Functionalization of dextran, xylan and nanofibrillated cellulose using click-chemistry in aqueous media
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Technology |
Doctoral thesis (article-based)
| Defence date: 2014-06-03
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
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
2014
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
60 + app. 62
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 58/2014
Abstract
Functionalization of dextran, xylan and nanofibrillated cellulose was performed by first introducing hydroxypropyl azide groups by etherification using glycidyl azide in alkaline aqueous media. The reaction efficiency and degree of functionalization was found to depend on the amounts of reactants, reaction temperature and concentration of the polysaccharide. In the second step, the azide groups were used in copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition reactions for further derivatization. Dextran was grafted with polyethylene glycol and temperature-responsive xylan-based hydrogels were developed by crosslinking reactions using thermoresponsive poly(ethylene glycol)-b-poly(propylene glycol)-b-poly(ethylene glycol) block copolymers. In addition, the reaction was applied on surface functionalization of NFC, providing fluorescent 5-(dimethylamino)-N-(2-propyl)-1-naphthalenesulfonamide or pH responsive amine functionalized NFC. Experiments of utilizing the developed amine functionalized NFC in graphene composites were conducted. The composites were found to exhibit good electrical and mechanical properties. In addition, all-cellulose NFC composites were developed. The modification of nanofibrillated cellulose was done by both physical and chemical means, using carboxymethyl cellulose and solid state epoxy chemistry. These composites were produced by tape-casting from aqueous NFC suspensions containing carboxymethyl cellulose. CMC was shown to alter the rheological properties of the suspensions by physical interactions, which allowed the production of anisotropic composites by shear-induced partial orientation of fibrils during tape casting. The CMC also provided carboxyl groups to the composite, which could be used to improve the wet strength of the material though ionic crosslinking using glycidyl trimethylammonium chloride.Dekstraaniin, ksylaaniin ja selluloosan nanokuituihin (NFC) liitettiin hydroksipropyyliatsidi-ryhmiä käyttämällä reagenssina glysidyyliazidia alkalisessa vesiympäristössä. Reaktion tehokkuus ja funktionalisointiaste riippui reagenssien suhteista, reaktiolämpötilasta sekä polysakkaridien konsentraatiosta. Valmistettuja atsidifunktionaalisia polysakkarideja käytettiin oksastus ja silloitusreaktioihin kuparikatalysoidulla atsidi-alkyyni sykloadditioreaktiolla (CuAAc). Tällä menetelmällä dekstraaniin oksastettiin polyetyleeniglykolia ja ksylaanipohjaista lämpöön reagoivaa hydrogeeliä valmistettiin ristisilloittamalla polyetyleeniglykoli-polypropyleeniglykoli-polyetyleeniglykoli-lohkopolymeerillä. Lisäksi CuAAc reaktiolla muokattiin selluloosan nanokuitujen pintaa amiiniryhmillä sekä fluoresoivalla 5-(dimetyyliamino)-N-(2-propyyli)-1-naftaleenisulfonamidilla. Syntetisoituja amiinifunktionaalisia selluloosan nanokuituja käytettiin grafeenikomposiittien valmistuksessa. Komposiitit olivat sähköä johtavia ja niillä oli hyvät mekaaniset ominaisuudet. Lisäksi tutkittiin kokonaan selluloosasta valmistettuja NFC/karboksimetyyliselluloosa (CMC) komposiittien valmistusta, joissa hyödynnettiin sekä fysikaalista että kiinteän tilan kemiallista muokkausta. NFC/CMC komposiitit valmistettiin tape-casting menetelmällä, jolla tapahtui kuitujen orientoitumista leikkausvoimien ja CMC vaikutuksesta. Komposiittien märkälujuutta kasvatettiin hyödyntämällä CMC:n karboksyyliryhmiä sekä glysidyyli trimetyyliammonium-ryhmien reaktiolla ja ionisella ristisilloituksella.Description
Supervising professor
Seppälä, Jukka, Prof., Aalto University, Department of Biotechnology and Chemical Technology, FinlandThesis advisor
Seppälä, Jukka, Prof., Aalto University, Department of Biotechnology and Chemical Technology, FinlandKeywords
chemical modification, polysaccharides, functionalization, nanocomposite, kemiallinen muokkaus, polysakkaridit, funktionalisointi, nanokomposiitit
Other note
Parts
- [Publication 1]: Pahimanolis N., Vesterinen A-H., Rich J., Seppälä, J., Modification of dextran using click-chemistry approach in aqueous media, Carbohydrate Polymers, 82 (2010) 78-82.
- [Publication 2]: Pahimanolis N., Sorvari A., Luong N.D., Seppälä J., Thermoresponsive xylan hydrogels via copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition, Carbohydrate Polymers, 102 (2014) 637-644.
- [Publication 3]: Pahimanolis N., Hippi U., Johansson L-S., Saarinen T., Houbenov N., Ruokolainen J., Seppälä, J., Surface functionalization of nanofibrillated cellulose using click-chemistry approach in aqueous media, Cellulose, 18 (2011) 1201-1212.
- [Publication 4]: Luong N.D., Pahimanolis N., Hippi U., Korhonen J.T., Ruokolainen J., Johansson L-S., Nam J-D., Seppälä J., Graphene/cellulose nanocomposite paper with high electrical and mechanical performances, Journal of Materials Chemistry, 21 (2011) 13991-13998.
- [Publication 5]: Pahimanolis N., Salminen A., Penttilä P.A., Korhonen J.T., Johansson L-S., Ruokolainen J., Serimaa R., Seppälä J., Nanofibrillated cellulose/carboxymethyl cellulose composite with improved wet strength, Cellulose, 20 (2013) 1459-1468.