Performance of bio-colloids as structural adhesives: effect of nanoscaled morphology and polymeric additives
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2021-10-19
Department
Major/Subject
Fibre and Polymer Engineering
Mcode
CHEM3024
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
68 + 19
Series
Abstract
Adhesives are an increasingly used material class, their application having distinct advantages over other joining methods. Current research is characterized by seeking more sustainable and specialised solutions to retain competitiveness. Novel approaches such as confined evaporation-induced self-assembly (C-EISA) of biopolymers could lead to solutions to these challenges. In this thesis, C-EISA bonds were produced with a range of biopolymers and bio-colloids (cellulose nanofibrils (CNF), proteins and cellulose-derivative polysaccharides), both alone and combined with cellulose nanocrystals (CNC). Formed bonds were studied using bright and polarized light microscopy, as well as scanning electron microscopy (SEM). Mechanical bond properties were tested under in-plane (lap shear) and out-of-plane loads. In addition to adhesive properties, self-assembly behaviour of the different formulations was analysed. Distinct assembly fingerprints were observed for different compounds, and combinations of CNCs and biopolymers produced hybrid assemblies of their fingerprints. Major variables affecting self-assembly include gelation behaviour, interfacial interactions, and inter-macromolecule interactions. Adhesion properties varied considerably, with certain formulations showing performance comparable to commercial formulations with the same dry matter content. Overall, this work highlights new routes of study for aqueous evaporative self-assembly and the various related applications, in particular adhesive purposes.Liima-aineet ovat enenevissä määrin käytetty materiaaliluokka, joiden käytöllä on useita etuja muihin liitosmenetelmiin nähden. Tämänhetkinen tutkimus keskittyy erityisesti kestävän kehityksen mukaisiin, sekä yhä enemmän erikoistuviin seoksiin, kilpailukyvyn säilyttämiseksi. Uudenlaiset lähestymistavat, kuten biopolymeerien haihdutuspohjainen itsejärjestäytyminen rajatussa tilassa (confined evaporation-induced self-assembly, C-EISA), voivat johtaa ratkaisemaan edellä mainittuja haasteita. Tässä diplomityössä valmistettiin liimasidoksia hyödyntäen C-EISA-mekanismia sekä useita biopolymeerejä ja -kolloideja (selluloosananofibrillejä (cellulose nanofibril, CNF), proteiineja, sekä selluloosapohjaisia polysakkarideja), sekä yksinään että lisättyinä selluloosananokidedispersioon (cellulose nanocrystal, CNC). Valmistettuja sidoksia tutkittiin kirkkaan kentän ja polarisoidun valon optisella mikroskoopilla, sekä pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (scanning electron microscopy, SEM). Sidosten mekaanisia ominaisuuksia kartoitettiin sidospinnan tason suuntaisen, sekä sidospinnan tasoon kohtisuoran, kuormituksen alaisena. Liimausominaisuuksien lisäksi tutkittiin eri seosten itsejärjestäytymisominaisuuksia. Eri aineilla todettiin selkeästi eroavia käyttäytymisiä, ja niiden yhdistäminen CNC-dispersion kanssa tuotti kummankin aineen piirteitä yhdisteleviä hybridirakenteita. Merkittävimpiin itsejärjestäytymiseen vaikuttaviin muuttujiin kuuluvat geeliytymisominaisuudet, rajapintavuorovaikutukset, sekä makromolekyylien väliset vuorovaikutukset. Liimausominaisuudet vaihtelivat huomattavasti, ja tiettyjen seosten teho oli verrattavissa kaupallisiin seoksiin. Tämän diplomityön tulokset korostavat uusia tutkimuspolkuja liittyen vesipohjaisiin C-EISA-menetelmiin, erityisesti liima-ainesovelluksiin.Description
Supervisor
Rojas, OrlandoThesis advisor
Tardy, BlaiseKeywords
cellulose nanocrystals, confined evaporation-induced self-assembly, adhesion, adhesive, biomacromolecules, biopolymers