Blends of dissolved cellulose with acrylic acid copolymers or microfibrillated cellulose

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorSeppälä, Jukka, Prof., Aalto University, Department of Biotechnology and Chemical Technology, Finland
dc.contributor.authorSaarikoski, Eve
dc.contributor.departmentBiotekniikan ja kemian tekniikan laitosfi
dc.contributor.departmentDepartment of Biotechnology and Chemical Technologyen
dc.contributor.labPolymer Technologyen
dc.contributor.schoolKemian tekniikan korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Chemical Technologyen
dc.contributor.supervisorSeppälä, Jukka, Prof., Aalto University, Department of Biotechnology and Chemical Technology, Finland
dc.date.accessioned2015-01-16T10:08:31Z
dc.date.available2015-01-16T10:08:31Z
dc.date.defence2015-01-30
dc.date.issued2015
dc.description.abstractThe aim of the thesis was to develop dissolved cellulose (dissolved in NaOH/ZnO) based blends with acrylic acid copolymers (poly(ethylene-co-acrylic acid) (PE-co-AA) or poly(acrylamide-co-acrylic acid) (PAA-co-AA)) or microfibrillated cellulose (MFC) in the way they could be used in injection molding or for film/coating applications. This thesis summarizes the research reported in five publications supported by some unpublished results. Rheological studies done in the contexts of this work demonstrate the evolution of the alkaline dissolved cellulose/acrylic acid copolymer suspensions and dissolved cellulose/MFC suspensions during mixing and in relation to blend compositions as the properties were found to be a sum of many factors, including gelation of the suspensions.Uniform quality suspension and the best possible mixing between cellulose and copolymers were obtained by using a method in which the suspension was frozen and thawed between the mixing steps. This enabled uniform morphology with no phase separation before precipitation. With this method we managed to combine the properties of cellulose and the used acrylic acid copolymers as the analyses of the co-precipitated blends indicated good mixing between polymer phases. Good mixing between the polymers also enabled cellulose/PE-co-AA blends to be used in injection molding. Co-precipitated cellulose/PAA-co-AA films showed improved mechanical strength when compared to neat cellulose films. In coating trials, cellulose/acrylic acid copolymer blends demonstrated improved barrier properties compared to neat cellulose coating. In addition, studies of dissolved cellulose/MFC suspensions proved that by blending sufficiently small amounts of microfibrillated cellulose into cellulose solution, it is possible to prepare stable suspensions without phase separation. In rheological studies of MFC suspensions, the use of transparent measuring geometry allowed direct verification of the flocculated nature of MFC suspensions. MFC suspensions were observed in various stages of the flow and it was determined that the decomposition of micro scale MFC network in a water suspension follows the same general behavior as documented for macroscopic fiber suspensions. It was also noticed that ions in the suspending medium severely influence the flocculation and as a result, to rheological behavior of MFC suspensions.en
dc.description.abstractTutkimuksen tavoitteena oli kehittää liuotettuun selluloosaan (liuotettu NaOH/ZnO/vesi–pohjaisessa liuotinsysteemissä) pohjautuvia seoksia akryylihappokopolymeerien (poly(eteeni-ko-akryylihappo) ja poly(akryyliamidi-ko-akryylihappo) tai mikrofibrilloidun selluloosan kanssa tavalla, jolla ne saataisiin sopimaan päällystysmateriaaliksi, kalvoiksi tai ruiskuvaluun. Tämä väitöskirja summaa yhteen tutkimukset, jotka on julkaistu viidessä eri osajulkaisussa. Lisäksi osajulkaisujen tueksi on esitetty julkaisemattomia tutkimustuloksia. Tämän tutkimuksen yhteydessä esitetyt reologisten mittausten tulokset demonstroivat selluloosa/akryylihappokopolymeeri ja liukosellu/mikrofibrilloitu selluloosa suspensioiden kehitystä sekoituksen aikana, sekä suhteessa seoksien koostumukseen. Suspensioiden ominaisuudet olivat monien tekijöiden summa, yhtenä osatekijänä mm. suspensioiden geeliytyminen. Tasalaatuiset suspensiot ja paras mahdollinen sekoittuvuus selluloosan ja kopolymeerien välillä saavutettiin käyttämällä menetelmää, jossa seokset jäädytettiin ja sulatettiin sekoitusvaiheiden välissä, mahdollistaen