Endre søk
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • 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
Cellulose nanofiber network for moisture stable, strong and ductile biocomposites and increased epoxy curing rate
KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Fiber- och polymerteknologi. KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Centra, Wallenberg Wood Science Center.ORCID-id: 0000-0001-7870-6327
KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Fiber- och polymerteknologi, Biokompositer. KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Centra, Wallenberg Wood Science Center.
KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Fiber- och polymerteknologi, Ytbehandlingsteknik. KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Centra, Wallenberg Wood Science Center.ORCID-id: 0000-0003-3201-5138
Vise andre og tillknytning
2014 (engelsk)Inngår i: Composites. Part A, Applied science and manufacturing, ISSN 1359-835X, E-ISSN 1878-5840, Vol. 63, s. 35-44Artikkel i tidsskrift (Fagfellevurdert) Published
Abstract [en]

Nanocomposites with high volume fractions (15-50 vol%) of nanofibrillated cellulose (NFC) were prepared by impregnation of a wet porous NFC network with acetone/epoxy/amine solution. Infrared spectroscopy studies revealed a significant increase in curing rate of epoxy (EP) in the presence of NFC. The NFC provided extremely efficient reinforcement (at 15 vol%: 3-fold increase in stiffness and strength to 5.9 GPa and 109 MPa, respectively), and ductility was preserved. Besides, the glass transition temperature increased with increasing NFC content (from 68 degrees C in neat epoxy to 86 degrees C in 50 vol% composite). Most interestingly, the moisture sorption values were low and even comparable to neat epoxy for the 15 vol% NFC/EP. This material did not change mechanical properties at increased relative humidity (90% RH). Thus, NFC/EP provides a unique combination of high strength, modulus, ductility, and moisture stability for a cellulose-based biocomposite. Effects from nanostructural and interfacial tailoring are discussed.

sted, utgiver, år, opplag, sider
2014. Vol. 63, s. 35-44
Emneord [en]
Nano-structures, Cure behavior, Interface, Nanocellulose biocomposite
HSV kategori
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-148343DOI: 10.1016/j.compositesa.2014.03.017ISI: 000337878300005Scopus ID: 2-s2.0-84899572056OAI: oai:DiVA.org:kth-148343DiVA, id: diva2:736239
Forskningsfinansiär
Swedish Research Council Formas
Merknad

QC 20140805

Tilgjengelig fra: 2014-08-05 Laget: 2014-08-05 Sist oppdatert: 2017-12-05bibliografisk kontrollert
Inngår i avhandling
1. Nanostructured Cellulose Biocomposites: Effects from dispersion, network and interface
Åpne denne publikasjonen i ny fane eller vindu >>Nanostructured Cellulose Biocomposites: Effects from dispersion, network and interface
2016 (engelsk)Doktoravhandling, med artikler (Annet vitenskapelig)
Abstract [en]

The major load bearing component in native wood, cellulose nanofibrils, are potential candidates for use as reinforcement in polymer matrices. This study is based on nanocellulose composites and attempts to prepare and characterize biocomposites with high nanocellulose content and investigate the influence of nanostructure on macroscopic properties.

In an initial study, effects from cellulose nanocrystal (CNC) dispersion on optical and mechanical properties of CNC composites are studied in a model system using polyvinylacetate (PVAc) as the polymer. CNC surface modification is used as an aid to improve dispersion, and nanocomposites with up to 20 wt% of modified and unmodified CNC are characterized. Strong influence of CNC as reinforcement and on polymer matrix characteristics were observed with well-dispersed CNCs, resulting in nanocomposites with significantly improved mechanical properties.

In the subsequent parts, an impregnation-based processing strategy is used to prepare cellulose nanofibril (CNF) based thermoset (epoxy and unsaturated polyester) composites with high CNF content (15 - 50 vol%). Influence of CNF surface hydroxyls on epoxy curing is discussed. A mono-epoxy compound is used to confirm covalent epoxy/CNF reaction and the implications of this modification on mechanical properties of wet CNF network are illustrated. Mechanical properties of thermoset composites are characterized at different relative humidities to evaluate their hygromechanical stability. The role of the CNF-thermoset interface is investigated by comparing composites with epoxy and unsaturated polyester matrices. Unique effects due to the nanostructure of composites are discussed with respect to CNF dispersion, CNF network characteristics and CNF/matrix interface. Additionally, pulp fiber composites, where the fiber wall itself is impregnated with resin, are designed and differences between nanocellulose (nanoscale network) and pulp fibers (microscale diameter) as reinforcements are analyzed.

