Stabila dispersioner av grafen och nanocellulosa för framtida kompositmaterial

Syfte och mål

BillerudKorsnäs och RISE samarbetade i projektet med syfte att studera interaktionen mellan grafen och nanocellulosa (NC) för dispergering/produktion av stabila dispersioner och bestrykning samt tillverkning av kompositer av dessa. Målen var: (A) Maximerad G-NC kvot, (B) Maximerad torrhalt grafen, (C) Gynnsamma reologiska egenskaper för bestrykning, (D) Ökad förståelse för hur Grafen-NC interagerar. Mål A & B reviderades under den initiala litteraturstudien, för att istället fokusera på mål D (vilket är centralt för att uppnå mål A & B) samt mål C, för vilka ny värdefull kunskap genererades i projektet.

Resultat och förväntade effekter

Grafen kan stabiliseras genom interaktion med nanocellulosa eftersom stabilisering/dispergering kan ske under nätverkskoncentrationen för NC, samt att NC tydligt ses absorberas på grafenytan i AFM. Dessutom influerar både grafen och NC dispersionernas kolloidala stabilitet samt dess termiska nedbrytning, vilket indikerar bildandet av hybrid-partiklar. Dock var dispersionernas kolloidala stabilitet ej tillfredsställande. Detta till trots är den nya kunskapen ett steg på vägen mot produktion av stabila Grafen-NC dispersioner, såväl som bestrykning av dessa samt tillverkning av Grafen-NC kompositer.

Upplägg och genomförande

En litteraturstudie utfördes, varefter en experimentell plan sattes upp. Olika typer av NC, med varierad laddnings-täthet, preparerades och karaktäriserades. Grafenpulver tillsattes till låg koncentrerade NC-vattendispersioner, följt av dispergering (sonikering) och upprening (centrifugering). NC-Grafen- dispersionerna utvärderades främst med UV-VIS (adsorption), för/efter centrifugering och som funktion av tid (direkt/4v senare). På utvalde prover utfördes analyser med TGA, DLS, Ramanspektroskopi, AFM samt karaktärisering av kolloidal stabilitet.