Phosphorylation of cellulose and its derivatives

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis

Date

2019-06-18

Department

Major/Subject

Fibre and Polymer Engineering

Mcode

CHEM3024

Degree programme

Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering

Language

en

Pages

45+4

Series

Abstract

The purpose of this master thesis was to phosphorylate cellulose in green and sustainable way. Three different methods was studied. The hypothesis was to understand the methods and compare different properties of phosphorylated fibres. The pulp used in this work was BSK (bleached softwood kraft) pulp. The first phosphorylation method was diammonium phosphate with base. The base can be urea, natrium hydroxide or potassium hydroxide. The second phosphorylation method was to mix BSK pulp and DAP and cure it in open and closed systems. The last one was performed with sodium polyphosphate and polyphosphoric acid. The success of phosphorylation was tested with water retention value (WRV) measurement and FTIR spectroscopy. High WRV result indicates a good phosphorylation. WRV results were measured to samples from first two methods and FTIR to all samples. The best WRV was achieved with sample DAP+base (urea). Method DAP+base (urea) works, when the curing is performed open and solids are adjusted to 1%. WRV was increased from 1,37 g/g up to 2,71 g/g with this DAP+base method. From WRV results was found out that the salts of bases prevent the hornification during curing step.

Työn aiheena on selluloosan fosforisoiminen. Tarkoituksena on löytää kestävä ja ekologinen tapa muokata selluloosakuidun pintaa siten, että fosforiryhmä pystyy kiinnittymään kuituun. Työssä testattiin kolmea erilaista fosforointimenetelmää. Selluloosana käytettiin BSK sellua eli valkaistua havupuusulfaattisellua. Ensimmäinen menetelmä on diammoniumfosfaatti (DAP) emäksen kanssa. Emäs voi olla ureaa, natriumhydroksidia tai kaliumhydroksidia. Toisessa menetelmässä testattiin DAPin vaikutusta selluloosaan avoimessa ja suljetussa systeemissä. Viimeisenä testattiin natriumpolyfosfaatin ja polyfosforihapon vaikutusta selluloosaan. Fosforoinnin onnistumista mitattiin sekä vedensitoutumistestillä eli WRV (water retention value) testillä, että FTIR-mittauksella. Korkea WRV tulos ilmaisee fosforoinnin onnistumista. WRV mitattiin kahdelle ensimmäiselle fosforointimenetelmälle ja FTIR kaikille näytteille. Parhaan WRV-tuloksen sai DAP+emäs (urea) menetelmällä. Menetelmä DAP+emäs (urea) toimii, kun reaktiokuivuminen uunissa tehdään avoimesti ja kuiva-ainepitoisuus säädetään yhteen prosenttiin. WRV-arvo käsittelemättömälle selluloosalle oli 1,37 g/g ja DAP+emäs menetelmällä se saatiin nostettua 2,71 g/g. WRV tuloksista huomattiin, että käytetyt kemikaalit estävät kuitujen sarveutumisen.

Description

Supervisor

Maloney, Thaddeus

Thesis advisor

Dhar, Prodyut

Keywords

cellulose, phosphorylation, polysaccharides, WRV

Other note

Citation