myös tasalaatuisen morfologian ilman faasierottumista ennen saostusta. Käyttäen tätä menetelmää yhdistimme selluloosan ja akryylihappokopolymeerien ominaisuudet, analyysien näyttäessä hyvää sekoittuvuutta polymeerifaasien välillä. Hyvä sekoittuvuus mahdollisti myös selluloosa/poly(eteeni-koakryylihappo)–seoksien käytön ruiskupuristuksessa. Saostetut selluloosa/poly(akryyliamidi-ko-akryylihappo) – kalvot näyttivät parantuneita mekaanisia ominaisuuksia verrattuna puhtaisiin selluloosakalvoihin. Päällystyskoeajoissa selluloosa/akryylihappokopolymeeri – seoksilla päällystetyt kartongit demonstroivat parantuneita läpäisevyysominaisuuksia verrattuna puhtaalla selluloosalla päällystettyihin kartonkeihin. Lisäksi liuotettu selluloosa/mikrofibrilloitu selluloosa – suspensioiden tutkimukset todistivat, että sekoittamalla suhteellisen pieniä määriä mikrofibrilloitua selluloosaa liuotetun selluloosan sekaan on mahdollista valmistaa stabiileita suspensioita ilman faasierottumista. Mikrofibrilloidun selluloosan vesisuspensioiden reologisissa tutkimuksissa läpinäkyvän mittausgeometrian käyttö mahdollisti suspensioiden flokkautumisen suoran todentamisen. Mikrofibrilloidun selluloosan suspensioita tutkittiin virtauksen eri vaiheissa, jonka tuloksena suspensioiden vahvistettiin noudattavan samoja verkkorakenteen hajoamisen vaiheita, mitä on todettu makroskooppisille kuitususpensioille. Lisäksi huomattiin ionien huomattava vaikutus suspensioiden flokkautumiseen ja täten myös suspensioiden reologiseen käyttäytymiseen.fi
dc.format.extent70 + app. 62
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.isbn978-952-60-6054-5 (electronic)
dc.identifier.isbn978-952-60-6053-8 (printed)
dc.identifier.issn1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/14960
dc.identifier.urnURN:ISBN:978-952-60-6054-5
dc.language.isoenen
dc.opnHarlin, Ali, Prof., VTT Technical Research Centre, Finland
dc.publisherAalto Universityen
dc.publisherAalto-yliopistofi
dc.relation.haspart[Publication 1]: Saarikoski, E., Lipponen, S., Rissanen, M., Seppälä, J., Blending Cellulose with Polyethylene-co-acrylic acid in Alkaline Water Suspension, Cellulose 19 (2012) 661–669. DOI: 10.1007/s10570-012-9668-6
dc.relation.haspart[Publication 2]: Lipponen, S., Saarikoski, E., Rissanen, M., Seppälä, J., Preparation and properties of Cellulose/PE-co-AA blends, European Polymer Journal 48 (2012) 1439-1445. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2012.05.011
dc.relation.haspart[Publication 3]: Saarikoski, E., Rautkoski, H., Rissanen, M., Hartman, J., Seppälä, J., Cellulose/acrylic acid copolymer blends for films and coating applications, Journal of Applied Polymer Science 131 (2014) 40286. DOI: 10.1002/app.40286
dc.relation.haspart[Publication 4]: Saarikoski, E., Saarinen, T., Salmela, J., Seppälä, J., Flocculated flow of microfibrillated cellulose water suspensions: an imaging approach for characterization of rheological behaviour, Cellulose 19 (2012) 647–659. DOI 10.1007/s10570-012-9661-0
dc.relation.haspart[Publication 5]: Saarikoski, E., Rissanen, M., Seppälä, J., Effect of rheological properties of dissolved cellulose/microfibrillated cellulose blend suspensions on film forming, Carbohydrate Polymers 119 (2015) 62-70. DOI: 10.1016/j.carbpol.2014.11.033
dc.relation.ispartofseriesAalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONSen
dc.relation.ispartofseries10/2015
dc.revBudtova, Tatiana, Prof., Centre for material forming, France
dc.revZhang, Lina, Prof., Wuhan University, China
dc.subject.keywordcelluloseen
dc.subject.keywordblenden
dc.subject.keywordrheologyen
dc.subject.keywordfilmen
dc.subject.keywordcoatingen
dc.subject.keywordselluloosafi
dc.subject.keywordseosfi
dc.subject.keywordreologiafi
dc.subject.keywordkalvofi
dc.subject.keywordpäällystefi
dc.subject.otherChemistryen
dc.titleBlends of dissolved cellulose with acrylic acid copolymers or microfibrillated celluloseen
dc.titleLiuotetun selluloosan seokset akryylihappokopolymeerien tai mikrofibrilloidun selluloosan kanssafi
dc.typeG5 Artikkeliväitöskirjafi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotDoctoral dissertation (article-based)en
dc.type.ontasotVäitöskirja (artikkeli)fi
local.aalto.digiauthask
local.aalto.digifolderAalto_64545
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
isbn9789526060545.pdf
Size:
2.85 MB
Format:
Adobe Portable Document Format