Abstract [sv]

Trä och träbaserade material erbjuder ett hållbart alternativ till petroleumbaserade material. Mikrofibriller, eller som de också kallas i materialsammanhang, nanofibriller från cellulosa (CNF) är den huvudsakliga lastbärande komponenten i trä. Den har stor potential som förstärkande tillsats i polymerer. Denna studie handlar om kompositer baserade på nanocellulosa. Biokompositer med företrädesvis hög andel nanocellulosa framställs och karakteriseras. Huvudsyftet är att förklara inverkan av nanostruktur på makroskopiska egenskaper.

I en första studie används polyvinylacetat (PVAc) som modellpolymer för att undersöka effekten av dispergeringgrad hos cellulosa-nanokristaller (CNC) för optiska och mekaniska egenskaper. En miljövänlig form av modifiering av CNC används för att förbättra dispergeringsgraden. Nanokompositer med upp till 20 vikts-% modifierad eller icke modifierad CNC studerades. Nanokompositer med väldispergerad CNC visade dramatiskt förbättrade egenskaper, eftersom nanopartiklarna kraftigt påskyndade fysikalisk åldring av PVAc så att den fick högre E-modul och hållfasthet.

I avhandlingens andra del framställdes härdplastkompositer genom harts-impregnering av porösa CNF-nätverk, följt av härdning. Epoxi (EP) och omättade polyester (UP) användes som härdplaster. Volymsfraktionen CNF var mellan 15-50%. Reaktionshastigheten under härdning ökade kraftigt i närvaro av nanocellulosa med hög specifik yta. Troligen reagerade epoxigrupper med hydroxylgrupper på cellulosaytan, under förutsättning att katalytiska aminföreningar fanns tillgängliga. Hypotesen fick ytterligare stöd i en studie av monoepoxi + nanocellulosa. Den modifieringen visade sig också göra CNF-nätverket mindre hygroskopiskt, så att de hygromekaniska egenskaperna förbättrades. Mekaniska egenskaper hos EP- och UP-kompositer bestämdes med hjälp av dragprov vid olika luftfuktighet. EP-kompositerna visade bättre egenskaper vid hög fuktighet, främst pga de kovalenta bindningarna mellan EP och CNF. Effekter av CNF-Dispergering, CNF-nätverkets egenskaper och gränsytan CNF-härdplast analyserades. Slutligen jämfördes EP-kompositer baserade på CNF med kompositer från blekta massafibrer. CNF-kompositerna hade högre hållfasthet till följd av den låga diametern (inga problem med fiber-matris separation och sprickbildning vid låga töjningar) och kraftigt töjningshårdnande orsakad av CNF nätverket.

sted, utgiver, år, opplag, sider
KTH Royal Institute of Technology, 2016
Serie
TRITA-CHE-Report, ISSN 1654-1081 ; 2016:19
Emneord
Wood, cellulose nanofibrils, hygromechanical properties, network structure, thermoset, polymer matrix composites, natural fiber composites, pulp fiber, strain hardening, humidity
HSV kategori
Forskningsprogram
Fiber- och polymervetenskap
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-185723 (URN)978-91-7595-924-5 (ISBN)
Disputas
2016-05-25, F3, Lindstedtsvägen 26, Stockholm, 09:00 (engelsk)
Opponent
Veileder
Merknad

Qc 20160427

Tilgjengelig fra: 2016-04-27 Laget: 2016-04-25 Sist oppdatert: 2016-04-29bibliografisk kontrollert

Open Access i DiVA

Fulltekst mangler i DiVA

Andre lenker

Forlagets fulltekstScopus

Personposter BETA

Ansari, FarhanJohansson, Mats K. G.Berglund, Lars A.

Søk i DiVA

Av forfatter/redaktør
Ansari, FarhanGalland, SylvainJohansson, Mats K. G.Berglund, Lars A.
Av organisasjonen
I samme tidsskrift
Composites. Part A, Applied science and manufacturing

Søk utenfor DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric

doi
urn-nbn
Totalt: 1344 treff
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • 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