Muovin uusi haastaja – Vahva ja joustava selluloosakalvo säilyttää lujuutensa myös kastuessaan
![Taipuva kalvo, johon vesipisara ei imeydy. Kuva: Aalto-yliopisto / Sahar Babaeipour](/data/images/00437/d7846f0d-0615-4445-b8cc-51528d7d7231-w_720.jpg)
Öljypohjaisille muoveille etsitään kiivaasti ympäristöystävällisempiä, uusiutuvista raaka-aineista tehtyjä vaihtoehtoja.
Puusta ja muista kasveista saatava selluloosa on maailman yleisin biomateriaali. Sen käyttöä muovin vaihtoehtona ovat kuitenkin rajoittaneet huono kosteudensietokyky sekä yhteensopimattomuus pehmeiden vettä hylkivien eli hydrofobisten polymeerien kanssa.
Nyt Aalto-yliopiston biotuotekemian tutkimusryhmä on keksinyt menetelmän, jolla nanokokoisista selluloosasäikeistä eli nanofibrilleistä voidaan valmistaa joustavaa ja vahvaa kalvoa, joka säilyttää lujuutensa myös märkänä.
Menetelmä ei vaadi selluloosan kemiallista muokkaamista, vaan selluloosan nanofibrillit ja vettä hylkivät polymeerit yhdistettiin nanokokoisten ligniinipallojen avulla. Ligniini on sidosaine, joka antaa puulle ja muille kasveille vahvuutta ja sitkeyttä. Vettä hylkivänä polymeerinä tutkijat käyttivät biohajoavaa polykaprolaktonia (PCL).
Kun PCL-liuos ja ligniinipallot sekoitettiin, nanokokoiset pallot kerääntyivät liuottimen ja veden rajapinnalle ja stabiloivat emulsion. Tällaista kiinteillä hiukkasilla stabiloitua emulsiota kutsutaan Pickering-emulsioksi.
Tutkijat lisäsivät emulsion nanoselluloosaan ennen varsinaisen kalvon valmistamista. Näin polymeeri leviää tasaisesti selluloosaverkkoon, mikä lisää materiaalin märkälujuutta ja vedenkestävyyttä ja säilyttää samalla kaikki selluloosasäikeiden positiiviset ominaisuudet.
Tulokset olivat erinomaiset. Väitöskirjatutkija Erfan Kimiaei kertoo, että komposiitin eli yhdistelmämateriaalin lujuus oli suurempi kuin pelkän nanoselluloosasta tehdyn paperin tai pelkän polymeerin niin kuivissa kuin märissäkin olosuhteissa. Vahvuus säilyi jopa päivän vedessä upoksissa olemisen jälkeen.
”Kun kalvo otettiin vedestä, se näytti samalta kuin ennen veteen laittamista. Siitä on kiittäminen hydrofobista polymeeria, joka peittää ligniinipallojen avulla selluloosan pinnan suojaten sitä vedeltä”, Kimiaei selittää.
Komposiittikalvon märkälujuus oli 87 MPa. Se on suurin märkälujuus, jonka selluloosakomposiitti on koskaan saavuttanut ilman synteettisiä lisäaineita tai kemiallista muokkausta.
Vastuullisuutta ja uusia mahdollisuuksia
Ligniinipallot suojaavat auringon UV-säteilyltä ja hapetukselta, mikä avaa uusia mahdollisuuksia esimerkiksi pakkaussovelluksiin.
Tutkijat korostavat vastuullisuutta myös uusiutuvien materiaalien hyödyntämisessä.
”Vastuullisuus edellyttää sitoutumista kestävään metsänhoitoon ja lisäarvon tuottamista perinteisen biojalostamo-, sellu- ja paperiteollisuuden ulkopuolella”, Kimiaei sanoo.
”Puukomponenttien rajapintakemian ymmärtäminen voi olla avain siihen, että arvokkaasta resurssista saadaan mahdollisimman suuri hyöty kestävän tulevaisuuden rakentamisessa”, professori Monika Österberg lisää.
Tutkijat jatkavat menetelmän kehittämistä sekä selvittävät tarkemmin sen ympäristövaikutuksia ja valmistuksen taloudellisen kannattavuuden edellytyksiä.
Tutkimus julkaistiin Advanced Materials Interfaces -lehdessä.
