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
Holocellulose nanofibers of high molar mass and small diameter for high-strength nanopaper
KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Fiber- och polymerteknologi. KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Centra, Wallenberg Wood Science Center.
KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Fiber- och polymerteknologi. KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Centra, Wallenberg Wood Science Center. Innventia AB, Sweden.
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, Biokompositer. KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Centra, Wallenberg Wood Science Center.ORCID-id: 0000-0001-5818-2378
2015 (engelsk)Inngår i: Biomacromolecules, ISSN 1525-7797, E-ISSN 1526-4602, Vol. 16, nr 8, s. 2427-2435Artikkel i tidsskrift (Fagfellevurdert) Published
Abstract [en]

Wood cellulose nanofibers (CNFs) based on bleached pulp are different from the cellulose microfibrils in the plant cell wall in terms of larger diameter, lower cellulose molar mass, and modified cellulose topochemistry. Also, CNF isolation often requires high-energy mechanical disintegration. Here, a new type of CNFs is reported based on a mild peracetic acid delignification process for spruce and aspen fibers, followed by low-energy mechanical disintegration. Resulting CNFs are characterized with respect to geometry (AFM, TEM), molar mass (SEC), and polysaccharide composition. Cellulose nanopaper films are prepared by filtration and characterized by UV-vis spectrometry for optical transparency and uniaxial tensile tests. These CNFs are unique in terms of high molar mass and cellulose-hemicellulose core-shell structure. Furthermore, the corresponding nanopaper structures exhibit exceptionally high optical transparency and the highest mechanical properties reported for comparable CNF nanopaper structures.

sted, utgiver, år, opplag, sider
2015. Vol. 16, nr 8, s. 2427-2435
HSV kategori
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-166254DOI: 10.1021/acs.biomac.5b00678ISI: 000359499500020Scopus ID: 2-s2.0-84938887804OAI: oai:DiVA.org:kth-166254DiVA, id: diva2:810086
Merknad

Updated from manuscript to article.

QC 20150909

Tilgjengelig fra: 2015-05-06 Laget: 2015-05-06 Sist oppdatert: 2017-12-04bibliografisk kontrollert
Inngår i avhandling
1. Biocomposites Based on Core-Shell Cellulose Nanofibers: Preparation, Structure, and Properties
Åpne denne publikasjonen i ny fane eller vindu >>Biocomposites Based on Core-Shell Cellulose Nanofibers: Preparation, Structure, and Properties
2015 (engelsk)Doktoravhandling, med artikler (Annet vitenskapelig)
Abstract [en]

Cellulose nanofibers (CNFs) are of interest as load-bearing components for polymer matrix nanocomposites. A wide range of nanostructured materials including nanopaper/films, foams, aerogels, and hydrogels can be prepared from CNFs. The material performance can be fine-tuned when CNFs are combined with different polymer matrices. The main idea of the present study is to test the hypothesis that the concept of Core-shell CNFs can provide processing and performance advantages for nanocomposites through improved nanostructural control.

The problems of matrix distribution and interface structure at nanoscale are investigated. The first part of this thesis (Paper I-III) describes an alternative preparation procedure for biocomposites based on the Core-shell concept. Inspired by the structural framework and mechanical function of the primary cell wall in plants, Core-shell CNFs are formed by coating wood CNFs with a polysaccharide matrix, and are subsequently used for fabrication of biocomposite films. The nanostructure of Core-shell CNFs and their nanocomposites is characterized. Mechanical properties of the biocomposites at various hydration conditions are investigated. A study on molecular water mobility and moisture stability of the materials is conducted. In the present thesis, three different biological polysaccharides including amylopectin, xyloglucan and galactoglucomannan have been used for man-made nanocomposites based on Core-shell nanofibers.

The later sections of the thesis (Paper IV-V) describe an alternative method to disintegrate holocellulose nanofibers from wood chips. These CNFs based on holocellulose possess Core-shell structure with native hemicelluloses as “shell”. Peracetic acid pretreatment is used for the preparation of holocellulose. This procedure is a promising single-step pulping as preparation for nanofibrillation. The nanostructure of the holocellulose nanofibers are characterized, and compared with CNFs prepared from enzymatic pretreatment. The holocellulose nanofibers are used for preparation of films and porous materials. The influence of nanostructural characteristics of two different nanofibers (CNFs from enzymatic pretreatment vs holocellulose nanofibers from peracetic acid pretreatment) on final properties of the nanocomposites is clarified. 

