Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • 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
The influence of acetylation and sugar composition on the (in)solubility of mannans, their interaction with cellulose surfaces and thermal properties.
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi.ORCID-id: 0000-0003-0277-2269
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi.
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi.
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi.ORCID-id: 0000-0002-8614-6291
Visa övriga samt affilieringar
(Engelska)Manuskript (preprint) (Övrigt vetenskapligt)
Nationell ämneskategori
Pappers-, massa- och fiberteknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-240496OAI: oai:DiVA.org:kth-240496DiVA, id: diva2:1272472
Anmärkning

QC 20190108

Tillgänglig från: 2018-12-19 Skapad: 2018-12-19 Senast uppdaterad: 2019-05-09Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Wood Hemicelluloses - Fundamental Insights on Biological and Technical Properties
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Wood Hemicelluloses - Fundamental Insights on Biological and Technical Properties
2018 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Hemicelluloses are a group of heterogeneous polysaccharides representing around 30 % of wood where the dominating types are xylans, glucomannans and xyloglucans. Hemicelluloses complex molecular structure makes it difficult to understand the relationship between structure and properties entirely, and their biological role is not yet fully verified. Additionally, hemicelluloses are sensitive to chemical processing and are not utilized to their full potentials for production of value-added products such as materials, additives to food and pharmaceutical products, etc. Increased knowledge regarding their functions is important for the development of both processes and products. The aim with this work has therefore been to increase the fundamental understanding about how the structure and properties of wood hemicelluloses are correlated, and properties such as flexibility, interaction with cellulose, solubility, resistance to chemical-, thermal-, and enzymatic degradation have been explored.

Molecular dynamics (MD) simulations were used to, in detail, study the structures found in wood hemicelluloses. The flexibility was evaluated by comparing the impact of backbone sugars on the conformational space and also the impact of side groups was considered. Based on the conformational space of backbone glycosidic linkages the flexibility order of hemicelluloses in an aqueous environment was determined to be: xylan > glucomannan > xyloglucan. Additionally, the impact of xylan structure on cellulose interaction was evaluated by MD methods.

Hemicelluloses were extracted from birch and spruce, and were used to fabricate different composite hydrogels with bacterial cellulose. These materials were studied with regards to mechanical properties, and it was shown that galactoglucomannans mainly contributed to an increased modulus in compression, whereas the most significant effect from xylan was increased strain under uniaxial tensile testing. Besides, other polysaccharides of similar structure as galactoglucomannans were modified and used as pure, well defined, models. Acetyl groups are naturally occurring decorations of wood hemicelluloses and can also be chemically introduced. Here, mannans with different degrees of acetylation were prepared and the influence of structure on solubility in water and the organic solvent DMSO were evaluated. Furthermore, the structure and water solubility influenced the interaction with cellulose. Acetylation also showed to increase the thermal and biological stability of mannans.

With chemical pulping processes in mind, the degradability of spruce galactoglucomannans in alkaline solution were studied with regards to the structure, and the content of more or less stable structural regions were proposed.

Abstract [sv]

Hemicellulosor är en grupp av heterogena polysackarider som utgör ca 30 % av trä och där de vanligaste typerna är xylaner, glukomannaner och xyloglukaner. Den komplexa strukturen gör det svårt att fullständigt förstå förhållandet mellan struktur och egenskaper, och deras biologiska roll är ännu inte fullständigt kartlagd. Dessutom är hemicellulosor känsliga för kemiska processer och tas inte tillvara på bästa sätt för att tillverka förädlade produkter så som nya material eller användas som additiv till livsmedel och farmaceutiska produkter etc. En ökad kunskap om deras funktion är viktig för utvecklingen av både processer och material. Målet med detta arbete har därför varit att öka den fundamentala förståelsen för hur struktur och egenskaper hos hemicellulosor från trä hänger ihop. Egenskaper så som flexibilitet, interaktion med cellulosa, löslighet, samt kemisk-, termisk- och biologisk stabilitet har utvärderats.

Molekyldynamiska (MD) simuleringar användes för att studera strukturer som återfinns i hemicellulosor på detaljnivå. Flexibiliteten utvärderades med avseende på hur konformationsrymden påverkades av vilka monosackarider som ingick i huvudkedjan, samt påverkan från sidogrupper. Baserat på huvudkedjan bör flexibilitetsordningen för studerade hemicellulosor i vattenlösning vara: xylan > glukomannan > xyloglukan. Dessutom användes MD simuleringar för att analysera hur strukturen hos xylaner påverkar interaktionen med cellulosa.

