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
Molecular Engineering of the Cellulose-Poly(Caprolactone) Bio-Nanocomposite Interface by Reactive Amphiphilic Copolymer Nanoparticles
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Centra, Wallenberg Wood Science Center.
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH).
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH).ORCID-id: 0000-0001-5818-2378
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi.ORCID-id: 0000-0002-8348-2273
Visa övriga samt affilieringar
2019 (Engelska)Ingår i: ACS NANO, Vol. 13, nr 6, s. 6409-6420Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

A molecularly engineered water-borne reactive compatibilizer is designed for tuning of the interface in melt-processed thermoplastic poly(caprolactone) (PCL)-cellulose nanocomposites. The mechanical properties of the nanocomposites are studied by tensile testing and dynamic mechanical analysis. The reactive compatibilizer is a statistical copolymer of 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate and 2-hydroxy methacrylate, which is subsequently esterified and quaternized. Quaternized ammonium groups in the reactive compatibilizer electrostatically match the negative surface charge of cellulose nanofibrils (CNFs). This results in core-shell CNFs with a thin uniform coating of the compatibilizer. This promotes the dispersion of CNFs in the PCL matrix, as concluded from high-resolution scanning electron microscopy and atomic force microscopy. Moreover, the compatibilizer "shell" has methacrylate functionalities, which allow for radical reactions during processing and links covalently with PCL. Compared to the bio-nanocomposite reference, the reactive compatibilizer (<4 wt %) increased Young's modulus by about 80% and work to fracture 10 times. Doubling the amount of peroxide caused further improved mechanical properties, in support of effects from higher cross-link density at the interface. Further studies of interfacial design in specific nanocellulose-based composite materials are warranted since the detrimental effects from CNFs agglomeration may have been underestimated.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
AMER CHEMICAL SOC , 2019. Vol. 13, nr 6, s. 6409-6420
Nyckelord [en]
biocomposite, nanocellulose, reactive processing, mechanical properties, interphase, interface, biodegradable
Nationell ämneskategori
Polymerkemi
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-255446DOI: 10.1021/acsnano.8b08257ISI: 000473248300027PubMedID: 31083978Scopus ID: 2-s2.0-85066407552OAI: oai:DiVA.org:kth-255446DiVA, id: diva2:1344286
Anmärkning

QC 20190820

Tillgänglig från: 2019-08-20 Skapad: 2019-08-20 Senast uppdaterad: 2019-10-29Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Strategies for Molecular Engineering of Macroscopic Adhesion and Integrity Focusing on Cellulose Based Materials
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Strategies for Molecular Engineering of Macroscopic Adhesion and Integrity Focusing on Cellulose Based Materials
2019 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Many aspects of modern human life pose a strain on the delicate ecosystems around us. One example is marine litter – mainly various plastic items – which accumulate in the marine environment, where they cause problems for the fauna, such as ingestion and entanglement.The widely used plastics offer many advantages for packaging, such as low cost and easy processing into many shapes. However, in addition to their low biodegradability leading to their persistence and accumulation in nature, they are largely manufactured from petroleum,a non‐renewable resource. Clearly, it would be highly desirable to exchange the petroleum‐based materials for biodegradable ones from renewable resources. Cellulose, as the most abundant biopolymer, is one choice. There are however challenges in terms of replacing currently used plastics with cellulosic materials. One is the low ductility and formability of cellulose. Various efforts are undertaken to increase the formability of cellulose. One approach to increase the renewable fraction within a material is to utilise the intrinsic stiffness and strength of cellulose to increase the structural integrity of a composite. To fully optimise these types of materials, a fundamental understanding of the interaction across interfaces within the material is essential. The main objective in this thesis was to elucidate strategies to measure, to tune and to control the interaction across interfaces. Specific polymers were designed and synthesised which could be used to modify surfaces to achieve a wet adhesion as high as that of mussel foot protein. Many properties of the joint were tuneable by varying length and structure of the polymer and amount of polymer deposited on the surfaces. A method to accurately evaluate interfacial adhesion between a chemically modified cellulose material and another surface was successfully developed, using nanometre smooth cellulose probes exhibiting bulk material properties. Two composite materials containing cellulose as reinforcing element were successfully prepared,utilising different strategies to control and enhance the interaction between the composite constituents. Together, these findings contribute to the knowledge of how to evaluate and control the interaction across an interface.

