Alternative binders in renewable products: Using Polyvinyl Alcohol to open for biodegradability in wood fiber insulation
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3037798Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Globale klimaendringer fra drivhusgasser i atmosfæren har gitt en drastisk endring i klimaet; høyere temperaturer, økninger i havnivået og mer ekstremvær er bare noe av endringene vi ser om dagen. Klimaforskere verden over er enige at en reduksjon av klimagassene må gjøres for at fremtidige generasjoner skal kunne leve som vi gjør. En måte å endre energiforbruk og deretter klimagasser fra dette er ved godt isolerte hjem og med dette er trefiber isolasjon et godt fornybart alternativ over syntetiske materialer, hvor Hunton Fiber er den ledende aktøren i trefiber isolasjon i Norden. Trefiber isolasjon er et trygt og fornybart alternativ, hvor tre fungerer som en oppfanger for co2 ekvivalenter. Bindemiddelene brukt i dagens markeder er ofte laget av syntetiske polymerer. Bindemiddelet benyttet I trefiber isolasjon er en blanding av de syntetiske polymerene polyethylene (PE) og Polypropylen (PP) som holder høye mekaniske egenskaper, men hindrer nedbrytbarhet av trefiber uten avfall av mikroplastikk. Hunton fiber har utviklet stor interesse for nedbrytbare og lave utslipp for deres produkter. Problemer kommer fra deres benyttede bindemiddel, hvor dette er laget av syntetiske polymerer, som ikke kan brytes ned. Derfor var det av forfatteren og Hunton Fiber sin interesse å se på nedbrytbare bindemidler. Denne oppgaven forsøker å besvare disse spørsmålene:
1. Hva er styrken og svakhetene i det alternative bindemiddelet over dagens bindemiddel? Hvilket materiale er funnet til å erstatte dagens løsning? 2. Er det rettferdiggjort å jobbe mot et nedbrytbart bindemiddel? Hvilken endring trengs for å implementere bindemiddelet?
Tidligere forskning og litteratur gjennomgangen viste stor interesse for Polyvinyl alkohol (PVA) som et hoved polymer i et bindemiddel, på grunn av sine mekaniske egenskaper, å muligheter for bryte ned i kontakt med vann og bakterier. Studiet bekreftet at PVA uten modifikasjoner ikke er egnet som bindemiddel i trefiber isolasjon. Videre forskning utviklet interesse i krysslinkere som hexa(methylmethoxy)melamine (HMMM), Glyoxal, og Xylan. Studiet bekreftet at disse krysslinkerne ville øke ønskede kvalifikasjoner i bindemiddelet og bekreftet muligheter for å krysslinke disse materialene i PVA. PVA var testet igjennom PDSA metoden på trefiber isolasjon for å bekrefte manglende elasitet og for høyt forbruk av bindemiddel, samt produksjons metoder, for å vitenskapelig bekrefte innsikten funnet i litteraturen gjennomgått I denne studien og intervjuer. Nedbrytbarheten av PVA på trefiber ble testet i kontakt med vann og bekreftet at polymeret ble oppløst på under 4 timer. Det kan tenkes at dette vil endre seg når PVA er krysslinket med HMMM, Glyoxal, og Xylan. Det alternative bindemiddelet var sammenlignet med det originale bindemiddelet og et bindemiddel fra en leverandør med respekt for kvalifikasjons listen sendt fra Hunton Fiber. Uten krysslinkingen av PVA, var det funnet at det originale bindemiddelet er den beste løsningen per nå. Krysslinking av PVA må senke tiden PVA bruker på å brytes ned i kontakt med fukt under lagring, mens mekaniske egenskaper og mulighet for nedbrytbarhet beholdes. Siden alle krysslinkere er nedbrytbare eller oppløsende materialer under visse klimaer. Åpning av nedbrytbar trefiber isolasjon vil også åpne for å bruke trefiber isolasjon i slutten av livet som kompost. Studiet åpner for videre modifikasjon av PVA med gitte materialer med respekt for kvalifikasjons listen gitt av Hunton Fiber. Global climate change caused by greenhouse gases in the atmosphere already has widespread effects on the environment; higher temperatures, rise in sea levels and more extreme weather effects all life on earth. Environmental scientists all over the world agree that we must reduce emission of greenhouse gases (GHG) to reduce climate change. One way to reduce emissions is by isolating homes which again lowers the energy usage in both industrial buildings and private homes. Wood fiber insulation is a safe and renewable alternative to many synthetic insulation options currently on the market. Wood is also a natural carbon sink. Hunton Fiber is leading in wood-based insulation in the northern countries. The binders that keep the wood fiber together are currently made of non-renewable polymers such as Polyethylene (PE) and Polypropylene (PP), which is a widely used synthetic polymer with highly suitable mechanical properties. However, does not open for biodegradability of the wood fiber without harm from microplastic. This study will seek to answer the following research questions (RQ):
• RQ1: What are the strengths and weaknesses of the alternative binder solutions compared to binders used today? What material is found applicable to replace the original binder?• RQ2: Is it justified to work for a renewable binder to work for high degrees of bio compostable insulation? What changes need to be made to implement the alternative binder?
The case company, Hunton Fiber, the main focus is biodegradability for their insulation. However, there is currently no renewable insulation on the market. The interest in finding a new more renewable binder-solution was therefore high. Earlier research and the literature review conducted in this study showed promising results for Polyvinyl alcohol (PVA) as a main polymer agent because of its mechanical properties, biodegradability, and water dissolvability. However, the case study confirmed the already thought of properties that PVA without modifications could not be suited as a binder. Further research showed interest in crosslinkers in the PVA solution such as HMMM, Glyoxal, and Xylan. The research confirmed that the PVA solution when mixed with these crosslinkers showed more higher suitability and crosslinking of these materials is possible.The research confirmed increasing suitability if crosslinkers were to be added and confirmed possibility of these crosslinking agents. PVA was tested through the PDSA methodology on wood fiber to confirm lack of elastic properties and high binder content and production methods, only to confirm the insights received in interviews and literature. Nevertheless, the wood fiber was tested for water dissolvability and confirmed full dissolve of the PVA on the wood fiber in less than 4 hours in a water bath. This could change if the PVA were to be crosslinked with HMMM, Glyoxal, or Xylan in further research. The alternative binder was compared with both the original binder and the supplier addressed binder with respect to the requirements list given by the case company. It discussed both benefits and drawbacks of the most important requirements of the binder. However, with the lack of testing on the crosslinkers, it is seen that the original binder is still the reliable solution. Crosslinking of PVA should slow the dissolvement of PVA in contact with water, while holding properties like biodegradability as all crosslinkers is tested for degradability under certain conditions. Opening for biodegradability in wood fiber insulation will also open for usage of EOL-product in agricultural manners as compost in fields or likewise products. The research opens further engineering of the PVA with crosslinkers in respect to the requirements list is needed.