Hemicellulosor extraherades från björk och gran, och användes för att producera flera olika komposithydrogeler med bakteriell cellulosa. Dessa material studerades bland annat med avseende på de mekaniska egenskaperna och de tydligaste observationerna var att galaktoglukomannan bidrog till en ökad kompressionsmodul, medan xylan framförallt ökade töjbarheten i dragprov. Dessutom modifierades modellpolysackarider med liknande struktur som galaktoglukomannan och användes som extra rena och väldefinierade modellsystem. Acetylgrupper förekommer naturligt som sidogrupper på hemicellulosor och de kan även introduceras via kemisk modifiering. I detta projekt tillverkades mannaner med olika acetyleringsgrad och hur strukturen påverkade lösligheten i vatten och det organiska lösningsmedlet DMSO utvärderades. Det visade sig även att strukturen och lösligheten i vatten påverkade interaktionen med cellulosa. Acetyleringen hade också en positiv effekt på den biologiska och termiska stabiliteten.

Med kemiska massaprocesser i åtanke studerades nedbrytbarheten hos galaktoglukomannaner från gran i alkalisk lösning med avseende på strukturen och förekomsten av mer eller mindre stabila strukturella regioner föreslogs.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm, Sweden: KTH Royal Institute of Technology, 2018. s. 82
Serie
TRITA-CBH-FOU ; 2018:63
Nyckelord
hemicellulose, wood, glucomannan, xylan, structure, acetylation, flexibility, solubility, interaction with cellulose, stability., hemicellulosa, trä, glukomannan, xylan, struktur, acetylering, flexibilitet, löslighet, interaktion med cellulosa, stabilitet.
Nationell ämneskategori
Trävetenskap Kemi Pappers-, massa- och fiberteknik Växtbioteknologi
Forskningsämne
Fiber- och polymervetenskap
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-240982 (URN)978-91-7873-068-1 (ISBN)
Disputation
2019-02-01, F3, Lindstedtsvägen 26, Stockholm, 10:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Forskningsfinansiär
Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse
Anmärkning

QC 20190107

Tillgänglig från: 2019-01-07 Skapad: 2019-01-07 Senast uppdaterad: 2019-01-07Bibliografiskt granskad
2. On the Solubility of Wood Hemicelluloses in Water and its Influence on the Adsorption at Cellulose/Water Interfaces
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>On the Solubility of Wood Hemicelluloses in Water and its Influence on the Adsorption at Cellulose/Water Interfaces
2019 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Hemicelluloses are a group of natural polysaccharides and one of the main components of wood. The availability and biodegradability of these polymers have created a great interest in developing new bio-based materials or composites from these materials for different end-use purposes. To develop new materials from these polysaccharides with better functionalities, it is essential to understand the fundamental properties of these compounds. The solubility of hemicelluloses is one of these crucial characteristics since the material has to be dissolved in an appropriate solvent if these biopolymers are to be used in, for example, dense and strong films once the solvents are removed. The interaction of these polysaccharides with different solid surfaces is also significantly influenced by their solubility at the surface/water interface and an understanding of this interaction is essential for describing composite formation, since the polysaccharides are most frequently used together with reinforcing materials such as anisotropic cellulose fibers and fibrils.

In the work described in this thesis, a novel methodology has been developed for characterizing in detail the solubility of the extracted and model mannans, arabinoxylans and xyloglucan polysaccharides. Different chemical structural analyses, chromatography, light scattering and microscopy techniques have been applied to achieve an accurate understanding of the solubility of the polysaccharides in aqueous media. A careful study has been performed to isolate and purify softwood polysaccharides, followed by the preparation of model samples to investigate the influence of processing, structural substitutions and molar mass on the solubility. Association and the phase separation of hemicelluloses have been identified in aqueous media despite their clear and transparent appearance to the naked eye.

Natural hemicelluloses are used in combination with cellulose as composite materials both to introduce different functionalities and to utilize the great mechanical properties of cellulose fibrils/fibers. Accordingly, there was a great need to study the influence of the solubility on the interaction and adsorption of these polysaccharides at the cellulose/water interface. The adsorption at the cellulose/water interface was indeed affected by the physicochemical structures and solubility of the polysaccharides, and it has been shown that an increasing molar mass and an increasing polymer concentration lead to formation of associated structures and a phase separation at cellulose model surfaces.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2019. s. 60
Serie
TRITA-CBH-FOU ; 2019:29
Nyckelord
Wood, Hemicellulose, Solubility, Adsorption, Interaction, Cellulose, Size distribution
Nationell ämneskategori
Polymerteknologi
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-251110 (URN)978-91-7873-190-9 (ISBN)
Disputation
2019-06-07, F3, Lindstedtsvägen 26, Stockholm, 10:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Anmärkning

QC 2019-05-09

Tillgänglig från: 2019-05-09 Skapad: 2019-05-09 Senast uppdaterad: 2019-05-13Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Personposter BETA

Berglund, Jenniede Carvalho, Danila MoraisLawoko, MartinWohlert, JakobHenriksson, GunnarLindström, MikaelWågberg, LarsVilaplana, Francisco

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Berglund, JennieKishani, Sainade Carvalho, Danila MoraisLawoko, MartinWohlert, JakobHenriksson, GunnarLindström, MikaelWågberg, LarsVilaplana, Francisco
Av organisationen
Fiber- och polymerteknologiGlykovetenskap
Pappers-, massa- och fiberteknik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetricpoäng

urn-nbn
Totalt: 917 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • 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