ºÚÁÏÍø

Väitöskirjan nimi: Reactivity and accessibility of cellulose in cold alkali dissolution: Effects of hornifying, acidic, and mercerizing pretreatments.

³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Antti Koistinen

³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä: Prof. Juha Fiskari, Mid Sweden University

Kustos: Associate prof. Thaddeus Maloney

Reactivity and accessibility of cellulose in cold alkali dissolution: Effects of hornifying, acidic, and mercerizing pretreatments.

Selluloosa on yksi lupaavimmista uusiutuvista materiaaleista, joilla voidaan korvata fossiilipohjaisia raaka-aineita tekstiileissä, pakkauksissa ja kehittyneissä materiaaleissa. Selluloosan rakenteen vakaus ja kyky vastustaa kemiallista muokkausta ja liuottamista kuitenkin hankaloittaa sen käytettävyyttä uusissa käyttökohteissa. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan, miten selluloosan muokkaaminen vaikuttaa sen liukenemiseen natriumhydroksidin kylmäalkaliliuotuksessa. Natriumhydroksidi on edullinen ja lupaava liuotin teollisen mittakaavan sovelluskohteissa; liuotusprosessin kehittäminen voi edistää esimerkiksi keinotekoisten selluloosakuitujen ja muiden biopohjaisten materiaalien kestävämpää valmistusta. Tutkimuksessa keskitytään siihen, miten erilaiset esikäsittelyt – happokäsittely, emäskäsittely (merserointi) sekä kuivauksesta johtuva sarveistuminen – muuttavat selluloosakuitujen kemiallista saavutettavuutta ja reaktiivisuutta. Nämä prosessit muokkaavat kuitujen rakennetta ja vaikuttavat siihen, kuinka herkästi selluloosa reagoi.

Tulokset tuovat esiin uuden havainnon saavutettavuuden ja reaktiivisuuden suhteesta. Emäskäsittely tekee selluloosakuiduista avoimempia ja huokoisempia, minkä voisi odottaa parantavan liukoisuutta. Tutkimus kuitenkin osoitti, että emäskäsiteltyjen kuitujen kemiallinen reaktiivisuus heikkeni. Happokäsittely puolestaan paransi liukoisuutta lyhentämällä selluloosaketjuja, mikä helpotti niiden prosessointia ilman merkittävää vaikutusta kuitujen turpoamiseen.

Yllättäen kuivauksen aiheuttamien rakenteellisten muutosten eli sarveistumisen havaittiin parantavan liukoisuutta. Yleensä sarveistumisen odotetaan heikentävän selluloosan reaktiivisuutta ja saavutettavuutta kuidun huokostilavuuden pienentyessä.

Havainnot haastavat vallitsevia käsityksiä siitä, miten selluloosaa tulisi esikäsitellä liukenemisen edistämiseksi. Tulokset osoittavat, että kuitujen tekeminen avoimemmiksi ei välttämättä lisää niiden reaktiivisuutta, ja että erilaiset rakenteelliset muutokset vaikuttavat prosessointiin perustavanlaatuisesti eri tavoin.

Tutkimus tarjoaa uutta tietoa tehokkaampien ja resurssiviisaampien selluloosan prosessointimenetelmien kehittämiseen. Tietoa voidaan hyödyntää seuraavan sukupolven tekstiilikuitujen ja muiden kestävien selluloosapohjaisten tuotteiden kehityksessä, mikä voi vähentää riippuvuutta fossiilisista raaka-aineista.

selluloosan liukeneminen; kylmäalkaliliuotus; sarveistuminen; reaktiivisuus ja saavutettavuus

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): .

Yhteystiedot: antti.koistinen@aalto.fi