The effect of manufacturing parameters on regenerated cellulose film properties
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2022-10-18
Department
Major/Subject
Biomass Refining
Mcode
CHEM3021
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
78
Series
Abstract
Petroleum-based plastics are creating environmental problems owing to their toxic properties and non-biodegradability. Biopolymers, such as cellulose, could replace fossil-based polymers in the packaging industry and help alleviate the burden on the environment. Cellulose can be fabricated into regenerated cellulose film (RCF) via the dissolution-regeneration process. RCFs are biodegradable, nontoxic, and sustainable and, generally, have excellent optical and mechanical properties, and good barriers to oxygen and grease. Nevertheless, the possible applications have been limited by the hydrophilic nature of the films. This master’s thesis highlights different cellulose solvent systems, the regeneration mechanism as well as the influencing factors that affect the mechanical, optical and barrier properties of RCFs. The aim of the work was to examine the film manufacturing parameters in order to improve the mechanical, optical, and water intake properties. The manufacturing parameters altered in the experiment were concentration and temperature of the coagulation bath, plasticizer concentration as well as drying temperature. The films fabricated in this study exhibited even better transparency than the commercial cellophane. The tensile strength values varied between 20 and 43 MPa and the plasticizer content and drying rate had the most effect on the results. The contact angle and water vapor transmission rate tests as well as the moisture adsorption measurement demonstrated that the films were hydrophilic, however, the films could be made more hydrophobic by decreasing plasticizer content and drying rate and increasing acid concentration in coagulation. In the context of these results, regenerated cellulose films have great potential to replace fossil-based plastics and aid in mitigating the environmental problems caused by the plastic industry.Öljypohjaiset muovit aiheuttavat ympäristöongelmia biologisen hajoamattomuutensa ja myrkyllisten ominaisuuksiensa vuoksi. Biopolymeerit, kuten selluloosa, voisivat korvata fossiilipohjaisia polymeerejä pakkausteollisuudessa ja auttaa lievittämään ympäristöongelmia. Selluloosasta voidaan valmistaa kalvoja liuottamalla ja regeneroimalla. Kalvot ovat biohajoavia, myrkyttömiä ja kestäviä, ja niillä on yleensä erinomaiset optiset ja mekaaniset ominaisuudet. Sen lisäksi ne läpäisevät vain vähän happea ja rasvaa. Mahdollisia käyttökohteita on kuitenkin rajoittanut kalvojen hydrofiilisyys. Tämän diplomityön kirjallisuuskatsaus esittelee erilaisia selluloosan liuotusjärjestelmiä ja selluloosan regeneraatiomekanismin. Lisäksi esitellään kalvojen mekaanisiin ja optisiin ominaisuuksiin sekä kaasunläpäisemättömyyteen vaikuttavia tekijöitä. Työn kokeellisen osion tavoitteena oli kartoittaa kalvojen valmistusparametreja mekaanisten, optisten ja vedenotto-ominaisuuksien parantamiseksi. Tutkitut valmistusparametrit olivat koagulointikylvyn happopitoisuus ja lämpötila, plastisointiaineen pitoisuus sekä kuivauslämpötila. Tässä työssä valmistetut kalvot olivat jopa kaupallista sellofaania läpinäkyvämpiä. Kalvojen vetolujuusarvot vaihtelivat 20 MPa ja 43 MPa välillä. Plastisointiaineen pitoisuudella ja kuivumisnopeudella oli eniten vaikutusta vetolujuustuloksiin. Kontaktikulmamittaus ja vesihöyryn läpäisynopeustestit sekä vesihöyryn adsorptiomittaus osoittivat, että kalvot olivat hydrofiilisiä. Kalvoista voitiin kuitenkin tehdä hydrofobisempia alentamalla plastisointiaineen pitoisuutta ja kuivauslämpötilaa, sekä kasvattamalla happopitoisuutta koagulaatiokylvyssä. Tulosten perusteella voitiin osoittaa, että regeneroiduilla selluloosakalvoilla on potentiaalia korvata fossiilipohjaisia muoveja ja keventää muoviteollisuuden aiheuttamaa ympäristön kuormitusta.Description
Supervisor
Kontturi, EeroThesis advisor
Eilamo, TomiKeywords
regenerated cellulose film, film manufacturing, cellophane, tensile strength, hydrophilicity, water vapor barrier