Uutiset

Muovin uusi haastaja – Vahva ja joustava selluloosakalvo säilyttää lujuutensa myös kastuessaan

Aalto-yliopiston tutkijat hyödynsivät keksinnössään puun ligniinin ainutlaatuisia ominaisuuksia. Ihmekalvo sisältää hapetukselta suojaavia antioksidantteja eikä säikähdä UV-säteilyä, mikä avaa uusia mahdollisuuksia sen hyödyntämiseen esimerkiksi pakkauksissa.
Sinisiin muovihanskoihin puetut kädet taivuttavat ruskeaa kalvoa, jonka päällä on vesipisara.
Taipuva kalvo, johon vesipisara ei imeydy. Kuva: Aalto-yliopisto / Sahar Babaeipour

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.

Mies, jolla on suojalasit, pitelee kädessään ruskeaa kalvoa. Hänen päällään on valkoinen laboratoriotakki.
"Vastuullisuus edellyttää sitoutumista kestävään metsänhoitoon ja lisäarvon tuottamista perinteisen biojalostamo-, sellu- ja paperiteollisuuden ulkopuolella", Kimiaei sanoo. Kuva: Aalto-yliopisto / Zahra Madani

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)

Ruskea kalvo pinseteissä
Yhdistelmämateriaalin lujuus oli suurempi kuin pelkän nanoselluloosasta tehdyn paperin tai pelkän polymeerin niin kuivissa kuin märissäkin olosuhteissa. Kuva: Aalto-yliopisto / Erfan Kimiaei

Lisätietoja:

Erfan Kimiaei
Väitöskirjatutkija, Aalto-yliopisto
puh. 050 436 0658
[email protected]

Muhammad Farooq
Tutkijatohtori, Aalto-yliopisto
[email protected]

Monika Österberg
Professori, Aalto-yliopisto
[email protected]

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Food Futures, ATARCA
Yhteistyö, Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tekemällä oppien: Yhteismaan ongelman ratkominen, yksi ateria kerrallaan

Food Futures, joka on osa Aalto Yliopiston ATARCA:a, yhteistyössä Helsingin yliopiston Globaalin politiikan ja viestinnän ohjelman kanssa ylpeänä esittävät videon, ”Tekemällä oppien: Yhteismaan ongelman ratkominen, yksi ateria kerrallaan.”
Feedback controlled hydrogels. Picture: Ikkala lab / Aalto University and Priimägi lab / Tampere University
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkijat loivat itsesäätyvän materiaalin mimosan ja kärpäsloukkukasvin innoittamina

Aalto-yliopiston ja Tampereen yliopiston tutkijat ovat onnistuneet kehittämään homeostaattisen järjestelmän, joka reagoi ympäristön muutoksiin dynaamisesti samaan tapaan kuin elävät organismit. Saavutus voi mahdollistaa uudenlaisia älykkäitä materiaaleja ja interaktiivista pehmeää robotiikkaa.
Aalto-yliopiston opiskelijat Joensuun torilla
Mediatiedotteet Julkaistu:

Aalto Road Show valloitti Itä-Suomen!

Aalto-yliopisto jalkautui viikon kestävälle lukiokiertueelle, Aalto Road Showlle, Itä-Suomeen viikolla 44.
Opiskelijat tutkimassa aurinkopaneelia.
Mediatiedotteet, Opinnot Julkaistu: