Nanocellulose muliggør fremstilling af nye miljøvenlige materialer

Et af de emner, der i øjeblikket studeres på Institut for Skovprodukter ved School of Chemical Technology, er brugen af ​​nanocellulose som forstærkning af polymerer som termoplast. Nanocellulose, eller træfiber nedbrudt til nanoskalaen, blandet med en polymer resulterer i et sejt materiale. Dette rent naturlige produkt kan erstatte syntetiske petroleumsbaserede fibre, der normalt bruges til at forstærke kompositmaterialer i dag.

I sin doktorafhandling, Mindaugas Bulota, M. Sc. (Tekn.), undersøgte kompositter fremstillet af poly (mælkesyre) syre (PLA) og cellulose. Bulota observerede, at selv en lille mængde cellulose forbedrer sejheden af ​​PLA. Når mængden af ​​cellulose i kompositten var mindre end 5 vægtprocent, kompositens sejhed var cirka ti gange højere end for ren polymer.

Dette kompositmateriale kan fornyes og ifølge forskeren, nedbrydes om cirka flere måneder.

"Det ville nedbrydes til vand og kuldioxid i naturligt kompostmiljø og ville ikke skade naturen, ”Forklarer Bulota.

To sprøde polymerer danner sammen et hårdt materiale

Både PLA og cellulose er sprøde polymerer.

"Hvis denne pen i min hånd var lavet af nanocellulose, det ville gå i stykker, så snart det faldt på gulvet. Endnu, nanocellulose blandet med PLA resulterer i et hårdt materiale, der ville kunne modstå belastninger, "Beskriver Bulota.

"Det er som om sprødt glas på magisk vis blev omdannet til hård plast, "Bulota illustrerer.

Selvfølgelig, det er ikke helt så enkelt som det. Cellulose er hydrofil, hvilket betyder, at det let blandes med vand og dermed ikke let binder sig til den hydrofobe eller vandafvisende PLA-polymer. I en reaktion kaldet esterificering, nogle af de hydrofile OH -grupper i cellulose erstattes af hydrofobe estergrupper, som forbedrer kompatibiliteten. Substitutionsniveauet kan bruges til at kontrollere kompositters mekaniske adfærd.

Fornybart produkt med mange potentielle anvendelser

PLA-nanocellulose kompositfilm med en tykkelse på 70 mikrometer blev fremstillet, og deres mekaniske egenskaber blev testet. Der blev lagt særlig vægt på deres deformations- og faktormekanismer under mekanisk belastning i spænding.

Ud over, den kemiske struktur af komposit blev undersøgt ved hjælp af Raman -spektroskopi. Intensitetsbånd i et Raman -spektrum indikerer en større koncentration af materiale i komposit. Nanocellulose skal fordeles jævnt i en polymer for at opnå de bedste egenskaber.

Deformations- og brudmekanismer for kompositter ved nanoskala er komplekse fænomener, som ikke er fuldt ud forstået endnu. Yderligere undersøgelser af adfærd af nanocellulose i polymeren er påkrævet.

"Hvis vi formår at få en bedre forståelse af, hvad der sker i nanocellulose og PLA -komposit under mekanisk belastning, vi kommer tættere på en opskrift på fremstilling af en ny slags materialer, der er miljøvenlige, hårdt, stærk og vedvarende. Desuden ville vi være i stand til at skræddersy egenskaberne af disse materialer efter ens behov, Bulota forklarer. "

Udvalget af mulige applikationer er bredt.

"Nanocellulosekompositter kan være egnede til forskellige anvendelser, såsom medicinske implantater, fleksible skærme, stillads til vævsteknik, bare for at nævne nogle få. Det kan også give et miljøvenligt alternativ til oliebaseret plast, der i høj grad bruges i emballage. Den omfattende brug af ikke-nedbrydeligt plast har ført til økologiske katastrofer som 'The Great Pacific Garbage Patch', der består af plastskram, der flyder i Stillehavet og er dobbelt så stor som USA. "