Nanolatexes: a versatile toolbox for cellulose modification
Tid: Fr 2023-03-24 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Fiber- och polymervetenskap
Respondent: Alexandros Efraim Alexakis , Ytbehandlingsteknik, Wallenberg Wood Science Center, Eva Malmström
Opponent: Assistant Prof. Justin Zoppe, Polytechnic University of Catalonia
Handledare: Professor Eva Malmström, Ytbehandlingsteknik, Wallenberg Wood Science Center
QC 2023-03-02
Embargo godkänt av skolchef CBH, Amelie Eriksson Karlström, 2023-03-02, via e-mail.
Abstract
Cellulosamaterial används i stor utsträckning i vår vardag, i allt från papper och förpackningar till biomedicinska tillämpningar. Men i de flesta tillämpningar måste cellulosa samexistera med hydrofoba polymerer, vilket kan vara utmanande på grund av cellulosas hydrofila karaktär. Detta har lett till betydande forskning på kemiska och fysikalisk modifiering av cellulosa.
Projekten som ingår i denna avhandling fokuserar på icke-kovalent modifiering av cellulosamaterial med skräddarsydda, mycket mångsidiga kolloidala nanopartiklar syntetiserade i vatten, så kallade nanolatex-partiklar. Syntesen av dem är baserad på kombinationen av reversibel addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerisation med ”polymerisationsinducerad självorganisering” (PISA). Kombinationen av dessa tekniker resulterar i bildningen av amfifila diblock-sampolymerer som självorganiseras i vatten till att bilda en mängd olika morfologier. Sfärer, worms och vesiklar med pH-känsliga skalpolymerer bereddes för att undersöka vilka reaktionsparametrar som resulterar i övergång mellan olika morfologier. Mindre undersökta parametrar som den kemiska sammansättningen av RAFT-agenten studerades vilket resulterade i bildandet av bimodala nanolatexer med opalliknande egenskaper på ett reproducerbart sätt.
En grundläggande undersökning av parametrarna som styr adsorptionen av katjoniskt laddade nanolatex-partiklar på silika och regenererade cellulosamodellytor (TEMPO-oxiderad cellulosa) genomfördes också. Kombinationen av gravimetriska och reflektometriska tekniker avslöjade komplexiteten hos modellytan. Både storleken och laddningstätheten hos nanolatexarna visade sig påverka deras adsorption. Informationen från denna studie implementerades vid framställningen av cellulosa nanofibril (CNF)-nanokompositer med låga halter av nanolatexer. Det visade sig att när nanolatexhalten var under 1 viktprocent förbättrades den mekaniska egenskapsprofilen för CNF-nanokompositerna.
Slutligen användes träbaserade komponenter för att ersätta fossilbaserade monomerer i nanolatexer. De adsorberades lätt på filterpapper (cellulosa) och anlöptes vid en temperatur över glasomvandlingstemperaturen, vilket demonstrerade deras filmbildningskapacitet. Nanolatexer som består av en träbaserad skalpolymer har en lovande egenskapsprofil för high-end tillämpningar vilket t ex framgår av deras interaktioner med Cu(II)-joner, där nanolatex-partiklarna förhindrade bildandet av Cu(II)-jonaggregat.
Resultaten som sammanfattas i denna avhandling bidrar till förståelsen om icke-kovalent modifiering av cellulosa och är också avsedda att ytterligare främja användningen av träbaserade monomerer i produktionen av polymererna för avancerade applikationer.