Cellulose nanocomposites offer interesting potential in terms of improved properties and new functionalities compared with microcomposites. Preparation from colloidal suspensions is promising, since high reinforcement content is possible and a wide range of constituents can be used. In the first study, the challenge is to form a stable suspension of well-dispersed carbon nanotubes (CNT) and nanofibrillated cellulose (NFC) in water and to prepare commingled high CNT content nanopaper structures by filtration. Various surfactants were used to modify CNT. The NFC was stabilized by charged carboxylate groups. A nonylphenol phosphate ester surfactant, NPPE, worked well for CNT and provided a stable and well-dispersed water suspension of CNT and NFC. Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), porosimetry and atomic force microscopy (AFM) were used to characterize nanopaper structure, and tensile properties were measured as well as surface resistivity. The processing route is water based and it is possible to prepare thin coatings as well as thicker films with a combination of low surface resistivity, flexibility in bending and high strength and toughness in tension. As inspired by organo-modified layered silicates, the objective of the second study is to develop an environmentally friendly procedure for the surface modification of cellulose nanocrystals, CNC, using quaternary ammonium salts via adsorption. In order to obtain higher surface charge density on CNC, a new route is developed for preparation of CNC with carboxylic acid groups. Quanternary ammonium cations bearing alkyl, phenyl, glycidyl, and diallyl groups are used to modify CNC to render their surface more hydrophobic. The structure and surface hydrophobicity of unmodified and modified CNC as well as their dispersibility in organic solvent are characterized by AFM, FE-SEM, Fourier-transformed infrared spectroscopy (FT-IR), X-Ray analysis (XDR) and contact angle measurement (CAM). Future work will focus on surface-modified nanocelluloses in composite materials, in order to learn more about surface treatment effects on nanocomposite properties. / Nanokompositer från cellulosa har potential att ge starkt förbättrade egenskaper och ny funktionalitet jämfört med mikrokompositer. De ger även möjlighet till komposittillverkning från kolloidala suspensioner där man kan uppnå hög halt av förstärkningsfasen. Det är också möjligt att välja från en bred flora av lösliga och dispergerbara materialkomponenter. I första studien är utmaningen att skapa en stabil och väldispergerad suspension av kolnanorör (CNT) och nanofibrillerad cellulosa (NFC) i vatten för att genom filtrering framställa nanopapper med interpenetrerande CNT och NFC nätverk. Olika ytaktiva ämnen användes för att modifiera CNT. NFC stabiliserades genom laddade karboxylgrupper på ytan. En nonylfenol fosfatester, NPPE, fungerade bra för CNT och resulterade i en stabil och väldispergerad vattensuspension av CNT och NFC. FE-SEM, densitometri och AFM användes för att karakterisera nanopapperstruktur. Mekaniska egenskaper och ytresistivitet mättes. Processen för framställning av CNT/NFC nanopapper är vattenbaserade och det är möjligt att framställa tunna ytbeläggningar likväl som tjockare filmer. Dessa strukturer har en kombination av låg resistivitet, flexibilitet i böjning liksom hög hållfasthet och seghet i dragbelastning. Syftet med den andra studien är att utgå från organo-modifierade skiktade silikater (leror) för att utveckla en miljövänlig ytmodifieringsmetod för nanocellulosa. För att öka ytladdningstätheten på CNC (nanokristaller från cellulosa) utvecklas ett nytt sätt att skapa karboxylgrupper på ytan. Kvarternära ammoniumsalter med alkyl, fenyl, glycidyl och diallylgrupper används för att göra ytan på CNC mer hydrofob. Ytans struktur och hydrofoba karaktär, liksom dispersionsegenskaper i organiska lösningsmedel, karakteriseras med hjälp av AFM, FE-SEM, FT-IR, XDR och kontaktvinkelmätning. Fortsatt arbete kommer att fokusera på ytmodifierad cellulosa i kompositmaterial, för att utveckla förståelsen för effekter av ytmodifiering på nanokompositers egenskaper / <p>QC 20120302</p>
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-90864 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Salajková, Michaela |
| Publisher | KTH, Biokompositer, Stockholm |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Licentiate thesis, comprehensive summary, info:eu-repo/semantics/masterThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Trita-CHE-Report, 1654-1081 ; 2012:7 |
Page generated in 0.0064 seconds