Skip to main content
main-content

Tipp

Weitere Artikel dieser Ausgabe durch Wischen aufrufen

21.11.2018 | Original Paper

Viscoelastic properties of nanocellulose based inks for 3D printing and mechanical properties of CNF/alginate biocomposite gels

Zeitschrift:
Cellulose
Autoren:
Ellinor B. Heggset, Berit L. Strand, Kristin W. Sundby, Sébastien Simon, Gary Chinga-Carrasco, Kristin Syverud

Abstract

Inks for 3D printing based on cellulose nanofibrils (CNFs) or mixtures of CNFs and either cellulose nanocrystals (CNCs) or alginate were assessed by determining their viscoelastic properties i.e. complex viscosity and storage and loss moduli (G′ and G″). Two types of alginates were used, i.e. from Laminaria hyperborea stipe and Macrocystis pyrifera. Shape fidelity of 3D printed grids were qualitatively evaluated and compared to the viscoelastic properties of the inks. The biocomposite gels containing alginate were post stabilized by crosslinking with Ca2+. Mechanical properties of the crosslinked biocomposite gels were assessed. The complex viscosity, G′ and G″ of CNF suspensions increased when the solid content was increased from 3.5 to 4.0 wt%, but levelled off by further increase in CNF solid content. The complex viscosity at low angular frequency at 4 wt% was as high as 104 Pa·s. This seemed to be the necessary viscosity level for obtaining good shape fidelity of the printed structures for the studied systems. By replacing part of the CNFs with CNCs, the complex viscosity, G′ and G″ were reduced and so was also the shape fidelity of the printed grids. The changes in complex viscosity and moduli when CNFs was replaced with alginate depended on the relative amounts of CNFs/alginate. The type of alginate (from either L. hyp. stipe or M. pyr.) did not play a role for the viscoelastic properties of the inks, nor for the printed grids before post stabilization. Replacing CNFs with up to 1.5 wt% alginate gave satisfactory shape fidelity. The effect of adding alginate and subsequent crosslinking with Ca2+, strongly affected the strength properties of the gels. By appropriate choice of relative amounts of CNFs and alginate and type of alginate, the Young’s modulus and rupture strength could be controlled within the range of 30–150 kPa and 1.5–6 kg, respectively. The deformation at rupture was around 55%. The alginate from L. hyp. stipe yields higher Young’s modulus and lower syneresis compared to M. pyr. This shows that the choice of alginate plays a significant role for the mechanical properties of the final product, although it does not influence on the viscoelastic properties of the ink. The choice of alginate should be L. hyp. stipe if high strength is desired.

Graphical abstract

Bitte loggen Sie sich ein, um Zugang zu diesem Inhalt zu erhalten

Sie möchten Zugang zu diesem Inhalt erhalten? Dann informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit dem Technik-Abo erhalten Sie Zugriff auf über 1 Mio. Dokumente aus mehr als 40.000 Fachbüchern und 300 Fachzeitschriften aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Umwelt
  • Maschinenbau + Werkstoffe

Testen Sie jetzt 30 Tage kostenlos.

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit dem Kombi-Abo erhalten Sie vollen Zugriff auf über 1,8 Mio. Dokumente aus mehr als 61.000 Fachbüchern und rund 500 Fachzeitschriften aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Umwelt
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe

Testen Sie jetzt 30 Tage kostenlos.

Literatur
Über diesen Artikel

BranchenIndex Online

Die B2B-Firmensuche für Industrie und Wirtschaft: Kostenfrei in Firmenprofilen nach Lieferanten, Herstellern, Dienstleistern und Händlern recherchieren.

Whitepaper

- ANZEIGE -

Systemische Notwendigkeit zur Weiterentwicklung von Hybridnetzen

Die Entwicklung des mitteleuropäischen Energiesystems und insbesondere die Weiterentwicklung der Energieinfrastruktur sind konfrontiert mit einer stetig steigenden Diversität an Herausforderungen, aber auch mit einer zunehmenden Komplexität in den Lösungsoptionen. Vor diesem Hintergrund steht die Weiterentwicklung von Hybridnetzen symbolisch für das ganze sich in einer Umbruchsphase befindliche Energiesystem: denn der Notwendigkeit einer Schaffung und Bildung der Hybridnetze aus systemischer und volkswirtschaftlicher Perspektive steht sozusagen eine Komplexitätsfalle gegenüber, mit der die Branche in der Vergangenheit in dieser Intensität nicht konfrontiert war. Jetzt gratis downloaden!

Bildnachweise