Cellulose Nanocrystals-stabilized Polyhydroxyurethane and Polyacrylate Latexes: Design, Functionalization, and Performance
Tid: Må 2025-12-15 kl 10.00
Plats: FD5, Roslagstullsbacken 21, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/66957609083
Språk: Engelska
Ämnesområde: Kemi
Respondent: Hsin-Chen Chen , Glykovetenskap
Opponent: Docent Mika Sipponen, Stockholms universitet
Handledare: Professor Qi Zhou, Glykovetenskap, Wallenberg Wood Science Center; Henri Cramail, Univ. Bordeaux, CNRS, Bordeaux INP, LCPO, UMR 5629, F-33600 Pessac, France
QC 20251121
Embargo t.o.m. 2026-12-15 godkänt av skolchef Amelie Eriksson Karlström via e-post 2025-11-18.
Abstract
Cellulosa-nanokristaller (CNC) har framträtt som mycket effektiva fasta stabilisatorer för Pickering-emulsioner och latexer, och erbjuder ett hållbart alternativ till konventionella tensider. Deras amfifila natur möjliggör delvis vätbarhet vid olja-vatten-gränsytan, vilket skapar en robust kolloidal stabilisering i helt vattenbaserade system. Eftersom CNC härstammar från förnybar lignocellulosisk biomassa och kan ytmodifieras genom de rikligt förekommande hydroxylgrupperna, utgör de en mångsidig plattform för att utforma gröna, biobaserade polymerkompositer med skräddarsydda interfas- och mekaniska egenskaper.
Denna avhandling utvecklar och undersöker CNC-stabiliserade vattenburna icke-isocyanatpolyuretaner (WNIPU) och polyakrylatlatexer med målet att uppnå hög kolloidal stabilitet och utmärkta materialegenskaper. Arbetet fokuserar på optimering av latexsammansättning, design av CNC-ytfunktionaliteter, förståelse av interaktionerna mellan CNC och polymermatrisen samt utvärdering av de strukturella och mekaniska egenskaperna hos de resulterande latexerna och kompositerna.
I den första delen användes orena CNC för att framställa WNIPU genom CNC-stabiliserad suspensionspolymerisation, vilket eliminerade farliga isocyanater, flyktiga organiska föreningar (VOC) och externa tensider. I kapitel 2 uppnåddes för första gången CNC-medierad Pickering-stabilisering av WNIPU-latexer, med systematisk optimering av CNC-koncentration, monomersammansättning och reaktionsparametrar. De erhållna WNIPU-materialen uppvisade även fluorescens, vilket indikerar potential för användning inom sensorteknik eller förfalskningsskydd. Kapitel 3 demonstrerade CNC:s dubbla roll som både stabilisator och förstärkande komponent i WNIPU-latexen. Inkorporering av 17 viktprocent CNC ökade vidhäftningsstyrkan (probe tack) med 680 % och skjuvhållfastheten (lap shear) med 340 %, tack vare deras jämna dispersion i WNIPU-matrisen.
Den andra delen av avhandlingen fokuserade på funktionaliserade CNC som avancerade stabilisatorer för vattenburna latexer. I Kapitel 4 modifierades CNC kovalent med oktaylamin (oCNC) för att öka ythydrofobiciteten. De oCNC-stabiliserade WNIPU-latexerna visade förbättrad stabiliseringseffektivitet och mindre monomeremulsionsdroppar. De resulterande WNIPU/oCNC-kompositerna uppvisade upp till 34 % och 57 % ökning i vidhäftningsstyrka och vidhäftningsarbete, respektive, jämfört med latexer stabiliserade med orena CNC. Kapitel 5 introducerade en icke-kovalent ytmodifiering genom en laddningskopplingsmetod, vilket gjorde CNC tillräckligt hydrofoba för att stabilisera polyakrylatlatexer med fast innehåll upp till 20 viktprocent. De resulterande polyakrylat/CNC-kompositerna uppvisade beläggningsegenskaper jämförbara med referenser stabiliserade med tensider.
Sammanfattningsvis etablerar denna avhandling CNC-stabiliserade WNIPU-latexer som en ny klass av Pickering-polymersystem och utvidgar konceptet till polyakrylatmatriser. Den belyser hur CNC:s yt-kemi styr dispersionsstabilitet, interfasstabilisering och kompositprestanda. Dessa resultat utgör en grund för design av skalbara, tensidfria och hållbara vattenburna polymersystem, och främjar användningen av funktionaliserad nanocellulosa i miljövänliga beläggningar och lim.