Processbarhet hos cellulosa- och ligninbaserade biokompositer med glycerol som plastiseringsmedel : En studie om vattenhållande förmåga, termiskt beteende och reologiska egenskaper

Sammanfattning

Det här examensarbetet undersöker möjligheten att framställa cellulosa- och ligninbaserade biokompositer med glycerol som plastiseringsmedel, utan tillsats av en konventionell plastmatris. Bakgrunden till arbetet är behovet av mer biobaserade materialalternativ, där cellulosa och lignin är intressanta råvaror eftersom de kan bidra med kompletterande egenskaper. Cellulosa kan fungera som en strukturbärnade och förstärkande komponent, medan lignin potentiellt kan bidra med en mer bindande och matrisliknande funktion vid förhöjd temperatur. Samtidigt begränsas båda materialen av låg processbarhet, vilket gör plastisering till en relevant faktor att undersöka. Syftet med arbetet var att studera hur glycerol påverkar cellulosans vattenretentionsförmåga och förhorning, samt ligninets termiska och reologiska beteende inför extrudering. Arbetet genomfördes genom bestämning av WRV på olika cellulosamassor framtagna från halmstrå, DSC-analyser av lignin/glycerolblandningar, samt reologimätningar av blandningar bestående av lignin, cellulosa och glycerol. Resultaten visar att torkning minskade cellulosamassans vattenhållande förmåga, vilket indikerar förhorning. Förhorningskvoten visade att massorna påverkades olika av torkning, där HS2 uppvisade störst relativ WRV-förlust, medan HS3 bevarade en större del av sin ursprungliga vattenhållande förmåga. Behandling med glycerol före torkning minskade förhorningskvoten vilket visar att glycerol delvis kan motverka förhorning, men att effekten även beror på massans morfologi. DSC-resultaten visade breda termiska signaler för både rent lignin och samtliga lignin/glycerolblandningar, vilket bidrog till att resultaten främst tolkades som övergångs- eller relaxationsområden snarare än tydliga övergångar. Reologimätningarna visade att ökad glycerolhalt gav lignin/glycerolblandningarna en mer viskös respons, där 15 vikt-% framstod som mest lovande. När cellulosa tillsattes dominerade däremot den elastiska responsen redan vid låg cellulosahalt. Sammanfattningsvis visar resultaten att glycerol kan förbättra vissa bearbetningsrelaterade egenskaper hos både cellulosa och lignin genom att delvis motverka förhorning och öka ligninets rörlighet. Däremot framstod lignin/glycerolfasen under de undersökta förhållandena inte som tillräckligt för att ersätta en kontinuerlig plastmatris i ett fiberförstärkt kompositsystem. För framtida forskning är det därför relevant att undersöka fler bearbetningsmetoder, alternativa blandningsförhållanden och ett bredare intervall av glycerolhalter föe att bättre bedöma systemets processbarhet och potential inför extrudering.