Modification of nanofibrillated cellulose in aqueous media

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Filpponen, Ilari, Dr., Aalto University, Department of Forest Products Technology, Finland
dc.contributor.author Junka, Karoliina
dc.date.accessioned 2014-04-01T09:00:30Z
dc.date.available 2014-04-01T09:00:30Z
dc.date.issued 2014
dc.identifier.isbn 978-952-60-5596-1 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-5595-4 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/12830
dc.description.abstract In this work, the modification of nanofibrillated cellulose (NFC) was conducted both indirectly via polysaccharide adsorption and directly by chemical modification in aqueous media. Developing modification methods for NFC in aqueous media is of importance because NFC has a tendency for surface passivation and aggregation in any other solvent than water. All the NFC modifications described herein were carried out using anionic carboxyl groups as anchor groups. The adsorption and interactions between NFC and different water-soluble, linear polysaccharides were studied in a molecular level using cellulose model surfaces and surface sensitive techniques such as quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D), surface plasmon resonance (SPR), atomic force microscopy (AFM) and colloidal probe microscopy (CPM). The results pointed out that cellulose-like, linear polysaccharides can be irreversibly adsorbed on NFC surface which in turn allowed the use of polysaccharides as pre-modifiers of the NFC substrate. Indirect NFC modification via polysaccharide adsorption was demonstrated by using modified carboxymethyl cellulose (CMC). In detail, CMC was first functionalized (azide or alkyne) and then adsorbed on NFC surface. Subsequently click-chemistry reaction (Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition), was utilized for the covalent immobilization of different counterparts on NFC substrate. In addition, the use of CMC-adducts as lubricants in NFC system was explored by grafting CMC with polyethylene glycol and adsorbing the corresponding CMC-derivative (CMC-g-PEG ) on NFC. Direct modification of NFC was carried out by using carboxymethylation as a pre-treatment. Next, carboxymethylated NFC (CM-NFC) substrates were subjected for carbodiimide-assisted conjugation chemistry (EDC/NHS) which allowed covalent attachment of luminescent carbon dots on CM-NFC model films and nanopaper. Furthermore, titrimetric methods for determining the surface and total charge of NFC in aqueous media were developed. The developed generic, mild and rather effortless modification methods of NFC in aqueous media are expected to open new venues for the larger scale applications of NFC . en
dc.description.abstract Nanofibrillaarista selluloosaa (NFC) muokattiin tässä työssä vedessä epäsuorasti polysakkaridiadsorption avulla sekä suoraan kemiallisesti muokkaamalla. Syy NFC:n vesipohjaisten muokkausmenetelmien kehittämiseen on NFC:n aggregoituminen ja pintapassivoituminen muissa liuottimissa kuin vedessä. Kaikissa käytetyissä NFC:n muokkausmenetelmissä hyödynnettiin karboksyylikemiaa joko suorasti tai epäsuorasti. Vesiliukoisten ja lineaaristen polysakkaridien adsorptiota ja vuorovaikutusta NFC:n kanssa tutkittiin molekyylitasolla. Tämä pystyttiin tekemään hyödyntämällä kvartsikidemikrovaakaa (QCM-D), pintaplasmaresonanssia (SPR), atomivoimamikroskooppia (AFM) sekä pintavoimamittauksia (CPM). NFC:n epäsuora muokkaus demonstroitiin tutkimalla muokatun karboksimetyyliselluloosan (CMC) adsorptiota NFC-pinnoille, ja optimoimalla adsorptio-olosuhteet. Ensimmäiseksi, CMC:tä click-funktionalisoitiin (alkyyni tai azidi), adsorboitiin NFC pinnalle ja lopulta muokattiin käyttäen