The Hildebrand solubility parameters of ionic liquíds and the rheological comparison of pulp-ionic liquid solutions by rotational and extensional rheology

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2010
Major/Subject
Selluloosatekniikka
Mcode
Puu-23
Degree programme
Language
en
Pages
90
Series
Abstract
Ionic liquids (ILs) that form a novel class of solvents consisting solely of ions and that possess many desirable properties such as high modification ability were presented in the literature part of this Thesis. Hildebrand solubility parameter was introduced for predicting the solvent behaviour of ILs. Furthermore, direct non-derivatizing dissolution of cellulose in ILs, which is a promising application for ILs, and the theory of rotational and extensional rheology used for the rheological characterization of pulp-IL solutions were presented. In the experimental part a Hildebrand solubility parameter of 25.8 MPa<sup>1/2</sup> was determined for BMIM TfO using the intrinsic viscosity method. This corresponds well for the literature values available: 25.4 +- 0.4 MPa<sup>1/2</sup> and 24.9 +- 1.5 MPa<sup>1/2</sup>. However, the Hildebrand parameter value measured in this Thesis should be treated with high uncertainty, because the intrinsic viscosity values were extrapolated with poor linear fits from the measured efflux times. Generally speaking, it could be denoted that the intrinsic viscosity method proved to be applicable for polar ILs as well but turned out to be rather time consuming. The rheological properties of pulp-EMIM OAc solutions measured with the rotational shear and capillary breakup extensional rheometer (CaBER) were in accordance with each other and with the literature. However, the results from the CaBER measurements showed to be more sensitive for the changes in pulp properties such as in molecular weight and molecular weight distribution. In conclusion, CaBER demonstrated in practise that it possesses a high potential for determining rheological properties of pulp-IL solutions and that it can be used for developing solutions with good process ability in the fiber spinning process and in other applications, where extensional flows are present.

Ioniset nesteet muodostavat uuden liuotinluokan rakentuen pelkästään ioneista ja omaavat monia haluttuja ominaisuuksia, kuten suuren muokattavuuden. Ioniset nesteet esiteltiin tämän diplomityön kirjallisuusosassa. Hildebrand liukoisuusparametriin perehdyttiin tarkoituksena ennustaa ionisten nesteiden liukoisuuskäyttäytyminen. Lisäksi tutustuttiin suoraan ei-derivatisoivaan selluloosan liukenemiseen ionisiin nesteisiin, joka on lupaava sovellus ionisille nesteille, ja rotaatio- ja venytysreologian teoriaan, joita käytettiin sellu-ioninen neste liuosten reologiseen karakterisointiin. Kokeellisessa osassa Hildebrand liukoisuusparametrin arvo 25.8 MPa<sup>1/2</sup> määritettiin BMIM TfO:lle käyttäen rajaviskositeettimenetelmää. Tämä vastaa hyvin saatavilla olevia kirjallisuusarvoja: 25.4 +- 0.4 MPa<sup>1/2</sup> ja 24.9 +- 1.5 MPa<sup>1/2</sup>. Tässä diplomityössä mitattua Hildebrand parametrin arvoa pitää kuitenkin kohdella suurella epävarmuudella, koska rajaviskositeettiarvot ekstrapoloitiin käyttäen suoria, joiden sovitettavuus mitattuihin virtausaikoihin oli alhainen. Yleisesti ottaen voitiin todeta, että rajaviskositeettimenetelmä osoittautui soveltuvaksi myös poolisille ionisille nesteille mutta oli suhteellisen aikaa vievä menetelmä. Reologiset ominaisuudet, jotka mitattiin sellu-EMIM OAc liuokselle käyttäen rotaatio- ja venytysreometriä (CaBER), olivat yhtäpitäviä toistensa ja kirjallisuuden kanssa. CaBER -mittaukset osoittautuivat olevan kuitenkin herkempiä havainnoimaan muutoksia sellun ominaisuuksissa, kuten molekyylipainossa ja molekyylipainojakaumassa. Yhteenvetona voi todeta, että CaBER osoitti käytännössä omaavansa korkean potentiaalin sellu-ioninen neste liuosten reologisten ominaisuuksien märittämiseen. Lisäksi sitä voidaan käyttää kehittämään liuoksia, joilla on hyvä prosessoitavuus kuidun kehruussa ja muissa sovelluksissa, jotka sisältävät pituussuuntaista venytystä.
Description
Supervisor
Sixta, Herbert
Thesis advisor
Hummel, Michael
Keywords
ionic liquid, ioninen neste, Hildebrand parameter, Hildebrand parametri, dissolution of cellulose, selluloosan liukeneminen, rotational rheology, rotaatioreologia, extensional rheology, venytysreologia
Other note
Citation