Биоразлагаемые волокна из древесной целлюлозы оказались прочнее стали

Микрофотография целлюлозного волокна. Толщина конечного продукта не превышает 20 микрометров

Микрофотография целлюлозного волокна. Толщина конечного продукта не превышает 20 микрометров
(фото KTH).

Ведущий автор исследования и разработчик технологии Фредрик Лунделл

Ведущий автор исследования и разработчик технологии Фредрик Лунделл
(фото Peter Larsson/KTH).

Микрофотография целлюлозного волокна. Толщина конечного продукта не превышает 20 микрометров
Ведущий автор исследования и разработчик технологии Фредрик Лунделл

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.

Также по теме:
Трансгенные тополя могут стать альтернативным источником биотоплива
Древесные щепки обещают стать новым чудо-материалом
Дешёвый 3D-принтер напечатает детали из углеродного волокна
Учёные получили ценное углеродное волокно из ненужного пластика
Костные трещины будут залечивать шёлковыми винтами