Komposiittimateriaalit : biolujiteaineet ja -sidosaineet
Salonen, Mikko (2021-09-14)
Salonen, Mikko
M. Salonen
14.09.2021
© 2021 Mikko Salonen. Tämä Kohde on tekijänoikeuden ja/tai lähioikeuksien suojaama. Voit käyttää Kohdetta käyttöösi sovellettavan tekijänoikeutta ja lähioikeuksia koskevan lainsäädännön sallimilla tavoilla. Muunlaista käyttöä varten tarvitset oikeudenhaltijoiden luvan.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202109169006
https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202109169006
Tiivistelmä
Komposiitit ovat materiaaleja, joissa lujiteaine sidotaan kovettuvalla sidosaineella. Polymeerikomposiiteissa on perinteisesti käytetty fossiilisia raaka-aineita sidosaineiden valmistuksessa ja lujitemateriaaleina on käytetty lasi- ja hiilikuituja. Edellä mainittujen raaka-aineiden ympäristö- ja terveysvaikutusten sekä fossiilisten luonnonvarojen ehtymisen johdosta on tärkeää kehittää biomassapohjaisia lujite- ja sidosaineita. Tässä tutkielmassa keskitytään biomassapohjaisten polymeerisidosaineiden ja erilaisten biokuitulujitteiden käsittelyyn.
Biopohjaisille kuitulujitteille on lukuisia materiaalilähteitä, kuten heinäkasvikuidut, puukuidut, hedelmien ja jyvien syömäkelvottomat osat, sekä bakteerien tuottama selluloosa. Lujitteen ja sidosaineen välisen adheesion kannalta kasvikuitujen tärkein komponentti on selluloosa. Muut kuiduissa esiintyvät yhdisteet, kuten hemiselluloosa ja ligniini voivat heikentää tätä adheesiota. Hyvän kuitulähteen valinnalla, emäskäsittelyllä ja kuitujen jalostuksella puhtaaksi mikro- ja nanoselluloosaksi on pyritty vaikuttamaan lujitteen jakaantumis- ja adheesio-ominaisuuksiin komposiiteissa.
Biomassapohjaiset polymeerisidosaineet ovat fossiilipohjaisiin polymeerisidosaineisiin nähden suhteellisen uusi ja vähemmän käytetty materiaaliryhmä. Biosidosaineiden tuotantoprosessit eivät siis ole yhtä pitkälle kehitettyjä kuin fossiilipohjaisten, mutta kehitystä edesauttaa uusien käyttökohteiden löytäminen biomassasta eristetyille ja jalostetuille raaka-aineille. Biosidosaineissa käytettyjä polymeerejä ovat esimerkiksi furaani-, epoksi-, bentsoksatsiini- ja polylaktidipohjaiset hartsit. Biomassapohjaisilla hartseilla on paljon hyviä ominaisuuksia, kuten furaanirenkaiden happibarriääri, epoksihartsien terminen ja kemiallinen kestävyys, bentsoksatsiinien rakenteellinen muokattavuus, sekä polylaktidihartsien soveltuvuus 3D-tulostukseen. Monille fossiilisille polymeereille, kuten PET-muoville ja DGEBA-hartsille on kehitetty potentiaalisia biomassapohjaisia vaihtoehtoja, joilla on yhtä hyvät tai jopa paremmat ominaisuudet kuin näiden fossiilisilla vastineilla. Hartsien kehityksessä on pyritty vaikuttamaan muun muassa mekaanisiin ja termisiin ominaisuuksiin, kaasujen permeabiliteettiin, polymeeriketjujen välisten ristisiltojen muodostumiseen ja tiheyteen, sekä biohajoavuuteen.
Biopohjaisille kuitulujitteille on lukuisia materiaalilähteitä, kuten heinäkasvikuidut, puukuidut, hedelmien ja jyvien syömäkelvottomat osat, sekä bakteerien tuottama selluloosa. Lujitteen ja sidosaineen välisen adheesion kannalta kasvikuitujen tärkein komponentti on selluloosa. Muut kuiduissa esiintyvät yhdisteet, kuten hemiselluloosa ja ligniini voivat heikentää tätä adheesiota. Hyvän kuitulähteen valinnalla, emäskäsittelyllä ja kuitujen jalostuksella puhtaaksi mikro- ja nanoselluloosaksi on pyritty vaikuttamaan lujitteen jakaantumis- ja adheesio-ominaisuuksiin komposiiteissa.
Biomassapohjaiset polymeerisidosaineet ovat fossiilipohjaisiin polymeerisidosaineisiin nähden suhteellisen uusi ja vähemmän käytetty materiaaliryhmä. Biosidosaineiden tuotantoprosessit eivät siis ole yhtä pitkälle kehitettyjä kuin fossiilipohjaisten, mutta kehitystä edesauttaa uusien käyttökohteiden löytäminen biomassasta eristetyille ja jalostetuille raaka-aineille. Biosidosaineissa käytettyjä polymeerejä ovat esimerkiksi furaani-, epoksi-, bentsoksatsiini- ja polylaktidipohjaiset hartsit. Biomassapohjaisilla hartseilla on paljon hyviä ominaisuuksia, kuten furaanirenkaiden happibarriääri, epoksihartsien terminen ja kemiallinen kestävyys, bentsoksatsiinien rakenteellinen muokattavuus, sekä polylaktidihartsien soveltuvuus 3D-tulostukseen. Monille fossiilisille polymeereille, kuten PET-muoville ja DGEBA-hartsille on kehitetty potentiaalisia biomassapohjaisia vaihtoehtoja, joilla on yhtä hyvät tai jopa paremmat ominaisuudet kuin näiden fossiilisilla vastineilla. Hartsien kehityksessä on pyritty vaikuttamaan muun muassa mekaanisiin ja termisiin ominaisuuksiin, kaasujen permeabiliteettiin, polymeeriketjujen välisten ristisiltojen muodostumiseen ja tiheyteen, sekä biohajoavuuteen.
Kokoelmat
- Avoin saatavuus [31657]