Isolation and chemical modification of arabinoxylan and galactoglucomannan
Doktorsavhandling, 2018
Today’s society is based on the use of fossil fuels, where oil is used as transportation fuel and as raw material in the petrochemical industry. Efforts are made to increase the use of bio-based materials, since oil is a non-renewable source and a greenhouse gas contributor.
The raw materials used in this thesis are agricultural and forestry by-products. Alkaline extraction was used to isolate the hemicellulose arabinoxylan (AX) from barley husk, while the hemicellulose galactoglucomannan (GGM) was obtained through concentration of pulp process water. Hemicelluloses can be used to produce materials. One way to increase the processability of the hemicellulose is to perform chemical modifications on it. By doing so, the properties of hemicellulose can be altered, such as decreased glass transition temperature (Tg), which will change the ability to process the hemicellulose into material.
Two chemical modifications are described in this work; PEGylation of AX and etherification with butyl glycidyl ether (BGE) on GGM. PEG was successfully coupled to AX, acting as an internal plasticiser, resulting in a decreased Tg. The degree of molar substitution of BGE on GGM affected the thermal and mechanical properties of the modified raw materials. The modified raw materials were investigated for the production of new materials with altered properties compared to the starting materials.
The raw materials used in this thesis are agricultural and forestry by-products. Alkaline extraction was used to isolate the hemicellulose arabinoxylan (AX) from barley husk, while the hemicellulose galactoglucomannan (GGM) was obtained through concentration of pulp process water. Hemicelluloses can be used to produce materials. One way to increase the processability of the hemicellulose is to perform chemical modifications on it. By doing so, the properties of hemicellulose can be altered, such as decreased glass transition temperature (Tg), which will change the ability to process the hemicellulose into material.
Two chemical modifications are described in this work; PEGylation of AX and etherification with butyl glycidyl ether (BGE) on GGM. PEG was successfully coupled to AX, acting as an internal plasticiser, resulting in a decreased Tg. The degree of molar substitution of BGE on GGM affected the thermal and mechanical properties of the modified raw materials. The modified raw materials were investigated for the production of new materials with altered properties compared to the starting materials.
Tg
Films
Material properties
Isolation
Etherification
Modification
PEGylation
Hemicellulose
KS101-salen, Kemigården 4
Opponent: Prof. Ulrica Edlund, Kungl. Tekniska Högskolan, Stockholm.
Författare
Linda Härdelin
Chalmers, Kemi och kemiteknik, Tillämpad kemi
Vårt samhälle idag är i stor utsträckning beroende av fossila bränslen. Råolja fraktioneras bl. a. till drivmedel eller används som råmaterial inom plastindustrin. Olja är en icke-förnybar råvara som vid förbränning därför bidrar till växthuseffekten. Klimatförändringar och ett ökat miljö-medvetande i samhället gör att det finns ett stort intresse av att ersätta dagens oljebaserade produkter. Dessa produkter kan t.ex. ersättas med produkter tillverkade från förnybara biobaserade råvaror.
Träd och växter består huvudsakligen av cellulosa, hemicellulosa och lignin. I fokus för den här avhandlingen står hemicellulosan. Hemicellulosa kan t.ex. utvinnas från en restprodukt inom jordbruk, nämligen kornskal. Små mängder hemicellulosa (under 1%) finns också i processvattnet i massabruken. Även om koncentration av hemicellulosa är låg, så genereras stora mängder processvatten i Sveriges massabruk.
Den här avhandlingen handlar bland annat om hur man kan förbättra extraktionsprocessen av hemicellulosa från kornskal. Forskningsresultaten tyder på att ett alternativt reduceringsmedel, som är både billigare och skonsammare mot miljön, kan användas. Kornskal innehåller även cellulosa som effektivt kan omvandlas till nanocellulosa. Nanocellulosan kan i sin tur sedan användas som material i biokompositer.
För att processa råmaterial till produkter, på ett ekonomiskt och effektivt sätt, krävs ofta att råmaterialen har vissa specifika egenskaper. För att producera nya material från hemicellulosa har två olika kemiska modifieringar utvärderats som kan öka hemicellulosans processbarhet. Ökning av processbarhet har här inneburit att göra materialet mjukare. Mjukgörning med polyetylen-glykol (PEG) samt en epoxid har genomförts och effekterna av de kemiska modifieringarna har studerats. Filmer och skum har producerats från de modifierade hemicellulosorna. Tänkbara framtida användningsområden är t.ex. som biobaserade förpackningsmaterial.
Träd och växter består huvudsakligen av cellulosa, hemicellulosa och lignin. I fokus för den här avhandlingen står hemicellulosan. Hemicellulosa kan t.ex. utvinnas från en restprodukt inom jordbruk, nämligen kornskal. Små mängder hemicellulosa (under 1%) finns också i processvattnet i massabruken. Även om koncentration av hemicellulosa är låg, så genereras stora mängder processvatten i Sveriges massabruk.
Den här avhandlingen handlar bland annat om hur man kan förbättra extraktionsprocessen av hemicellulosa från kornskal. Forskningsresultaten tyder på att ett alternativt reduceringsmedel, som är både billigare och skonsammare mot miljön, kan användas. Kornskal innehåller även cellulosa som effektivt kan omvandlas till nanocellulosa. Nanocellulosan kan i sin tur sedan användas som material i biokompositer.
För att processa råmaterial till produkter, på ett ekonomiskt och effektivt sätt, krävs ofta att råmaterialen har vissa specifika egenskaper. För att producera nya material från hemicellulosa har två olika kemiska modifieringar utvärderats som kan öka hemicellulosans processbarhet. Ökning av processbarhet har här inneburit att göra materialet mjukare. Mjukgörning med polyetylen-glykol (PEG) samt en epoxid har genomförts och effekterna av de kemiska modifieringarna har studerats. Filmer och skum har producerats från de modifierade hemicellulosorna. Tänkbara framtida användningsområden är t.ex. som biobaserade förpackningsmaterial.
Ämneskategorier
Polymerkemi
Kemiska processer
Polymerteknologi
ISBN
978-91-7597-803-1
Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 4484
Utgivare
Chalmers
KS101-salen, Kemigården 4
Opponent: Prof. Ulrica Edlund, Kungl. Tekniska Högskolan, Stockholm.