Nanoselluloosa

Wikipediasta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
Nanoselluloosaa

Nanoselluloosaksi kutsutaan selluloosamateriaalia, jonka ulkoisista mitoista ainakin yksi on nanoskaalalla eli 1-100 nm. Selluloosananomateriaalit voidaan jakaa kolmeen pääluokkaan: selluloosananofibrilleihin (cellulose nanofibrils, CNF), selluloosananokiteisiin (cellulose nanocrystals, CNC) sekä bakteeriselluloosaan (bacterial cellulose, BC).[1]

Atomivoimamikroskoopilla tehty kuva nanoselluloosasta adsorboituna silikapinnalle. Kuvan pinta-ala on 1 μm2.

Selluloosananofibrillit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Selluloosananofibrillien raaka-aineena voidaan käyttää esimerkiksi valkaistua sellua. Jos raaka-aineena on jokin muu, tulee materiaali puhdistaa. Eräässä valmistusprosessissa biomassaa jauhetaan, jonka jälkeen siitä voidaan poistaa vahayhdisteitä Soxhlet-uutolla. Uuton jälkeen materiaalia käsitellään 2-prosenttisella NaOH-liuoksella 80 °C lämpötilassa, jonka jälkeen se suodatetaan liukoisten polysakkaridien poistamiseksi. Lopuksi suodatettu näyte käsitellään natriumkloriitilla.[2]

Toinen tapa valmistaa selluloosananofibrillejä on homogenointi. Siinä laimeaa kuitu-vesisuspensiota ajetaan pienen suuttimen läpi korkeassa paineessa, jolloin suuret paine-erot saavat aikaan fibrilloitumisen.[1] Prosessin lämpötila on 70-90 °C, ja massa ajetaan suuttimen läpi 5-10 kertaa.[2] Jauhatusta ja homogenointia voidaan käyttää myös yhdessä.[1]

Selluloosakristallien lujuusominaisuudet ovat jopa paremmat kuin teräksen ja samaa luokkaa kuin Kevlarin.[2] Eräitä selluloosananofibrillien käyttökohteita ovat esimerkiksi kuitupakkaukset, polymeerikomposiitit, läpinäkyvät kalvot ja elektroniset näytöt. [1]

Selluloosananokiteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Nanokiteistä selluloosaa valmistetaan happokäsittelyllä, tyypillisesti rikkihapolla. Rikkihapon etuna esimerkiksi suolahappoon on, että partikkeleiden pinnalle muodostuu negatiivisesti varattuja sulfaattiesteriryhmiä (-OSO3-), jotka hylkivät toisiaan, muodostaen kolloidaalisesti vakaan liuoksen. [1] Mikäli raaka-aine ei ole puhdasta selluloosaa, kuten puuvillaa tai valkaistua puusellua, on se ensin puhdistettava Soxhlet-uutolla, jota seuraavat alkalikäsittely ja valkaisu natriumkloraatilla.[2] Happokäsittelyn jälkeen materiaali hajotetaan mekaanisesti esimerkiksi ultraäänellä tai sonikoimalla. [1]

Bakteeriselluloosa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Bakteeriselluloosan tärkeimpänä erona selluloosananofibrilleihin ja -nanokiteisiin on sen valmistustapa: bakteerit valmistavat sitä glukoosista. Tutkituin bakteerilaji on Acetobacter xylinum, joka tuottaa selluloosaa solun ulkopuolelle. Syntymekanismista johtuen bakteeriselluloosa on hyvin puhdasta, eikä siinä ole epäpuhtauksina hemiselluloosaa ja ligniiniä. [2]

Bakteeriselluloosan suurin ongelma on sen korkea hinta, johon ovat syynä bakteerin käyttämän substraatin hinta sekä huono saanto reaktoritilavuuteen nähden. Bakteeriselluloosaa voidaan käyttää esimerkiksi elintarviketeollisuudessa sakeutusaineena ja paperiteollisuudessa sideaineena. [2]

Alan toimijoita ja esimerkkejä käyttökohteista[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d e f Kangas, Heli: Opas selluloosananomateriaaleihin VTT. 2014. Viitattu 2.4.2018.
  2. a b c d e f Dufresne, Alain (2012). Nanocellulose : from nature to high performance tailored materials. De Gruyter. ISBN 978-3-11-025456-3. 
  3. Konttinen, Juuso: GROWDEX® - AN INNOVATIVE WOOD CELLULOSE-BASEDMATRIX FOR 3D CELL CULTURING euronanoforum2017.eu. 2.6.2017. Viitattu 19.4.2018.
  4. Stora Enso: Stora Enso investor kit assets.storaenso.com. 28.3.2018. Viitattu 19.4.2018.