Nanocristale din celuloză. Proprietățile neobișnuite ale materialului cunoscut

Laboratorul de producţie forestieră din SUA a anunţat lansarea unui proces de producere experimentală a nanocristalelor din celuloză, ca materie primă sunt folosite deșeurile de lemn, aşchii și rumeguș.

Proprietățile de rezistență ale noului material făcut corect, depăşesc indicele similare ale materialului cunoscut realizat din kevlar sau fibre de carbon la un cost mult mai mic. În plus, cristalele din celuloză sunt transparente. Proprietățile declarate au provocat o senzație pe piață. Interes au manifestat militarii, reprezentanții companiilor din domeniul aviației, industriei de automobile şi alte ramuri.

Celuloza este un polimer biologic cel mai răspîndit pe planetă. Din ea sunt aliniaţi pereții celulelor la plante şi create bacteriile. Lanțurile lungi ale moleculelor de glucoză formează fibre celulozice încurcate într-un model complex. Acest design natural oferă structurilor celulare o rezistență suficientă. Cu toate acestea, produsele de celuloză, principala sursă a cărei este lemnul, nu diferă prin rezistenţă și durabilitate.

De obicei, procesul de producere industrială a celulozei este următor: după distrugerea structurii mecanice a materiei prime naturale, din ea, cu ajutorul solvenților chimici, se spală lignina, lăsînd o suspensie acvatică a fibrelor celulozice.

Cum s-a reuşit de a crește atît de radical rezistenţa fibrelor celulozice? Faptul este că fibrele nu sunt uniforme în toată lungimea lor. Zonele cu un aranjament dezordonat al moleculelor alternează cu zonele în care moleculele sunt aranjate într-un anumit fel.

În așa-numite nanofibre (nanofibrille) rezistenţa structurii este asigurată nu numai de legături intramoleculare, dar și de legături pe bază de hidrogen între molecule, ce oferă celulozei proprietăţile nanocristalelor.

Oamenii de ştiinţă americani au reușit să "spele" regiuni amorfe, folosind metoda de hidroliza acidului. Tehnologia permite de a obține din materie primă circa 30% din produsul finit cu proprietăți uimitoare.

Această limită a posibilităţilor este determinată de raportul dintre celuloza cristalină și celuloza amorfă, prezente în materia primă. Scopul procesului experimental de producere, este de a ajunge la preţul de cost al nanocristalelor din celuloză, în intervalul de 10 $ pentru 1 kilogram. Reducerea costurilor este posibilă cu extinderea în continuare a volumului producției și poate atinge o valoare de 1-2 $.

Măsurările arată că elasticitatea nanocelulozei este mai mare cu aproximativ 15% decît a materialului kevlar și este aceeaşi, ca şi la fibrele elastice din hidrocarburi. După rezistenţă, kevlarul este de două ori mai inferior, la fel ca şi fibra de carbon. Dacă vom compara aceste cifre cu structura lemnului, de exemplu, elasticitatea stejarului este de zece ori şi jumătate mai joasă, decît a noului material, iar indicele de rezistența sunt mai joase de 75 de ori.

Cu toate acestea, nu trebuie să idealizăm celuloza cristalină. Neajunsul ei este rezistenţa la apă.

În condiții normale, apa nu poate dizolva celuloza sau depolimeriza fibre și nici distruge legăturile intermoleculare. În ciuda acestui fapt, noul material este predispus la umflare. Cu o cantitate suficientă de apă, celuloza se umflă de două ori în comparaţie cu starea uscată.

Pentru a combate umflarea, se planifică tratarea suprafeţei și transformarea ei într-o suprafaţă impermeabilă în urma schimbării stratului extern sau acoperirii lui, cu materiale protectoare. În plus, există multe locuri în care practic nu este apă.

Autor: Alex Norkin

Sursa: facepla.net