Disputation i kemiteknik

Avhandlingens titel

Cellulose dissolution and amphiphilicity: insights on the emulsion formation and stabilization

Sammanfattning

Cellulosaderivat, cellulosananopartiklar och regenererade cellulosa partiklar har inneboende amfifil karaktär; de självassocierar vid gränsytan mellan olja och vatten och kan stabilisera emulsioner utan hjälp av surfaktanter eller andra ytaktiva ämnen. I upplöst form förväntas naturliga (oderivatiserade) cellulosapolymerkedjor visa liknande emulgerande förmåga. Upplösning av cellulosa är dock en knäckfråga när det gäller direkta tillämpningar inom emulsionsteknik. Kunskap saknas när det gäller denna typ av tillvägagångssätt att tillverka emulsioner, då cellulosa inte kan lösas i varken olja eller vatten. Ett undantag är dock under extrema pH-förhållanden då cellulosan kan fås löslig i vattenbaserade lösningsmedel. I denna avhandling studerades cellulosans beteende vid gränsytan mellan olja och vatten genom att dispergera cellulosa i vattenlösningar av fosforsyra (H3PO4) vid mycket lågt pH, samt i natriumhydroxid (NaOH/NaOH-urea) och tetrabutyl ammoniumhydroxid (TBAH) vid mycket högt pH. I upplöst tillstånd framkom att cellulosa väsentligt kunde minska gränsskiktsspänningen (IFT) mellan olja och de studerade vattenbaserade lösningsmedlen, vilket var en följd av adsorption av cellulosa vid gränsytan mellan olja och vatten. Omfattningen av minskningen i IFT var beroende av lösningsmedlets kvalitet. Optimala lösningsförhållanden kunde uppnås i det alkaliska lösningsmedlet med hjälp av ett dispergeringsmedel av intermediär polaritet (NaOH-urea), vilket är i linje med de generella förhållandena för gynnsam adsorption av en amfifil polymer. För att förhindra oljeseparation och långsiktigt stabilisera olja-i-vatten-emulsioner (O/W), behövdes en försämring av cellulosans löslighet. Detta uppnåddes genom att justera pH värdet något i de färdiga emulsionerna. Detta inducerade regenerering av cellulosa på ytan av oljedropparna (in-situ regenerering) i form av en kontinuerlig film. Det senare kunde påvisas med hjälp av avancerad svepelektronmikroskopi (cryo- SEM). Topografin på dropparnas yta var annorlunda i jämförelse med vad som har rapporterats för cellulosa i Pickering-emulsioner. Vid in-situ-regenerering minskade även droppkoalescensen dramatiskt och emulsionerna fick en anmärkningsvärd stabilitet mot oljeseparation. Slutligen studerades kombinationen av cellulosa tillsammans med lignin som en amfifil polymer stabilisator. Tillsatser av lignin kunde förbättra cellulosans upplösning i NaOH (aq) och fördröja gelningskinetiken vid åldring eller temperaturökning i lösningarna. Detta tyder på att lignin kan försvaga de hydrofoba interaktionerna mellan cellulosamolekylerna.

Handledare

Professor Magnus Norgren Mittuniversitetet

Professor Håkan Edlund Mittuniversitetet

Opponent

Professor Orlando Rojas, University of British Columbia, Vancouver

Betygsnämnd

Professor Lars Evenäs, Chalmers
Docent Merima Hasani, Chalmers
Docent Torbjörn Pettersson, KTH
Professor Anders Jonsson, Mid Sweden University

Länk till mötet i zoom

Hämta inbjudan som PDF

Hämta sammanfattning som PDF

Anmälan till disputationen