Favorable characteristics of Core-shell fibrils are reported in terms of colloidal stability, controlled matrix distribution, improved interface characteristics, and improved hygromechanical properties of the biocomposites. In both a scientific and industrial context, the Core-shell nanofiber concept thus offers great potential for the materials design of new cellulose nanomaterials with unique characteristics.

Abstract [sv]

Nanofibrer från cellulosa (CNF) är av stort intresse som lastbärande komponent i nanokompositer och ett flertal nanostrukturerade material såsom nanopapper, nanoskum, aerogeler eller hydrogeler kan framställas från CNF. Materialegenskaperna kan finjusteras då CNF tillsätts till en polymermatris. Avhandlingen handlar om ett koncept för att kontrollera matrisfördelning och gränsyta mellan CNF och polymermatrisen, i form av sk ”Core-shell”-CNF. Första delen (artikel I-III) handlar om ”Core-shell”-CNF framställda genom att adsorbera en polysackarid på ytan av CNF. Nanostrukturen hos ”Core-shell”-CNF och dess kompositmaterial undersöks, liksom mekaniska egenskaper vid olika hydreringstillstånd. Molekylrörlighet hos vatten studeras med NMR. Tre olika polysackarider undersöks; amylopektin, xyloglukan och galaktoglukomannan. Avhandlingens andra del (artikel IV och V) handlar om CNF från holocellulosa, med vedflis som råvara. Holocellulosa innebär att huvudsakligen lignin har extraherats från veden, medan cellulosa och hemicellulosa är välbevarade. Denna CNF har också ”Core-shell”-struktur med hemicellulosa som ytskikt. Perättiksyra används som en mild framställningsmetod. Det innebär en process i ett enda steg för att framställa massa med bevarad cellulosastruktur. Nanostruktur och kemisk sammansättning karakteriseras och jämförs med enzymatiskt framställd CNF från sulfitmassa. CNF från båda typerna av nanocellulosa (holocellulosa och enzymatisk CNF) används för att framställa kompositer och porösa material (honeycombs och skum). Sambanden mellan struktur och materialegenskaper klarläggs, liksom effekterna från olika typer av CNF.  Avhandlingen visar att ”Core-shell”-CNF är ett fungerande koncept för nanostrukturerade kompositer genom påvisande av ett flertal lovande och fördelaktiga egenskaper såsom kolloidal stabilitet, kontrollerad matrisfördelning och förbättrade gränsyte- samt hygromekaniska egenskaper. Såväl vetenskapligt som industriellt kan ”Core-shell”-CNF bidra till utvecklingen av nya nanomaterial baserade på cellulosa.

sted, utgiver, år, opplag, sider
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2015. s. 83
Serie
TRITA-CHE-Report, ISSN 1654-1081 ; 2015:18
Emneord
biocomposites, cellulose nanofibers, polysaccharides, holocellulose, nanostructure, dispersion, mechanical properties, hygromechanical properties, moisture stability, film, porous material
HSV kategori
Forskningsprogram
Fiber- och polymervetenskap
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-166177 (URN)978-91-7595-513-1 (ISBN)
Disputas
2015-05-26, F3, Lindstedtsvägen 26, KTH, Stockholm, 10:00 (engelsk)
Opponent
Veileder
Merknad

QC 20150506

Tilgjengelig fra: 2015-05-06 Laget: 2015-05-04 Sist oppdatert: 2015-05-06bibliografisk kontrollert

Open Access i DiVA

Fulltekst mangler i DiVA

Andre lenker

Forlagets fulltekstScopus

Personposter BETA

Berglund, Lars

Søk i DiVA

Av forfatter/redaktør
Galland, SylvianBerthold, FredrikPrakobna, KasineeBerglund, Lars
Av organisasjonen
I samme tidsskrift
Biomacromolecules

Søk utenfor DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric

doi
urn-nbn
Totalt: 716 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