Fibrilloitujen nanoselluloosarakenteiden valmistusmenetelmät ja lujuusominaisuudet
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden 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
2018-12-10
Department
Major/Subject
Mcode
ENG25
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
fi
Pages
49+15
Series
Abstract
Nanoselluloosalla on potentiaalia korvata muovi monissa sovelluksissa. Tällä hetkellä nanoselluloosaa käytetään komposiiteissa lujitteena, kalvoissa, rakentamisessa ja lääketieteellisissä sovelluksissa sekä muissa tarkoituksissa. Nanoselluloosasta voidaan valmistaa myös kiinteitä kappaleita. Kiinteiden kappaleiden valmistaminen on haastavaa, koska nanoselluloosamassa sisältää 95–98 % vettä. Kun massaa kuivatetaan, vesi haihtuu, jolloin nanoselluloosakappaleet pyrkivät kutistumaan. Tämä voidaan välttää käyttämällä putkea muottina, jolloin nanoselluloosamassa vääntyy putken ympärille. Tässä työssä testatut näytteet koostuivat koivusta ja kuusesta valmistetusta nanoselluloosasta. Osassa näytteistä oli lisäksi lisäaineita, kuten CMC:tä, ligniinipitoisia selluloosananokristalleja, tai Ioncell-F filamenttineulosta. Näytteitä testattiin myös eri määrällä kerroksia: yksittäiset kerrokset ovat melko ohuita, joten testissä oli lisäksi mukana kaksi- ja kolmikerroksisia näytteitä. Tämän työn tarkoitus oli testata näytteiden lujuusominaisuuksia kahdella tavalla: kolmipistetaivutustestillä sekä vääntökokeella. Nanoselluloosakalvojen vetokokeita lukuun ottamatta pelkästä nanoselluloosasta valmistettujen kappaleiden lujuusominaisuuksia ei ole tiettävästi koskaan ennen testattu. Korkeimmat lujuusarvot mitattiin koivusta valmistetuille kappaleille, jotka saavuttivat 81 MPa:n lujuuden taivutustestissä ja 55 MPa:n lujuuden vääntökokeessa. Mänty oli lähes yhtä vahvaa, 72 MPa. Glyserolin lisääminen näytteisiin alensi lujuutta hieman, mutta sitkeyden lisäys ei vaikuta merkittävältä. Kerrosten lisääminen vähensi lujuutta hieman, koska kerrokset eivät tartu toisiinsa kovin hyvin. Nanoselluloosasta on mahdollista valmistaa kiinteitä kappaleita. Kappaleiden lujuusarvot ylsivät 80 MPa:han, mikä vastaa suunnilleen kovia muoveja. Nanoselluloosamateriaalien kehittäminen vaatii paljon lisätutkimusta, mutta teoriassa nanoselluloosa voisi korvata muovimateriaaleja joissain sovelluksissa.Nanocellulose is a very interesting material which has a great potential to replace the use of oil based products. Currently nanocellulose is used in composites as a reinforcing material, in films, in construction and in a variety of medical and other purposes. It is also possible to produce solid items of nanocellulose. This is demanding since nanocellulose pulp contains up to 95-98 % of water. During the production water dries off from the piece and the object tends to misshapen markedly. This can be avoided by using tube as a mold to control the drying period. With this method we could produce solid tube shaped isomorphic samples from nanocellulose. The samples were made of birch or pine nanocellulose. In addition, the samples were modified by mixing glycerol, nanolignin and CMC to the material. Further, the sample tubes were produced either one layer or two to three layer methods. The purpose of the current work was to test the mechanical strength properties of the samples by three point support test and by rotational torque test. To our knowledge, mechanical strength of dried solid nanocellulose tubes has never been tested before. The highest strength values were measured in a series on pure birch based nanocellulose achieving a maximum tensile strength of 81 Mpa and 55 MPa in the rotation test. There were no marked differences between pine nanocellulose which achieved 72 MPa level. Adding glycerol to the samples reduced the strength of material by 25 MPa to a mean level of 50 MPa. Glycerol did not add elasticity of the material. The double layered test series could withstand a stress of 70 MPa, while the triple layered test series could withstand stress of 65 MPa. It was concluded that it is possible to produce solid tube shaped objects from nanocellulose. Mechanical strength tested samples achieved level of 80 MPa which can be considered to be near of the level of most hard plastic materials. With a lot of research and development, it is possible that nanocellulose might replace plastics in some applications.Description
Supervisor
Kuosmanen, PetriThesis advisor
Härkäsalmi, TiinaKeywords
fibrilloitu nanoselluloosa, nanoselluloosan lujuusmittaukset, nanoselluloosan valmistusmenetelmät, nanoselluloosan tutkimus