Regenerated cellulose-based films and laboratory scale equipment for their production

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2019-10-22
Department
Major/Subject
Fiber and Polymer Engineering
Mcode
CHEM3024
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
82
Series
Abstract
In this master’s thesis a laboratory-scale equipment is built for the continuous production of regenerated cellulose films (RCF). RCFs are manufactured and their properties are tested. The manufacturing process of RCFs is discussed along with the basic properties of RCFs, with the attention to the parameters that play role during regeneration, to improve the mechanical properties of the RCFs. Celluloses dissolution and regeneration, along with the fundamentals of RCFs, are discussed. The RCF manufacturing process is covered, from the dissolution step to the lacquering. The general properties of the RCFs are presented and how to improve the mechanical properties of the films, for example by drawing, coagulation, coagulation bath temperature, coagulation bath composition and drying. The experimental section consists of two parts. The first part reports the design and construction of a laboratory device and the optimization of preliminary running parameters to produce continuous and homogenous film. In the second part, RCFs are produced with the built device by using different film take-up speeds. In addition, films are made by casting using glass plates and under different stretching rates during drying. Following tests were carried out on the produced films: thickness, scanning electron microscopy (SEM), light microscopy, tensile strength, opacity and X-ray diffraction (XRD) for crystallinity index (CI). The manufactured films were homogenous, transparent and they could be made with the device in a continuous manner. By selection and optimization of the raw material (wood pulp), dissolution process, filtration, machinery, regeneration conditions, stretching, washing and drying the tensile strength of the formed films can still be further improved.

Tässä diplomityössä rakennetaan laboratoriolaitteisto sellofaanin (regeneroitu selluloosakalvo) jatkuvatoimiseen valmistamiseen. Lisäksi laitteistolla valmistetaan sellofaanikalvoja ja kalvojen ominaisuuksia testataan. Lisäksi työssä käydään läpi sellofaanin valmistusprosessi, yleiset ominaisuudet sekä parametrit, jotka regeneroinnin aikana voivat parantaa kalvon mekaanisia ominaisuuksia. Kirjallisuusosassa selluloosan liuotus ja regenerointi käydään läpi, sellofaanin perustietojen rinnalla. Tämän jälkeen sellofaanin valmistusprosessi käydään läpi liuotuksesta päällystykseen. Sellofaanin yleiset ominaisuudet esitellään, sekä kuinka kalvon mekaanisia ominaisuuksia voidaan parantaa venytyksellä, säätämällä regenerointialtaan lämpötilaa ja kompositiota sekä kuivatuksella. Kokeellinen osa koostuu kahdesta osasta. Ensimmäisessä osassa raportoidaan laboratoriolaitteen kehittäminen, sekä ajoparametrien alustava optimointi jatkuvan ja homogeenisen sellofaanin valmistamiseksi. Toisessa osassa sellofaania valmistetaan laboratoriolaitteella eri ulosvetonopeuksilla. Lisäksi sellofaania valmistetaan lasilevyillä erilaisilla venytyssuhteilla kuivauksen aikana. Valmistettujen kalvojen ominaisuuksia tutkittiin seuraavilla testeillä: paksuusmittaus, pyyhkäisyelektronimikroskopointi (SEM), mikroskopointi, vetolujuus, opasiteetti ja kiteisyysindeksi (CI) röntgendiffraktiolla (XRD). Valmistetut filmit olivat homogeenisia, läpinäkyviä ja niitä pystyttiin valmistamaan laitteistolla jatkuvatoimisesti. Valmistettujen kalvojen vetolujuutta voitaisiin kuitenkin vielä parantaa huomattavasti optimoimalla raaka-ainesellua, liuotusprosessia, suodatusta, laitteistoa, regenerointiolosuhteita, venytystä, pesua sekä kuivausta valmistusprosessin aikana.
Description
Supervisor
Rojas, Orlando
Thesis advisor
Virtanen, Pasi
Keywords
regenerated cellulose film, cellophane, regeneration conditions, tensile strenght, laboratory device, film manufacturing
Other note
Citation