Aalto-yliopiston biotuotekemian tutkimusryhmä on keksinyt menetelmän, jolla nanofibrilleistä eli nanokokoisista selluloosasäikeistä voidaan valmistaa vahvaa, joustavaa kalvoa. Kalvo säilyttää lujuutensa myös märkänä.
Kalvon valmistusmenetelmä ei edellytä selluloosan kemiallista muokkaamista, vaan nanofibrillit ja vettä hylkivät polymeerit yhdistettiin nanokokoisten ligniinipallojen avulla. Vettä hylkivänä polymeerinä tutkijat käyttivät biohajoavaa polykaprolaktonia (pcl).
Kun pcl-liuos ja ligniinipallot sekoitettiin, pallot kerääntyivät liuottimen ja veden rajapinnalle ja stabiloivat syntyneen emulsion.
Emulsio lisättiin nanoselluloosaan ennen varsinaisen kalvon valmistamista. Näin polymeeri leviää tasaisesti selluloosaverkkoon, mikä lisää materiaalin märkälujuutta ja vedenkestävyyttä ja säilyttää kaikki selluloosasäikeiden positiiviset ominaisuudet.
Ligniini on sidosaine, joka antaa puulle ja muille kasveille vahvuutta ja sitkeyttä.
Selluloosakomposiitin märkälujuusennätys
Aalto-yliopiston väitöskirjatutkijan Erfan Kimiaein mukaan komposiittimateriaalin lujuus on suurempi kuin pelkän nanoselluloosasta tehdyn paperin tai pelkän polymeerin. Tämä pätee sekä kuivissa että märissä olosuhteissa.
Vahvuus säilyi jopa päivän vedessä upoksissa olemisen jälkeen.
”Kun kalvo otettiin vedestä, se näytti samalta kuin ennen veteen laittamista”, Kimiaei kertoo tiedotteessa.
”Siitä on kiittäminen hydrofobista polymeeria, joka peittää ligniinipallojen avulla selluloosan pinnan suojaten sitä vedeltä.”
Komposiittikalvon märkälujuus oli 87 MPa. Se on suurin märkälujuus, jonka selluloosakomposiitti on koskaan saavuttanut ilman synteettisiä lisäaineita tai kemiallista muokkausta.
Sopii esimerkiksi pakkauksiin
Ligniinipallot sisältävät antioksidantteja, jotka suojaavat materiaalia hapetukselta. Ne antavat suojaa myös uv-säteilyä vastaan. Kalvoa voidaan tämän ansiosta käyttää esimerkiksi pakkauksissa.
Tutkijat korostavat vastuullisuutta myös uusiutuvien materiaalien hyödyntämisessä. Vastuullisuus edellyttää Kimiaein mukaan sitoutumista kestävään metsänhoitoon ja lisäarvon tuottamista perinteisen biojalostamo-, sellu- ja paperiteollisuuden ulkopuolella.
”Puukomponenttien rajapintakemian ymmärtäminen voi olla avain siihen, että arvokkaasta resurssista saadaan mahdollisimman suuri hyöty kestävän tulevaisuuden rakentamisessa”, sanoo professori Monika Österberg.
Tutkijat jatkavat menetelmän kehittämistä. Lisäksi he selvittävät tarkemmin sen ympäristövaikutuksia ja valmistuksen taloudellisen kannattavuuden edellytyksiä.
Tutkimus julkaistiin Advanced Materials Interfaces -lehdessä.
(Kuva Sahar Babaeipour/Aalto-yliopisto) Vesipisara ei imeydy märkälujaan, taipuisaan selluloosakalvoon.
Lue myös:
Uusi bioliima voi korvata terveydelle haitalliset liimat puurakentamisessa
Ligniinistä tehty puunsuoja päihittää synteettiset vaihtoehdot
