Biodegradable polylactic acid cellulose nanocomposites
Mosley, Fredric (2018)
Mosley, Fredric
Yrkeshögskolan Arcada
2018
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201805158167
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201805158167
Tiivistelmä
Syftet med detta slutarbete var att studera nanocellulosa och användning av nanocellulosafibriller som fyllnadsmedel och förstärkning i den bionedbrytbara plasten PLA. Biopolymeren nanocellulosa kan användas i en stor mängd produkter för att bland annat ersätta oljebaserade plaster och minska anhopningen av icke bionedbrytbart avfall. Nanocellulosafibriller (CNF) kan isoleras ifrån växter med nedbrytande metoder och därefter behandlas i en vattensuspension för att minimera mängden aggregat orsakade av reaktiva hydroxylgrupper. Genom att lösa upp PLA i kloroform samt överföra cellulosananofibrillerna till samma lösningsmedel kunde båda komponenterna blandas och gjutas för att uppnå bästa möjliga partikelfördelning. I ett försök att förbättra hopkopplingen mellan de två komponenterna modifierades nanocellulosafibrillernas ytkemi genom esterifiering av polära hydroxylgrupper med hydrofobiska acetylgrupper. De producerade filmerna med 2 respektive 5 viktprocent nanocellulosafibriller påvisade högre brottgräns än film av ren PLA producerad med samma metod. Undantagsvis hade den acetylerade filmen med låg mängd CNF lägre brottgräns. Svepelektronmikroskopi påvisade att de acetylerade fibrillerna hade en tydligt bättre vätbarhet och kunde användas i mindre krävande sammansättningsmetoder. This thesis focused on gathering information and reviewing nanocellulose and cellulose nanocomposites. Nanocellulose is a biopolymer that could be used in a wide range of applications to minimize oil dependency and accumulation of non-degradable waste. Nanocellu-lose can be isolated from plants and processes often have to be repeated many times to reach nanoscale dimensions. Its affinity for water limits drying which means that aqueous suspensions have to be taken into account in composite production. Cellulose nanocomposites can be produced using conventional compounding methods, but mismatching material properties will negate the desired effects as particles are not able to form a network throughout the composite material. A common method for creating nanocomposites is sol-vent casting which uses solvents to dissolve the matrix material allowing particles to be dispersed. In the experimental work polylactic acid (PLA) films with small amounts (2 and 5 wt%) of cellulose nanofibrils (CNF) were produced. An acetylation treatment of CNF was done to make the surface hydrophobic for better compatibility with the PLA matrix and films with both acetylated and unmodified CNF were produced. Films were visually analyzed, then tensile tested. The ultimate tensile strength of films with unmodified and modified CNF were compared to neat PLA showing that the ultimate tensile strength increased with CNF content. Exceptionally 2 wt% acetylated CNF/PLA exhibiting lower strength than that of neat PLA. SEM imaging of the films showed the existence of interconnected fibril networks in all films and that acetylated CNF had been wetted by the polymer where-as unmodified CNF had formed a network with minimal interfacial adhesion to the matrix.