Puutislefraktioiden vaikutus puumuovikomposiittien ominaisuuksiin
Väisänen, Taneli (2014)
Väisänen, Taneli
2014
Biotekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2014-09-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201408211382
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201408211382
Tiivistelmä
Öljypohjaisille muoveille on pyritty löytämään uusia materiaalivaihtoehtoja, sillä raakaöljyn hinnan nousu on vaikuttanut myös muovien hintoihin. Puumuovikomposiiteissa osa muovista on korvattu puulla, joka on edullinen ja nopeasti uusiutuva biokomposiitti. Tämän työn tarkoituksena oli selvittää, miten luonnonperäisen puutislefraktion lisäys vaikuttaa puumuovikomposiittien ominaisuuksiin.
Puu ja muovit ovat kemiallisesti hyvin erilaisia materiaaleja. Puumuovikomposiittien ominaisuudet voivat olla riittämättömät sovelluksissa, joissa vaaditaan esimerkiksi suurta mekaanista kestävyyttä. Puuta voidaan kuitenkin muokata kemiallisesti lämpökäsittelyllä, joka perustuu korkean lämpötilan ja väliaineen, kuten vesihöyryn, aiheuttamiin muutoksiin. Puumuovikomposiitteja on tutkittu runsaasti viime aikoina. Tutkimuksissa on muun muassa selvitetty, miten puukuitupitoisuuden muutokset, kuituorientaatio, -koko ja kytkentäaineiden käyttö vaikuttavat puumuovikomposiittien ominaisuuksiin. Kirjallisuusselvityksen perusteella vielä ei ole kuitenkaan tehty tutkimuksia siitä, miten puun hidaspyrolyysistä saadun tislefraktion lisäys vaikuttaa puumuovikomposiittien ominaisuuksiin.
Työn kokeellisessa osuudessa tutkittiin kahden suomalaisyrityksen, LunaCompin ja UPM:n, puumuovikomposiittien ominaisuuksia, kun niihin oli lisätty hidaspyrolyysistä saatua puutislettä tai puutisleellä käsiteltyä materiaalia. Referenssimateriaaleina olivat näytteet, joihin puutislettä ei lisätty. Tisleen lisäyksen aiheuttamia muutoksia arvioitiin mekaanisten testien, mikroskooppi- ja protoninsiirtoreaktio-massaspektrometritutkimusten perusteella. Lisäksi näytteiden veden absorptioita verrattiin keskenään. Tutkimukset tehtiin ruiskuvalulla valmistetuille koesauvoille. Kaikissa tutkimuksissa käytetyissä puumuovikomposiiteissa muovimatriisina oli polypropeeni.
Tulosten perusteella käytetyn puutislefraktion lisäys ei paranna puumuovikomposiittien mekaanisia ominaisuuksia, mutta helpottaa granulaattien prosessointia. Puutisleen lisäys vähensi joidenkin näytteiden veden absorptioita. Valo- ja pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvissa materiaalien välillä huomattiin vain pieniä eroja. Protoninsiirtoreaktio-massaspektrometritutkimusten perusteella puutisle sisälsi muita näytteitä enemmän suuren moolimassan yhdisteitä. Kun tislettä lisättiin LunaGrainiin, tutkittuja yhdisteitä vapautui näytteistä enemmän. LunaGrainin tai tislekäsitellyn LunaGrainin lisäys UPM ForMi 50:een ei vaikuttanut vapautuvien yhdisteiden määrään samalla tavalla kuin tisleen lisäys LunaGrainiin. Tislekäsittelyn aiheuttamat muutokset olivat Mann-Whitneyn U-testin perusteella pääosin tilastollisesti merkitseviä. Tulevissa tutkimuksissa tislettä kannattaa lisätä puumuovikomposiitteihin eri määriä, jolloin puutisleen todellisista vaikutuksista puumuovikomposiitteihin saadaan parempi käsitys. Myös muiden tislefraktioiden käyttömahdollisuutta olisi hyvä selvittää.
Puu ja muovit ovat kemiallisesti hyvin erilaisia materiaaleja. Puumuovikomposiittien ominaisuudet voivat olla riittämättömät sovelluksissa, joissa vaaditaan esimerkiksi suurta mekaanista kestävyyttä. Puuta voidaan kuitenkin muokata kemiallisesti lämpökäsittelyllä, joka perustuu korkean lämpötilan ja väliaineen, kuten vesihöyryn, aiheuttamiin muutoksiin. Puumuovikomposiitteja on tutkittu runsaasti viime aikoina. Tutkimuksissa on muun muassa selvitetty, miten puukuitupitoisuuden muutokset, kuituorientaatio, -koko ja kytkentäaineiden käyttö vaikuttavat puumuovikomposiittien ominaisuuksiin. Kirjallisuusselvityksen perusteella vielä ei ole kuitenkaan tehty tutkimuksia siitä, miten puun hidaspyrolyysistä saadun tislefraktion lisäys vaikuttaa puumuovikomposiittien ominaisuuksiin.
Työn kokeellisessa osuudessa tutkittiin kahden suomalaisyrityksen, LunaCompin ja UPM:n, puumuovikomposiittien ominaisuuksia, kun niihin oli lisätty hidaspyrolyysistä saatua puutislettä tai puutisleellä käsiteltyä materiaalia. Referenssimateriaaleina olivat näytteet, joihin puutislettä ei lisätty. Tisleen lisäyksen aiheuttamia muutoksia arvioitiin mekaanisten testien, mikroskooppi- ja protoninsiirtoreaktio-massaspektrometritutkimusten perusteella. Lisäksi näytteiden veden absorptioita verrattiin keskenään. Tutkimukset tehtiin ruiskuvalulla valmistetuille koesauvoille. Kaikissa tutkimuksissa käytetyissä puumuovikomposiiteissa muovimatriisina oli polypropeeni.
Tulosten perusteella käytetyn puutislefraktion lisäys ei paranna puumuovikomposiittien mekaanisia ominaisuuksia, mutta helpottaa granulaattien prosessointia. Puutisleen lisäys vähensi joidenkin näytteiden veden absorptioita. Valo- ja pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvissa materiaalien välillä huomattiin vain pieniä eroja. Protoninsiirtoreaktio-massaspektrometritutkimusten perusteella puutisle sisälsi muita näytteitä enemmän suuren moolimassan yhdisteitä. Kun tislettä lisättiin LunaGrainiin, tutkittuja yhdisteitä vapautui näytteistä enemmän. LunaGrainin tai tislekäsitellyn LunaGrainin lisäys UPM ForMi 50:een ei vaikuttanut vapautuvien yhdisteiden määrään samalla tavalla kuin tisleen lisäys LunaGrainiin. Tislekäsittelyn aiheuttamat muutokset olivat Mann-Whitneyn U-testin perusteella pääosin tilastollisesti merkitseviä. Tulevissa tutkimuksissa tislettä kannattaa lisätä puumuovikomposiitteihin eri määriä, jolloin puutisleen todellisista vaikutuksista puumuovikomposiitteihin saadaan parempi käsitys. Myös muiden tislefraktioiden käyttömahdollisuutta olisi hyvä selvittää.