Tillverkning av nya högpresterande CNF biocompositer
- Diarienummer
- GMT14-0036
- Start- och slutdatum
- 160101-211231
- Beviljat belopp
- 23 285 931 kr
- Förvaltande organisation
- Chalmers University of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Syftet med detta projekt är att förstå hur man kan åstadkomma betydligt bättre kompositer bestående av termoplaster och cellulosabaserade nano-fibriller (CNF). Nya möjligheter med blandning av CNF och termoplaster i vått tillstånd kommer att undersökas. Eftersträvade nya kompositer kan representera ett av de första exemplen på storskalig nanoteknologi, för tillämpningar i material exempelvis användbara till förpackningar, fordonskomponenter och byggprodukter. Omfattande forskning har ägnats åt kompositer av termoplaster förstärkta med CNF, allmänt syftande till att finna en ny generation av högpresterande biokompositer. Dokumenterade resultat visar mycket lite framsteg i dispergering av fibriller och adhesion till polymermatrisen, vilket resulterat i låg förstärkningseffekt. Bristen på framgång beror troligen på den välkända tendensen hos CNF att forma olösliga aggregat vid torkning. Det är allmänt accepterat att någon form av ny tillverkningsmetod behövs för att medge betydande framsteg. I detta arbete kommer nya möjligheter till blandning av CNF-dispersion med polymerlösning att undersökas, syftande till en betydligt förbättrad dispergering av CNF och förbättrad adhesion till polymermatrisen. Nyligen genomförd men ej publicerat arbete indikerade uppmuntrande möjligheter med den våta blandningsmetoden att ge betydligt förbättrade mekaniska egenskaper hos kompositer av CNF och termoplaster, exempelvis en förbättring av både styvhet och styrka med en faktor 10.
Populärvetenskaplig beskrivning
Kompositer bestående av vanliga plaster förstärkta med fibrillerna från träfibrer har studerats sedan lång tid, syftande till att få fram styva och starka material för allmän användning. Sådana träfibriller kallas vanligen för cellulosabaserade nanofibriller, förkortat CNF, och är typiskt en tusendel så långa och har ca en tusendels diameter jämfört träbaserade cellulosafibrer. Styvhet och styrka hos CNF uppskattas till 5 till 10 gånger så hög som hos träbaserade cellulosafibrer. Dessa betydligt högre egenskaper hos CNF gör användning till förstärkning i plaster mycket intressant. Intressanta möjliga användningar av sådana CNF-kompositer är många, exempelvis till bättre och mer miljöanpassade förpackningar, bilkomponenter, möbler eller byggprodukter. Betydande mängder forskningsinsatser har ägnats åt att finna metoder för framställning av en sådan ny generation av högpresterande CNF-kompositer. Många forskargrupper från i stort sett alla delar av världen har deltagit under flera decennier. Trots de stora ansträngningarna har framgångarna hittills varit små. Det är fortfarande oklart vilka komponenter och vilka tillverkningsmetoder som lämpligen används för att nyttiggöra de goda egenskaperna hos CNF till höga förbättringar av styvhet och styrka hos kompositer. Genomförd forskning visar att framställda CNF-kompositer har innehållit en hög andel av hopklumpade (aggregerade) fibrer, också att kopplingen mellan fibrer och plast varit relativt svag. Det råder enighet om att sådana svårigheter med att fördela fibriller i materialet och att få god koppling mellan fibrer och plast tillsammans kan förklara den oväntat låga förstärkningseffekten av CNF i kompositer. Det är också allmänt accepterat att någon form av ny tillverkningsmetod behövs för att betydande förbättringar av fiberfördelning och koppling skall kunna åstadkommas. I detta arbete kommer nya möjligheter till bättre blandning i vått tillstånd att prövas och studeras. Den grundläggande tanken är att blanda två vattenbaserade komponenter, därmed betydligt bättre fördela våta fibrer i vattenlösning av plast. Förväntningen med den våta metoden är att kopplingen också skall kunna förbättras betydligt av att båda huvudkomponenterna är vattenbaserade vid blandning, därmed möjliggöra betydligt förbättrade mekaniska egenskaper hos kompositer formade i torrt tillstånd.