The production of composite fibers containing silk and cellulose using an ionic liquid as a solvent
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
CHEM3022
Language
en
Pages
78 + 3
Series
Abstract
Silk and cellulose are biopolymers available in vast amounts. Both polymers have commonly been used in biomedical products due to their biocompatibility and biodegradability, and have been utilized for various purposes for hundreds of years. Some ionic liquids, which are non-toxic, non-flammable and non-volatile, function as direct solvents for both biopolymers. In this study, silk and cellulose composites containing various ratios of the compounds are produced by dissolving the silk and cellulose fibers into [DBNH] [OAc] and regenerating fibers by spinning the dope by dry-jet wet spinning, using water as a coagulant. The effect of the component ratio on the rheological properties of the solution and the effect of component- and draw ratio on the mechanical properties on the fibers are studied. The crystalline orientation as well as the silk content in the produced composite fibers are analyzed as well. The silk dissolved to up to 20 % (w/w) at 100 oC temperatures, however, the dopes attained a low viscosity. Thus dopes containing less than 43 polymer% silk, at dope concentrations of 13 % (w/w) polymers, could be spun. The fibers achieved up to 680 MPa stress, an elongation of up to 22 %, an elastic modulus of up to 25 GPa and a toughness of up to 5.3 GPa. However, the crystalline orientation dropped from 80 % for pure cellulose to 60 % for composite fibers, and the maximal silk content in the fibers remained at 5 %.Silke och cellulosa är biopolymerer, som uppkommer i stora mängder i naturen. Båda biopolymererna har ändvänts inom den medicinska branschen, bl.a. som botten för celluppväxt eller i bindor, för flera hundra år. Båda biopolymererna bryts ner i naturen och orsakar liten eller ingen irritation då de är i kontakt med huden. En del jonvätskor, som är ogiftiga och obrännbara, har använts för upplösning av både silke och cellulosa. I det här arbetet har silke och cellulosa blivit sammansatta till biokomposit fibrer, med att upplösa biopolymererna i jonvätskan [DBNH] [OAc] och producera fibrer ur massan med att koagulera polymererna med att upplösa jonvätskan i vatten. Fibrerna formades med hjälp av en blandning av torr- och våt spinning. I arbetet studerades påverkningen av varierande proportioner mellan silke och cellulosa på massans reologiska egenskaper och stretchkorrelationens påverkning på fibrernas mekaniska egenskaper. Även kristallernas orientering och den verkliga mängden silke i fibrerna analyserades. Silke upplöstes upp till 20 % (m/m) i 100 oC temperatur. Massor, som innehöll endast silke, var för lösa för fiberproduktion, men massor med upp till 43 % (silke per total mängd polymerer) hade rikligt fast struktur, då mängden polymerer i massan var 13 % (m/m). Biokompositerna nådde upp till 680 MPa stress, 22 % stretch, en elastisk modulus av 30 GPa och upp till 5.9 GPa hårdhet. Cellulusa fibrer nådde upp till 800 MPa stress, 20 % stretch, 28 GPa elastisk modulus och 5 GPa hårdhet. Kristalliska orienteringen var 80 % i cellulosa och 60 % i kompositerna, medan maximala silke innehållet nådde endast 5 %.Description
Supervisor
Linder, MarkusThesis advisor
Mohammadi, PezhmanHummel, Michael