from the larger fiber that they make up. Two main pathways exist to liberate the nanofibers, either chemically by introducing negatively charged groups on the surface of the cellulose, making the fibrils repel each other, or mechanically, simply by intense processing of the fibers. However, these processes are associated with certain flaws in that (i) vast amount of energy is required unless the fibers are pretreated, (ii) disintegration is performed in instruments that do not scale well, (iii) disintegration is carried out at a low concentration of fibers, typically below 5%. Additionally, what comes out of a process is difficult to characterize in terms of quality due to an inherent inhomogeneity and the small size of the nanofibers.

These issues in combination with a greater understanding of the processes are the foundation of this thesis.

Decreased energy consumption and scalability was explored via the steam explosion concept Nanopulp. In order to avoid issues associated with the low concentration, a method was developed for drying cellulose nanofibers to a paste without causing hornification using glycerol. A variety of cellulose nanofibers from different sources were prepared and characterization techniques were compared and expanded upon, including the development of a method for better describing the surface area of cellulose nanofibers. Finally, an environmentally friendly composite was made using cheap and available resources in combination with cellulose nanofibers.

Abstract [sv]

Användningen av träd har varit en viktig del under människans evolution. Dessa har tillåtit oss tillaga mat, tillverka verktyg, bygga hus och utforskavärlden. Fibrerna som ett träd är uppbyggt av har i form av papper varitdet viktigaste sättet att lagra och överföra kunnskap under århundranden. Detta fält betraktas ofta som ganska tråkigt och inte så hi-tech, vilket är långt ifrån sanningen. Ett av samhällets största problemen idag är hur manska leva på ett hållbart sätt, vilket är exakt vad vi kan lösa med hjälp avträd. Vi kan bygga höga byggnader av trä att bo i för att binda upp storamängder koldioxid. Vi kan ersätta många av de plaster vi idag användermed hållbara alternativ från de komponenter som utgör träd. Vi kan till och med göra kläder från våra träd för att sluta vara beroende av den ohållbara bomullsproduktionen - bara fantasin sätter gränser för vad som kan göras frånträd. Cellulosa är den huvudsakligen strukturella komponenten i trä, molekylen ordnar sig i en komplex hierarkisk struktur som bildar träcellerna eller fibrerna. Genom att bryta ner denna hierarkiska strukturen till dess minsta strukturella enhet, småfibrer, som bara är några mikrometer långa och meden bredd av ynka fyra nanometer. Dessa är cellulosa nanofibrer och syftetmed detta arbete har varit att förstå hur och vad som krävs för att frigöra dessa småfibrer från den större fiber som de utgör. Det finns principiellt två vägar att gå för att sönderdela en fiber till nanofibrer, antingen kemiskt genom introduktion av negativt laddade grupper på cellulosans yta, vilket gör att nanofibrerna stöter ifrån varandra, eller mekaniskt, genom intensivt mekanisk bearbetning av fibrerna. Dessa processer är emellertid förknippade med vissa brister i och med att (i) stor mängd energi krävs om inte fibrerna förbehandlas, (ii) delaminering utförs i instrument som inte skalar väl industriellt, (iii) delaminering utförs vid en låg koncentration av fibrer, typiskt under 5%. Dessutom är det svårt att karakterisera det som kommer ut med hänsyn till kvalité på grund av inhomogeniteten och den lilla storleken hos nanofibrerna. Dessa problem i kombination med en större förståelse av processerna är ämnet för denna avhandling. 

Förmindskad energikonsumption och uppskalning undersöktes genom ett ångexplosionskonceptet, Nanopulping. För att undvika problemen associerade med den låga koncentrationen utvecklades en metod för att torka cellulosa nanofibrer till en pasta utan att orsaka hornifiering med hjälp av glycerol. En mängd cellulosa nanofibrer med olika utgångsmaterial framställdes och karaktäriseringstekniker jämfördes och utvecklades, denna utveckling innefattade bland annat en metod för att bättre beskriva ytan av cellulosa nanofibrer. Slutligen tillverkades en miljövänlig komposit från billiga och tillgängliga resurser i kombination med cellulosa nanofibrer.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2018. s. 70
Serie
TRITA-CBH-FOU ; 2019:1
Nyckelord
Cellulose, Nanofibers, Characterization, Homogenization, Endoglucanase, TEMPO, Specific surface area, Atomic force microscopy, Cellulosa, Nanofibrer, Karakterisering, Homogenisering, Endoglukanas, TEMPO, Specifik ytarea, Atomkraftmikroskopi
Nationell ämneskategori
Pappers-, massa- och fiberteknik
Forskningsämne
Fiber- och polymervetenskap
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-240581 (URN)978-91-7873-079-7 (ISBN)
Disputation
2019-01-25, F3, Lindstedtsvägen 26, Stockholm, 10:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Forskningsfinansiär
KK-stiftelsen
Anmärkning

QC 20181223

Tillgänglig från: 2018-12-23 Skapad: 2018-12-20 Senast uppdaterad: 2019-01-08Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopus

Personposter BETA

Moser, CarlHenriksson, Gunnar

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Moser, CarlHenriksson, GunnarLindström, Mikael E.
Av organisationen
Fiber- och polymerteknologi
I samma tidskrift
BioResources
PolymerteknologiPappers-, massa- och fiberteknik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
urn-nbn
Totalt: 172 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

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