Linkki artikkeliin (onlinelibrary.wiley.com)
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Erfan Kimiaei
Väitöskirjatutkija, Aalto-yliopisto
puh. 050 436 0658
erfan.kimiaei@aalto.fi
Muhammad Farooq
Tutkijatohtori, Aalto-yliopisto
muhammad.farooq@aalto.fi
Monika Österberg
Professori, Aalto-yliopisto
monika.osterberg@aalto.fi
Kuvat
![Taipuva kalvo, johon vesipisara ei imeydy. Kuva: Aalto-yliopisto / Sahar Babaeipour](/data/images/00437/d7846f0d-0615-4445-b8cc-51528d7d7231-w_240.jpg)
!["Vastuullisuus edellyttää sitoutumista kestävään metsänhoitoon ja lisäarvon tuottamista perinteisen biojalostamo-, sellu- ja paperiteollisuuden ulkopuolella", Kimiaei sanoo. Kuva: Aalto-yliopisto / Zahra Madani](/data/images/00044/e707d714-47e9-4415-b758-030ef21da817-w_240.jpg)
![Yhdistelmämateriaalin lujuus oli suurempi kuin pelkän nanoselluloosasta tehdyn paperin tai pelkän polymeerin niin kuivissa kuin märissäkin olosuhteissa. Kuva: Aalto-yliopisto / Erfan Kimiaei](/data/images/00326/fe4e3250-c51f-47ce-a550-14c5d67efc07-w_240.jpg)
![Aalto-yliopiston tutkijat hyödynsivät keksinnössään puun ligniinin ainutlaatuisia ominaisuuksia. Kuva: Aalto-yliopisto / Erfan Kimiaei](/data/images/00772/031849b1-e40c-4640-a5ca-fd6722e19a85-w_240.jpg)
Linkit
Tietoja julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Miten rakkaus näkyy aivoissa? Tutkimus paljastaa rakkauden eri lajien aivoalueet26.8.2024 09:00:03 EEST | Tiedote
Aalto-yliopiston tutkijat kartoittivat millaista aivotoimintaa kuusi eri rakkauden lajia saa aikaan. Aivot aktivoituvat rakkaudesta läheisiä kohtaan erityisesti palkintojärjestelmän ja sosiaalisen aivotoiminnan alueilla.
Tutkijoille läpimurto kubittien energiahäviöiden mittaamisessa – mahdollistaa tulevaisuuden tehokkaammat kvanttitietokoneet22.8.2024 13:45:00 EEST | Tiedote
Aalto-yliopiston tutkijat osoittivat, miten kubittien energiahäviöt voidaan selittää yksinkertaisella kokeella. Löytö auttaa fyysikoita kehittämään tehokkaampia kubitteja esimerkiksi kvanttitietokoneita varten.
”Taivaallinen flipperi” antaa Juicelle tuplatyönnön matkalla Jupiteriin: ESA:n luotain ohittaa Kuun ja Maan19.8.2024 11:50:00 EEST | Tiedote
Aalto-yliopiston ja Ilmatieteen laitoksen tutkijat ovat olleet mukana rakentamassa PEP-mittalaitetta, joka tekee ainutlaatuisia mittauksia Maan avaruusympäristöstä ohilentojen aikana.
Suomen kuuden suurimman kaupungin ilmastotoimet vertailussa – tiivistäminen ei riitä ratkaisuksi, tutkijat korostavat15.8.2024 12:10:39 EEST | Tiedote
Aalto-yliopiston tutkijat osoittivat, että vaikka kaupunkivihreän merkitys kasvaa, kaupunkirakenteen tiivistäminen on edelleen ilmastotyön mantra, jota ei kyseenalaisteta. Kaupunkien ilmastosuunnitelmista löytyi myös eroja: Helsinki, Espoo ja Oulu näkevät kaupunkivihreän lähinnä tiiviyttä palvelevana sopeutumisena, kun taas Tampere, Turku ja Vantaa painottavat luonnonsuojelua ja yhä enemmän myös kaupunkivihreän lukuisia hyötyjä ympäristölle ja asukkaille.
Miljoonarahoitus hengittävien puuvaahtorakennusten kehittämiseen – ilmanvaihtoaukot avautuvat ja sulkeutuvat itsestään9.8.2024 11:12:30 EEST | Tiedote
Puuvaahdosta 4D-tulostamalla tehty julkisivuelementti voi säästää merkittävästi lämmitykseen ja jäähdytykseen tarvittavaa energiaa sekä kutistaa rakentamisen hiilijalanjälkeä. ”Kuulostaa scifiltä, mutta on täysin mahdollista”, hanketta vetävä Juha Koivisto kuvaa Gaudin arkkitehtuurin inspiroimaa ratkaisua.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme