Nanoselluloosan

Nanoselluloosan avser nanoskaliga cellulosesmaterial som uppvisar höga längd-till-diameterratioer och därigenom unika mekaniska och ytegenskaper. Den omfattar främst cellulose nanocrystals (CNC), cellulose nanofibrils (CNF) och bakteriell nanocellulosa (BNC).

Produktion och källor: Nanoselluloosan härrör från celluloseinnehållande råvaror såsom trä, bomull och jordbruksrester eller från mikrobiell produktion av BNC. CNC framställs vanligtvis genom syrabehandling som avlägsnar amorft cellulosa och lämnar kristallina partiklar. CNF erhålls genom mekanisk fibrillation, ofta i kombination med kemisk pretreatment för att separera fibrillerna. BNC produceras av aeroba bakterier under kontrollerade förhållanden och bildar ett rent, nätverkslikt material med hög vattenhållande förmåga.

Egenskaper: Nanoselluloosan kännetecknas av högt styvhet och hållfasthet per vikt, stor yta och interfacialt område, samt biokompatibilitet och biologisk nedbrytbarhet. CNF och CNC har olika längd- och ytkskemier, medan BNC ofta uppvisar särskild renhet och hög fuktbindning. De är kraftigt dispersibla i vatten och kan ytfunktionaliseras genom oxidation eller andra kovalenta kopplingar för att förbättra interaktioner med olika matrices.

Tillämpningar: Används som förstärkande fyllmedel i polymerer och biokompositer för att förbättra mekaniska egenskaper och sänka vikt. Som barriärmaterial i förpackningar på grund av låga permeabilitetsegenskaper. Som rheologiska modifierare i beläggningar och bläck. Inom biomedicin används BNC i sårförband och vävnadstekniska scaffolds; tunna, transparenta nanocellulosafilmer utforskas för elektroniska och optiska tillämpningar.

Utmaningar: Produktionskostnader och energibehov, variation i råvaror, dispersion och kompatibilitet med hydrofoba polymerer samt fuktberoende egenskaper och regulatoriska överväganden vid medicinska användningar.

Historik och terminologi: Begreppet nanoselluloosan omfattar CNC, CNF och BNC, vilka utvecklades ur mitten av århundradet och senare förbättrades genom nanomaterialforskning för användning i kompositer och funktionella ytofrågor.