click-kemiaa. Toiseksi, CMC:tä muokattiin oksittamalla polyetyleeniglykoliketjuja (CMC-g-PEG) CMC:n runkoon. NFC systeemin kitkaa voitiin alentaa ja pintavuorovaikutuksia muokata adsorboimalla CMC-g-PEG NFC-pinnalle. NFC:n suoraa kemiallista muokkausta tehtiin tässä työssä karboksimetyloimalla NFC:tä ja muokkaamalla sitä vedessä käyttäen karbodiimidi-kemiaa (EDC/NHS). Fluoresoivia hiilen nanopartikkeleita kiinnitettiin karboksimetyloituun NFC mallipintaan sekä nanopaperiin käyttäen NFC:n suoraa kemiallista muokkausta vedessä. NFC:n pinta- sekä kokonaisvarausmittausmenetelmät kehitettiin, jotta NFC:n varausominaisuuksia voitaisiin karakterisoida tehokkaasti ja luotettavasti. NFC on uusiutuva nanomateriaali, jolla on potentiaalia sekä perinteisissä selluloosapohjaisissa käyttökohteissa sekä täysin uudenlaisissa sovelluksissa. Vesipohjaisia NFC-muokkausmenetelmiä kehitettiin tässä työssä, joilla voi tulevaisuudessa olla käyttöä uusien NFC:n sovelluksien kehityksessä. fi
dc.format.extent 82 + app. 102
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 30/2014
dc.relation.haspart [Publication 1]: Paula Eronen, Karoliina Junka, Janne Laine, Monika Österberg (2011). Interaction between water-soluble polysaccharides and native nanofibrillar cellulose thin films. BioResources 6(4), 4200-4217.
dc.relation.haspart [Publication 2]: Karoliina Junka, Ola Sundman, Jani Salmi, Monika Österberg, Janne Laine (2014). Multilayers of cellulose derivatives and chitosan on nanofibrillated cellulose. Accepted to Carbohydrate Polymers.
dc.relation.haspart [Publication 3]: Anna Maria Olszewska, Karoliina Junka, Niklas Nordgren, Janne Laine, Mark Rutland, Monika Österberg (2013). Non-ionic assembly of nanofibrillated cellulose and polyethylene glycol grafted carboxymethyl cellulose and the effect of aqueous lubrication in nanocomposite formation. Soft Matter 9(31), 7448-7457.
dc.relation.haspart [Publication 4]: Karoliina Junka, Ilari Filpponen, Leena-Sisko Johansson, Eero Kontturi, Orlando J. Rojas, Janne Laine (2014). A method for the heterogeneous modification of nanofibrillar cellulose in aqueous media. Carbohydrate Polymers 100, 107-115.
dc.relation.haspart [Publication 5]: Karoliina Junka, Ilari Filpponen, Tom Lindström, Janne Laine (2013). Titrimetric methods for the determination of surface and total charge of functionalized nanofibrillated/microfibrillated cellulose (NFC/MFC). Cellulose 20(6), 2887-2895.
dc.relation.haspart [Publication 6]: Karoliina Junka, Jiaqi Guo, Ilari Filpponen, Janne Laine, Orlando J. Rojas (2014). Modification of cellulose nanofibrils with luminescent carbon dots. Accepted to Biomacromolecules.
dc.subject.other Paper technology en
dc.title Modification of nanofibrillated cellulose in aqueous media en
dc.title Nanofibrillaarisen selluloosan muokkaus vedessä fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Chemical Technology en
dc.contributor.department Puunjalostustekniikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Forest Products Technology en
dc.subject.keyword nanofibrillated cellulose en
dc.subject.keyword polysaccharide en
dc.subject.keyword modification en
dc.subject.keyword nanofibrillaarinen selluloosa fi
dc.subject.keyword polysakkaridi fi
dc.subject.keyword muokkaus fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-5596-1
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Laine, Janne, Prof., Aalto University, Department of Forest Products Technology, Finland
dc.opn Gandini, Alessandro, Prof., Grenoble INP, France
dc.date.dateaccepted 2014-02-11
dc.rev Brumer, Harry, Prof., University of British Columbia, Vancouver, Canada
dc.rev Syverud, Kristin, Prof., PFI, Trondheim, Norway
dc.date.defence 2014-04-04


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse