Pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvassa näkyy nanoselluloosan muodostama kalaverkkomainen rakenne, joka on sitonut yhteen 1,15 mikrometrin kokoisia piidoksidihiukkasia. Kuva: Bruno Mattos / Aalto-yliopisto

Nanoselluloosa sitoo lähes aineen kuin aineen verkkoonsa – tuloksena voi olla ennennäkemättömiä materiaaleja

11.05.2020

Tuore tutkimus osoittaa, että puusta, kasveista ja bakteereista saatava nanoselluloosa voi toimia liimana vahvoissa ja toiminnallisissa nanomateriaaleissa.

Nanoselluloosa on hyvin pieneksi muokattua selluloosaa, jonka raaka-aineena voidaan käyttää esimerkiksi puuta, bakteereja ja maatalousjätettä. Keveänä, vahvana ja myrkyttömänsä materiaalina siitä on povattu muovin haastajaa esimerkiksi lääketieteen ja pakkausteollisuuden sovelluksissa.

Aalto-yliopiston, Katalonian teknillisen yliopiston (Espanja), Brittiläisen Kolumbian yliopiston (Kanada) ja brasilialaisen metsätutkimusyhtiön Embrapa Florestasin tutkijat ovat osoittaneet nanoselluloosan uuden ainutlaatuisen ominaisuuden: kyvyn sitoa lähes mitä tahansa hiukkasia ja synnyttää näin uusia materiaaleja.

”Materiaalien koossapysyvyys on usein riippuvainen siitä, minkä tyyppisiä hiukkasia yhdistetään keskenään. Nanoselluloosan kanssa tätä riippuvuutta ei ole, vaan se toimii kaikkien hiukkasten kanssa”, sanoo tutkijatohtori Bruno Mattos.

Ominaisuuden salaisuus on nanoselluloosafibrillien eli -säikeiden vesiliuoksessa muodostama joustava ja verkkomainen rakenne, joka mukautuu hiukkasten mukaan. Mikrometrin kokoisten hiukkasten kanssa se muodostaa samantyylisen rakenteen kuin paperisuikaleet paperimassatekniikassa. Fibrillit voivat myös yhdistyä kalaverkkomaisiksi rakenteiksi, jotka nappaavat kiinni vielä pienempiä nanopartikkeleita.

Toimii huoneenlämmössä
Koska sitominen onnistuu huoneenlämmössä, se sopii myös monille herkille biologisille ja pinta-aktiivisille hiukkasille, jotka menettäisivät ominaisuutensa korkeissa lämpötiloissa. Syntyvät rakenteet ovat silti jopa kolme kertaa vahvempia kuin ne, joita saadaan sintraamalla eli kuumaa ainetta puristamalla.

“Monilla aineilla on nanomittakaavassa kiehtovia ominaisuuksia ja uusia toiminnallisuuksia, mutta niiden saaminen laboratoriosta suureen maailmaan on ollut vaikeaa. Tämä tutkimus on ensimmäinen askel kohti uudenlaista nanovalmistusta, joka mahdollistaa hiukkasten yhdistämisen suuremmiksi rakenteiksi”, sanoo tutkijatohtori Blaise Tardy.

Tutkijat tekivät ensimmäiset kokeet piidioksidihiukkasilla. Niiden kokoa ja pintaominaisuuksia on helppo muokata, mikä auttoi menetelmän monipuolisuuden varmistamisessa. Sen jälkeen he testasivat nanoselluloosan sitomiskykyä hyvin tuloksin myös muihin hiukkasiin, kuten rautaan ja polystyreenimuoviin.

Professori Orlando Rojasin mukaan nanoselluloosalla voidaan yhdistää myös metallinanopartikkeleita ja erilaisia mikro-organismeja kuten hiivoja. Yhdistettävät hiukkaset voivat olla sekä vettyviä että vettähylkiviä. Näin voidaan luoda aivan uusia materiaaliyhdistelmiä ja niihin erilaisia toimintoja.

”Tämä on tehokas ja moneen tarkoitukseen sopiva menetelmä, joka toimii siltana kolloiditutkimuksen, materiaalikehityksen ja valmistuksen välillä”, Rojas sanoo.

Tutkimus julkaistiin Science Advances -tiedelehdessä.

Linkki tutkimusartikkeliin (sciencemag.org)

Kiinnostavatko pakkausalan uutiset?
Tilaa ilmainen uutiskirjeemme.

Tilaa tästä