Древесная целлюлоза заменит пластик, металл, стекловолокно
Команда исследователей из Королевского
технологического института Стокгольма стала первой, кто создал ультрапрочные
волокна из древесной целлюлозы. Новый материал может быть использован в
качестве биоразлагаемой замены многим веществам, используемым сегодня в
промышленности, таким как пластик, стекловолокно или металл.
Уникальность
материала состоит в лёгкости способа его получения: для "варки"
биоразлагаемых волокон требуется вода, древесная целлюлоза и поваренная соль.
Команда взяла отдельные волокна целлюлозы и разбила их на составные нити, так
называемые фибриллы. Затем каждую нить вновь связали с другими, но уже не в
естественной их конфигурации, а особым способом, придающим волокну прочность
стального каната.
В рамках предыдущих
исследований учёные успешно разделяли волокна целлюлозы на отдельные фибриллы и
даже использовали их для укрепления композитных материалов. Но реконфигурация
структуры волокон ранее не удавалась никому, что делает шведских материаловедов
пионерами новой технологии.
"Мы извлекли
фибриллы из натуральных целлюлозных волокон, а затем собрали их снова в очень
прочную нить. Полученное волокно имеет диаметр 10-20 микрометров, то есть оно
толщиной почти с человеческий волос", — рассказывает ведущий автор
исследования Фредрик Лунделл (Fredrik Lundell).
Сборка фибрилл
после смешивания с водой и хлоридом натрия осуществлялась при помощи особого
устройства "фокусировки потока" (flow-focusing), похожего на
экструзионную головку у 3D-принтера. Тщательная регулировка давления при подаче
потока позволила создать сплошные последовательные волокна из фибрилл.
Прочность и
жёсткость конечного продукта зависит не только от уровня давления при
экструзии, но и от угла, при котором фибриллы соединяют в волокно. Например,
если фибриллы ориентированы параллельно друг другу, материал получится жестким
и негибким, а если они соединяются под углом относительно друг друга, материал
окажется более эластичным и гибким.
Авторы методики
утверждают, что их биоразлагаемые волокна могут заменить хлопок в текстильной
промышленности или даже стать альтернативой стеклянным нитям, используемым при
изготовлении стекловолокна. Новый материал более экологичный, что даёт ему
неоспоримое преимущество перед аналогами.
"Наша
сегодняшняя задача заключается в увеличении масштабов производственного
процесса. Мы должны успевать производить волокна в промышленных масштабах и
делать это значительно быстрее, чем сегодня", — заключает Лунделл в
пресс-релизе.
О коммерциализации
технологии речи пока не идёт, но при отсутствии видимых недостатков
биоразлагаемые волокна могут стать частью повседневного производственного
процесса во многих сферах промышленности. Подробно метод изготовления
ультрапрочных древесных волокон изложен в статье журнала Nature Communications.
