Наноцеллюлоза: материал, способный изменить мир
Впервые о наноструктурной целлюлозе – аналоге органической целлюлозы, который представляет собой не что иное как расщепленное до наночастиц древесное волокно с плотной структурой в виде игольчатых кристаллов – заговорили еще в 70-х годах прошлого века.
Уникальные характеристики полимера, такие как сверхлегкость, сверхпрочность и псевдопластичность, а также его способность улучшать физические свойства других материалов, обусловили высокий интерес к наноцеллюлозе, однако из-за сложности и капиталоемкости технологического процесса она и сегодня не производится в промышленных масштабах.
Поверхность наночастиц в составе полимера химически активна, что позволяет модифицировать волокна, придавая им заданные свойства. Работа по созданию композитных материалов на основе наноцеллюлозы ведется во всем мире, а спектр ее применения и рыночный потенциал чрезвычайно велики.
Технологичная медицина
Одна из самых перспективных сфер – медицина. Наноцеллюлоза нетоксична и биологически совместима с тканями человеческого организма, а значит, может использоваться для создания перевязочных материалов, имплантов и в тканевой инженерии – в качестве матрицы для восстановления поврежденных тканей. Особый интерес представляют разработки в области создания искусственной кожи и 3d-печати хрящевой ткани человека.
Производство транспорта
При плавлении под высоким давлением наноцеллюлоза образует вязкую субстанцию, напоминающую смолу. В 2019 году ученые Университета Киото использовали полученный материал для отливки деталей корпуса концепта суперкара Nanocellulose Vehicle – фактически первой в мире «деревянной» машины. По расчетам исследователей, подобная технология позволит в будущем значительно облегчить автомобиль и, как следствие, снизить расход топлива, объем выбросов в атмосферу и увеличить его энергоэффективность. Если прогнозы ученых оправдаются, наноцеллюлоза найдет применение также в самолетостроении.
Защита жизни
Легкость в сочетании с невероятной прочностью – еще одна отличительная особенность полимера. Будучи в пять раз прочнее стали, но при этом в пять раз легче, наноцеллюлоза может применяться при изготовлении бронежилетов и защитной экипировки для армии и силовых подразделений.
Электронные компоненты
Прозрачность и гибкость материала позволяют рассматривать его в качестве альтернативы стеклу или пластику при создании супертонких и гибких экранов и гибких батарей. Ведутся исследования в сфере печатной электроники и производства органических проводников на основе наноцеллюлозы. Не исключено, что именно она положит начало эпохе полностью перерабатываемой биоразлагаемой электронной продукции и упаковки.
Это лишь несколько примеров применения уникального биополимера. Развитие столь перспективной отрасли ограничивают сложность и высокая стоимость изготовления наноцеллюлозы, поэтому внимание ученых сегодня сосредоточено на поиске альтернативных методов ее получения. Большой интерес представляют бактериальный синтез нановолокна и недавняя разработка Института химии и химической технологии Сибирского отделения РАН – биопереработка березового опила с использованием муравьиной кислоты и пероксида водорода.
Технология позволяет минимизировать ущерб, наносимый окружающей среде, значительно сократить затраты и, возможно, станет ключом к запуску широкомасштабного промышленного производства полимера.
Нашли ошибку в статье? Пишите на info@upackunion.ru.