Abstract [sv]

Vår moderna livsstil utsätter ekosystemen runtomkring oss för stora påfrestningar. Ett exempel bland många är all den plast som ackumuleras i världshaven och ställer till stora problem för vattenlevande organismer. Plaster har många olika användningsområden, bland annat som förpackningsmaterial, då det är relativt enkelt att framställa produkter i många olika former till ett lågt pris. Däremot är de flesta plaster som idag används storskaligt inte nedbrytbara i naturen, och tillverkas från råvara som inte är förnyelsebar. Av dessa skäl vore det önskvärt att byta ut de traditionella plastmaterialen mot andra material som är biologiskt nedbrytbara och från förnyelsebara källor. Cellulosa, det material som tillverkas av levande organismer i störst skala, är en klar kandidat. Detfinns dock utmaningar med att byta ut plaster mot cellulosa, såsom cellulosans låga töjbarhet och formbarhet. Det pågår forskning som syftar till att öka töjbarheten och formbarheten på olika sätt. En sätt att öka mängden förnyelsebar råvara i ett producerat material är att utnyttja cellulosans styvhet och styrka för att förbättra den mekaniska hållfastheten hos en komposit. För att till fullo utnyttja cellulosans potential krävs en grundläggande förståelse för interaktionen över gränsskikt mellan olika komponenter inom ett material. Den här avhandlingens huvudsakliga syfte vara att ta fram strategier för att mäta och styra interaktionen över ett gränsskikt. Polymerer, dvs. långa kedjelika molekyler, designades och framställdes. Dessa polymerer kunde användas för att modifiera ytor och uppnå en vidhäftningsförmåga i vått tillstånd som var lika stark som hos musselfotprotein. Många egenskaper hos fogen kunde finjusteras genom att variera längd och struktur hos polymeren och mängdpolymer som applicerades på ytorna. En metod för att tillförlitligt utvärdera interaktionen mellan en kemiskt modifierad cellulosayta och en annan yta utarbetades, genom att använda mycket släta cellulosasfärer (ytråhet på nanometerskala) och samtidigt bulkegenskaper hosmaterialet. Två kompositmaterial med cellulosa som förstärkande komponenet framställdes, där olika strategier utnyttjades för att kontrollera och förbättra interaktionen mellan komponenterna i kompositmaterialet. Sammantaget bidrar detta till kunskapen om hur interaktionen över ett gränsskikt kan styras och mätas.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2019. s. 51
Serie
TRITA-CBH-FOU ; 2019:63
Nyckelord
blockcopolymer, cellulose, adhesion, ATRP, micelle
Nationell ämneskategori
Materialkemi
Forskningsämne
Fiber- och polymervetenskap
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-263075 (URN)978-91-7873-353-8 (ISBN)
Disputation
2019-11-22, Q2, Malvinas väg 10, Stockholm, 10:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Forskningsfinansiär
Vetenskapsrådet
Tillgänglig från: 2019-10-29 Skapad: 2019-10-29 Senast uppdaterad: 2019-10-29Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextPubMedScopus

Personposter BETA

Kaldéus, TahaniTräger, AndreaBerglund, LarsMalmström, EvaLo Re, Giada

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Kaldéus, TahaniTräger, AndreaBerglund, LarsMalmström, EvaLo Re, Giada
Av organisationen
Wallenberg Wood Science CenterSkolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH)Fiber- och polymerteknologiBiokompositer
Polymerkemi

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
pubmed
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
pubmed
urn-nbn
Totalt: 77 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