Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Lignin-Based Thermosetting Resins as a Renewable Material with Unexpected Morphology
KTH, School of Engineering Sciences in Chemistry, Biotechnology and Health (CBH). KTH Royal Institute of Technology.ORCID iD: 0000-0003-4226-8593
(English)Manuscript (preprint) (Other academic)
Keywords [en]
Lignin fractions, Aryl allyl ethers, Thiol-ene thermoset, Mechanical properties, Small- and Wide Angle X-ray Scattering
National Category
Polymer Technologies
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-265154OAI: oai:DiVA.org:kth-265154DiVA, id: diva2:1377365
Available from: 2019-12-11 Created: 2019-12-11 Last updated: 2019-12-12Bibliographically approved
In thesis
1. Thermoset resins using technical lignin as a base constituent
Open this publication in new window or tab >>Thermoset resins using technical lignin as a base constituent
2019 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

The need to find sustainable paths for our society is imminent to tackle environmental concerns of today. The majority of all plastic materials are produced from crude oil but in the future a much larger portion must originate from renewable resources to address some of these problems. Aromatic molecules are often used when producing rigid and thermally stable polymeric materials but there are few natural sources for them. One is, however, the wood component lignin that is produced on a large scale from chemical pulping processes of biomass. Lignins aromatic structures could be an alternative for non-renewable aromatics in e.g. thermoset applications.

The heterogeneity of lignin does however present some problems in terms of e.g. dispersity, solubility, diverse functionality, and varying polymer backbone structure. To tackle these challenges, work-up of lignin and thorough characterization are important to be able to produce materials with predetermined, predictable, properties. Technical lignins have functional groups that can be utilized as chemical handles for further modifications required for different material systems e.g. phenols, aliphatic hydroxyls, and carboxylic acids.

This thesis focuses on how to utilize solvent fractionated, relatively well-characterized, LignoBoost Kraft lignin to produce thermoset resins by chemical modification and a crosslinking procedure. An efficient procedure to selectively allylate the phenolics, the most abundant functionality, of the lignin fractions has been developed and evaluated as well as a curing procedure using a thiol crosslinker and a thiol-ene reaction. The produced materials were analysed with regards to material properties, density, and morphology. The resins based on the selectively allylated lignin fractions were furthermore evaluated as a potential matrix for carbon fibre composites. It was shown that the material samples could be processed by pre-impregnating carbon fibres and form composite materials. The molecules of the lignin fraction were also used as core substrates in a ring-opening polymerization to produce functional star co-polymers. The procedure was evaluated and it could be shown that the lignin backbone was subjected to substantial structural changes of lignin inter-unit linkages.

Lignin being one of the few large resources of naturally occurring aromatics has a big potential to be used for material applications where rigidity and thermal stability is important. This thesis attempts to add a few pieces towards such a goal.

Abstract [sv]

Behovet av att hitta hållbara tillvägagångssätt för vårt samhälle ökar hela tiden för att bemöta dagens miljöutmaningar. Större delen av alla plastmaterial tillverkas idag av råolja men i framtiden måste en mycket större del produceras från förnyelsebara råvaror för att hantera några av dessa problem. Aromatiska molekyler används ofta vid tillverkning av styva och termiskt stabila material, dock finns det få naturliga källor för sådana. En är emellertid träkomponenten lignin som produceras i stor skala i kemisk massatillverkning. Lignins aromatiska strukturer kan vara ett alternativ för icke-förnyelsebara aromatiska molekylära byggstenar i t.ex. härdplastsapplikationer.

Lignins heterogenitet ger upphov till vissa problem i termer av t.ex. dispersitet, löslighet, olika funktionalitet och varierande polymerskelettstruktur. För att hantera dessa problem är upparbetning av lignin och noggrann karaktärisering viktigt för att material med förutbestämda och förutsägbara egenskaper ska kunna tillverkas. Tekniskt lignin har funktionella grupper som kan användas som kemiska handtag för modifieringar som krävs för användning i olika materialsystem.

Denna avhandling fokuserar på hur lösningsmedelsfraktionerad, relativt välkarakteriserad, LignoBoost Kraftlignin kan användas för att producera termiskt härdande hartser genom kemisk modifiering och tvärbindning. Ett effektivt sätt att selektivt allylera ligninfraktionernas fenol-grupper, den vanligaste av de funktionella grupperna, har utvecklats och utvärderats såväl som en härdningsprocedur med hjälp av en tiol-tvärbindare och tiol-en-kemi. De producerade materialen analyserades med avseende på materialegenskaper, densitet och morfologi. Harts baserad på en av de selektivt allylerade ligninfraktionen undersöktes även som en potentiell matris för kolfiberkompositer. Det kunde påvisas att genom för-impregnering av kolfibrer kunde kompositmaterial tillverkas. Molekylerna i de olika ligninfraktionerna användes även som kärnor för att producera funktionella sampolymerer genom ringöppningspolymerisation. Det kunde påvisas att ligninets molekylära uppbyggnad blev kraftigt påverkat av tekniken då intramolekylära bindningar bröts upp.  

Lignin som tillhör en av de mycket få stora naturligt förekommande råvarorna för aromatiska strukturer har stor potential för användning i materialapplikationer där hög styvhet och termisk stabilitet är viktiga egenskaper. Den här avhandlingen försöker bidra med några pusselbitar mot ett sådant mål. 

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2019. p. 57
Series
TRITA-CBH-FOU ; 2020:2
National Category
Polymer Technologies
Research subject
Fibre and Polymer Science
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-265010 (URN)978-91-7873-402-3 (ISBN)
Public defence
2020-01-31, F3, Lindstedtsvägen 26, Stockholm, 14:00 (English)
Opponent
Supervisors
Funder
Knut and Alice Wallenberg Foundation
Note

QC 2019-12-12

Available from: 2019-12-12 Created: 2019-12-11 Last updated: 2020-01-13Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Search in DiVA

By author/editor
Jawerth, Marcus
By organisation
School of Engineering Sciences in Chemistry, Biotechnology and Health (CBH)
Polymer Technologies

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 54 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf