Manufacturing and Characterization of Cellulose Nanofibers

↓ Direkt till sidans innehåll
↓ Direkt till sidans sekundära innehåll (sidomenyn)

Sökning: WFRF:(Moser Carl 1987 ) > Manufacturing and C...

Manufacturing and Characterization of Cellulose Nanofibers

Moser, Carl, 1987- (författare): KTH,Träkemi och massateknologi

Lindström, Mikael, Professor, 1967- (preses): KTH,Träkemi och massateknologi

Henriksson, Gunnar, Professor (preses): KTH,Fiber- och polymerteknologi

visa fler...

Syverud, Kristin (opponent): NTNU

visa färre...

(creator_code:org_t)

ISBN 9789178730797
Stockholm : KTH Royal Institute of Technology, 2018
Engelska 70 s.

Relaterad länk:: https://kth.diva-por... (primary) (Raw object); visa fler...; https://urn.kb.se/re...; visa färre...

Doktorsavhandling (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)

Abstract Ämnesord

Stäng

The usage of wood has been a dominant driving force during the evolution of the human species. It allowed us to cook food, build tools, put roofs over our head and explore the world. The fibers making up the tree has been the most important way to store and transmit knowledge in the form of paper for centuries. It may not be considered as the most interesting or hi-tech of fields, although, nothing could be further from the truth. One of society's most significant issue is how to live sustainably, which is coincidentally exactly what trees can solve. We can live in tall buildings made from wood, locking up vast amounts of carbon dioxide - we can replace many of the plastics we use today with sustainable alternative from the components making up the tree - we could even make clothes from our trees and stop being reliant on the untenable cotton production - only our imagination is holding us back from what can be made from trees.Cellulose is the structural component in trees, the molecule arranges itself in a complex hierarchical structure that forms the wood-cells, or fibers. Breaking down this hierarchical structure down to its smallest structural units leaves us with tiny fibers, no longer than a few micrometers and with a width of merely four nanometers. These are cellulose nanofibers, and this work has aimed to understand how and what it takes to liberate these fine fibers from the larger fiber that they make up. Two main pathways exist to liberate the nanofibers, either chemically by introducing negatively charged groups on the surface of the cellulose, making the fibrils repel each other, or mechanically, simply by intense processing of the fibers. However, these processes are associated with certain flaws in that (i) vast amount of energy is required unless the fibers are pretreated, (ii) disintegration is performed in instruments that do not scale well, (iii) disintegration is carried out at a low concentration of fibers, typically below 5%. Additionally, what comes out of a process is difficult to characterize in terms of quality due to an inherent inhomogeneity and the small size of the nanofibers.These issues in combination with a greater understanding of the processes are the foundation of this thesis.Decreased energy consumption and scalability was explored via the steam explosion concept Nanopulp. In order to avoid issues associated with the low concentration, a method was developed for drying cellulose nanofibers to a paste without causing hornification using glycerol. A variety of cellulose nanofibers from different sources were prepared and characterization techniques were compared and expanded upon, including the development of a method for better describing the surface area of cellulose nanofibers. Finally, an environmentally friendly composite was made using cheap and available resources in combination with cellulose nanofibers.

Användningen av träd har varit en viktig del under människans evolution. Dessa har tillåtit oss tillaga mat, tillverka verktyg, bygga hus och utforskavärlden. Fibrerna som ett träd är uppbyggt av har i form av papper varitdet viktigaste sättet att lagra och överföra kunnskap under århundranden. Detta fält betraktas ofta som ganska tråkigt och inte så hi-tech, vilket är långt ifrån sanningen. Ett av samhällets största problemen idag är hur manska leva på ett hållbart sätt, vilket är exakt vad vi kan lösa med hjälp avträd. Vi kan bygga höga byggnader av trä att bo i för att binda upp storamängder koldioxid. Vi kan ersätta många av de plaster vi idag användermed hållbara alternativ från de komponenter som utgör träd. Vi kan till och med göra kläder från våra träd för att sluta vara beroende av den ohållbara bomullsproduktionen - bara fantasin sätter gränser för vad som kan göras frånträd. Cellulosa är den huvudsakligen strukturella komponenten i trä, molekylen ordnar sig i en komplex hierarkisk struktur som bildar träcellerna eller ﬁbrerna. Genom att bryta ner denna hierarkiska strukturen till dess minsta strukturella enhet, småﬁbrer, som bara är några mikrometer långa och meden bredd av ynka fyra nanometer. Dessa är cellulosa nanoﬁbrer och syftetmed detta arbete har varit att förstå hur och vad som krävs för att frigöra dessa småﬁbrer från den större ﬁber som de utgör. Det ﬁnns principiellt två vägar att gå för att sönderdela en ﬁber till nanoﬁbrer, antingen kemiskt genom introduktion av negativt laddade grupper på cellulosans yta, vilket gör att nanoﬁbrerna stöter ifrån varandra, eller mekaniskt, genom intensivt mekanisk bearbetning av ﬁbrerna. Dessa processer är emellertid förknippade med vissa brister i och med att (i) stor mängd energi krävs om inte ﬁbrerna förbehandlas, (ii) delaminering utförs i instrument som inte skalar väl industriellt, (iii) delaminering utförs vid en låg koncentration av ﬁbrer, typiskt under 5%. Dessutom är det svårt att karakterisera det som kommer ut med hänsyn till kvalité på grund av inhomogeniteten och den lilla storleken hos nanoﬁbrerna. Dessa problem i kombination med en större förståelse av processerna är ämnet för denna avhandling. Förmindskad energikonsumption och uppskalning undersöktes genom ett ångexplosionskonceptet, Nanopulping. För att undvika problemen associerade med den låga koncentrationen utvecklades en metod för att torka cellulosa nanoﬁbrer till en pasta utan att orsaka horniﬁering med hjälp av glycerol. En mängd cellulosa nanoﬁbrer med olika utgångsmaterial framställdes och karaktäriseringstekniker jämfördes och utvecklades, denna utveckling innefattade bland annat en metod för att bättre beskriva ytan av cellulosa nanoﬁbrer. Slutligen tillverkades en miljövänlig komposit från billiga och tillgängliga resurser i kombination med cellulosa nanoﬁbrer.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER -- Materialteknik -- Pappers-, massa- och fiberteknik (hsv//swe)
ENGINEERING AND TECHNOLOGY -- Materials Engineering -- Paper, Pulp and Fiber Technology (hsv//eng)

Nyckelord

Cellulose
Nanofibers
Characterization
Homogenization
Endoglucanase
TEMPO
Specific surface area
Atomic force microscopy
Cellulosa
Nanoﬁbrer
Karakterisering
Homogenisering
Endoglukanas
TEMPO
Speciﬁk ytarea
Atomkraftmikroskopi
Fiber- och polymervetenskap
Fibre and Polymer Science

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)
dok (ämneskategori)

Hitta via bibliotek

Manufacturing and Characterization of Cellulose Nanofibers (Sök publikationen i LIBRIS)

Till lärosätets databas

Hitta mer i SwePub

Av författaren/redakt...: Moser, Carl, 198 ...; Lindström, Mikae ...; Henriksson, Gunn ...; Syverud, Kristin

Om ämnet

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER: TEKNIK OCH TEKNO ...; och Materialteknik; och Pappers massa oc ...

Av lärosätet: Kungliga Tekniska Högskolan

Sök utanför SwePub

Sök vidare i:: Google; Google Book Search; Google Scholar

Kungliga biblioteket hanterar dina personuppgifter i enlighet med EU:s dataskyddsförordning (2018), GDPR. Läs mer om hur det funkar här.
Så här hanterar KB dina uppgifter vid användning av denna tjänst.

LIBRIS.kb.se