soffan02.jpg

Trä består huvudsakligen av cellulosa, lignin och hemicellulosa och är ett fantastiskt förnyelsebart material som kan förädlas till en mängd olika produkter. Några pappersprodukter kom­mer att vara viktiga även i framtiden och det finns ett fortsatt behov av att utveckla dagens tillverkningsprocesser för att öka förädlingsvärdet och processeffektiviteten. Men träcellulosan som är den vanligast förekommande biopolymeren på jorden kommer att spela en allt mer betydande roll för hållbarheten genom att ersätta oljebaserade produkter och bomull inom den växande bioekonomin. Det finns med andra ord många möjliga användningsområden för cellulosa utanför traditionella pappersprodukter. Här vill vi bidra med djup förståelse och forskning för att exempelvis skapa skogsbaserade textilier, nya cellulosakompositmaterial med plastliknande egenskaper, samt cellulosa formuleringar och dispersioner som tillför mervärden inom färg-, livsmedels-, hygien- och hälsovårdsindustrin.

Forskningen inom vår grupp Teknisk yt- och kolloidkemi fokuserar på följande två huvudområden; biomaterial och kelaterande komplexbildare för metall. 

Biomaterial

Trä är ett fantastiskt material som kan bearbetas till en mängd olika produkter. Cellulosa är det mest förnybara materialet på jorden och kommer att spela en viktig roll i vår strävan att ersätta syntetiska oljebaserade produkter. Cellulosa kan t ex användas till applikationer som cellulosabaserade textilier och nonwoven, nya kompositmaterial med tillsatta funktionaliteter, och polymera cellulosaformuleringar och dispersioner.

Nya material från cellulosa

Vi behöver en bättre vetenskaplig förståelse för intermolekylära interaktioner i de kristallina och amorfa delarna av cellulosa, liksom för interaktioner mellan cellulosa och lösningsmedel. Den viktigaste skillnaden med syntetiska polymerer är cellulosakedjans låga rörlighet orsakad av starka intermolekylära interaktioner. Det är viktigt att förstå balansen mellan cellulosans hydrofila och lipofila egenskaper, liksom hur lösningsmedelsbetingelserna påverkar cellulosans tillstånd. Vi tror att en ökad kunskap inom detta område kommer att göra det möjligt att öka användningen av träbaserad cellulosa i textilier och funktionaliserade kompositmaterial i framtiden, liknande de syntetiska polymererna. Cellulosa är förnybara, icke-toxisk och CO2-neutral, det är starka fördela jämfört med de syntetiska polymererna.

Nya lignocellulosamaterial

Genom bearbetning av massa och papper kan nya egenskaper och produkter erhållas. Plastificering av papper genom tillsats av vissa kemikalier, omvandling av papper till garn genom stripning och snurrning och selektivt avlägsnande av lignin och extraktiv undersöks för närvarande i labb och i full skala. Nya metoder för att karakterisera erhållna material undersöks också. 

Metallkelering - komplexbildare för metall

Metallchelatorer är molekyler med inneboende funktionalitet för att fånga och binda specifika metalljoner. Vi arbetar med både kemikalier och material med dessa uttalade egenskaper. Den dubbla funktionaliteten hos konstruerade kelaterande ytaktiva ämnen erbjuder möjligheter att återvinna formade metallkomplex som kan behandlas ytterligare för att regenerera det kelaterande ytaktiva ämnet och utvinna metallerna. Funktionaliserade fasta material kan användas i filterapplikationer för att selektivt ta bort metalljoner som av olika skäl är oönskade i vattenlösningar.

Kelaterande ytaktiva ämnen

Kombinationen av ytaktiva och kelaterande egenskaper i en enda molekyl resulterar i ett kelaterande ytaktivt medel. Dessa är vattenlösliga molekyler lämpliga för kelering i de flesta vattenhaltiga system. Genom att separera metallkomplexen från industriellt vatten kan frisättning av kelatmedel och metaller förhindras. Förutom de traditionella användningsområdena för kelatbildare erbjuder den separerbara funktionen nya applikationsområden. Konceptet kan användas för att återvinna värdefulla metaller, till exempel från metallbearbetningsindustri, eller för att rena metallförorenat vatten eller jord. Kelaterande ytaktiva medel kan också användas i konsumentprodukter där en kombination av kelaterande medel och ytaktiva medel traditionellt används. Den icke-polära delen gör strukturen lämplig i hydrofoba matriser, såsom kosmetiska krämer och lotioner.

Metallkomplexen separeras lätt och utvinns från vattenfaser genom exempelvis skumflotation. I flotationsprocessen bubblas gas genom vätskan och ytaktiva material adsorberas vid luft-vatten-gränssnitten. Återställningen förbättras genom tillsats av ett skummedel och fasöverföringen av metalljoner från bulk till skummet beror på skumningsförmågan hos systemet såväl som på interaktionen mellan det kelaterande ytaktiva medlet och det skummande medlet. Dessa interaktioner undersöks genom att beräkna interaktionsparametrar för systemen.

Det uppsamlade skummet från flotationen innehåller metallkomplexen. Denna skumfas behandlas vidare genom elektrolys för att separera och regenerera det kelaterande ytaktiva medlet och metallerna. 

Förutom de tekniska aspekterna är kelaterande ytaktiva ämnen intressanta ur en grundläggande vetenskaplig synvinkel. Som ytaktiva ämnen är de ganska extrema med sina stora, mångfaldigt laddningsbara och pH-responsiva huvudgrupper. I närvaro av metalljoner bildar kelaterande ytaktiva ämnen koordinationskomplex, ibland benämnda metallosurfaktanter. Den kritiska packningsparametern och hydrofobiciteten kan ställas in genom att variera pH, jonstyrka och motionens valens. Adsorptionen vid gränssnittet mellan luft och vatten undersöks med ytspänningsmätningar och neutronreflektivitet. Mikelliseringen i bulkfasen studeras med användning av NMR-diffusometri och pH-mätningar.

Metallkelaterande material

Porösa fasta ämnen av oorganiska och biomaterial kan utformas till effektiva metallkelatorer genom kemisk eller fysisk funktionalisering, till exempel för att användas i filterapplikationer. Vi designer och undersöker material som specifikt kan fånga katjoner och oxyanioner av tungmetaller.

Pågående forskningsprojekt