Transparent Wood Biocomposites for Sustainable Development
Tid: Fr 2022-02-11 kl 10.00
Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/66395812787
Språk: Engelska
Ämnesområde: Fiber- och polymervetenskap
Respondent: Celine Montanari , Biokompositer, Wallenberg Wood Science Center
Opponent: Professor Alexander Bismarck, University of Vienna
Handledare: Professor Lars Berglund, VinnExcellens Centrum BiMaC Innovation, Biokompositer, Wallenberg Wood Science Center; Doctor Peter Olsen, Wallenberg Wood Science Center, Fiber- och polymerteknologi
QC 2022-01-18
Abstract
Hållbara nanoteknologiska trämaterial som kombinerar optisk transparens med mekanisk prestanda är av intresse för nya applikationer där transparens nyttjas. Trä är ett sofistikerat biobaserat material med en naturligt hierarkisk struktur som är anisotrop och porös. Avancerade funktionella material kan framställas genom funktionalisering av träets cellstruktur på mikro- och nanonivå. Utvecklingen av transparenta träbiokompositer, som framställs från delignifierat trä, har under de senaste åren väckt intresse då materialen kombinerar attraktiva strukturella egenskaper med optiska funktioner. Strukturell kontroll på nanonivå är nödvändig för förbättrad optisk transmittans, mekanisk prestanda samt för att tillägga nya egenskaper. I denna avhandling har miljövänliga materialkomponenter och gröna kemiska processer använts för att strukturellt skräddarsy transparenta träkompositer på nanonivå.
Mesoporösa och delignifierade träsubstrat med bevarad mikrostruktur och orientering av cellulosamikrofibriller i cellväggen används som förstärkning i transparenta träkompositer. Strategier för kemisk funktionalisering med förnybara malein-, itakon- och bärnstenssyraanhydrider har undersökts för att skräddarsy delignifierade cellväggar. Funktionalisering med cykliska anhydrider resulterar i hög förestringsgrad som minskar fukthalten i träsubstratet, förbättrar monomerdiffusion inom cellväggarna samt möjliggör ytterligare anpassning av gränsytor för kovalent bindning med polymermatris. Transparenta träkompositer framställdes först genom impregnering med metylmetakrylatmonomer följt av in situ polymerisation i de kemiskt modifierade träsubstraten. Transparenta träbiokompositer framställda från träsubstrat som funktionaliserats med anhydrider uppvisar förbättrade gränsytor mellan trä och polymer, vilket resulterar i förbättrade optiska och mekaniska egenskaper. En biobaserad polymermatris från förnybar limonenoxid och akrylsyra utvecklades sedan för att framställa helt biobaserade transparenta träkompositer. Den biobaserade monomeren kan diffundera in i cellväggen, och polymerfasen är både av överensstämmande brytningsindex med- och kovalent bundet till träsubstratet. De biobaserade transparenta träkompositerna är nanostrukturerade och uppvisar förbättrad optisk transmittans, lägre ljusspridning och utmärkt mekanisk prestanda.
Transparenta träkompositer som kombinerar värmeenergilagring med reversibla optiska egenskaper och mekanisk prestanda har dessutom framställts genom funktionalisering med fasförändringsmaterial på nanonivå. Interaktioner på molekylär- och nanonivå är kritiska i transparenta träkompositer eftersom de påverkar fördelningen av fasförändringsmaterialet i trästrukturen, vilket är essentiellt för optimerad lagringskapacitet av termisk energi. Ett biobaserat alternativ har även utvecklats för lagring av värmeenergi i transparenta träkompositer. Genom att kombinera användningen av biobaserade resurser med gröna förädlingsprocesser kunde miljöpåverkan minskas. Miljövänliga och transparenta nanoteknologiska träkompositer kan konkurrera med petroleumbaserad plast i applikationer som bärande transparenta paneler och inom energibesparing.